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1、 第三章塑料制品的设计塑料成型工艺及模具设计塑料成型工艺及模具设计第章塑件设计第章塑件设计3.2 3.2 尺寸精度与尺寸精度与表面质量表面质量3.3 3.3 形状和形状和结构结构设计设计3.4 3.4 壁厚与壁厚与脱模斜度脱模斜度3.5 3.5 嵌件的安放与塑料嵌件的安放与塑料螺纹螺纹、齿轮齿轮设计设计3.1 3.1 塑件设计原则塑件设计原则3.1 3.1 塑件设计塑件设计 塑件设计原则塑件设计原则:满足使用要求和满足使用要求和外观要求；外观要求；针对不同物理性能针对不同物理性能扬长避短；扬长避短；便于便于成型成型加工；加工；尽量简化尽量简化模具结构模具结构。3.2.1 3.2.1 尺寸精度尺
2、寸精度3.2.2 3.2.2 尺寸精度的确定尺寸精度的确定3.2.3 3.2.3 表面质量表面质量3.2 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量3.2.1 3.2.1 尺寸精度尺寸精度1.1.塑件尺寸概念塑件尺寸概念 塑件尺寸塑件尺寸塑件的塑件的总体尺寸总体尺寸。2.2.塑料制品总体尺寸精度的塑料制品总体尺寸精度的主要影响因素主要影响因素：*塑料的塑料的流动性流动性 *成型设备的成型设备的生产能力生产能力3.2 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量 影响塑件尺寸精度的因素：影响塑件尺寸精度的因素：1.1.模具制造模具制造的精度，误差比
3、例约占的精度，误差比例约占1/31/3；2.2.成型时收缩率的波动，误差比例约占成型时收缩率的波动，误差比例约占1/31/3；3.3.模具磨损，误差比例约占模具磨损，误差比例约占1/31/3 。具体来说，对于具体来说，对于小尺寸小尺寸制品，制品，模具制造误差模具制造误差对尺对尺寸精度影响最大；而寸精度影响最大；而大尺寸大尺寸制品则制品则收缩波动收缩波动为主要为主要因素。因素。3.2.2 尺寸精度的确定尺寸精度的确定P77表表3-13是常用塑料材料的是常用塑料材料的精度等级精度等级，表表3-14是是塑件塑件尺寸公差尺寸公差。将表将表3-13和表和表3-14结合起来使用结合起来使用，先查表，先查表
4、3-13，根，根据塑件的据塑件的材料品种材料品种及用要求，选定塑件的尺寸精度等及用要求，选定塑件的尺寸精度等级，再从表级，再从表3-14中查取塑件中查取塑件尺寸公差尺寸公差。然后根据需要进行然后根据需要进行上、下偏差分配上、下偏差分配。如。如基孔制基孔制的的孔可取表中数值冠以孔可取表中数值冠以(+)号，如号，如基轴制基轴制的轴可取表中的轴可取表中数值冠以数值冠以(-)号，其余情况则根据号，其余情况则根据材料特性材料特性和和配合性配合性质质进行分配。进行分配。3.2 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量 3.2.3 3.2.3 表面质量表面质量1 1、塑件制品的、塑件制品的表面质量要求：
