塑料产品结构设计注意事项
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塑料产品结构设计注意事项
1、塑料产品开发的结构设计原则
⑴、结构设计要合理:装配间隙合理,所有插入式的结构均应预留间隙;保证有足够的强度和刚度(安规测试),并适当设计合理的安全系数。
⑵、塑件的结构设计应综合考虑模具的可制造性,尽量简化模具的制造。
⑶、塑件的结构要考虑其可塑性,即零件注塑生产效率要高,尽量降低注塑的报废率。
⑷、考虑便于装配生产(尤其和装配不能冲突)。
⑸、塑件的结构尽可能采用标准、成熟的结构,所谓模块化设计。
⑹、能通用/公用的,尽量使用已有的零件,不新开模具。
⑺、兼顾成本。
2、材料的选取
⑴、ABS:高流动性,便宜,适用于对强度要求不太高的部件(不直接受冲击,不承受可靠性测试中结构耐久性的部件),如内部支撑架(键板支架、LCD支架)等。还有就是普遍用在电镀的部件上(如按钮、侧键、导航键、电镀装饰件等)。目前常用奇美PA-757、PA-777D等。
⑵、PC+ABS:流动性好,强度不错,价格适中。适用于作高刚性、高冲击韧性的制件,如框架、壳体等。常用材料代号:拜尔T85、T65。
⑶、PC:高强度,价格贵,流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳、按键、传动机架、镜片等。常用材料代号如:帝人L1250Y、PC2405、PC2605。
⑷、POM具有高的刚度和硬度、极佳的耐疲劳性和耐磨性、较小的蠕变性和吸水性、较好的尺寸稳定性和化学稳定性、良好的绝缘性等。常用于滑轮、传动齿轮、蜗轮、蜗杆、传动机构件等,常用材料代号如:M90-44。
⑸、PA坚韧、吸水、但当水份完全挥发后会变得脆弱。常用于齿轮、滑轮等。受冲击力较大的关键齿轮,需添加填充物。材料代号如:CM3003G-30。
⑹、PMMA有极好的透光性,在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光,室外十年仍有89%,紫外线达78.5%。机械强度较高,有一定的耐寒性、耐腐蚀,绝缘性能良好,尺寸稳定,易于成型,质较脆,常用于有一定强度要求的透明结构件,如镜片、遥控窗、导光件等。常用材料代号如:三菱VH001。
3、结构中常见的问题注意点
和塑料的选择也在考虑之列。一般来说,对模塑产品的任何一个侧面,都需有一定量的脱模斜度,以便产品从模具中顺利脱出。脱模斜度的大小一般以0.5°~1°居多。具体选择脱模斜度注意以下几点:
⑴、塑件表面是光面的,尺寸精度要求高的,收缩率小的,应选用较小的脱模斜度,如0.5°。
⑵、较高、较大的尺寸,根据实际计算取较小的脱模斜度。
⑶、塑件的收缩率大的,应选用较大的斜度值。
⑷、塑件壁厚较厚时,会使成型收缩增大,脱模斜度应采用较大的数值。
⑸、透明件脱模斜度应加大,以免引起划伤。一般情况下,PS料脱模斜度应不少于2.5°~3°,ABS 及PC料脱模斜度应不小于1.5°~2°。
⑹、带皮纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应根据具体情况取2°~5°的脱模斜度,视具体的皮纹深度而定。皮纹深度越深,脱模斜度应越大。
⑺、结构设计成对插时,插穿面斜度一般为1°~3°。
⑻、取斜度的方向,一般内孔以小端为准,符合图样,斜度由扩大方向取得,外形以大端为准,符合图样,斜度由缩小方向取得。
⑼、一般情况下,脱模斜度不包括在塑件公差范围内。
⑽、外壳面脱模斜度大于等于3°。除外壳面外,壳体其余特征的脱模斜度以1°为标准脱模斜度。特别的也可以按照下面的原则来取:低于3mm高的加强筋的脱模斜度取0.5°,3~5mm取1°,其余取1.5°;低于3mm高的腔体的脱模斜度取0.5°,3~5mm取1°,其余取1.5°。
3.2、塑件壁厚确定以及壁厚处理
