第3章--塑件的设计课件.ppt
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1、 第第3 3章章 塑件的设计塑件的设计内容简介:内容简介:塑件形状设计;脱模斜度的确定;塑件壁厚的设计;塑件结构设计示例;塑件的尺寸精度和表面粗糙度的确定。学习目的和要求:学习目的和要求:1、能正确设计塑件的形状,能选择合适的脱模斜度、选 择合适均匀的壁厚。2、了解不同类型的塑件应设计的合理支承面、金属嵌 件的设计、标记、符号、图案等的设计。3、能根据塑件的使用性能要求正确确定塑件的尺寸精度 和表面粗糙度。3.1 3.1 塑件结构设计塑件结构设计 注塑成型是塑料成型的主要方法之一,用注塑成型方法加工的塑料制品,不仅可以成型复杂结构的制品,而且制品精度高、质量好,注塑成型的生产率也高。由于塑料的
2、物理性能、化学性能与其它材料不同,因此注塑塑料制品的设计与成型加工以及模具设计亦有它独特的一面,要设计出结构合理、造型优美、经济耐用的塑料制品,不但要考虑塑料本身的特性,而且要考虑到塑料成型的工艺、模具结构、制品使用环境以及制品的经济效益。为了制得理想的塑料制品,除选用合适的塑料品种以外,还必须考虑塑料制品的模塑工艺性。塑料制品的模塑工艺性与模具设计有着密切的关系,然而模具是根据制品设计的,因此制品设计能适应模塑工艺要求,才能设计出合理的模具结构。由此可见,根据模塑工艺要求设计制品关系到制品的顺利制造、提高制品质量和生产效率及降低成本等问题。设计原则:应考虑原材料的成型工艺性;应考虑模具的总体
3、结构,使模具型腔易于制造,模具抽芯和推出机构简单;在保证塑件使用性能、物理性能与力学性能、电性能等的前提下,力求结构简单,壁厚均匀,使用方便。3.1.1 形状设计 塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型。简单要求:避免侧向抽芯 强制脱模 如图3-1所示。如图3-2所示。如图3-3所示。图3-1 可避免抽芯的侧凹侧孔塑件实例返回图3-2 可避免抽芯的侧凹侧孔塑件实例返回图3-3 可强制脱出的带浅侧凹凸塑件返回 3.1.2 斜度设计 为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件,在塑件的内外表面沿脱模方向应设计足够的斜度,在模具上称为脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率,一般取3
4、0 30 1 13030。斜度的取向原则是:1)内孔(塑件内表面)以小端为准,符合图纸要,斜度由扩大方向得到;2)外形(塑件外表面)以大端为准,符合图纸要求,斜度由缩小方向得到。3)脱模斜度值一般不包括在塑件尺寸公差范围内,但对精度要求高的塑件,脱模斜度应包括在公差范围内。在设计时,脱模斜度可以从以下几个方面考虑:)一般的,材料性质脆、硬的,脱模斜度要求大;2)常用脱模斜度值为1-1.5,也可小到0.5;3)对于高度不大的塑件,可不取脱模斜度;4)对于收缩率大的塑料制件应取较大脱模斜度;5)制件壁厚较大时,收缩率大,脱模斜度就取大值;6)对于大尺寸制件或尺寸精度要求高的制件,应采用较小的脱模斜
5、度;7)塑件形状复杂的、不易脱模的应选用较大的脱模斜度;8)如果要求脱模后塑件保持在型芯一边,则塑件的内表面的脱模斜度可选的比外表面小;反之,要求脱模后塑件留在型腔内,则塑件的外表面的脱模斜度应小于内表面,但当内、外表面要求脱模斜度不一致时,往往不能保证壁厚的均匀9)增强塑料宜取大,含自润滑剂的易脱模塑料可取小。脱模斜度和塑件公差关系:脱模斜度不包括在塑件公差范围内:轴(外形):大端尺寸保证要求,小端尺寸由斜度缩小 孔(内形):小端尺寸保证要求,大端尺寸由斜度扩大脱模斜度包括在塑件公差范围内:大小端尺寸取两极限,计算出脱模斜度 脱模斜度随制件形状、塑料种类、模具结构、表面精加工程度、精加工方向
