2 5嵌件 塑料螺紋等結構設計 2 1塑件設計原則 第2章塑料制件的設計 2 2尺寸精度與表面質量 2 3塑件形狀設計 2 4塑件結構設計 內容簡介 本章主要講述塑件形狀設計要求和設計實例 脫模斜度的確定 塑件壁厚的設計及壁厚均勻性 塑件的支承面 塑件上的孔 嵌件 文字 凸凹紋的設計 塑件結構設計示例 塑件的尺寸精度和表面粗糙度的確定 第2章塑料制件的設計 塑件設計原則 滿足使用要求和外觀要求 針對不同物理性能揚長避短 便于成型加工 盡量簡化模具結構 2 2 1尺寸精度2 2 2尺寸精度的確定2 2 3表面質量 2 2尺寸精度與表面質量 2 2 1尺寸精度1 塑件尺寸概念塑件尺寸 塑件的總體尺寸 2 塑料制品總體尺寸受限制的主要因素 塑料的流動性 成型設備的能力 2 2尺寸精度與表面質量 2 2尺寸精度與表面質量 影響塑件尺寸精度的因素 1 模具制造的精度 約為1 3 2 成型時工藝條件的變化 約為1 3 3 模具磨損及收縮率的波動 具體來說 對于小尺寸制品 模具制造誤差對尺寸精度影響最大 而大尺寸制品則收縮波動為主要 2 2 2尺寸精度的確定表3 2是模塑件尺寸公差國家標準 GB T14486 1993 表3 3是常用塑料材料的公差等級選用 將表3 2和表3 3結合起來使用 先查表3 3 根據模塑件的材料品種及用要求選定塑件的尺寸精度等級 再從表3 2中查取塑件尺寸公差 然后根據需要進行上 下偏差分配 如基孔制的孔可取表中數值冠以 號 如基軸制的軸可取表中數值冠以 號 其余情況則根據材料特性和配合性質進行分配 2 2尺寸精度與表面質量 2 2 3表面質量1 塑件制品的表面質量要求 表面粗糙度要求 表面光澤性 色彩均勻性要求 云紋 冷疤 表面縮陷程度要求 熔結痕 毛刺 拼接縫及推桿痕跡等缺陷的要求 2 2尺寸精度與表面質量 2 2尺寸精度與表面質量 2 2 3表面質量2 模具表面粗糙度要求 一般 型腔表面粗糙度要求達0 2 0 4mm 模具表面粗糙度要比塑件的要求低1 2級 透明制品型腔和型芯粗糙度一致 非透明制品的隱蔽面可取較大粗糙度 即型芯表面相對型腔表面略為粗糙 設計塑件的內外表面形狀要盡量避免側凹結構 以避免模具采用側向分型和側向抽芯機構 否則因設置這些機構而使模具結構復雜 不但模具的制造成本提高 而且還會在塑件上留下分型面線痕 增加了去除飛邊的后加工的困難 以成型側孔和凸凹結構為例 比較兩種方案 從而選擇優良的設計方案 2 3 1側凹與側凸 2 3塑件形狀設計 圖2 1a所示塑件在取出模具前 必須先由抽芯機構抽出側型芯 然后才能 取出模具結構復雜 圖2 1b側孔形式 無需側向型芯 模具結構簡單 圖2 2a所示塑件的內側有凸起 需采用由側向抽芯機構驅動的組合式型芯 模具制造困難 圖2 2b避免了組合式型芯 模具結構簡單 圖2 1具有側孔的塑件 圖2 2塑件內側表面形狀改進 a a b b 2 3塑件形狀設計 圖2 3 2 4的圖a形式需要側抽芯 圖b形式不需側型芯 a a b b 圖2 3取消塑件上不必要的側凹結構 圖2 4無需采用側向抽芯結構成型的孔結構 2 3形狀和結構設計 