塑料產品的精度不高,國家對塑料件的精度頒布了公差標準,劃分了精度等級,如表1所示。
公差標準通常作為參考,在實際工作中,一般採用實際裝配的方式來檢驗塑料產品的合理性。例如:如果生產出來的塑膠產品符合國家公差標準, 但實物裝配起來還是有比較明顯的間隙,這就需要根據間隙的大小來修改模具。
儘可能選用較低的精度等級,對於塑件圖上無公差要求的自由尺寸,建議採用標準中的7級精度等級。精度要求高的產品,重要尺寸選用表2中的第一級公差,非重要尺寸選用第二級公差。塑料製品精度等級的選用如表2所示
塑料製品精度等級的選用
塑料件壁厚可根據材料的不同及產品外形尺寸的大小來選擇,其範圍一般為0.6〜 6.0mm,常用的厚度一般在1.5〜3.0mm之間。
表3是常用塑料件料厚推薦值,小型產品是指最大外形尺寸L<80 mm,中型產品是 指最大外形尺寸為80mm
常用塑料件料厚推薦值
1、壁厚的選擇
塑料件壁厚可根據材料的不同及產品外形尺寸的大小來選擇,熱塑性塑料產品壁厚一般在0. 5〜4mm,最常用的數值為2〜3mm;如果強度不 夠,應採用加強筋結構。
常用塑料件料厚推薦值
2、壁厚的設計原則
(1)製品的壁厚原則上要求一致,壁厚不均勻,會造成成型時收縮不均勻,產生縮孔和內部應力,一致發生變形或者開裂。塑料產品的壁厚應力求均勻、厚薄適當,厚薄差別儘量控制在基本壁厚的25%以內,以減少應力的產生。壁厚差太大時,易形成「沉陷點」或產生翹曲。為此,常將厚的部分挖空,壁厚設計對比,如圖所示。
改善壁厚的設計
(2)當不同的壁厚無法避免時,應採用傾斜方式使壁厚逐漸變化 ,如圖4-2所示。採用適當的修飾半徑以緩慢過渡厚薄部分的空間。
一般情況下平均殼體厚度>1. 2m一m。周邊殼體厚度>1. 4mm。料厚變化不能過大,從薄到厚不要超2.0倍,從厚到薄不要少於原膠位 的0.50倍。筋條厚度與壁厚的比例不大於0. 75。
壁厚過渡設計
(1) 脫模斜度是指塑料件在出模方向應具有一定的傾斜角度。
塑料成型後塑料產品緊緊抱住模具型芯或型腔中凸出部位,給取出產品帶來困難。為便於從模具內取出產品或從產品內抽出型芯,設計塑料產品結構時,必須考慮足夠的脫模斜度。脫模斜度又稱拔模斜度、出模斜度。如圖所示。塑料產品的 內表面、外表面沿脫模方向均應有脫模斜度,必須限制在製造公差範圍內。所取數值按經驗確定,一般脫模斜度為1°〜2°,最小為0. 5°。
(2)在設計塑膠件產品時,無論外觀還是裡面的結構都要有脫模斜度。
脫模斜度與產品外觀、材料、產品外形尺寸、產品功能相關。n 塑料產品的凸起或加強筋,單邊應有4°〜5°的脫模斜度。
厚壁產品會因壁厚使成型收縮增大,故斜度應放大。若斜度不妨礙產品的使用, 則可將斜度值取大些。
熱固性塑料較熱塑性塑料收縮小些,脫模斜度也相應小些。複雜及不規則形狀 的產品其斜度應大些。
內表面斜度比外表面斜度應大些。
不通孔深度小於10mm,外形高度不大於 20mm時,允許不設計斜度。
有時根據產品預留的位置來確定脫模斜度。若為了在開模後讓產品留在凸模上,則可有意將凸模斜度減小,而將凹模斜度放大,反之亦然。在滿足塑料產品尺寸公差要求的前提下,脫模斜度可以取大些。
(3) 脫模斜度方向的確定方法
產品外觀外形以大端為基準,斜度釆用減膠拔模方式向小端取得,如圖所示。
