塑料件设计规范.docx

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塑料件设计规范

1范围

本标准规定了本公司冰箱产品用注塑成型塑料件设计的一般要求和需注意的事项。

其它如挤出成型、模压成型、中空成型等未详细叙述。

2术语和定义

以下术语和定义适用于本标准。

塑料：

塑料是聚合物，又称高分子，是由结构单元与重复单元所组成。

3塑料慨述

3.1塑料分类

3.1.1按相变化的可逆性分类

a）热塑性塑料；

b）热固性塑料。

3.1.2按聚合方式分类

a）连锁反应；

b）逐步反应。

3.1.3按功能分类

a）通用塑料，如PE、PP、PS、PVC、PMMA等；

b）工程塑料，如ABS、PC、PET、POM、NYLON等；

c）高性能工程塑料，如PES、PSF、PAR等。

3.2塑料产品设计时应考虑的几个因素

a）塑料材料的选用；

b）壁厚及形状；

c）分型面及浇口位置；

d）拔摸斜度；

e）尺寸公差。

4主要内容

4.1塑料制品设计流程:

为了确保所设计的产品能够合理而经济,在塑料制品设计的初期,在外观设计者、结构工程师、模具厂、注塑厂以及材料供应厂之间的紧密合作是必须的,因为没有一个设计者,能够同时拥有如此广泛的知识和经验,而从不同的角度所获得的建议,将是使产品合理化的基本前提;除此之外,一个合理的设计考虑流程也是必须的;以下将就设计的一般流程作出说明:

4.1.1.确定产品的功能需求,外观

在产品设计的初始阶段,设计者必须列出该产品的目标使用条件和功能要求;然后根据实际的考虑,以避免在稍后的塑料制品开发阶段造成可能的时间和费用的损失.下表为产品设计的核对表：

产品设计的核对表

一般数据:

a）产品的功能?

b）产品的组合操作方式?

c）产品的组合是否是可以靠着塑料的应用来简化?

d）在制造和组合上是否可能更为经济有效?

e）所需要的公差?

f）空间限制的考虑?

g）界定产品使用寿命?

h）产品重量的考虑?

i）是否有承认的规格?

j）是否已经有相类似的应用存在?

能否借用？

结构考虑:

a）使用负载的状态?

b）使用负载的大小?

c）使用负载的期限?

d）变形的容许量?

e）拔摸斜度？

f）壁厚及形状？

g）尺寸公差？

环境:

a）使用在什么温度环境?

b）化学物品或溶剂的使用或接触?

c）温度环境?

d）在该种环境的使用期限?

外观:

a）外形

b）颜色

c）分型面及浇口位置；

d）表面加工如咬花,喷漆、印刷等.

经济因素:

a）产品预估价格?

b）目前所设计产品的价格?

c）降低成本的可能性?

4.1.2.绘制塑料件预备性的设计图:

当产品的功能、外观被确定以后,设计者可以根据选定的塑料材料性质,开始绘制预备性的产品图,以作为先期估价、检验以及手板模型的制作.

4.1.3.制作手板模型:

手板模型让设计者有机会看到所设计的产品的实体,并且实际的核对其工程设计.手板模型的制作一般有两种方式,第一种就是外发手板厂家，利用CNC、机加工等方式制作结构件，并接合成一完整的模型,这种方式制作的模型,经济快速,但是,缺点是量少,而且较难作结构测试;另一种方式,是制作简易模具,可作少量生产,需花费较高的模具费用,而且所费的时间较长,但是,所制作的产品较类似于真正量产的产品（需要特殊模具机构的部分,可能成形后再以机械加工成形）,可做一般的工程测试,而且建立的模具,成形经验,将有助于产品针对实际模具制作、成形需要而作正确的修正或评估.

4.1.4.产品测试

每一个设计都必须在原型阶段,接受一些测试,以核对设计时的计算和假想和实体之间的差异.

产品在使用时所需要做的一些测试,大部分都可以通过手板做有效的测试;此时,核对了所有设计的功能要求,并且能够达成一个完整的设计评估.

4.1.5.制定重要规格

规格的目的在于消除生产时任何的偏差,以使产品符合外观,功能和经济的要求,规格上必须明确说明产品所必须符合的要求,它应该包括:

制造方法,尺寸公差,表面加工,分模面位置,毛边,变形,颜色以及测试规格等.

4.1.6.开模生产

模具的设计必须谨慎并咨询模具厂家,因为不适当的模具设计和制造,将会使得生产费用提高,效率降低,并用可能造成质量的问题.