當塑件的內外側凹陷較淺 同時成型塑件的塑料為聚乙烯 聚丙烯 聚甲醛這類仍帶有足夠彈性的塑料時 模具可采取強制脫模 為使強制脫模時的脫模阻力不要過大引起塑件損壞和變形 塑件側凹深度必須在要求的合理范圍內 見圖2 5下面的說明 公式 同時還要重視將凹凸起伏處設計為圓角或斜面過渡結構 2 3形狀和結構設計 2 3 2強制脫模 圖2 5可強制脫模的淺側凹結構 a A B 100 B 5 b A B 100 C 5 2 3塑件形狀設計 2 4塑件結構設計 2 4 1脫模斜度設計2 4 2塑件壁厚設計2 4 3設置加強筋2 4 4增加剛性減少變形的其他措施2 4 5塑件支承面的設計2 4 6塑件圓角的設計2 4 7塑件孔的設計2 4 8采用型芯拼合復雜型孔 2 4 1脫模斜度 為便于塑件從模腔中脫出 在平行于脫模方向的塑件表面上 必須設有一定的斜度 此斜度稱為脫模斜度 斜度留取方向 對于塑件內表面是以小端為基準 即保證徑向基本尺寸 斜度向擴大方向取 塑件外表面則應以大端為基準 保證徑向基本尺寸 斜度向縮小方向取 如圖2 6所示 圖2 6塑件上斜度留取方向 設計塑件時如果未注明斜度 模具設計時必須考慮脫模斜度 模具上脫模斜度留取方向是 型芯是以小端為基準 向擴大方向取 型腔是以大端為基準 向縮小方向取 這樣規定斜度方向有利于型芯和型腔徑向尺寸修整 斜度大小應在塑件徑向尺寸公差范圍內選取 當塑件尺寸精度與脫模斜度無關時 應盡量地選取較大的脫模斜度 當塑件尺寸精度要求嚴格時 可以在其尺寸公差范圍內確定較為適當的脫模斜度 塑件內表面的脫模斜度應大于其外表面的脫模斜度 開模脫出塑件時 希望塑件留在有脫模裝置的模具一側 要求塑件留在型芯上 則該塑件內表面脫模斜度應比其外表面小 反之 若要求塑件留在型腔內 則其外表面的脫模斜度應小于其內表面的脫模斜度 塑件上脫模斜度可以用線性尺寸 角度 比例等三種方式來標注 如圖2 7所示 脫模斜度的推薦值可供設計塑件時參考 圖2 7脫模斜度的標注 返回 2 4 2壁厚及壁厚均勻性 在滿足工作要求和工藝要求的前提下 塑件壁厚設計應遵循如下兩項基本原則 盡量減小壁厚 減小壁厚不僅可以節約材料 節約能源 也可以縮短成型周期 也有利于獲得質量較優的塑件 塑件允許的最小壁厚與塑料品種和塑件尺寸有關 盡可能保持壁厚均勻 塑件壁厚不均勻時 成型中各部分所需冷卻時間不同 收縮率也不同 容易造成塑件的內應力和翹曲變形 因此設計塑件時應盡可能減小各部分的壁厚差別 一般情況下應使壁厚差別保持在30 以內 對于由于塑件結構所造成的壁厚差別過大情況 可采取如下兩種方法減小壁厚差 1 可將塑件過厚部分挖空 如圖2 8所示 2 可將塑件分解 即將一個塑件設計為兩個塑件 在不得已時采用這種方法 返回 圖2 8挖空塑件過厚部分使壁厚均勻 此外 必須指出壁厚與流程有著密切關系 所謂流程是指熔體從澆口流向型腔各部分的距離 實驗證明 在一定條件下 流程與制品壁厚成直線關系 制品壁厚愈厚 所容許的流程愈長 反之 制品壁厚愈薄 所容許的流程愈短 如果不能滿足要求 則需增大壁厚或增設澆口及改變澆口位置 