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東莞pc塑料品牌
東莞塑料是四大工程材料
塑料是四大工程材料(鋼鐵、木材、水泥和塑料)之一,它是以高分子量的合成樹脂為主要成份,廣泛應用于工業、農業、國防等行業。
塑料的分類
塑料按照受熱屬性分類,分為熱固性和熱塑性兩種,區分兩種塑料的規則一般是在一定溫度加熱一段時間或加入硬化劑後有無發生化學反應而硬化,發生化學反應而硬化的叫熱固性塑料,反之則叫熱塑性塑料。
塑料按照基本性能分類主要分為通用塑料、工程塑料、功能塑料。通用塑料主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、ABS,特點是産量大,價格底,性能一般。工程塑料主要有聚酰胺(PA)、 聚碳酸(PC)、 聚甲醛、聚苯醚 等,特點是優異的機械性能,電性能,化學性能,耐熱性,耐磨性和尺寸穩定性,工程塑料的産量相對較少。
塑料的成形方式:
一般來說塑料的成型方法有以下幾種:注射成型、擠壓成型、壓鑄成型、發泡、吹塑、真空吸塑、中空成型、機加工等。
由于塑料的種類及性能、使用場合、成型工藝等條件的影響,對塑料件的結構設計也就自然會産生一些特殊的要求及方法,涉及的内容相當多。
注塑成型
将顆粒狀或粉末狀塑料置于注射機料筒内加熱,使其熔融後用推杆或旋轉螺杆施加壓力,使料筒内的膠料叢噴嘴和模具的澆注系統注射到模具型腔中冷卻成型的方法。
注塑機整體結構
我主要從制品的壁厚、拔模角、加強筋、孔、支柱、卡扣、過盈連接、公差等幾個要素分享注塑件的結構設計要點。
一、壁厚
合理确定塑件的壁厚是非常重要的,其它的形體和尺寸如加強筋和圓角等都是以壁厚為參照的。塑料産品的壁厚主要決定于塑料的使用要求,即産品需要承受的外力、是否作為其他零件的支撐、選用的塑膠材料屬性、重量、電氣性能、尺寸精度和穩定性以及裝配等各項要求而定。
一般的熱塑性塑料壁厚設計在1~6mm範圍。最常用的為2~3mm。大型件也有超過6mm的。表1是一些熱塑性塑料壁厚的推薦值。
表1 熱塑性塑料壁厚的推薦值
1、壁厚不均勻
壁厚均勻是塑料件設計的一大原則。如果壁厚不均勻,會使塑料熔體的充模速度和冷卻收縮不均勻,由此會引起凹陷、真空泡、翹曲、甚至開裂,更甚者導緻産生縮水印、熱内應力、撓曲部份歪曲、顔色不同或不同透明度。在取較小壁厚時,制品在使用和裝配時的強度和剛度會差。從經濟角度來看,過厚的産品不但增加物料成本,還延長生産周期。
若厚膠的地方漸變成薄膠的是無可避免的話,應盡量設計成漸次的改變,并且在不超過壁厚3:1的比例下,
壁厚過渡
其實大部份厚膠的設計可使用加強筋來改變總壁厚。除了可節省物料來節省生産成本外,還可以節省冷卻時間,冷卻時間大概與壁成正比。
此外壁厚的設計還要考慮流程,即熔料從澆口起流向型腔各處的距離。一般工藝參數下流程與壁厚有一定的比例關系,壁厚越大流程越長,如果流程與壁厚的比值太大,離澆口遠的地方就會出現缺料也就是常說的打不飽。
2. 尖銳的角
尖銳的角位通常會導緻部件有缺陷及應力集中,尖角的位置常在後處理過程後引起不希望的物料聚積,比如電鍍、噴塗。集中應力的地方會在受負載或撞擊的時候破裂,所以我們設計時應該避免尖角。
尖角
二、脫模方向及拔模斜度
每個注塑産品在開始設計時首先要确定其開模方向和分型線,以保證盡可能減少抽芯機構和消除分型線對外觀的影響。開模方向确定後,産品的加強筋、卡扣、凸起等結構盡可能設計成與開模方向一緻,以避免抽芯、減少拼縫線,延長模具壽命。開模方向确定後,可選擇适當的分型線,以改善外觀及性能。