合理的确定塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先决定于塑件的使用要求:包括零件的强度、质量成本、电气性能、尺寸稳定性以及装配等各项要求,一般壁厚都有经验值,参考类似即可确定,其中注意点如下:
⑴、塑件壁厚应尽量均匀,避免太薄、太厚及壁厚突变,若塑件要求必须有壁厚变化,应采用渐变或圆弧过渡,否则会因引起收缩不均匀使塑件变形、影响塑件强度、影响注塑时流动性等成型工艺问题。厚薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内,整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm,且该处背面不是A级外观面,并要求面积不得大于100mm²。
⑵、塑件壁厚一般在1~5mm范围内。而最常用的数值为2~3mm。
⑶、尽量不要将加强筋和螺钉柱设计的太厚,一般建议取本体壁厚的一半较保险,否则容易引起缩影等外观问题。
⑷、尽量不要将零件设计成单独的平板,尺寸很小另论,否则变形导致零件不平整。
为了确保塑件的强度和刚性,而又不致使塑件的壁厚过厚,可以在塑件的适当部位设置加强筋。加强筋还可以避免塑件的变形,在某些情况下,加强筋还可以改善塑件成型过程中塑料流动的情况。
⑴、加强筋的厚度不应大于壁厚的1/2,以免引起塑件表面缩影;同时从成型流动性考虑,最小不宜低于0.8mm。
⑵、在必须采用较大的加强筋时,在容易形成缩痕的部位可以设计成纹理,来遮盖缩痕。
⑶、加强筋应加脱模斜度,筋应标注大端尺寸(但是考虑加工工艺,3D图上可不做出,模具加工时EDM加工会自然产生斜度,高精度零件另论)
⑷、除特殊要求外,加强筋应尽可能矮,加强筋的高不要超过(3~4)×T(T为零件厚度)
小技巧:把表面制成拱形和波形也是增加强度和刚性的方法之一。
⑸、加强筋厚度与塑件壁厚的关系
当(A-B)/B×100%<8%时,就不会缩水
3.3.1、转角部位加R
在塑件设计过程中,为了避免应力集中,提高塑件强度,改善塑件的流动情况及便于脱模,在塑件的各面或内部连接处,应采用圆弧过度。另外,塑件上的圆角对于模具制造和机械加工及提高模具强度,也是不可少的。在塑件结构上无特殊要求时,塑件的各转角处均应有半径不小于0.5~1mm的圆角。允许的情况下,圆角应尽量大。
对于内外表面的拐角处,外圆角应为内圆角加壁厚,可减少内应力,并能保证壁厚均匀一致。
塑料产品的尖锐转角常常是造成产品破坏的最大因素。消除产品尖锐的转角,不但可以降低该处的应力集中,提高产品的结构强度,也可以使得塑料材料成形时有流线型的流路,以及成品更易于顶出。另外,从模具的观点,圆角也是有益于模具加工和模具强度。
产品所有的内侧和外侧的周边转角园弧都必须尽可能的大,以消除应力集中;
但太大圆弧可能造成缩水,特别是在肋或突柱根部转角园弧。原则上,最小的转角园弧为0.3~0.8mm。
综上所述,园角对于成形品的设计会有以下的一些优点:
⑴、圆角使得成形品提高强度以及降低应力。
⑵、尖锐转角的消除,自动地降低了龟裂的可能性,就是提高对突然的震动或冲击的抵抗能力。
⑶、塑料的流动状态将被重大的改善,圆形的转角,使得塑料能够均匀,没有滞留现象以及较少应力的流入模穴内所有的断面,并且改善成形品断面的密度之均匀性。
⑷、模具强度获得改善,以避免模具内尖锐的转角,造成应力集中,导致龟裂,特别是对于需要热处理或受力较高的部分,圆弧转角更为重要。
圆角加大,应力集中减少。
内圆角R<0.3T----应力剧增。
内圆角R>0.8T----几乎无应力集中。
3.3.2、增设加强肋
肋根部厚度约为0.4~0.6T
PS T<0.6T
肋间间距>4T 肋高L<3T
3.3.3、利用变化肉厚及形状
⑴、侧壁加强:既可防止变形,也可改善流动性。
⑵、边缘加强:用变化的边缘形状来加强,防止变形。
⑶、周边加强:较大的平面易发生翘曲变形,用周边凹凸或波浪形来防止变形。
⑷、底部加强:箱形件底部,为加强及防变形通常在造型上做局部沉台或凸起造型。