內孔以小端直徑為基準,斜度採用減膠拔模方式向擴大方向取得,如圖所示。
(4) 脫模斜度方向的確定方法
筋位以大端為基準,斜度釆用減膠拔模方式向小端取得,如圖所示。
塑件內外表面都應有斜度,特別是深型的容器類製品,塑件內側的斜度可以比外側的斜度取大1° 如圖所示
在進行塑料件產品結構設計時,為了提高產品強度和避免膠件注塑時應力集中、便於 脫模,產品各面相交之間應設計過渡圓角,如圖所示。
在塑料產品的拐角處設置圓角,可增加產品的強度,改善成型時材料的流動性, 也有利於產品的脫模。因此,在設計塑料產品結構時,應儘可能採用圓角。在兩部位 交接處的內、外角上採用圓弧過渡能減小應力集中,避免和模具型腔開裂。設置合理 的圓角,還可以改善模具的加工工藝,如型腔可直接用R刀銑加工,而避免低效率的 電加工。
(1) 產品結構設計無特殊要求時,/過渡圓角由相鄰的料厚決定,內側圓角半徑(R)一般取值範圍是料厚(t)的0.50〜1.50倍,但最小圓角半徑不得小於0.30mm,如圖所示。
(2)產品內外表面的拐角處設計圓角時,應保持料厚均勻,如圖所示,Ra=Rb+t
(3) 在進行塑膠件產品結構設計時,尤其要注意模具的分型面不要有圓角,除非產品 有特別要求。如果分型面有圓角,一則會增加模具製作難度,在產品的外表面也會留下夾線痕跡,影響外觀,如圖所示。
(4)產品的外觀面和內表面能接觸到的地方不允許有尖角利邊,必要時作倒圓角處理, 最小圓角半徑不要小於0.30mm,以防刮傷手指,尤其是做玩具類產品結構設計時要特別注意,如圖所示。
三、加強肋的設計
加強筋的作用不僅可以提高塑料產品的強度和剛度,減少扭歪現象,而且可以使 塑料成型時容易充滿型腔。如圖所示。
1、加強筋設計原則:
(1)加強筋的厚度應小於被加強的產品壁厚,防止連接處產生凹陷。
(2)加強筋的高度不宜過高,否則會使筋 部受力破壞,降低自身剛性。如圖4所示為 加強筋尺寸比例關係。增加產品的剛度,應增加加強筋的數目而不應增加其高度。
(3)加強筋的斜度可大些,一般應大於1.5°,避免頂傷,以利脫模。
(4)多條加強筋要分布得當,排列相互錯開,以減少收縮不均。
(5)一般加強筋都是加斜骨,目的是避免困氣,有利於注塑及強度。
2、加強筋設計形式
(1)加強筋有如左圖所示的長條形網格加強筋,也有如右圖所示的圓形網格加強筋
(2)箱體轉角處設計加強筋,如圖左所示,側壁設置加強筋,如圖右所示。
(3)為了增加產品的剛度,應增加加強筋的數目而不是高度,加強筋應設計的矮一些,多一些為好,如圖所示。
(4)加強筋的設計排列合理,如圖所示。
不合理 合理
加強筋的設計排列合理,中間挖空,如圖所示。
不合理 合理
立柱設計加強筋,如圖所示。
不合理 合理
3、加強筋尺寸設計
加強筋尺寸設計,如圖所示
『尺寸說明:
尺寸A是加強筋的大端厚度,取值範圍在0.4t~ 0.60t,一般取值是料厚的50%。
尺寸B是加強筋的高度,一般要求不大於3t。
尺寸C是兩個加強筋的距離,一般要求不小於4t。
尺寸D是加強筋離零件表面的距離,一般要求不小於 1.00mm。
4、螺絲柱的加強筋
如果螺絲柱過高或者需要承受一定的力度時,就需要設計加強筋以增強其強度,如圖左所示是遠離側壁螺絲柱的加強筋,圖右所示是靠近側壁螺絲柱的加強筋。