注塑件從成型模具中脫模運動時,要克服脫模力和開模力。開模是指塑件外形從型腔中脫出。模内塑件在冷卻過程中産生收縮,孔壁部分對型芯産生包緊力。開模時塑件與型芯産生摩擦力、孔底密封件開模時産生真空吸附,諸多原因說明脫模力比開模力大得多。過大的脫模力會使塑件變形、發白、起皺和表面擦傷。脫模斜度是決定脫模力大小的一大因素。
拔模角的大小沒有一個定數,通常是根據經驗值确定。一般來說,高度抛光的外壁可使用1/8度或1/4度的出模角,深入或附有織紋的産品要求出模角作相應的增加,習慣上每0.025mm深的織紋,便需要額外1度的出模角。
此外在考慮脫模斜度時,原則上越大越有利于脫模,但必須注意保證塑件的尺寸精度,脫模斜造成的尺寸誤差必須控制在尺寸精度範圍内。對于收縮較大,形狀複雜的塑件應考慮較大的脫模角。注塑件設計要點(二)
三、加強筋
塑料件的強度并不完全依其壁厚增加而增大。相反,因為壁厚的增加引起收縮而産生内應力,反而降低其強度。塑料件的強度以剛度為主,多采用薄壁風格組合結構,在相應部位設置加強筋,以提升截面慣性矩。
但是加了加強筋後,加強筋與主壁的連接處就一定會變厚,這個厚度通常取決于内切的最大圓,也就是取決于筋厚和根部的圓角半徑。如圖6中,基料厚均為4mm,左圖筋要部厚度為4mm,筋根圓角為R2.4,其最大内切圓直徑為φ6.2;右圖僅将筋厚變為2mm,筋根圓角半徑改成R1.6,則最大内切圓直徑變為φ4.9。
加強筋
加強筋縮水部位
從的分析中可以看出筋要的厚度應盡量減小,但這也是有限制的。如筋的厚度太小就必須增加筋的高度以增加剛度。當然筋底圓角半徑也不能太小,否則就起不到減小應力集中的作用。
一般來說,筋根圓角半徑應不小于筋厚的40%,筋厚應是基料壁厚的50%~75%之間,高的比值僅限小收縮率的材料。筋的高度應該小于基料厚的五倍。筋上必須有脫模角且必須置于順脫模的方向上或者采用活動模具組件。
此外我們通常都希望一個零件在各個方向上都具有同樣的剛性,獲得這樣結果的最簡單的方法就是在零件的橫向和縱向都加上筋,就是在相交的地方會增加壁厚,增大收縮的機會。一般這種情況可以在相交處加一圓孔以便形成均勻的壁厚。如下十字筋
四、孔
在塑膠件上開孔使其和其它部件相接合或增加産品功能上的組合是常用的方法,洞孔的大小及位置應盡量不會對産品的強度構成影響或增加生産的複雜性,以下是在設計洞孔時須要考慮的幾個因素。
1、相連洞孔的距離或洞孔與相鄰産品直邊之間的距離不可少于洞孔的直徑,特别靠邊的值應盡可能大一些,否則穿孔位置容易産生斷裂的情況。要是孔内附有螺紋,則螺孔與産品邊沿的距離一般來說大于孔徑的三倍。
2、孔的類型一般有通孔,盲孔和分級孔等。從裝配的角度來看,通孔的應用比盲孔多,而且比盲孔容易生産。從模具設計的角度來看,通孔的設計在結構上也會方便一些,可以通過固定在動模和定模上的兩個型芯結合來形成,也可以隻固定在動模或定模上的一根型芯而成型。前者在流體塑料的作用下形成兩個懸臂梁,但力臂較短,變形不大。後者與動模和定模都有搭接,一般來說形成簡支梁,變形也不大。應用兩型芯成型時,兩型芯的直徑應稍有不同以避免因為兩條邊釘軸心稍有偏差而引緻産品出現倒扣的情況,而且相接的兩個端面必須磨平。而盲孔的型芯則完全是懸臂梁,受到流體塑料的沖擊後容易彎曲,成形的孔會變成異形孔,一般來說,盲孔的深度隻限於直徑的兩倍。