6、等而异。脱模斜度的选取,往往采用经验数据。如果在允许范围内取较大值,可使顶出更加容易,所以应尽可能采取较大的脱模斜度。设计塑件时如果未注明斜度,模具设计时必须考虑脱模斜度。模具上脱模斜度留取方向是:型芯是以小端为基准,向扩大方向取。型腔是以大端为基准,向缩小方向取。这样规定斜度方向有利于型芯和型腔径向尺寸修整。斜度大小应在塑件径向尺寸公差范围内选取。当塑件尺寸精度与脱模斜度无关时,应尽量地选取较大的脱模斜度。当塑件尺寸精度要求严格时,可以在其尺寸公差范围内确定较为适当的脱模斜度。通常,塑件的几何形状复杂而且很不规则,其脱模斜度取大些,塑件内表面的脱模斜度应大于其外表面的脱模斜度。当考虑到要保证
7、塑件尺寸精度时,其长度愈长、内腔愈深,则其脱模斜度应适当的减小;反之,则取大些。开模脱出塑件时,希望塑件留在有脱模装置的模具一侧。要求塑件留在型芯上,则该塑件内表面脱模斜度应比其外表面小。反之,若要求塑件留在型腔内,则其外表面的脱模斜度应小于其内表面的脱模斜度。如果希望塑件留于型腔内,但塑件内腔形状复杂,有留于型芯的可能性,此时若沿脱模方向塑件外表面长度不大于1015mm,就可不给该表面设置脱模斜度。如果该塑件外表面的长度小于34mm时,则可取与其脱模方向相反的脱模斜度。塑件上脱模斜度可以用线性尺寸、角度、比例等三种方式来标注,如图3-4所示。图3-4 脱模斜度的标注返回3.1.3 塑件壁厚
8、塑件的壁厚是最重要的结构要素,是设计塑件时必须考虑的问题之一。热固性塑件的壁厚一般在1-6mm之间,最厚不超过13mm,最薄可达1mm以下,如玻璃纤维增强的酚醛塑件的壁厚可达0.8mm左右。热塑性塑件的壁厚一般为2-4mm,小塑件取偏小值,中等塑件取偏大值,大塑件可以适当地加厚。塑件的最小壁厚取决于塑料的流动性,流动性好的尼龙、聚乙烯等的塑件的最薄壁厚为0.2-0.4mm,流动性较差的聚氯乙烯、聚碳酸酯等的塑件的最小壁厚为1mm。壁厚与流程有关塑料品种tL计算公式流动性好的(如PE、PA等)流动性中等(如PMMA、POM等)流动性差(如PC、PSU等)6.05.0100Lt7.08.0100L
9、t9.02.1100Lt壁厚过小壁厚过大原料浪费,冷却时间长,易产生缺陷强度及刚度不足,塑料流动困难 塑件壁厚不均匀,导致塑件个部分固化收缩不均匀,易在塑件上产生气孔、裂纹、引起内应力及变形等缺陷。塑件壁厚首先取决于使用性能,即在强度、结构、质量、电性能、尺寸稳定性及装配等方面满足其功能要求。因玻璃纤维等增强塑料的流动性差,只能成型壁厚而高度不大、形状简单的塑件;流动性好的塑料,就可以成型薄而大的、形状复杂的塑件。塑料的机械强度高,塑件的壁可以薄些;塑料机械强度低,应适当地增加塑件的壁厚。在确定制件壁厚时应注意以下几点:、在满足使用要求的前提下,尽量减小壁厚。但最小壁厚应保证有足够的强度和刚度
10、,脱模时能经受住脱模机构的冲击和震动,装配时能承受紧固力。、塑件的壁厚应避免局部太厚或太薄,尽量均匀一致,以减小内应力和变形,也可避免厚壁处产生缩孔、气泡或凹陷等缺陷。见图3-6。、常见塑料壁厚的参考值见教材表10.1和表10.2。4、塑件相邻两壁厚应尽量相等。确定壁厚应遵循以下原则:1)尽量减小壁厚尽量减小壁厚:减小壁厚不仅可以节约材料,节约能源,也可以缩短成型周期,因为塑料是导热系数很小的材料,壁厚的少量增加,会使塑件在模腔内冷却凝固时间明显增长。塑件壁厚减小,也有利于获得质量较优的塑件,因为厚壁塑件容易产生表面凹陷和内部缩孔。2 2)尽可能保持壁厚均匀:)尽可能保持壁厚均匀:塑件壁厚不均
