产品结构设计准则--壁厚篇.docx
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1、产品结构构设计准准则-壁厚篇篇基本设计计守则壁厚的大大小取决决於产品品需要承承受的外外力、是是否作为为其他零零件的支支撑、承承接柱位位的数量量、伸出出部份的的多少以以及选用用的塑胶胶材料而而定。一一般的热热塑性塑塑料壁厚厚设计应应以4mmm为限限。从经经济角度度来看,过厚的的产品不不但增加加物料成成本,延延长生产产周期”冷却时时间,增加生生产成本本。从产产品设计计角度来来看,过过厚的产产品增加加引致产产生空穴穴”气孔孔的可可能性,大大削削弱产品品的刚性性及强度度。最理想想的壁厚厚分布无无疑是切切面在任任何一个个地方都都是均一一的厚度度,但为为满足功功能上的的需求以以致壁厚厚有所改改变总是是无可
2、避避免的。在此情情形,由由厚胶料料的地方方过渡到到薄胶料料的地方方应尽可可能顺滑滑。太突突然的壁壁厚过渡渡转变会会导致因因冷却速速度不同同和产生生乱流而而造成尺尺寸不稳稳定和表表面问题题。对一般般热塑性性塑料来来说,当当收缩率率”Shhrinnkagge FFacttor低於00.011mm/mm时时,产品品可容许许厚度的的改变达达 ;但但当收缩缩率高於於0.001mmm/mmm时,产产品壁厚厚的改变变则不应应超过 。对一一般热固固性塑料料来说,太薄的的产品厚厚度往往往引致操操作时产产品过热热,形成成废件。此外,纤维填填充的热热固性塑塑料於过过薄的位位置往往往形成不不够填充充物的情情况发生生。
3、不过过,一些些容易流流动的热热固性塑塑料如环环氧树脂脂”Eppoxiies等,如如厚薄均均匀,最最低的厚厚度可达达0.225mmm。此此外,采采用固化化成型的的生产方方法时,流道、浇口和和部件的的设计应应使塑料料由厚胶胶料的地地方流向向薄胶料料的地方方。这样样使模腔腔内有适适当的压压力以减减少在厚厚胶料的的地方出出现缩水水及避免免模腔不不能完全全充填的的现象。若塑料料的流动动方向是是从薄胶胶料的地地方流向向厚胶料料的地方方,则应应采用结结构性发发泡的生生产方法法来减低低模腔压压力。平平面准则则在大大部份热热融过程程操作,包括挤挤压和固固化成型型,均一一的壁厚厚是非常常的重要要的。厚厚胶的地地方
4、比旁旁边薄胶胶的地方方冷却得得比较慢慢,并且且在相接接的地方方表面在在浇口凝凝固後出出现收缩缩痕。更更甚者引引致产生生缩水印印、热内内应力、挠曲部部份歪曲曲、颜色色不同或或不同透透明度。若厚胶胶的地方方渐变成成薄胶的的是无可可避免的的话,应应尽量设设计成渐渐次的改改变,并并且在不不超过壁壁厚3:1的比比例下。下图可可供叁考考。转角准则则壁厚厚均一的的要诀在在转角的的地方也也同样需需要,以以免冷却却时间不不一致。冷却时时间长的的地方就就会有收收缩现象象,因而而发生部部件变形形和挠曲曲。此外外,尖锐锐的圆角角位通常常会导致致部件有有缺陷及及应力集集中,尖尖角的位位置亦常常在电镀镀过程後後引起不不希