4.2塑料材料的选用

a）外观件高要求时选用ABS，ABS塑料注射出的零件饱满、有光泽、易于喷涂，低要求可使用PP；

b）透明抽屉、搁架、灯罩等用透明PS，也可用透明AS；

c）自锁挡块、轴套等耐磨件用POM；

d）其它非透明内饰件用HIPS、ABS。

4.3壁厚及形状

4.3.1壁厚

4.3.1.1通常产品应具有均匀的壁厚，如不可避免，则利用转换区的方法来防止突然的剧变，且浇口位于壁较厚处以防止充填不满，如图1所示。

图1

注：

不均匀的壁厚会造成严重的翘曲以及尺寸控制的问题，如果产品需要较高的强度，从成本的观点上来看，用加强筋比增加壁厚要好得多。

总之，一般的原则就是能够利用最小的壁厚，完成产品所具备的功能。

4.3.1.2热塑性塑料制件建议厚度见表1，热固性塑料制件建议厚度见表2。

表1热塑性塑料制件厚度建议表单位：

mm

热塑性塑料

最小厚度

平均厚度

最大厚度

ABS

POM

PC

PP

PS

PU

LDPE

HDPE

PVC（硬质）

NYLON

0.8

0.4

1.0

0.6

0.8

0.6

0.5

0.9

1.0

0.4

2.3

1.6

2.4

2.0

1.6

12.7

1.6

1.6

2.4

1.6

3.2

3.2

9.5

7.6

6.4

38.1

6.4

6.4

9.5

3.2

表2热固性塑料制件厚度建议表单位：

mm

热固性塑料

最小厚度

小塑件厚度

一般厚度

大塑件及最大厚度

酚醛树脂

一般级

玻璃纤维填充

金属纤维填充

1.3

1.6

3.2

1.6

3.2

3.2

3.2

4.8

4.8

4.8～25.4

4.8～9.5

5.0～25.4

热固性塑料

最小厚度

小塑件厚度

一般厚度

大塑件及最大厚度

醇酸树脂

玻璃纤维填充

金属纤维填充

1.0

1.0

2.4

3.2

3.2

4.8

4.8～12.7

4.8～9.5

脲酸及蜜胺树脂

玻璃纤维填充

金属纤维填充

1.3

1.0

3.2

2.4

3.2

4.8

3.2～4.8

4.8～9.5

4.3.2形状

4.3.2.1半径

一定不要将产品设计成具有尖锐的边角,因为其凹槽会造成应力集中,以致减少了产品的抗冲击力。

为了增加边角的强度及增进冲模的能力，最小半径须在壁厚的25%～75%之间，通常为50%，如图2所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2

