注塑产品结构设计1课件

注塑件结构设计主讲人：冯高华1编辑课件1、尽可能详细地记录制品使用条件，这些条件有：使用使用环境。境。室外情况(日光、雨，冰雪、灰尘)，光照(紫外线、放射线等)，接触气体（腐蚀性气体、水蒸气)，接触液体(水，洗涤剂、油、药品等),其他（增塑剂、铜)；使用使用强度。度。常用温度、最高温度、最低温度(平时、特殊情况、室外、仓库、橱窗、汽车内等)，冷热反复 使用使用负载。常用负载、最大负载(平时、特殊情况静态、动态、反复、持续、冲击、跌落等)。2、装配情况装配情况 制品如何安装和使用，有哪些需控制的关键尺寸，同哪些相关零件配合，配合程度如何。3、二次加工要求二次加工要求 塑料成型后还要进行哪些后加工，涂漆、粘结、印刷、烫印、电镀等。一、塑料制品设计的基本条件2编辑课件1制品策划 打新品计划报告时，已决定采用塑料材料了，新品开发报告主要商讨塑料的性质与成型加工问题。2制品构思 从画制品的设计草图，构思制品的造型开始，就应考虑到能否成型问题。在此过程中，有关的技术同题应经常同塑料工艺员和模具设计技术人员联系。3详细地记录制品的使用环境和使用要求以及装配情况并制成检验表，以便最后阶段检验所设计的制品是否符合用户要求。4选择塑料品种 以检验表内制品的必需特性为中心，结合其他因素(如成本等)一起考虑，选定塑料品种。5由制品的外观、形状尺寸精度，材料、批量、交货期、成本等约束条件确定成型加工方法与二次加工方法6确定分型线 以制品的最大直径处设分型线。以分型线为界限设计出模斜度，分型线的形状越简单越好。分型线确定之后，模具的基本结构也大致确定，分型线同模具制造和成型加工的关系相当密切。8制品顶出方法 首先考虑从哪个方向顶出。顶杆痕迹应设在不影响制品外观的位置；不允许有顶杆痕迹的制品不能用顶秆顶出方式，应考虑用其他脱模方式。一般顶出机构都设在动模内，根据制品的形状，预见制品有可能粘定模时，应采取措施或考虑好改进措施强制制品粘动模，尤其是全自动成型中，为保证制品可靠出模，必须在制品设计阶段就考虑好顶出方法。9.拔模斜度 为了提高生产效率和合格率，制品上要设计拔模斜度，拔模斜度一般为1/40侧面不允许有出模斜度的精密塑料制品，须采用滑块抽芯的方法，把无斜度的面做在滑块上，启模后先松开滑块，再顶出制品。10壁厚 设计制品时要考虑到壁厚的均匀性，冷却时间是由最大壁厚决定的。壁太厚不仅冷却时间太长，而且容易缩瘪。而薄壁的问题是强度不足易开裂和成型困难，在合理的范围内，壁越薄越好。11圆角连接 无论是从防止塑件开裂，还是从模具制造角度考虑，都不允许制品上有尖角。各个面用圆角连接后可避免应力集中，能改能改善熔料的流动性。二、制品设计程序3编辑课件 制品结构设计中，从外观角度须重点考虑避免缩瘪，缩瘪是塑料注射成型中外观质量最大的问题，防止缩瘪的设计条件：塑料制品壁厚一般塑料制品壁厚一般为：电子工程子工程类壳体壳体2.52.53 mm3 mm，日用品壳体，日用品壳体1.51.52 mm2 mm，而薄壁，而薄壁类壳体壳体0.50.50.8 mm(0.8 mm(不宜太厚，否不宜太厚，否则会影响加工效会影响加工效率率)统一壁厚，改一壁厚，改变壁厚壁厚悬殊的殊的设计，通，通过设计工工艺孔等手段均匀壁厚；孔等手段均匀壁厚；减薄特减薄特别厚的部位；厚的部位；模模拟熔料流熔料流态，改，改进妨碍熔料流妨碍熔料流动的部位的部位(薄壁部薄壁部)；为增加塑料制品的增加塑料制品的强度和度和刚度又防止度又防止变形，常采用加形，常采用加强筋的筋的办法，法，筋板的厚度筋板的厚度为0.50.50.8 mm0.8 mm左右左右加加强筋和凸台的筋和凸台的对应表面容易出表面容易出现缩瘪，设计时须注意。