5、表面质量要求：表面粗糙度表面粗糙度要求；要求；表面表面光泽性光泽性、色彩、色彩均匀性均匀性要求；要求；流纹流纹、疤痕、表面、疤痕、表面缩陷缩陷程度；程度；熔结痕、毛刺、熔结痕、毛刺、拼接缝拼接缝及及推杆痕迹推杆痕迹等缺陷程度。等缺陷程度。3.2 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量 2 2、模具型腔表面粗糙度要求、模具型腔表面粗糙度要求 一般型腔一般型腔表面粗糙度要求达表面粗糙度要求达RaRa 0.20.20.40.4 ；透明制品透明制品型腔和型芯粗糙度型腔和型芯粗糙度一致一致；非透明制品非透明制品的隐蔽面可取较大粗糙度，即的隐蔽面可取较大粗
6、糙度，即型芯型芯表面表面相对型腔表面相对型腔表面略为粗糙略为粗糙。3.3 3.3 形状和结构设计形状和结构设计3.3.1 3.3.1 形状形状3.3.2 3.3.2 结构设计结构设计 设计塑件的内外表面形状时，要尽量设计塑件的内外表面形状时，要尽量避免避免侧凹结构侧凹结构，以避免模具采用，以避免模具采用抽芯机构抽芯机构，因为设置这，因为设置这些机构会使模具结构些机构会使模具结构复杂很多复杂很多。采用抽芯机构不但使模具的采用抽芯机构不但使模具的制造成本提高制造成本提高，而且还，而且还会在塑件上会在塑件上留下痕迹留下痕迹，降低表面质量。，降低表面质量。现以塑件的现以塑件的侧孔侧孔和和凸凹结构凸凹结
7、构为例。比较两种方案，为例。比较两种方案，从而选择从而选择最佳最佳的设计方案。的设计方案。3.3 3.3 形状和结构设计形状和结构设计3.3.1 3.3.1 形状形状3.3 形状和结构设计形状和结构设计图图3-1a 3-1a 所示塑件在所示塑件在取出塑件取出塑件前前，必须先由抽芯机构，必须先由抽芯机构抽出侧抽出侧型芯型芯，然后才能取件，模具结，然后才能取件，模具结构复杂。构复杂。图图3-1b 3-1b 侧孔形式，侧孔形式，无需侧型无需侧型芯芯，模具结构简单。，模具结构简单。图图3-2a 3-2a 所示塑件的所示塑件的内侧有内侧有凸起凸起，需采用，需采用组合式组合式侧抽芯机构，模具侧抽芯机构，模
8、具制造困难。制造困难。图图3-2b 3-2b 避免了组合式型芯，避免了组合式型芯，模具模具结构简单结构简单。图图3-1 3-1 具有侧孔的塑件具有侧孔的塑件图图3-2 3-2 塑件内侧表面形状改进塑件内侧表面形状改进aabb3.3 形状和结构设计形状和结构设计又如图又如图3-33-3、图图3-43-4，图图a a 形式需要形式需要侧抽芯，图侧抽芯，图b b 形式不需侧型芯形式不需侧型芯。aabb图图3-3 3-3 取消塑件上不取消塑件上不必要的侧凹结构必要的侧凹结构图图3-4 3-4 无需采用侧向抽芯结无需采用侧向抽芯结构，成型的孔结构构，成型的孔结构3.3 形状和结构设计形状和结构设计 当塑
9、件的内、外当塑件的内、外侧凹较浅侧凹较浅，同时塑件，同时塑件的原料为聚乙烯（的原料为聚乙烯（PE）、聚丙烯）、聚丙烯(PP)、聚甲醛聚甲醛(POM)这类这类弹性较好弹性较好的塑料时，的塑料时，模具可采取模具可采取强制脱模强制脱模。为使强制脱模时的为使强制脱模时的脱模阻力脱模阻力不要过大引起塑件不要过大引起塑件损坏损坏或或变形变形，塑件，塑件侧凹深度侧凹深度必须在要求的合理范必须在要求的合理范围内，见围内，见图图36下面的公式。下面的公式。同时，还应将同时，还应将凹凸起伏处凹凸起伏处，设计为，设计为圆角圆角或或斜面斜面等过渡结构。等过渡结构。3.3 3.3 形状和结构设计形状和结构设计3.3.2