3、側孔往往是通過側抽芯的方法成型,這會增加模具的成本,且如果側芯太長的話容易斷,增加模具維護費用。如果情況允許的話可采用如下圖9的方法加以改善。
側孔
五、支柱
支柱突出膠料壁厚是用以裝配産品、隔開物件及支撐其他零件之用。空心的支柱可以用來嵌入件、收緊螺絲等。這些應用均要有足夠強度支持壓力而不緻于破裂。支柱一般做成圓柱形,因為圓柱易于模具成型,此外具有較好的力學性能。
一般來說支柱盡量不要設計成獨立的圓柱,應盡量連接至外壁或與加強筋一同使用,目的是加強支柱的強度及使膠料流動更順暢,與外壁的連接需做成薄壁連接避免縮水,支柱的底部與基料的連接處需做出0.4到0.6倍基料厚的圓角半徑。支柱的壁厚應在0.5到0.75的基料厚之間,支柱的頂部内孔為方便安裝螺釘導向應有倒角。支柱上需有拔模斜度。這幾點都與加強筋的設計要求相類似,因此也可以說支柱是筋的變種。
許多支柱凸台的作用是用來連接自攻螺釘,裝配後支柱上的内螺紋是通過冷流加工形成的,冷流加工不産生料的切削,隻是将塑料擠壓變形來産生銜接的内螺紋。
螺紋支柱的尺寸要既能承受螺釘的旋入力又能承受附載,支柱上的孔徑大小要能保證螺釘在特定扭矩及特定振動下不脫出,支柱的外徑要能保證螺釘扭緊過程中承受所産生的周向力而不斷裂、不破裂。此外為了保證在自攻螺釘旋入導向的方便,一般在支柱的頂部開一凹坑,凹坑的直徑應略大于螺紋的公稱直徑。支柱的尺寸計算是非常繁雜的,在這推薦一種國外網站上的簡單估算方法,這個方法的關鍵是螺釘的公稱直徑。首先必須寫出所用的材料,然後再從右邊查出相應的系數,用螺釘的公稱直徑乘以相應的系數就能得出相應的尺寸。
螺紋支柱
. 螺紋支柱算法系數
因為塑料相對金屬材料來說性能不是很穩定,因此根據以上計算出來的支柱尺寸,并不一定完全合乎要求,具體情況還要根據材料供應商提供的相關材料參數來定,重要場合必須做實驗來驗證。
六、卡扣
卡扣裝配是一種裝配方便,節約成本,綠色環保的連接方式,因為卡扣的組合部份在生産成品的時候同時成型,裝配時無須配合其他如螺絲等鎖緊配件,隻要需組合的兩邊扣位互相配合扣上即可。
卡扣的原理是推動一零件上的凸出部分通過另一零件上的障礙物,在推動過程中發生彈性形變,當通過障礙物後恢複原狀兩者合在一起,.卡扣連接有永久性和可拆性兩種。
從結構形式上又可分為搭接扣,環形扣和球形扣三種,
卡扣類型
對接卡鈎上一般有兩個關鍵的角度:脫開角與咬合角,一般脫開角較大,以便達到較難脫開的目的,如果當脫開角接近90度時,就成為永久性卡扣。
等截面卡扣的最大允許撓曲量可用如下公式計算:Y=el2/(1.5t)
此公式是在隻有卡鈎變形的情況下使用的,在實際情況下卡扣所在的部位附近也會有少量變形,這可以當作安全系數。
推動卡扣産生Y變形所需的力用下式計算:P=wt2Ee/(6l)
所需的裝配力用下式估算:W=P(μ tga)/(1-tga)
對于可拆式卡扣的脫開力也可用以上公式計算,隻需将a用b代替即可。
下表為計算過程中所需要的一些系數:
卡扣計算系數
圓環卡扣是利用圓環内凸台與軸的槽相扣來達到對接的目的,圓環卡扣根據釋放角的大小也可分為可拆接和不可拆接之分。
y=Sd((K v套)/E套 (1-v軸)/E軸)/K
式中S為設計應力,v為泊松比,E為彈性模量,K為幾何系數,K可用下式計算:K=(1 (d/D)2)/(1-(d/D)2)
作用在卡套上的膨脹力可用下式計算:
P=(tan a μ)/Sydlπ/K
式中μ為摩擦系數。
表2. 材料泊松比
七、過盈連接