注意。三、注重制品外观的设计4编辑课件1首先应认识到塑料制品的尺寸精度不同于金属零件的尺寸精度，因为影响塑料制品精度的原因很多。主要有：a、塑料的热膨胀系数大 b、塑料有成型收缩性；c、塑料制品会发生时效变化(后收缩)；d、塑料制品的尺寸受湿度影响；e、塑件中部分尺寸精度很难由模具零件的精度保证；f、塑料制品的精度受模滇具制造精度的影响。2影晌塑料制品尺寸精度的主要因索有3个方面：a、模具制造误差占50；b、成型条件变化占30%；c、材料批量间及批量内误差占20。3塑件上的某些高精度尺寸不能靠模塑成型达到，如与金属轴配合的轴孔尺寸，必须用金属轴套以嵌件形式埋入塑件，用塑料与金属相组合的方法，既能保证某部分的尺寸精度，又能提高生产效率，经济效益十分明显。塑料同金属结合时，出于两种材料的热膨胀系数差异(聚苯乙烯的线胀系数是710-5/，铝是410-8/)，要防止温度剧烈变化时发生应力裂纹。四，保证尺寸精度的设计5编辑课件塑料制品的缺点是刚性差，设计塑件时应预先考虑到变形和开裂问题。确保制品强度的原则是:1 1勿使制品的壁太薄勿使制品的壁太薄 2 2去除尖角去除尖角 3 3调查所采用的塑料在低温状所采用的塑料在低温状态下的抗冲下的抗冲击强度，事度，事实上，塑件件常在冬季出上，塑件件常在冬季出现强度度问题 4 4冲出冲出试验方式方式应接近制品的接近制品的实际使用情况，如用跌落使用情况，如用跌落试验或落球冲或落球冲击试验五、确保制品强度的设计6编辑课件 增加制品强度的具体措施是：1 1、设加加强筋。筋。加强筋能有效地达到增加制品的刚性和强度的目的，它比单纯增加壁厚更经济合理。大平面的制品上加强筋还有防止翘曲的功能。为了更好地起到加强效果，设计加强筋须注意：a.a.加加强筋的高度不要超筋的高度不要超过壁厚的壁厚的3 3倍倍 b b加加强筋底部的筋底部的宽度不能超度不能超过壁厚的壁厚的2/3,2/3,c c加加强筋上筋上设计2 25 5度的出模斜度；度的出模斜度；d.d.两条加两条加强筋之筋之间的距离不得小于两倍壁厚。的距离不得小于两倍壁厚。2 2、圈角、圈角连接。接。塑料制品中，尖角处发生开裂的情况很多，原因是注射过程中，熔料在尖角处的流态急剧变化而产生大的应力，而且残留在尖角处。设计加强筋的目的是为了起加强作用，如果加强筋的底部不是圆角，则加强筋不仅起不到加强作用，反而会降低制品的强度。除了镶拼型芯及分型面等模具结构的原因之外，其他的各个面都应当用圆角连接。圆角大小的确定，角大小的确定，设壁厚壁厚为T T圆角角的半径的半径为R R则R RT TO O2525。五、确保制品强度的设计7编辑课件 增加制品强度的具体措施是：3 3确定安全系数。确定安全系数。以拉伸强度为基准的安全系数在静负载作用下以钢为3，塑料为10。尽管塑料的安全系数定得很大，但由于分子定向等原因，制品各部分的强度相差很大，安全系数取大些为好。4 4自攻螺自攻螺纹强度。度。