材料成形工艺,第十五章 塑料制品的设计原则,第一节 制品的材料和几何形状 第二节 螺纹与齿轮的设计 第三节 金属嵌件的设计 第四节 制品尺寸精度与表面粗糙度,第一节 制品的材料和几何形状,一、制品的选材 二、成型工艺对制品几何形状的要求 三、分型面的确定,一、制品的选材,(1)塑料制品的选材应考虑的几个方面 (2)聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯(HDPE)的使用特性和选择原则 聚丙烯(PP)比高密度聚乙烯(HDPE)有许多更优越的性能，PP的光泽性好，外观漂亮，由于收缩率较HDPE小，制品细小部位的清晰度好，表面可制成皮革图案，如注射器和其他医疗器具、吹塑容器等均可选择PP。,(1)塑料制品的选材应考虑的几个方面,1)塑料的力学性能，如强度、刚性、韧性、弹性、弯曲性能、冲击性能以及对应力的敏感性。 2)塑料的物理性能，如对使用环境温度变化的适应性、光学特性、绝热或电气绝缘的程度、精加工和外观的圆满程度等。 3)塑料的化学性能，如对接触物(水、溶剂、油、药品)的耐性、卫生程度以及使用上的安全性等。 4)必要的精度，如收缩率的大小及各向收缩率的差异。 5)成型工艺性，如塑料的流动性、结晶性、热敏性等。,表15-1 常用塑料特性一览表,(1)塑料制品的选材应考虑的几个方面,二、成型工艺对制品几何形状的要求,1.脱模斜度 2.制品壁厚 3.加强肋 4.圆角 5.孔 6.支承面 7.标志及花纹,1.脱模斜度,1)在满足制品尺寸公差要求的前提下，脱模斜度可取得大一些，这样有利于脱模。 2)在塑料收缩率大的情况下应选用较大的脱模斜度。 3)当制品壁厚较厚时，因成型时制品的收缩量大，故也应选用较大的脱模斜度。 4)对于较高、较大的制品，应选用较小的脱模斜度。 5)对于高精度的制品，应选用较小的脱模斜度。 6)只是在制品高度很小时才允许不设计脱模斜度。 7)如果要求脱模后制品保持在型芯一边，可有意将制品内表面的脱模斜度设计得比外表面的小。,1.脱模斜度,8)如图15-1所示，斜度的方向一般是以内孔小端为基准由扩大方向取得；外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得。,1.脱模斜度,表15-2 各种塑料的脱模斜度,图15-1 脱模斜 度的基准,1.脱模斜度,2.制品壁厚,表15-3 热塑性塑料制品的壁厚推荐值(单位：mm),2.制品壁厚,表15-4 热固性塑料制品最小壁厚推荐值(单位：mm),3.加强肋,图15-2 加强肋的形状和尺寸,3.加强肋,图15-3 加强肋的交错分布 a)不合理 b)合理,3.加强肋,图15-4 大面积制品上的加强肋 a)普通制品 b)带楞沟的制品 1楞沟 2流纹,4.圆角,为了避免应力集中，提高塑料制品的强度，改善熔体的流动情况和便于脱模，在制品各内外表面的连接处均应采用过渡圆弧。制品上的圆角对于模具制造、提高模具的强度也是必要的。在无特殊要求时，制品的各连接处均应有半径不小于0.5mm的圆角。如图15-5所示，一般外圆弧半径应是壁厚的1.5倍，内圆角半径应是壁厚0.5倍。,图15-5 圆角半径的大小,4.圆角,5.孔,图15-6 孔间距与孔边距,5.孔,表15-5 不同孔径所对应的孔间(边)距值(单位：mm),图15-7 孔的加强肋,5.孔,图15-8 用对接型 芯成型的孔,5.孔,图15-9 复杂孔的成型方法 a)、b)、c)塑件形状 a)、b)、c)成型方法,5.孔,图15-10 侧孔和侧凹的改进 a)改进前 b)改进后,6.支承面,图15-11 两种可强制脱 模的浅侧凹槽,6.支承面,图15-12 塑料制品的支承面 a)整个底面(不合理) b)边框凸起(合理) c)底脚(合理),7.标志及花纹,图15-13 凸起的标志 设在凹坑内,三、分型面的确定,1.分型面的形状和方位 2.分型面位置的选择原则,1.分型面的形状和方位,图15-14 分型面的各种形状 a)与开模方向垂直的分型面 b)斜分型面 c)阶梯分型面 d)曲面分型面,1.分型面的形状和方位,图15-15 避免侧凹的分型面方位 a)不合理 b)合理 c)制品,2.分型面位置的选择原则,1)分型面必须开设在制品断面轮廓最大的部位才能使制品顺利地脱模。 2)因为分型面不可避免地要在制品上留下痕迹，所以分型面最好不选在制品光滑的外表面或带圆弧的转角处，如图15-16所示，图不合理，而图15-16b是合理的。 3)在注射成型时因推件机构一般设置在动模一侧，故分型面应尽量选在能使制品留在动模内。 4)对于同轴度要求高的制品(如双连齿轮)等，在选择分型面时最好把要求同轴的部分放在分型面的同一侧。,2.分型面位置的选择原则,5)一般侧向分型抽芯机构的侧向抽拔距离都较小，故选择分型面时应将抽芯或分型距离长的一边放在动、定模开模的方向上，而将短的一边作为侧向分型抽芯，如图15-18所示。 6)因侧向合模锁紧力较小，故对于投影面积较大的大型制品，应将投影面积大的分型面放在动、定模的合模主平面上，而将投影面积较小的分型面作为侧向分型面。 