孔與軸采用過盈配合連接起到傳遞轉矩等作用,過盈連接是一種比較方便與簡潔的。在設計的過程中最主要的考慮是過盈量,如果過盈量太小則連接不可靠,如果過盈過大則很難裝配,而且也容易破裂。
在設計時還需考慮孔與軸的公差以及工作溫度等,因為溫度的高低會直接影響過盈量的大小。大多數情況下軸一般都為金屬軸,為了保證連接的可靠性,在設計時一般在配合軸上加上滾花凹槽。一般的過盈量可用下式計算:
Y=Sd( (K v套)/E套)/K
式中S為設計應力,v為泊松比,E為彈性模量,K為幾何系數,K可用下式計算:
裝配力可用下式計算:W=Sdlπμ/K
μ為摩擦系數,l為配合長度。摩擦系數及泊松比見表2及圖17。
過盈配合
此外塑料件間的連接方法還有熱鉚,熔焊,超聲波焊接等。
八、公差影響
大部份的塑膠産品可以達到高精密配合的尺寸公差,而一些收縮率高及一些軟性材料則比較難于控制。因此在産品設計過程時是要考慮到産品的使用環境,塑膠材料,産品形狀等來設定公差的嚴緊度。因為顧客的要求愈來愈高,以往的可以配合起來的觀念慢慢的要修正過來。
一般用途的注射成型要求低水平的質量控制,其特點是低的退貨率和快的生産周期。中等精度注射成型會比較昂貴,因為它對模具和生産過程有更高的要求,要求頻繁的質量檢查。第三種,精密注射成型,要求精确的模具、最佳的生産條件和100%連續的生産監控。這将影響生産周期,增加單位生産成本和質量控制成本。從産品質量的角度來說,精度當然是越高越好,但從經濟的生産成本來說卻是越低越便宜。
九、材料的選擇
一般來說,并沒有不好的材料,隻有在特定的領域使用了錯誤的材料。因此,設計者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能,并仔細測試這些材料,研究其與各種因素對成型加工制品性能的影響。
在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無定型塑料和半結晶性塑料。這兩類材料在分子結構和受結晶化影響的性能上有明顯不同。
熱塑性塑料備有未增強、玻璃纖維增強、礦物及玻璃體填充等種類産品。玻璃纖維主要用于增加強度、堅固度和提高應用溫度;礦物和玻纖則具較低的增強效果,主要用于減少翹曲。
一些熱塑性材料,特别是PA6和PA66,吸濕性很強。這可能會對它們 的機械性能和尺寸穩定性産生較大的影響。
一些要求與加工注意事項和裝配有關。研究将幾種不同功能集中于一個部件也很重要,這可以節約昂貴的裝配費用。這個準則對計算生産成本非常有益。在價格計算中可以看出,不但應考慮原材料的價格,還應注意,有高性能(剛性,韌性)的材料可以使壁厚更薄,從而縮短生産周期。
十、圓角
尖銳的角位通常會導緻部件有缺陷及應力集中,集中應力的地方會在受負載或撞擊的時候破裂。較大的圓角提供了這種缺點的解決方法,不但減低應力集中的因素,且令流動的塑料流得更暢順和成品脫模時更容易。如果内角是圓角,外角是尖角,轉角的地方仍比其它地方厚,仍會出現收縮的現象;我們可以使内外都成圓角,
轉角位的設計準則亦适用于懸梁式扣位。因這種扣緊方式是需要将懸梁臂彎曲嵌入,轉角位置的設計圖說明如果轉角弧位R太小時會引緻其應力集中系數過大,因此,産品彎曲時容易折斷,弧位R太大的話則容易出現收縮紋和空洞。
以上,我分别從産品的壁厚、拔模角、加強筋、孔、支柱、卡扣、過盈連接、公差、圓角等方面對注塑件的結構設計要點進行了分。
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