10、 结构设计结构设计3.3 形状和结构设计形状和结构设计图图36可强制脱模的浅侧凹结构可强制脱模的浅侧凹结构a)(A-B)100%/B5%b)(A-B)100%/C5%3.4 3.4 壁厚与脱模斜度壁厚与脱模斜度3.4.1 3.4.1 脱模斜度设计脱模斜度设计3.4.2 3.4.2 塑件壁厚设计塑件壁厚设计3.4.3 3.4.3 加强筋及其它增强结构加强筋及其它增强结构 3.4.5 3.4.5 增加刚性减少变形的其他措施增加刚性减少变形的其他措施3.4.6 3.4.6 塑件支承面的设计塑件支承面的设计3.4.7 3.4.7 塑件圆角的设计塑件圆角的设计3.4.8 3.4.8 塑件孔的设计塑件孔的
11、设计3.4.9 3.4.9 采用型芯拼合复杂型孔采用型芯拼合复杂型孔3.4.1 3.4.1 脱模斜度设计脱模斜度设计 当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。为防止脱模为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。如图如图3-73-7 一般来说，塑件高度在25mm25mm以下者可不考虑脱模斜度。但是，如果塑件结构复杂，即使脱模高度仅几毫米，也必须认真设计脱模斜度。热塑性塑料件脱模斜度取0.5-3.0。热固性酚醛压塑件取0.5-1.0。塑件内孔的脱模斜度以小端为准，符合图样要求，斜度由扩大方向得到；外形
12、以大端为准，符合图样要求，斜度由缩小方向得到。塑料收缩率大，塑件壁厚大则脱模斜度取大些。对塑件高度或深度较大的尺寸，应取较小的脱模斜度。3.4.1 3.4.1 脱模斜度设计脱模斜度设计脱模斜度的选择原则脱模斜度的选择原则：在压塑成型深度较大的塑件时，不但要求阴阳模均有脱模斜度，而且还希望阳模的斜度大于阴模的斜度。在压模闭合时，由于尖劈作用使塑件上部密度得以保证。3.4.1 3.4.1 脱模斜度设计脱模斜度设计3.4.2 3.4.2 塑件壁厚设计塑件壁厚设计 塑件的最小壁厚应满足的条件：*保证塑件的使用时的强度和刚度。*使塑料熔体充满整个型腔。塑件壁厚过小，则塑料充模流动的阻力很大，对于形状复杂
13、或大型塑件成型较困难。塑件壁厚过大，则不但浪费塑料原料，而且还给成型带来困难，尤其降低了塑件的生产率，还给塑件带来内部气孔、外部凹陷等缺陷。所以正确设计塑件的壁厚非常重要。壁厚取值应当合理。就设计原则来说要求同一塑件各处的壁厚均匀一致，否则制品成型收缩不均，易产生内应力，导致制品开裂、变形。如图3-9，3-10，3-11.当无法避免壁厚不均时，可做成倾斜的形状,如图，使壁厚逐渐过渡。或者使壁厚相差过大的两分别成型然后粘合成为制品。3.4.2 3.4.2 塑件壁厚设计塑件壁厚设计3.4.3 3.4.3 加强筋及其它增强结构加强筋及其它增强结构 为了提高塑件的强度和防止塑件翘曲变形,常设计加强筋,
14、如图筋的设置位置应沿塑料充模流向，降低充模流动阻力见图3-12 加强筋的正确形状和尺寸比例如图3-15所示。3.4.4 3.4.4 加强筋的主要形式加强筋的主要形式 加强筋的设计原则加强筋的设计原则：沿塑料流向设置，从而降低塑料的充模流动阻力。如图3-13应避免或减少塑料的局部集中，以防止产生凹陷和气泡。如图3-14加强筋以设计矮一些多一些为好。筋与筋的间隔距离应大于塑件的壁厚。3.4.5 3.4.5 增加刚性减少变形的其他措施增加刚性减少变形的其他措施 将薄壳状的塑件设计为球面，拱曲面等，可以有效地增加刚性、减少变形。薄壁容器的沿口是强度、刚性薄弱处赐于开裂变形损坏，故应按照下图所示方法来给