5、望的的物料聚聚积。集集中应力力的地方方会在受受负载或或撞击的的时候破破裂。较较大的圆圆角提供供了这种种缺点的的解决方方法,不不但减低低应力集集中的因因素,且且令流动动的塑料料流得更更畅顺和和成品脱脱模时更更容易。下图可可供叁考考之用。转角角位的设设计准则则亦适用用於悬梁梁式扣位位。因这这种扣紧紧方式是是需要将将悬梁臂臂弯曲嵌嵌入,转转角位置置的设计计图说明明如果转转角弧位位R太小小时会引引致其应应力集中中系数(Strresss Coonceentrratiion Facctorr)过大大,因此此,产品品弯曲时时容易折折断,弧弧位R太太大的话话则容易易出现收收缩纹和和空洞。因此,圆弧位位和壁厚厚
6、是有一一定的比比例。一一般介乎乎0.22至0.6之间间,理想想数值是是在0.5左右右。壁厚限制制不不同的塑塑胶物料料有不同同的流动动性。胶胶位过厚厚的地方方会有收收缩现象象,胶位位过薄的的地方塑塑料不易易流过。以下是是一些建建议的胶胶料厚度度可供叁叁考。热塑性塑塑料的胶胶厚设计计叁考表表热固性塑塑料的胶胶厚设计计叁考其实实大部份份厚胶的的设计可可从使用用加强筋筋及改变变横切面面形状取取缔之。除了可可减省物物料以致致减省生生产成本本外,取取缔後的的设计更更可保留留和原来来设计相相若的刚刚性、强强度及功功用。下下图的金金属齿轮轮如改成成使用塑塑胶物料料,更改改後的设设计理应应如图一一般。此此塑胶齿
7、齿轮设计计相对原原来金属属的设计计不但减减省材料料,消取取因厚薄薄不均引引致的内内应力增增加及齿齿冠部份份收缩引引致整体体齿轮变变形的情情况发生生。不同材料料的设计计要点ABSa) 壁厚厚壁壁厚是产产品设计计最先被被考虑,一般用用於注塑塑成型的的会在11.5 mm (0.06 in) 至44.5 mm (0.18 in)。 壁壁厚比这这范围小小的用於於塑料流流程短和和细小部部件。典典型的壁壁厚约在在2.55mm (0.1 iin)左左右。一一般来说说,部件件愈大壁壁厚愈厚厚,这可可增强部部件强度度和塑料料充填。壁厚在在3.88mm (0.15 in) 至66.4mmm (0.225 iin)范
8、范围是可可使用结结构性发发泡。b) 圆角角建建议的最最小圆角角半径是是胶料厚厚度的225%,最适当当的半径径 胶胶料厚比比例在660%。轻微的的增加半半径就能能明显的的减低应应力。PCa) 壁厚壁厚厚大部份份是由负负载要求求 内内应力 几何何形状 外型型 塑塑料流量量 可可注塑性性和经济济性来决决定。PPC的建建议最大大壁厚为为9.55mm (0.3755 inn)。若若要效果果好,则则壁厚应应不过33.1mmm (0.1125 in)。在一一些需要要将壁厚厚增加使使强度加加强时,肋骨和和一些补补强结构构可提供供相同结结果。PPC大部部份应用用的最小小壁厚在在0.775 mmm(0.003 i
9、in)左左右,再再薄一些些的地方方是要取取决於部部件的几几何和大大小。短短的塑料料流程是是可以达达到0.3 mmm (0.0012 in) 壁厚厚。壁厚由由厚的过过渡到薄薄的地方方是要尽尽量使其其畅顺。所有情情况塑料料是从最最厚的地地方进入入模腔内内,以避避免缩水水和内应应力。均一一的壁厚厚是要很很重要的的。不论论在平面面转角位位也是要要达到这这种要求求,可减减少成型型後的变变型问题题。LCPa) 壁厚厚由由於液晶晶共聚物物在高剪剪切情况况下有高高流动性性,所以以壁厚会会比其它它的塑料料薄。最最薄可达达0.44mm,一般厚厚度在11.5mmm左右右。PSa) 壁厚一般般的设计计胶料的的厚度应应