自攻螺纹的强度由材料刚性确定，刚性高的材料自攻螺纹的强度大。自攻螺纹的凸台在不引起缩瘪的前提下，应尽量大五、确保制品强度的设计8编辑课件1将斜面或其他形状的分型面改成与出模方向垂直的分型面2多用镶拼型芯的模具结构，制品设计时考虑好镶拼方式。3准备采用镶拼的部位不要设计圆角4型芯配合面，看上去镶得很好，受到成型压力后会发生微小变形，镶拼痕迹变明显。因此形成制品外表面的镶拼部分与型腔不要成为一个平面，应设有一个台阶，以掩盖镶拼线痕迹。，5制品上的小孔难以模塑成型，因细长的小型芯受注射压力易弯曲或折断。改进方法是在细型芯的根部设计圆角，并将下半段放粗，六、便于模具制造的制品设计9编辑课件4型芯配合面，看上去镶得很好，受到成型压力后会发生微小变形，镶拼痕迹变明显。因此形成制品外表面的镶拼部分与型腔不要成为一个平面，应设有一个台阶，以掩盖镶拼线痕迹。5制品上的小孔难以模塑成型，因细长的小型芯受注射压力易弯曲或折断。改进方法是在细型芯的根部设计圆角，并将下半段放粗，六、便于模具制造的制品设计10编辑课件6制品上的凹槽不要成为薄刃和薄壁形状，刀口状的型芯不仅难加工，而且很易损坏六、便于模具制造的制品设计11编辑课件7形状对称的制品，模具容易制造8制品侧面的直纹滚花不要延伸到分型面，型腔上口应成直边，使分型面形状简化，六、便于模具制造的制品设计12编辑课件9车加工比铣加工速度快，成本低，尽量用圆形设计10制品上的凸字，模具容易雕刻11格子面的制品上，纵行与横行设计台阶，模具容易精加工六、便于模具制造的制品设计13编辑课件喷漆塑件的设计：1塑件表面沾有脱模剂、研磨剂、石蜡等物质会喷不上漆或造成漆层脱落。设计喷漆塑件时重点考虑能使塑件方便地出模，如采取增加出模斜度，提高模腔袭面光洁度，模腔表面镀硬铬等措施。2喷漆的面上不能有飞边和熔结线等缺陷。3设计的制品应能分散内应力的形状，内应力集中的制品在涂料稀薄剂的作用下会产生应力裂纹。4套色喷漆或局部喷漆必须设明显界限，深槽内难以套色，须改变设计5两套色喷漆面的顶点应为直角，底部为圆角七、便于喷涂和印刷的制品设计14编辑课件印刷木纹1当加强筋及凸台等其他壁厚不均匀原因引起缩瘪时，常用印刷木纹来掩盖缺陷。2印刷与非印刷面须设一明显的台阶，(2mm以上)，小于2mm的台阶用压敏胶粘贴住非印刷表面。3与喷漆塑件的设计条件相同，特别要注意倒角(0.5mm左右)和去飞边。4在箱体类塑件的四周或三个面上印刷木纹，为保持印刷花纹的连续性，各连接面的圆角半径应在8mm以下。七、便于喷涂和印刷的制品设计15编辑课件丝网印刷1丝网印刷的面应为平面。半径200mm以下的曲面上丝网印刷的费用很高。2制品上的凹陷部分会损坏丝网。3丝网印刷的面上不能有缩瘪(丝网印刷面的背面最好不设加强筋和凸台，缩瘪部分会发生漏印)。4塑件上有滚花等细小的凹凸形状只能获得不清晰的印刷图案。七、便于喷涂和印刷的制品设计16编辑课件粘结制品的设计1与喷漆塑件的设计条件相同，脱模斜度要大。2粘结面如有缩瘪，会影响粘结牢度，须完全改变壁厚不均匀状况。溶剂粘结时，部分溶剂残留于缩瘪部位，致使塑件表面出现裂纹。3用两面粘结胶带粘结可靠性好，但结合力差4用溶剂或胶粘剂粘结塑料制品，都是手工作业方式，大量生产时可靠性成问题，不如螺纹机械结合可靠性好。5从经济角度考虑，尽量用卡扣连接等机械方法代替粘结工艺，可简化工序。