15、予加强。当塑件较大、较高时，可在其内壁及外壁设计纵向圆柱、沟槽或波纹状形式的增强结构。3.4.6 3.4.6 塑件支承面的设计塑件支承面的设计 当塑件上有一面作为支承面来使用时，将该面设计为一个整面是不合理的，如图3-19所示。因为平板状在成型收缩后很容易翘曲变形，稍许不平都会影响良好的支承作用，故以边框式或点式(三点或四点)结构设计塑件支承面。如下图塑料盘所示。当塑件底部有加强筋时，应使加强筋高度低于支承面至少0.5mm。如图3-20 固用的凸耳或台阶应有足够的强度，以承受紧固时的作用力。应避免台阶突然过渡和支承面过小，凸耳应用加强筋加强,如图3-21.3.4.6 3.4.6 塑件支承面的设
16、计塑件支承面的设计3.4.7 3.4.7 塑件圆角的设计塑件圆角的设计 塑件除了必须要保留的尖角外，凡转角处应采用圆弧过渡。一般即使取0.5也可以增加塑件的强度。设计塑件内外表面转角圆角时，应象图3-22所示确定内外圆角半径。塑件设计成圆角的作用：避免产生应力集中。提高了塑件强度。利于塑料的充模流动。塑件对应模具型腔部位设计成圆角，可以使模具在淬火和使用时不致因应力集中而开裂，提高模具的坚固性。3.4.8 3.4.8 塑件上孔的设计塑件上孔的设计 孔与孔的距离，孔边至塑件边缘距离应不小于孔径。固定用孔因承受较大负荷，可设计周边增厚来加强。如图3-23所示。塑件上的孔分通孔和盲孔两大类，下面分别
17、介绍它的成型方法。成型通孔时型芯的这三种结构形式，是根据通孔大小和深度的具体情况从而满足型芯足够的抗弯能力的需要出发而设计。如图3-243.4.8 塑件上孔的设计 盲孔：盲孔只能用一端固定的型芯来成型。为避免型芯弯曲，对于注射和压注成型，孔深不得大于孔径的倍；对于压缩成型，平行与施压方向的孔深度为孔径的倍对于细长型芯,为防止其弯曲变形，在不影响塑件的条件下，可在塑件的下方设支承柱来支撑。如图-所示。斜孔或形状复杂的孔可采用拼合的型芯来成型。如图-所示3.5 3.5 嵌件的安放与塑料螺纹、齿轮设计嵌件的安放与塑料螺纹、齿轮设计3.5.1 3.5.1 塑料铰链设计塑料铰链设计3.5.2 3.5.2
18、 模塑螺纹的特点模塑螺纹的特点3.5.3 3.5.3 模塑螺纹的结构设计模塑螺纹的结构设计 3.5.4 3.5.4 塑料齿轮的设计塑料齿轮的设计 3.5.5 3.5.5 带嵌件塑件的设计带嵌件塑件的设计 3.5.6 3.5.6 嵌件的主要结构形式嵌件的主要结构形式3.5.7 3.5.7 嵌件的设计要点嵌件的设计要点3.5.1 3.5.1 塑料铰链设计塑料铰链设计对于聚乙烯、聚丙烯等软性带盖容器，可以将盖子和容器注射成型为一个整体，其间用铰链结构连接。图3-30是铰链的截面形式。由图可知，铰链部位塑件壁厚减薄，且减薄处以圆弧过渡，盖子与容器合拢打开时这段薄片弯曲转动。1、塑件上螺纹成型可用以下三