10、不超过过4mmm ,太太厚的话话会导致致延长了了生产周周期。因因需要更更长的冷冷却时间间,且塑塑料收缩缩时有中中空的现现象,并并减低部部件的物物理性质质。均一一的壁厚厚在设计计上是最最理想的的,但有有需要将将厚度转转变时,就要将将过渡区区内的应应力集中中除去。 如收收缩率在在0.001以下下则壁厚厚的转变变可有 的变化化。若收收缩率在在0.001以上上则应只只有 的改变变。b) 圆角角在在设计上上直角是是要避免免。直角角的地方方有如一一个节点点,会引引致应力力集中使使抗撞击击强度降降低。圆圆角的半半径应为为壁厚的的25%至755%,一一般建议议在500%左右右。PAa) 壁厚尼龙龙的塑胶胶零件
11、设设计应采采用结构构所需要要的最小小厚度。这种厚厚度可使使材料得得到最经经济的使使用。壁壁厚尽量量能一致致以消除除成型後後变型。若壁厚厚由厚过过渡至薄薄胶料则则需要采采用渐次次变薄的的方式。bb) 圆圆角建议圆圆角R值值最少00.5mmm (0.002 iin),此一圆圆角一般般佳可接接受,在在有可能能的范围围,尽量量使用较较大的RR值。因因应力集集中因素素数值因因为R/T之比比例由00.1增增至0.6而减减少了550% ,即由由3减至至1.55 。而而最佳的的圆角是是为R/T在00.6之之间。PSUa) 壁厚厚常常用於大大型和长长流距的的壁厚最最小要在在2.33mm (0.09iin)。细小
12、的的部件可可以最小小要有00.8 mm (0.03iin) 而流距距应不可可超过776.22 mmm (3 in)PBTa) 壁厚厚壁壁厚是产产品成本本的一个个因素。薄的壁壁厚要视视乎每种种塑料特特性而定定。设计计之前宜宜先了解解所使用用塑料的的流动长长度限制制来决定定壁厚。负载要要求时常常是决定定壁厚的的,而其其它的如如内应力力,部件件几何形形状,不不均一化化和外形形等。典典型的壁壁厚介乎乎在0.76mmm至3.22mm (0.03至至0.1125iin)。 壁厚厚要求均均一,若若有厚薄薄胶料的的地方,以比例例3:11的锥巴巴渐次由由厚的地地方过渡渡至薄的的地方。bb) 圆圆角转角出出现尖角
13、角所导致致部件的的破坏最最常见的的现象,增加圆圆角是加加强塑胶胶部件结结构的方方法之一一。若将将应力减减少5% (由由3减至至1.55) 则则圆角与与壁厚的的比例由由0.11增加至至0.66。而00.6是是建议的的最理想想表现。产品结构构设计准准则-出模角角篇基本设计计守则塑胶产品品在设计计上通常常会为了了能够轻轻易的使使产品由由模具脱脱离出来来而需要要在边缘缘的内侧侧和外侧侧各设有有一个倾倾斜角”出模角角。若若然产品品附有垂垂直外壁壁并且与与开模方方向相同同的话,则模具具在塑料料成型後後需要很很大的开开模力才才能打开开,而且且,在模模具开启启後,产产品脱离离模具的的过程亦亦相信十十分困难难。
14、要是是该产品品在产品品设计的的过程上上已预留留出模角角及所有有接触产产品的模模具零件件在加工工过程当当中经过过高度抛抛光的话话,脱模模就变成成轻而易易举的事事情。因因此,出出模角的的考虑在在产品设设计的过过程是不不可或缺缺的因注塑塑件冷却却收缩後後多附在在凸模上上,为了了使产品品壁厚平平均及防防止产品品在开模模後附在在较热的的凹模上上,出模模角对应应於凹模模及凸模模是应该该相等的的。不过过,在特特殊情况况下若然然要求产产品於开开模後附附在凹模模的话,可将相相接凹模模部份的的出模角角尽量减减少,或或刻意在在凹模加加上适量量的倒扣扣位。出模模角的大大小是没没有一定定的准则则,多数数是凭经经验和依依