6粘结件的装配须设计空隙八、粘结、烫焊和烫印制品的设计17编辑课件烫焊制品的设计1烫焊是用前端呈半球状凹形的烙铁，把塑料焊脚加热，使之变形，同其他零件牢固结合(焊脚直径20mm以下用60W烙铁，20mm以上用100W烙铁)。2焊脚直径至少2mm，根部设小圆角，焊脚高度不足，堆焊不够大，强度差，被烫焊件厚度至少1mm，焊脚长度用公式计算：被烫焊件厚度+15焊脚直径。4烫焊要求烫焊件在烫焊过程中及烫焊后不移动，要按设计图822所示的定位结构。5烫焊方式常用生产效率高、可靠性好的旋转摩擦焊接，八、粘结、烫焊和烫印制品的设计18编辑课件烫焊制品的设计1烫焊是用前端呈半球状凹形的烙铁，把塑料焊脚加热，使之变形，同其他零件牢固结合(焊脚直径20mm以下用60W烙铁，20mm以上用100W烙铁)。2焊脚直径至少2mm，根部设小圆角，焊脚高度不足，堆焊不够大，强度差，被烫焊件厚度至少1mm，焊脚长度用公式计算：被烫焊件厚度+15焊脚直径。4烫焊要求烫焊件在烫焊过程中及烫焊后不移动，要按设计图822所示的定位结构。5烫焊方式常用生产效率高、可靠性好的旋转摩擦焊接，超声波焊接，高频焊接等(超声波焊接的焊筋应小而多)八、粘结、烫焊和烫印制品的设计19编辑课件烫印制品的设计烫印是利用刻有图案或文字的热模在一定的压力下，将烫印材料上的彩色铝箔转移到塑料表面上，从而获得精美的图案或文字。烫印材料的载体是涤纶薄膜或醋酸纤维素薄膜，在载体上先涂一层色层，然后真空镀铝，最后涂上热熔性粘合剂即可使用。1烫印面的背面不能有引起缩瘪的加强筋、凸台等壁厚不均匀形状。凹瘪处烫印不到花纹，烫印面一定要平整。2烫印面要高于其他部位。如烫印部位附近有高于烫印面的形状，会使印箔起皱折，应留有一定距离。见图324。3在熔结线处烫印，花纹容易剥落，设法把熔结线移到别处。4与喷漆的制品的设计条件相同。5烫印制品应平整，不能翘曲。6待烫印的制品要注意工艺卫生，不能用手触摸烫印面，烫印面不能接触硅酮、酒精、防静电药水、石蜡、润滑油等，勿置于高温高湿处。7烫印面的背面要有受力支持，烫印压力不足，花纹会剥落，见图325。8整个面烫印(滚筒式)时，烫印面上不允许有一部分凸出，见图326。9全面烫印时，两个面的接合处不能有圆角，应清角连接，见图327。八、粘结、烫焊和烫印制品的设计20编辑课件真空蒸镀塑件的设计塑件金属化既保持塑料原有的特点，如重量轻，容易加工生产效率高，又能克服塑料本身材料性能上的一些不足，如不耐热，不导电，易老化，有吸湿等，使塑料表面具有美丽的金属质感。金属光泽会使塑件原有的缩瘪变得更为明显，因此要彻底改变制品的壁厚不均匀状况，避免出现缩瘪寒冷地区使用的塑料镀件考虑塑料与镀层的结合力，因塑料同金属的热膨胀系数相一个数量级，在低温状态，塑料收缩，镀层便浮起来，看上去象气泡。九、金属化塑件与安装铭牌塑件的设计21编辑课件采取以下措施提高蒸镀制品的质量。1采用电镀级塑料。2充分干燥塑料粒子，避免制品银丝和气泡缺陷。在成型温度范围内，尽量提高熔融温度。3严禁使用脱模剂，为了在不使用脱模剂的情况下保证塑件平稳出模，模具方面应增加出模斜度和提高表面光洁度。4制模材料不得用铍青铜合金，塑件表面如附有一层极薄的铜膜，有碍金属镀层的结合力。5模具型腔表面不允许有划痕和伤疤，任何成氆中留下的疵病都会因金属化而变得更加明显，所以应加强塑件半成品乩外观检验。