5、螺絲柱的加強筋尺寸設計
螺絲柱的加強筋設計如圖所示。尺寸說明:
尺寸A是加強筋上端的平面寬度,應不小於0.50mm。
尺寸B是加強筋底端的寬度,取值範圍是螺絲柱高度的0.20〜0.50倍。
尺寸C是加強筋離螺絲柱頂端平面的距離,應不小於1.00mm。
6、支撐面的加強筋設計
在支撐面做加強筋,加強筋應低於支撐面,以保證支撐面平齊,加強筋與支承面 如圖所示,至少低於支承面0. 5mm
二、塑料支撐面設計
支撐面是承受產品重量的底面,對於稍大尺寸的產品,如果用整個面做支撐面, 則不利於底部的平整,所以需要設計一些凸邊或者凸台、凸點來支撐。
支撐面的高度應根據產品的外形尺寸來定,一定取值範圍是0.30〜2.00mm,如右圖所示
支撐面,採用凸台結構,凸台以3個為好,高度應高出平面0. 5mm以上,位置應均勻設置在制品的邊角,有足夠的強度、適宜的脫模斜度和過渡聯接。如圖
塑料產品的底部支撐面選用整平面結構是不適宜的,因為要使整平面達到絕對平直是十分困難的,所以採用內凹結構效果較好,凹入深度應大於0.5-1mm。如圖所示。
孔是產品結構設計中經常碰到的,常見的孔有兩類,一類是圓形孔,另一類是非圓形孔。設計孔的位置時,應在不影響塑料件強度的前提下儘量減少模具加工的難度。
1、常見孔的設計要求
尺寸說明(不包括螺絲柱的內孔):如圖所示。
尺寸A是孔之間的距離,孔徑若小於3.00mm,建議A數值不小於D;孔徑若超過 3.00mm,則A數值可取孔徑的0.70倍。
尺寸B是孔與邊的距離,建議B數值不小於D。
2、孔徑與孔深的關係
尺寸說明(不包括螺絲柱的內孔):如圖4-33所示。
n 尺寸A是盲孔的深度,建議A數值不大於5D。一般取A小於2D,長徑比不超 過4mm。
如果D≤1.5mm,則A≤D。盲孔底壁的厚度要≥1/6D
n 尺寸B是通孔的深度,建議B數值不大於10D。
3、台階孔結構
台階孔是多個不同直徑同軸相連的孔,孔的深度比單一直徑的孔長。如圖4-34所示
4.斜孔
孔的軸向和開模方向一致,可以避免抽芯。對於斜孔與形狀複雜孔的成型方法, 可採用拼合型芯來完成,以避免側抽芯結構。如圖4-35所示,將如圖(a)所示的側抽 孔改進為如圖(b)所示的沿脫模方向的孔
5.側孔及側凹
塑料產品上出現側孔及側凹時,為便於出模,必須設置滑塊或側抽芯結構,從而 使模具結構複雜,成本增加,可對產品的結構加以改進。如圖4-36所示,將圖(a)所示 的帶側孔改變為圖(b)所示的側凹。
6、螺絲頭孔的設計
如圖4-37所示,螺絲頭孔優先選用圖4-37(a)所示的形式,如果結構需要選用圖4-37 (b)所示的形式時,錐形面應低於端面且不少於0.50mm,以免孔表面裂開。
7.孔的邊緣結構
在孔邊緣設計一個完整的倒角或圓角是不合理的,孔的邊緣應預留至少0. 4mm 的直身位結構。如圖4-38所示。
8.脫模斜度
當孔的長徑比大於2時,應設置脫模斜度。
四、塑料件上的文字圖案
產品標識設計原則:
1、 產品標識一般設置在產品內表面較平坦處,採用凸起形式,選擇其所在面的法向方向與脫模方向儘可能一致的面處設置標識,可以避免拉傷。
2、花紋還應注意其凸凹紋方向與脫模方向的一致性。如圖4-40所示。
3、外形儘量簡單平直少凸台,如圖4-41所示為凸台結構示例。