15、照产品品的深度度来决定定。此外外,成型型的方式式,壁厚厚和塑料料的选择择也在考考虑之列列。一般般来说,高度抛抛光的外外壁可使使用1/8度或或1/44度的出出模角。深入或或附有织织纹的产产品要求求出模角角作相应应的增加加,习惯惯上每00.0225mmm深的织织纹,便便需要额额外1度度的出模模角。出出模角度度与单边边间隙和和边位深深度之关关系表,列出出出模角度度与单边边间隙的的关系,可作为为叁考之之用。此此外,当当产品需需要长而而深的肋肋骨及较较小的出出模角时时,顶针针的设计计须有特特别的处处理,见见对深而而长加强强筋的顶顶针设计计图。出模角度度与单边边间隙和和边位深深度之关关系表不同材料料的设计
16、计要点ABS 一般应应用边00.5至1就足够够。有时时因为抛抛光纹路路与出模模方向相相同,出出模角可可接近至至零。有有纹路的的侧面需需每深00.0225mmm(0.0001 in)增加11出模模角。正正确的出出模角可可向蚀纹纹供应商商取得。LCP 因为液液晶共聚聚物有高高的模数数和低的的延展性性,倒扣扣的设计计应要避避免。在在所有的的肋骨、壁边、支柱等等凸出膠膠位以上上的地方方均要有有最小00.2-0.55的出出模角。若壁边边比较深深或没有有磨光表表面和有有蚀纹等等则有需需要加额额外的00.5-1.55以上上。PBT 若部件件表面光光洁度好好,需要要1/22最小小的脱模模角。经经蚀纹处处理过的
17、的表面,每增加加0.003mmm(0.0001 in)深度就就需要加加大1脱模角角。PC 脱脱模角是是在部件件的任何何一边或或凸起的的地方要要有的,包括上上模和下下模的地地方。一一般光华华的表面面1.55至22已很很足够,然而有有蚀纹的的表面是是要求额额外的脱脱模角,以每深深0.225mmm(0.0001 in)增加11脱模模角。PET 塑胶成成品的肋肋骨,支支柱边壁壁、流道道壁等,如其脱脱模角能能够达到到0.55就已已经足够够。PS 00.5的脱模模角是极极细的,1的的脱模角角是标准准方法,太小的的脱模角角会使部部件难于于脱离模模腔。无无论如何何,任何何的脱模模角总比比无角度度为佳。若部件件
18、有蚀纹纹的话,如皮革革纹的深深度,每每深0.0255mm就就多加11脱模模角。产品结构构设计准准则-洞孔 (Hoole)在塑胶件件上开孔孔使其和和其它部部件相接接合或增增加产品品功能上上的组合合是常用用的手法法,洞孔孔的大小小及位置置应尽量量不会对对产品的的强度构构成影响响或增加加生产的的复杂性性,以下下是在设设计洞孔孔时须要要考虑的的几个因因素。 相连洞洞孔的距距离或洞洞孔与相相邻产品品直边之之间的距距离不可可少於洞洞孔的直直径,如如孔离边边位或内内壁边之之要点图图。与此此同时,洞孔的的壁厚理理应尽量量大,否否则穿孔孔位置容容易产生生断裂的的情况。要是洞洞孔内附附有螺纹纹,设计计上的要要求即