以滿足模塑要求 制件最小壁厚與流程之間關系 返回 2 4 3設置加強筋 塑件上增設加強筋是為了在不增加塑件壁厚的情況下增加塑件的剛性 防止塑件變形 對加強筋設計的基本要求是1 筋條方向應不妨礙脫模 筋本身應帶有大于塑件主體部分的脫模斜度 筋的設置不應使塑件壁厚不均勻性明顯增加 圖2 92 塑件上筋條方向也不應妨礙塑料充模時的流動和塑料收縮 圖2 10 圖中2 9 a 的設計方案較好 而2 9 b 所示方案會使筋底與塑件主體連接部位壁厚增加過多 因而不可取 返回 圖2 9加強筋尺寸 圖2 10是對同一塑件端部筋條設計的兩種方案比較 方案 a 較好 方案 b 不可取 因為方案 b 中的筋條妨礙了塑料收縮 會造成塑件內應力并引起塑件翹曲 固中箭頭所示方向為塑料收縮方向 返回 圖2 10筋的方向應不妨礙塑料收縮 除加強筋外 針對塑件結構特點 還可采取其它增加塑件剛度的方法 如盒蓋 罩殼 容器等塑件 可采用拱形增加剛度 如圖2 11所示 對于表面較大的塑件 可采用拱形 彎折形或波紋形壁面增加剛度 如圖2 12所示 薄壁容器上口邊緣可采用各種彎邊 不僅使邊緣剛度增加 也增加了塑件的美感 如圖2 13所示 2 4 4增加剛性減少變形的其他措施 圖2 11盒蓋 容器等塑件采用拱形設計 返回 圖2 12大表面容器 罩殼增加剛度的設計 返回 圖2 13容器邊緣采用彎邊增加剛度 返回 2 4 5塑件的支承面 當采用塑件的整個底平面作為支承面時 應將塑件底面設計成凹形或設置加強筋 這樣不僅可提高塑件的基面效果 而且還可以延長塑件的使用壽命 如圖2 14 b c 所示 支承面設置加強筋的 筋的端部應低于支承面約0 5毫米左右 如圖2 15 圖2 14塑件的支承面 返回 圖2 15支承面上加強筋的設計 2 4 6塑件圓角的設計 為了使熔料易于流動和避免應力集中 應在轉角處加設圓角R 圖2 16表示R A與應力集中之間的關系 在給塑件內外表面的拐角處設計圓角時 應象圖2 17所示那樣確定內外圓角半徑 以保證塑件壁厚均勻一致 圖2 16RT與應力集中的關系 返回 圖2 17圓角R 返回 2 4 7塑件上的孔 1 相鄰兩孔之間和孔與邊緣之間的距離 通常應等于或大于孔的直徑 如圖2 17所示 2 通孔可用一端固定的單一成型桿圖2 18 a 或各端分別固定的對頭成型桿圖2 18 b 來成型 固定用孔因承受較大負荷 可設計周邊增厚來加強 如圖2 19所示 3 盲孔則用一端支承的成型桿來成型 但在成型過程中 由于物料流動產生的不平衡壓力 容易使成型芯折斷或彎曲 所以 盲孔的深度 即成型桿的成型長度 取決于孔的直徑 對于注射和壓注成型 孔深不得大于孔徑的 倍 對于壓縮成型 平行與施壓方向的孔深度為孔徑的 倍 圖2 17塑件上的孔距設計 返回 返回 返回 圖2 18通孔的成型 圖2 19孔邊增厚加強 a b 返回 圖2 20細長型芯的支撐 對于細長型芯 為防止其彎曲變形 在不影響塑件的條件下 可在塑件的下方設支承柱來支撐 如圖2 20所示 返回 圖2 21用拼合型芯成型復雜孔 2 4 8采用型芯拼合復雜型孔 返回 2 5 1帶嵌件塑件設計 