文字尺寸:
1.凹坑凸字: 凸出文字表面最好比凹槽表面低0.10mm左右。如圖4-42所示。
2.塑料產品上的文字及圖案,凸出表面髙度一般為0.15〜0.30mm,凹形文字及圖案深度為0.15〜0.25mm,其他尺寸如圖4-43所示。尺寸A是文字的筆劃寬度,建議不小於0.25mm。尺寸B是兩字符的間距,建議不小於0.40mm。尺寸C、D是字符離邊緣的距離,建議不小於0.60mm。
二、塑料件上的螺紋設計
塑料產品上的螺紋與五金產品有些不同, 塑膠產品上的螺紋通過模具注塑成型,精度相對不高,細的螺紋很難成型;而五金產品上的螺紋是通過機械加工而成的,精度高,能加工很細的螺紋。內外螺紋如圖4-44所示。
螺紋設計要求
(1)塑料產品上的螺紋直徑不能太小,外螺紋直徑不小於3.00mm,內螺紋直徑不小於 2.00mm,螺紋的螺距不小於0.50mm,如圖4-43所示。
(2)為保證內外螺紋良好旋合,塑件螺紋的配合長度不宜過長,建議其配合長度L不大於2倍螺紋直徑,如圖4-44所示。
(3) 塑膠螺紋的第一圈容易崩裂或脫扣,且為了便於脫模,需要在螺紋的首尾端設計一段無螺紋的圓柱面,圓柱面高度不小於0.50mm,如圖4-45所示。
三、塑料件上的嵌件設計
塑料件上的嵌件是指在模具注塑時將其他材料的零件植入塑料產品中,與塑膠產品結合在一起。塑料內的嵌入件通常作為緊固件或支撐部分,如圖4-46所示的手機天線。
嵌件使用最多的就是金屬類零件,一般為銅,也可以是其他金屬或塑料件小型嵌件如螺絲、螺母;稍大嵌件如手機產品中為了減小厚度在電池倉下的底面採用的不鏽鋼片等。
嵌件的主要作用是提高塑料件的機械強度及耐磨性能等。
設計金屬嵌件的基本要求有以下幾個方面。
(1)嵌件對尺寸精度要求高,如螺母類零件,螺母的外形尺寸與螺紋直徑差異稍大就會導致其在模具中很難定位。
(2)嵌件的強度要足夠高,由於模具注塑壓力大,強度不夠的零件容易被損壞。
(3)嵌件與塑膠料要有緊密的結合,且不能鬆脫、搖動。圓柱形嵌件需要在外觀上進行滾網格花紋處理,以增強附著力。
(4)如果嵌件材料為片材類如不鏽鋼片,為防止脫落,四周側壁上應多設計一些掛台及切口嵌入塑料內。
(5)嵌件的外形最好設計成圓柱形,以便在模具中放置與定位。
(6)嵌件的外形尺寸不易過大,厚度不易過薄,防止在注塑時變形。
(7)金屬嵌件外包塑料的厚度設計如表4-3所示。
嵌入件的成型方式分為同步成型嵌入和成型後嵌入兩種。
同步成型嵌入
在部件成型前將嵌人件放入模具之中,在合模成型時塑料會將 嵌人件包圍起來同時成型。若要使塑料把嵌入件包合得好,必先預熱後再放人模具。這樣可減低塑料的內應力和收縮現象。成型後嵌入
成型後嵌入
將嵌入件用不同方式打人成型部件之中。所採用的方法有熱式和 冷式,原理都是利用塑料的熱可塑特性。
熱式是將嵌入件預先在嵌入前加熱至該塑 料部件融化的溫度,然後迅速地將嵌人件壓入部件上特別預留的孔中冷卻後成型。
冷式一般是使用超聲波焊接方法把嵌入件壓入。用超聲波的方法所得到的結果比較。一致和美觀,而預熱壓人在工藝上不易控制。
無論是作為功能或裝飾用途,嵌入件的使用應儘量減少,因使用嵌入件需增加 生產成本並且不夠牢固。如圖4-47所示,儘量將(a)圖所示的結構改為(b)圖所示的 結構