19、变变得复杂杂,因为为螺纹的的位置容容易形成成应力集集中的地地方。从从经验所所得,要要使螺孔孔边缘的的应力集集中系数数减低至至一安全全的水平平,螺孔孔边缘与与产品边边缘的距距离必须须大於螺螺孔直径径的三倍倍。孔离边位位或内壁壁边之要要点穿孔 从装配配的角度度来看,穿孔的的应用远远较盲孔孔为多,而且较较盲孔容容易生产产。从模模具设计计的角度度来看,穿孔的的设计在在结构上上亦较为为优胜,因为用用来穿孔孔成型的的边钉的的两端均均可受到到支撑。穿孔的的做法可可以是靠靠单一边边钉两端端同时固固定在模模具上、或两枝枝边钉相相接而各各有一端端固定在在模具上上。一般般来说,第一种种方法被被认为是是较好的的;应用
20、用第二种种方法时时,两条条边钉的的直径应应稍有不不同以避避免因为为两条边边钉轴心心稍有偏偏差而引引致产品品出现倒倒扣的情情况,而而且相接接的两个个端面必必须磨平平。盲孔 盲孔是是靠模具具上的哥哥针形成成,而哥哥针的设设计只能能单边支支撑在模模具上,因此很很容易被被溶融的的塑料使使其弯曲曲变形,形成盲盲孔出现现椭圆的的形状,所以哥哥针的长长度不能能过长。一般来来说,盲盲孔的深深度只限限於直径径的两倍倍。要是是盲孔的的直径只只有或於於1.55mm,盲孔的的深度更更不应大大於直径径的尺寸寸。盲孔的设设计要点点钻孔 大部份份情况下下,额外外的钻孔孔工序应应尽量被被免,应应尽量考考虑设计计孔穴可可单从模
21、模具一次次成型,减低生生产成本本。但当当需要成成型的孔孔穴是长长而窄时时”即孔孔穴的长长度比深深度为大大,因因更换折折断或弯弯曲的哥哥针构成成的额外外成本可可能较辅辅助的後後钻孔工工序为高高,此时时,应考考虑加上上後钻孔孔工序。钻孔工工序应配配合使用用钻孔夹夹具加快快生产及及提高品品质,亦亦可减少少因断钻钻咀或经经常番磨磨钻咀的的额外成成本及时时间;另另一做法法是在塑塑胶成品品上加上上细而浅浅的定位位孔以代代替使用用钻孔夹夹具。侧孔 侧孔往往往增加加模具设设计上的的困难,特别是是当侧孔孔的方向向与开模模的方向向成一直直角时,因为侧侧孔容易易形成塑塑胶产品品上的倒倒扣部份份。一般般的方法法是使用
22、用角针”Anggle Pinn及活活动侧模模”Spplitt Moouldd,或或使用油油压抽哥哥。留意意哥针在在胶料填填充时会会否受压压变形或或折断,此情况况常见於於长而直直径小的的哥针上上。因模模具的结结构较为为复杂,模具的的制造成成本比教教高,此此外,生生产时间间亦因模模具必须须抽走哥哥针才可可脱模而而相应增增加。其其他设计计考虑 有关孔孔穴在产产品设计计上的考考虑,尚尚有下列列各点: 1. 多级级”多个个不同直直径但相相连的孔孔的孔孔可容许许的深度度比单一一直径的的孔长;此外,将模具具件部份份孔位偷偷空,亦亦可将孔孔的深度度缩短,下图说说明这两两种方法法的应用用。多级孔或或将穿孔孔偷空
23、的的应用方方法 2. 侧孔若若使用角角针、活活动侧模模或油压压抽哥必必会使模模具的结结构复杂杂及增加加成本,此问题题可从增增加侧孔孔壁位的的角度,或以两两级的孔孔取代原原来的侧侧孔得以以消除侧侧孔引致致的倒扣扣,消除除侧孔倒倒扣的方方法图说说明这两两种方法法的应用用。消除侧孔孔倒扣的的方法 3. 洞孔的的边缘应应预留最最少0.4mmm的直身身位,设设计一个个完整的的倒角或或圆角於於孔边在在经济上上或实践践上都是是不设实实际的,可叁考考洞孔边边缘的设设计图。产品结构构设计准准则-公差 ( TToleerannce )基本设计计守则大部部份的塑塑胶产品品可以达达到高精精密配合合的尺寸寸公差,而一些
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