2 5 3塑料齒輪的設計 2 5嵌件 螺紋等結構設計 2 5 2模塑螺紋的結構設計 2 5 4塑料鉸鏈的設計 2 5 5標記 符號 圖案 文字 2 5 1帶嵌件塑件的設計 1 塑件中鑲入嵌件的目的 增加局部強度 硬度 耐磨 導磁 導電性能 加強塑件尺寸精度和形狀的穩定性 起裝飾作用等 2 金屬嵌件的種類和形式 為了在塑件內牢固嵌定而不致被拔脫 其表面必須加工成溝槽或滾花 或制成多種特殊形狀 圖2 22中所示就是幾種金屬嵌件的例子 3 嵌件結構有柱狀 針桿狀 片狀和框架等如圖2 23所示 返回 圖2 22嵌件示例 圖2 23嵌件的結構形式 返回 金屬嵌件設計的基本原則如下 1 金屬嵌件嵌入部分的周邊應有倒角 以減少周圍塑料冷卻時產生的應力集中 2 嵌件設在塑件上的凸起部位時 嵌入深度應大于凸起部位的高度 以保證塑件的機械強度 3 內 外螺紋嵌件的高度應低于型腔的成型高度0 05毫米 以免壓壞嵌件和模腔 4 外螺紋嵌件應在無螺紋部分與模具配合 否則熔融物料滲入螺紋部分 嵌件在模內的固定部分應采用三級精度間隙配合 以保證定位準確 防止溢料 6 嵌件高度不應超過其直徑的兩倍 高度應有公差 如圖2 24 返回 圖2 24嵌件的高度h 2d 1 塑件上螺紋成型可用以下三種成型方法 模具成型 機械加工制作 在塑件內部鑲嵌金屬螺紋構件 2 模塑螺紋的性能特點 模塑螺紋強度較差 一般宜設計為粗牙螺紋 模塑螺紋的精度不高 一般低于GB3級 2 5 2模塑螺紋的特點 由模具的螺紋成型機構對應獲得三種結構型式的模塑螺紋 它們是整圓型螺紋 對拼型螺紋和間斷型螺紋 整圓螺紋是由完整的螺紋型腔或螺紋型腔或螺紋型芯成型出來 螺紋表面光滑無痕 塑件脫離模具時 模具螺紋成型零件需做旋轉脫離動作 對拼螺紋是由兩瓣螺紋型成型的 塑件表面在兩瓣型腔拼合初呈現出一道線痕 分型線 兩瓣型腔分離塑件即可脫出模具 間斷螺紋為螺紋在周向上斷離為幾截 有斷為兩截 三截 四截等 內螺紋斷為兩截時 用內側抽芯機構可快速完成塑件脫模動作 將外螺紋斷為若干截的目的主要是為了減少螺紋副間的結合面 提高旋合性 模塑螺紋起止端不能設計退刀槽 也不宜用過渡錐面結構 這一點與金屬螺紋件的要求不同 模塑螺紋起止端應設計為圓臺即圓柱結構 以提高該處螺紋強度并使得模具結構簡單 2 5 3塑料齒輪的設計 設計時應避免模塑 裝配和使用塑料齒輪時產生內應力或應力集中 避免收縮不均而變形 為此 塑料輪要盡量避免截面突變 應以較大圓弧進行轉角過渡 宜采用過渡配合和用非圓孔 見下圖 連接 不應采用過盈配合和鍵連接 返回 2 5 4塑料鉸鏈設計 對于聚乙烯 聚丙烯等軟性帶蓋容器 可以將蓋子和容器注射成型為一個整體 其間用鉸鏈結構連接 圖2 25是鉸鏈的截面形式 由圖可知 鉸鏈部位塑件壁厚減薄 且減薄處以圓弧過渡 蓋子與容器合攏打開時這段薄片彎曲轉動 圖2 25常見塑料鉸鏈 返回 2 5 5標記 符號 圖案 文字 塑件上文字圖案以在塑件上凸起為好 一是美觀 二是模具容易制造 但凸起的文字圖案容易磨損 文字圖案等凹入塑件表面 雖不易磨損 但不僅不美觀 模具也難以加工制造