九、金属化塑件与安装铭牌塑件的设计22编辑课件电镀塑件的设计1基本要求同真空蒸镀。2塑件上不能有熔结线。3电镀面上不能有分型线和型芯镶嵌线。4.避免盲孔，残留在盲孔内的镀液不易清洗干净，造成下道工序污染，见图3.28。5凹槽深度不宜超过槽宽的1/3，凹槽越深，电镀时所需电压越高，而电镀电压高，镀层质量差。6电镀塑件的壁厚要适中，壁太薄(小于1.5mm)塑件的刚性差，电镀中易变形、镀层的结合力也差。7电镀工艺有锐边变厚的现象，电镀中锐边弓l起尖端放电，造成边角镀层隆起，圆角半径至少0.8mm以上，见图3.28。平扳形塑件难电镀，镀件的中心部分镀层薄，越靠近边缘镀层越厚，整个镀层呈不均匀状态，应将平面形改为略带圆弧面，或用桔皮纹制成亚光面。电镀的表面积越大，中心部位与四周边缘的光泽差别也越大，略呈抛物面能改善镀面光泽的均匀性。九、金属化塑件与安装铭牌塑件的设计23编辑课件安装铭牌的塑件1铭牌平贴在塑件上，边缘易翻翘，铭牌应埋在塑件的铭牌预制框内，铭牌与边框之间需留有一定的间隙，防止两种材料的热膨胀差异而变形2用粘结剂粘结铭牌时，塑件上要有粘结剂干燥孔3铭牌与塑料的粘结面越大越好4拉伸成型的铭牌端面很难成直线形状，塑件上应设计边框，使铭牌边缘埋在边框内，掩盖其端面5为使铭牌与塑件贴合良好，塑件上要设铭牌毛刺槽，使铭牌上的毛刺脱空九、金属化塑件与安装铭牌塑件的设计24编辑课件1整个制品的壁厚要均匀，壁厚变化不宜超过20，见图334和图3.35。2把大的加强筋改变成几条小的加强筋，见图336。把格子形状连结起来能使强度显著增加，见图337。十、防止缩瘪的制品设计25编辑课件3把厚壁改为用加强筋支撑的薄壁，加强筋处于受力方向位置，见图338。4制品表面越光亮，缩瘪越明显。制品表面用皮纹或脉冲纹等制成亚光面，能有效地起到掩盖缩瘪的作用，见图339。十、防止缩瘪的制品设计26编辑课件1盒、盆、角等制品的上沿很容易变形，须设边框增强2箱体类制品的底部容易变形，用凹凸变形或加框的方法增强3不对称的制品因收缩不均匀，容易变形，近似于对称的设计能防止变形4变形的主要原因是收缩不均匀(包括成型收缩和后收缩)和应力作用(如注射压力过大，脱模时受力不均衡等)。变形少的制品从总体上来说应是形状简单、壁厚均匀。5薄板形制品上设加强筋或加框反而会增加变形，这是收缩不均匀原因所造成。6大平面制品的防变形措施是将平面形状改为大的圆弧（如10M的半径)曲面，见图3.43。为提高外观和冲击强度，对大平面应设计成每100mm为0.5mm左右的抛物面。十一、防止变形的制品设计27编辑课件1、制品的应力往往集中子尖角处或缺口部位。防止开裂的首要条件是制品外形保持连续性，将尖角改为圆角，缺口改为圆弧过渡，见图344。2、孔与孔之间的距离太近或孔距离制品的边缘太近都会减弱强度，应如图345所示拉开距离。3孔口是应力集中区，孔日最易开裂，所以孔口应当用加框的方法加强，见图346和图347。4喷漆制品中的凸阶因受涂料的稀薄剂的作用容易应力开裂，须用圆角连接，见图348。十二、防止开裂的制品设计28编辑课件1制品侧面的孔、凹槽、文字标记对制品来说都是形成凹割，凡凹割形状都需要用横抽芯的模具结构成型。横抽芯模具不仅结构复杂，而且成型稳定性差，容易发生故障，生产效率也低。