19、种成型方法 模具成型 机械加工制作 在塑件内部镶嵌金属螺纹构件。2、模塑螺纹的性能特点：模塑螺纹强度较差，一般宜设计为粗牙螺纹。模塑螺纹的精度不高，一般低于GB3级。3.5.2 3.5.2 模塑螺纹的特点模塑螺纹的特点3.5.3 3.5.3 模塑螺纹的结构设计模塑螺纹的结构设计 由模具的螺纹成型机构对应获得三种结构型式的模塑螺纹。它们是整圆型螺纹、对拼型螺纹和间断型螺纹。整圆螺纹是由完整的螺纹型腔或螺纹型腔或螺纹型芯成型出来，螺纹表面光滑无痕，塑件脱离模具时，模具螺纹成型零件需做旋转脱离动作；对拼螺纹是由两瓣螺纹型成型的，塑件表面在两瓣型腔拼合初呈现出一道线痕（分型线），两瓣型腔分离塑件即可脱
20、出模具；间断螺纹为螺纹在周向上断离为几截，有断为两截、三截、四截等。内螺纹断为两截时，用内侧抽芯机构可快速完成塑件脱模动作。将外螺纹断为若干截的目的主要是为了减少螺纹副间的结合面，提高旋合性。模塑螺纹起止端不能设计退刀槽，也不宜用过渡锥面结构。这一点与金属螺纹件的要求不同。模塑螺纹起止端应设计为圆台即圆柱结构，以提高该处螺纹强度并使得模具结构简单。3.5.3 3.5.3 模塑螺纹的结构设计模塑螺纹的结构设计 3.5.4 3.5.4 塑料齿轮的设计塑料齿轮的设计 设计时应避免模塑、装配和使用塑料齿轮时产生内应力或应力集中；避免收缩不均而变形。为此，塑料轮要尽量避免截面突变，应以较大圆弧进行转角过
21、渡，宜采用过渡配合和用非圆孔（见图340b）连接，不应采用过盈配合和键连接。图图3-403.5.5 带嵌件塑件的设计 1、塑件中镶入嵌件的目的、塑件中镶入嵌件的目的：增加局部强度、硬度、耐磨、导磁、导电性能，加强塑件尺寸精度和形状的稳定性，起装饰作用等。2、嵌件结构有柱状、针杆状、片状和框架等如图3-343-34所示。3.5.5 带嵌件塑件的设计 3、嵌件设计的要点、嵌件设计的要点：防防止止嵌嵌件件在在塑塑件件中中转转动动或或被被抽抽离离。柱状嵌件可在外形滚直纹并切出沟槽，或在外表面滚菱形花纹。针杆状嵌件可切口或冲孔。如图3-34所示。3.5.6 3.5.6 嵌件的嵌件的主要结构形式主要结构形
22、式防止成型时嵌件周围产生严重防止成型时嵌件周围产生严重的应力集中和熔接痕。的应力集中和熔接痕。嵌件转折处应以斜面或圆角过渡，在机加工后应进行去毛刺和去油污处理。保证嵌件安装准确并具有良好保证嵌件安装准确并具有良好的稳定性的稳定性。模具的定位孔、定位杆或定位槽与嵌件之间采用间隙配合，配合长度应足够使嵌件抵抗物料的冲击。图3-353-35、3-363-36分别所示螺杆嵌件和螺母嵌件的定位安装方法。防止细长或薄板类嵌件受塑料压力防止细长或薄板类嵌件受塑料压力作用而弯曲变形。作用而弯曲变形。如图-所示。为了提高安放嵌件的效率，可采取为了提高安放嵌件的效率，可采取将嵌件成组安放将嵌件成组安放 。塑件成型
23、之后再将嵌件两端连接部分切断。如图-所示。3.5.7 3.5.7 嵌件嵌件的设计要点的设计要点思考题思考题 1.1.影响塑件尺寸精度的原则？（影响塑件尺寸精度的原则？（答案答案）2.2.塑件设计的原则塑件设计的原则?（答案答案）3.3.脱模斜度的选择规则？脱模斜度的选择规则？（答案答案）4.4.壁厚对塑件的影响？壁厚对塑件的影响？（答案答案）5.5.加强筋的选择？（加强筋的选择？（答案答案）6.6.为什么塑件要设计成圆角的形式？（为什么塑件要设计成圆角的形式？（答案答案）7.7.塑料螺纹的性能特点？塑料螺纹的性能特点？（答案答案）、影响塑件尺寸精度的原则：、影响塑件尺寸精度的原则：a.a.模具