4.3.2.2加强筋及角板

加强筋及角板能够有效地增加产品的刚性与强度。

适当地利用加强筋及角板不仅能够节省材料，减轻重量及减短成型周期，更能消除较厚的横截面所造成的成型问题。

设计时，一些基本的原则必须遵守，如图3、图4所示。

图3标准的加强筋设计

图4标准的角板设计

注1：

与壁厚比较，如果加强筋及角板太厚的话，则会产生凹陷痕、包气、翘曲、熔接线（造成内应力）及较长的成型周期。

且加强筋及角板应置于能够方便流动的位置，如此才能够帮助产品犹如内流道的作用。

注2：

角板是做于边缘的支架，以提高强度。

4.3.2.3突起部分

突起部分的目的是用来连接组合螺钉、导销、栓或压入配合等作用。

设计突起部分最重要原则是应避免其无支撑物，并尽量让其与外壁或加强筋相连，如图5所示。

一般来说，加强筋外径为圆孔直径的2~2.5倍，以保证有足够的强度。

图5较好的突起部分设计

如果加强筋本身与外壁间隔相当远，则最好加上角板，如图6所示。

图7及图8为加强筋靠近外壁及远离外壁时，突起部分的设计。

图6加角板的突起部分设计

图7加强筋靠近外壁时，突起部分的设计

图8加强筋远离外壁时，突起部分的设计

4.3.2.4孔及镂空

在塑料制件上开孔或切口可使其和其他零件组合以得到更多的功能。

孔一般分为以下几个类型：

半孔、全穿孔、层次孔、多层次孔、交错孔。

全穿孔比半孔易于加工，因为前者的穿孔销可在两端得到支撑，而后者由于只有一端获得支撑，易被熔融的塑料流进型腔时，会使穿孔销偏心而造成误差。

所以，一般半穿孔的深度以不超过穿孔销直径两倍为原则。

在成型大多数热塑性塑料时，在孔壁和塑物外壁间的宽度至少要和孔的直径相等，孔与孔内壁间的厚度至少要和孔的直径相等，如图9所示。

若为半孔，则其底部的壁厚至少应为孔直径的1/6，否则模塑后会膨胀，如图10所示。

图9孔的标准设计

图10半孔的设计

4.3.2.5嵌件

用于塑料制品的金属嵌件通常用来承担产品被磨损、撕裂的力量或用来与电气零件相连及装饰用。

嵌件的类型有两种，一种为成型前模内嵌件，另一种为成型后嵌件。

前者具中等或极粗的刻痕以提供足够的力量防止滑动，后者可螺纹化或借由热、超声波的方法来装置。

通常模制嵌件时，须考虑以下几个因素：

a）嵌件须能提供所需要的机械强度；

b）塑模的嵌件须不具扰性；

c）固定的壁厚须围绕嵌件的四周，以防止塑料冷却时发生裂化。

嵌件壁须与塑模打开或关闭的移动方向平行。

因为直角或斜角的插入物在模制时是非常困难且耗费成本的。

如图11所示。

图11嵌件不同方位的比较

不管是阴或阳嵌件，都需要有一肩座，以防止塑料流入螺纹中，如图12所示。

其中：

a）不具肩座嵌件，应避免；

b）为单一肩座；

c）为双肩座，此种最理想，但成本较高。

图12嵌件肩座的比较

由于嵌件与塑料制件的收缩率不同，当塑料制件冷却时，塑料会比金属收缩的还多，造成应力集中以致嵌件四周龟裂。

预防的方法是，提供足够的塑料于嵌件的四周或增加嵌件与外壁的距离。

4.4分型面及浇口位置

4.4.1分型面的方向应尽量采用与注塑机开模垂直方向，形状有平面、斜面、曲面。

选择分型面的位置时应考虑以下要素：

a）分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处；

b）使塑件留在动模一边，利于脱模；

c）将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度；

d）轴芯机构要考虑轴芯距离；

e）分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。

4.4.2浇口位置与最终产品的性质关系很大，如以下所述：

a）外观：

残留的浇口痕迹通常不可避免，故尽量让其位于较不明显的位置；

b）应力：

切勿将浇口设于近高应力区，因为浇口本身附近会产生残留应力且浇口造成的粗糙表面容易导致应力集中；

c）压力：

将浇口设于塑料制品的较厚部位，以保证充填完美，并能避免凹陷及包气的产生；

d）熔接线：

通常将浇口设在能使流动到型腔各部位长度一定的位置上，如图13所示。

其中：

●图（b）则为侧浇口所造成的熔接痕；

●图（a）由于有嵌件的关系，熔接痕更为严重。

图13选择浇口的位置以消除熔接痕

解决方法是将浇口设在近于嵌件处，使之产生较大涡流以减轻熔接痕。

e）充填：

将浇口设于壁的对端，重叠式进料以增加涡流来消除流痕及浇口附近的毛边，如图14所示。

图14选择浇口的位置以增加高风高分子的流动

总之，浇口最理想的位置是能使熔融塑料均匀地进入型腔且把型腔的各个部位同时填满。

4.5拔摸斜度

对模塑产品的任何一个侧壁。

都需有一定量的脱模斜度，以便产品从模具中取出。

脱模斜度的大小可在0.2度至数度间变化，视周围条件而定，一般以0.5度至1度间比较理想。

具体选择脱模斜度时应注意以下几点：

a）凡塑件精度要求高的，应选用较小的脱模斜度。

b）凡较高、较大的尺寸，应选用较小的脱模斜度。

c）塑件的收缩率大的，应选用较大的斜度值。

d）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。

e）一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内。

f）通常每250mm给出1度的拔摸斜度，0.5度的拔摸斜度是所能允许的最小值；

g）透明件脱模斜度应加大，以免引起划伤。

一般情况下，PS料脱模斜度应大于3°，ABS及PC料脱模斜度应大于2°。

h）带皮纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应加3°～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。

i）插穿面斜度一般为1°～3°。

j）公模面较母模面要小，有利于射出，避免粘滞母模。

4.6尺寸公差

大部分的塑料制品都能维持相当紧密的尺寸公差，除了高收缩性的材料外，如PE、PP、NYLON、POM及软质PVC，其收缩率达到2%～3%，而一般热塑性制品的许可公差为±0.5%。

所以对于这些高收缩性材料必须指定较大的允许公差，因为其尺寸公差很难借模具设计予以补救。

在选定尺寸公差时要考虑塑料材料、产品形状及使用条件等。

随着公差的严格要求，其制造加工精度与模具价格也相对提高，所以要审慎地设定适用此公差的使用条件。

塑料制件除了尺寸公差以外，对于一些精密成型更须考虑形状公差，因为浇口的种类和位置或是模具温度调节系统的决定，都须根据这些来设计。

4.7螺钉柱

制品之间的连接常采用螺钉的连接方式，在螺钉柱的设计过程中应注意以下几点：

a）在允许的情况下，螺钉柱应尽量矮。

应加一字形或十字形斜筋保证螺钉柱的强度，并考虑防缩，外观要求严格的表面螺钉柱应加斜顶进行防缩，无法加斜顶的应加防缩槽进行防缩。

形式如下：

b）螺钉柱的内直径应符合加工工艺性。

优先选用值：

螺钉柱内侧应加倒角，利于螺钉的安装。

倒角大小一般为1～1.5X45°。