7)当分型面作为主要排气面时，应将分型面设计在料流的末端，以利于排气，如图15-19所示。,图15-16 分型面位置对制品外观的影响 a)不合理 b)合理,2.分型面位置的选择原则,图15-17 保证制品留在动模的分型面位置,2.分型面位置的选择原则,图15-18 侧向抽芯的选择 a)不合理 b)合理 1动模 2定模,2.分型面位置的选择原则,图15-19 分型面在料流的末端 a)合理 b)不合理,2.分型面位置的选择原则,第二节 螺纹与齿轮的设计,一、塑料螺纹设计 二、塑料齿轮设计,一、塑料螺纹设计,表15-6 塑料螺纹的选用范围,一、塑料螺纹设计,图15-20 塑料螺孔的形状 a)不合理 b)合理,一、塑料螺纹设计,图15-21 塑料螺纹的形状 a)不合理 b)合理,一、塑料螺纹设计,表15-7 塑料螺纹始末部分的尺寸,二、塑料齿轮设计,塑料齿轮目前主要用于精度和强度不太高的传动机构。用作齿轮的塑料有尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜等。为了使塑料齿轮适应注射成型工艺，齿轮的轮缘、辐板和轮毂应有一定的厚度，如图15-22所示，齿轮各部分尺寸应有如下关系： 1)最小轮缘宽度h1应为齿轮高h的3倍。 2)辐板厚度H1应不大于轮缘厚度H。 3)轮毂厚度H2应不小于轮缘厚度H。 4)最小轮毂外径D1应为轴孔直径D的1.53倍。 5)轮毂长(厚)度H2应相当于轴径D。,二、塑料齿轮设计,图15-22 齿轮各部分尺寸,为了减小尖角处的应力集中及齿轮在成型时内部应力的影响，应尽量避免截面的突然变化，尽可能加大圆角及过渡圆弧的半径。为了避免装配时产生内应力，轴与孔的配合应尽可能不采用过盈配合，而采用过渡配合。图15-23为轴与孔采用过渡配合的两种形式。其中，采用月形孔配合(见图15-23a)比采用销孔固定形式(见图15-23b)好。 对于薄型齿轮，因厚度不均会引起歪斜，故采用无轮毂无轮缘的齿轮效果较好。若在辐板上开孔，则因孔在成型时很少向中心收缩，故会使齿轮歪斜。此时若将图15-24a所示的开孔形式改为图15-24b所示的薄肋形式，则能保证轮缘向中心收缩。由于塑料不同收缩率也不同，故一般采用收缩率相同的塑料锥齿相互啮合。,二、塑料齿轮设计,图15-23 塑料齿轮的固定形式,二、塑料齿轮设计,图15-24 塑料齿轮辐板的形式 a)不合理 b)合理,二、塑料齿轮设计,第三节 金属嵌件的设计,一、金属嵌件的形式与固定方式 二、金属嵌件的设计原则,一、金属嵌件的形式与固定方式,图15-25 几种常见的金属嵌件,一、金属嵌件的形式与固定方式,图15-26 金属嵌件在制品内的固定方式,二、金属嵌件的设计原则,1)嵌件应尽可能采用圆形或对称形状，这样可以保证收缩均匀。 2)嵌件周围的壁厚应足够大。 3)金属嵌件嵌入部分的周边应有倒角，以减少周围塑料冷却时产生的应力集中。 4)模具内的金属嵌件在塑料成型过程中受到高压熔体流的冲击，可能发生位移或变形，同时塑料还可能挤入嵌件上预留孔或螺纹线中，影响嵌件使用，因此嵌件必须可靠定位。 5)嵌件自由伸出长度不宜超过其定位部分直径的2倍，否则应在模具上设置支柱，以免嵌件弯曲。,二、金属嵌件的设计原则,6)成型带嵌件的塑料制品会降低生产效率，且生产不易自动化，因此在设计塑料制品时此类嵌件就应尽可能不用。,表15-8 金属嵌件周围的最小壁厚,二、金属嵌件的设计原则,图15-27 圆柱形嵌件在模内的固定方式,二、金属嵌件的设计原则,图15-28 圆环形嵌件在 模内的固定方式,二、金属嵌件的设计原则,第四节 制品尺寸精度与表面粗糙度,一、影响制品尺寸精度的因素 二、制品尺寸精度和公差的确定 三、制品表面粗糙度的确定,一、影响制品尺寸精度的因素,1)模具成型部件的制造误差dz。 2)模具成型部件的表面磨损带来误差dc。 3)由塑料收缩率波动所引起的塑料制品的尺寸误差ds。 4)模具活动成型部件的配合间隙变化引起的误差dj。 5)模具成型部件的安装误差da。,一、影响制品尺寸精度的因素,表15-9 塑料制品尺寸误差的主要原因,图15-29 塑料罩壳 a)由模具直接决定的尺寸 b)不由模具直接决定的尺寸,一、影响制品尺寸精度的因素,二、制品尺寸精度和公差的确定,表15-10 塑料制品尺寸精度等级选用表,二、制品尺寸精度和公差的确定,表15-11 塑料制品的尺寸公差数值表,三、制品表面粗糙度的确定,塑料制品的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、波纹等疵点外，主要由模具的表面粗糙度决定。一般模具的表面粗糙度应比塑料制品的表面粗糙度值低一级。为了降低模具成型表面的粗糙度，制造时需精心地打磨和抛光，会导致模具加工成本提高，因此对模具成型表面粗糙度的要求，应以刚刚能满足需要为好。对透明的塑料制品要求型腔与型芯的表面粗糙度相同。对于不透明的塑料制品，模具型芯的成型表面并不影响制品的外观，仅仅影响制品的脱模性能，因此在不影响使用要求的前提下，型芯的表面粗糙度的级别可比型腔的表面粗糙度高12级。,