11、匀时,成型中各部分所需冷却时间不同,收缩率也不同,容易造成塑件的内应力和翘曲变形,因此设计塑件时应尽可能减小各部分的壁厚差别,一般情况下应使壁厚差别保持在30以内。对于由于塑件结构所造成的壁厚差别过大情况,可采取如下两种方法减小壁厚差:(1)可将塑件过厚部分挖空,如图3-6所示。(2)可将塑件分解,即将一个塑件设计为两个塑件,在不得已时采用这种方法。图3-6 挖空塑件过厚部分使壁厚均匀返回 改善壁厚典型实例:改善壁厚典型实例:改改善善壁壁厚厚典典型型实实例:例:3.1.4 加强筋及其他防变形的结构设计 作用:强度、刚度,避免翘曲变形。在一定程度上可以改善塑料的充模流动性。加强筋的形状尺寸:高度
12、L=(13)筋条宽A=(1/41)收缩角=25根部圆角R=(1/81/4)顶部圆角r=/8,注:加强筋常引起局部凹陷图3-7加强筋尺寸加强筋厚度小于壁厚加强筋与支承面间留有间隙以防外力作用时,产生应力集中而被破坏。塑件上筋条方向也不应妨碍塑料充模时的流动和塑料收缩。图3-8是对同一塑件端部筋条设计的两种方案比较,方案(a)较好,方案(b)不可取,因为方案(b)中的筋条妨碍了塑料收缩,会造成塑件内应力并引起塑件翘曲,固中箭头所示方向为塑料收缩方向。平板状塑件,加强筋应与料流方向平行不合理合理平板类零件加强筋方向与料流方向平行 二、支承面及凸台 凸台设计应遵循以下原则:1)凸台应尽可能设计在塑件转
13、角处;2)应有足够的脱模斜度;3)侧面应设有角撑;4)凸台与基面接合处应有足量的圆弧过渡;5)凸台直径至少应为孔径的两倍;6)凸台高度,一般不应超过凸台外径两倍;7)凸台内螺孔底部应留有小孔隙;8)凸台壁厚不应超过基面壁厚的3/4,以1/2为好。当采用塑件的整个底平面作为支承面时,应将塑件底面设计成凹形或设置加强筋,这样不仅可提高塑件的基面效果,而且还可以延长塑件的使用寿命,如图3-9(b)、(c)所示,支承面设置加强筋的,筋的端部应低于支承面约0.5毫米左右。图3-9塑件的支承面返回 除加强筋外,针对塑件结构持点,还可采取其它增加塑件刚度的方法,如盒盖、罩壳、容器等塑件,可采用拱形增加刚度,
14、如图3-10所示。对于表面较大的塑件,可采用拱形、弯折形或波纹形壁面增加刚度,如图3-11所示。薄壁容器上口边缘可采用各种弯边,不仅使边缘刚度增加,也增加了塑件的美感,如图3-12所示。图3-10盒盖、容器等塑件采用拱形设计返回图3-11大表面容器、罩壳增加刚度的设计返回图3-12容器边缘采用弯边增加刚度返回3.1.5 圆角设计 为了使熔料易于流动和避免应力集中,应在转角处加设圆角R。图3-13表示 R/A 与应力集中之间的关系。在给塑件内外表面的拐角处设计圆角时,应象图3-14所示那样确定内外圆角半径,以保证塑件壁厚均匀一致。采用圆角具有以下优点:、避免应力集中,提高了塑件强度及美观;、模具
15、在淬火和使用时不致因应力集中而开裂;、圆角有利于充模和脱模。当圆角半径与壁厚之比值小于0.25时,应力集中系数急剧增大,即角隅处应力急剧增加。当圆角半径与壁厚之比值大于0.75时,应力集中系数变化趋于平缓,并逐渐成为常数。因此在塑件上设计圆角时,应尽可能取大值。图3-13 R与应力集中的关系返回图3-14 圆角R、当塑件上的孔太深,用型芯成型困难时,可采用先成型再钻孔加工的方法,但在塑件上最好成型出钻孔的凹痕。、在一般情况下应把孔设置在塑件强度较大处。必要时可以采取一些增厚措施或使用凸台、凸边等结构增加其强度。、相互垂直的孔或斜交孔,型芯不能如P215图10.12左图那样互相嵌合,二应该采用右
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