24、制造的精度，约为模具制造的精度，约为1/31/3 b.b.成型时工艺条件的变化，约为成型时工艺条件的变化，约为1/31/3 c.c.模具磨损及收缩率的波动，约为模具磨损及收缩率的波动，约为1/31/3 具体来说：对于小尺寸制品，模具制造具体来说：对于小尺寸制品，模具制造误差对尺寸精度影响最大，而大尺寸制品则误差对尺寸精度影响最大，而大尺寸制品则收缩率波动为主要因素。收缩率波动为主要因素。、塑件设计的原则：塑件设计的原则：a.a.满足使用要求和外观要求；满足使用要求和外观要求；b.b.针对不同物理性能扬长避短；针对不同物理性能扬长避短；c.c.便于成型加工；便于成型加工；d.d.尽量简化模具结构
25、。尽量简化模具结构。、脱模斜度的设计规则、脱模斜度的设计规则：设计脱模斜度应不影响塑件的精度要求，一般热塑性塑料件脱模斜度取0.53.0，热固性酚醛压塑件取0.51.0，塑料收缩率大、塑件壁厚大则脱模斜度取得大些，塑件内表面的脱模斜度可大于外表面的脱模斜度，对塑件高度或深度较大的尺寸，应取较小脱模斜度，否则，上下端尺寸差异过大，而非重要部位应取较大脱模斜度。、壁厚对塑件的影响：、壁厚对塑件的影响：壁厚取得过小，造成塑件充模流动阻力很大，使形状复杂或大型塑件成型困难。壁厚过大，不但浪费塑料原料，而且同样会给成型带来一定困难。、加强筋的选择、加强筋的选择：布置加强筋时，应避免或减少塑料局部集中，否
26、则会产生凹陷和气泡；加强筋不应设计得过厚，否则在其对面的壁上会产生凹陷，加强筋的侧壁必须有足够的斜度，筋的根部应呈圆弧过渡，加强筋以设计矮一些多一些为好，筋与筋的间隔距离应大于塑件壁厚。、塑件设计成圆角形式是因为塑件的尖角部位在成型时会产生应力集中，当受到冲击振动时易开裂，塑件设计成圆角，不仅避免产生应力集中，提高了塑件强度，还有利于塑件的充模流动，同时模具型腔对应部位亦呈圆角，这样使模具在淬火和使用时不致因应力集中而开裂，提高了模具的坚固性。、模塑螺纹的性能特点、模塑螺纹的性能特点：a.模塑螺纹强度较差，一般宜设计为粗牙螺纹。直径较小螺纹更不宜用细牙螺纹和多头螺纹特别是用纤维增强塑料成型时，
27、螺牙尖端狭小区域常常只被纯树脂所填充而真正获得增强，而不能达到应有的强度。b.模型螺纹的精度不高，一般低于GB3级。由于塑料的收缩性较大，当模具螺纹零件未加放收缩量或加放收缩量不当时，成型出的塑料螺纹的牙距误差较大，致使螺纹旋合长度较短。l容器边缘的增强 l容器侧壁的增强 l取脱模斜度的方法 l格子状塑件上单元格板的脱模斜度 图-塑件脱模斜度图3-9 塑件壁厚结构图3-10 塑料受柄结构图3-11壁厚不均的塑件结构图3-12 采用加强筋改善壁厚图-塑件的支承面a)b)图图3-20加强筋与支承加强筋与支承图图3-21塑件固定用凸耳塑件固定用凸耳图图3-22内外圆角半径内外圆角半径图-孔边增厚加强a)b)图图3-24通孔的成型方法通孔的成型方法a)b)c)图3-26用拼合型芯成型复杂孔图图3-30常见塑料铰链常见塑料铰链图3-34嵌件的结构形式图3-13 支座上的加强筋图图3-14 在塑件平面底部布置加强筋在塑件平面底部布置加强筋a)b)图-对细长杆、薄板嵌件的抗弯措施图-嵌件成组安装、成型后再切断图图3-15 加强筋加强筋