如改为U字形孔或改成上、下型芯斜面紧贴而成的孔则可免去横抽芯结构。图349是几种免去凹削的设计例子。2制品里面的凸筋同样形成凹割，需用内抽芯方法成型。内抽芯的模具结构更复杂，如按图350所示，在相应的底面开通孔，可免去抽芯动作。3塑件上的细小深孔难以成型，因为在注射压力下型芯容易折断或弯曲，采用后加工钻孔比模塑成型孔更经济有效。建议在塑件的钻孔位置模塑出锥坑，作为后加工钻孔定位用，见图351。十三、减少成型故障的制品设计29编辑课件4上、下对接的孔会发生偏心，两方面应有明显的台阶，见图352。5有尖角的制品脱模困难，脱模时容易刮伤制品，图353。是去消尖角形状的设计。6.简化制品的形状，定模中尽量不要有高度大或细长的型芯，见图354。7透明制品的侧壁须有充分的出模斜发，以免恻壁拉毛。8模拟熔料流动状况，判断熔结线位置决定浇口位置见图355。杯类制品宜把浇口设在底部。9浇口设在制品的厚壁部位容易成型，当料流由厚壁部向薄壁处流动时，注射压力损耗少，并有利于保压，十三、减少成型故障的制品设计30编辑课件1、金属嵌件的四周边缘应倒角，有锐边的嵌件周围集中较大的内应力会引起制品开裂，2、螺纹金属嵌件应使螺纹伸出塑件外，见图359。3、出于金属材料与塑料存在热膨胀差异，有金属嵌件的塑料制品内应力大，金属嵌件越大，制品的内应力也越大，嵌件周围的塑料往往开裂，影响使用，最好避免用嵌件，见图360。4、嵌装圆螺母同塑件安装面要平齐，低于平面，安装时嵌件会吊出来，见图361。5、为防止嵌件在制品内转动或脱落，直纹滚花的圆柱形嵌件用中问开槽的方法固定，槽深12mm，对抗拉和抗扭都有较强的固定性。小型嵌件受力很小时，用菱形滚花可不开槽。见图362。6、金属嵌件的价格比较高，插嵌件又费时间，生产效率低，制品成本提高，因此尽量用螺栓联接或自攻螺钉等方法代替插嵌件成型，见图363。十四、防止由金属嵌件引起的废品31编辑课件1把金属棒硬拧入塑件内，容易发生应力开裂，见图364。2两个塑件对接，如完全无间隙，不容易接平，外观效果差，设计对接的制品应留以间隙，见图365。3盒盖与盒体常常因变形、离缝而盖不上，建议边缘应加框或加筋防止变形，见图366。4避免对塑件施加大的负载，如暗榫的底部没有圆角，经不起横向冲击，见图367。5凡安装其他零件的部位都要详细研究装配后会产生什么问题，预先想好改进措施，如套在凸台卜的零件，因凸台的底部是圆角，不能同装配件紧密贴合。如图368所示，将圆角陷入平面，便贴合良好。十五、避免制品装配引起的问题32编辑课件1文字、商标的四周加个边框，文字或商标能单独做成型芯镶入模腔，模具容易加工和研磨，并能简便地调换文字、商标，见图369。2按制品的使用和装配功能，将多余功能部分挖去，搂空，使制品更为轻巧，并能节约原材料，见图370。3慎重设计分型面位置，做到即使出现飞边，外观上也不受影响，或容易修去飞边，见图371。4聚丙烯塑料一体铰链中，把铰链的圆弧制成两级也许效果更好，见图372。5有些制品采用一次模塑成型方法会使模腔的形状变得十分复杂或很薄弱，制品很难加工，成型时容易出故障。对制品的部分形状采用后加工，可能更经济合理。6自攻螺纹的凸台要有一定强度，孔口的倒角，对便于拧自攻螺钉和增强模具型芯都有重要意义，见图373。十六、制品设计中需考虑的其他问题33编辑课件