塑料产品设计规范

常用工程塑膠﹕ABS,PC,亞克力﹐尼龍﹐PVC等 塑料产品规范 塑料制品设计特点﹕ 塑料产品的设计与其它材料如钢,铜,铝,木材等的设计有些是类似的;但是,由于塑料材料组成的多样性,结构﹑形状的多变性,使得它比起其它材料有更理想的设计特性;特别是它的形状设计,材料选择,制造选择,更是其它大部分材料无可比拟的.因为其它的大部分材料,其设计者在外形或制造上,都受到相当的限制,有些材料只能利用弯曲﹑熔接等方式来成形.当然,塑料材料选择的多样性,也使得设计工作变得更为困难,如我们所知,目前已经有一万种以上的不同塑料被应用过,虽然其中只有数百种被广泛应用,但是,塑料材料的形成并不是由单一材料所构成,而由一群材料族所组合而成的,其中每一种材料又有其特性,这使得材料的选择,应用更为困难. 塑料制品设计原则﹕ 1.​ 依成品所要求的机能决定其形状﹐尺寸﹐外观﹐材料 2.​ 设计的成品必须符合模塑原则﹐既模具制作容易﹐成形及后加工容易﹐但仍保持成品的机能 塑料制品设计程序: 为了确保所设计的产品能够合理而经济,在产品设计的初期,在外观设计者﹐机构工程师,制图员,模具制造者,成形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,而从不同的事业观点所获得的建议,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程序也是必须的;以下将就设计的一般程序作出说明: 1.​ 确定产品的功能需求,外观. 在产品设计的初始阶段,设计者必须列出对该产品的目标使用条件和功能要求;然后根据实际的考虑,决定设计因子的范围,以避免在稍后的产品发展阶段造成可能的时间和费用的漏失.下为产品设计的核对表,它将有助于确认各种的设计因子. 产品设计的核对表 一般数据: 1.​ 产品的功能? 2.​ 产品的组合操作方式? 3.​ 产品的组合是否是可以靠着塑料的应用来简化? 4.​ 在制造和组合上是否可能更为经济有效? 5.​ 所需要的公差? 6.​ 空间限制的考虑? 7.​ 界定产品使用寿命? 8.​ 产品重量的考虑? 9.​ 有否承认的规格? 10.​ 是否已经有相类似的应用存在? 结构考虑: 1.​ 使用负载的状态? 2.​ 使用负载的大小? 3.​ 使用负载的期限? 4.​ 变形的容许量? 环境: 1.​ 使用在什么温度环境? 2.​ 化学物品或溶剂的使用或接触? 3.​ 温度环境? 4.​ 在该种环境的使用期限? 外观: 1.​ 外形 2.​ 颜色 3.​ 表面加工如咬花,喷漆等. 经济因素: 1.​ 产品预估价格? 2.​ 目前所设计产品的价格? 3.​ 降低成本的可能性? 2.​ 绘制预备性的设计图: 当产品的功能需求,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,检讨以及原则模型的制作. 三.制作原型模型: 原型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.原型模型的制作一般有两种方式,第一种就是利用板状或棒状材料依图加工再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,是利用暂用模具,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. 四.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,大部分都可以籍着原型做有效的测试;此时,面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. 仿真使用测试通常在模型产品阶段就必须开始,这种型态的测试价值,取决于使用状态被模拟的程度而定. 机械和化学性质的加速化测速通常被视为模型产品评估的重要项目. 五.设计的再核对与修正 对设计的检讨将有助于回答一些根本的问题:所设计的产品是否达到预期的效果?价格是否合理?甚至于在此时,许多产品为了生产的经济性或是为了重要的功能和外形的改变,必须被发掘并改善,当然,设计上的重大改变,可能需要做完整的重新评估;假若所有的设计都经过这种仔细检讨,则能够在这个阶建立产品的细节和规格. 六.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. 七.开模生产 当规格被谨慎而实际的订定之后,模具就可以开始被设计和制作,模具的设计必须谨慎并咨询专家的意思,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. 八. 质量的控制 对照一个已知的标准,订定对生产产品的规律检测是良好的检测作法,而检测表应该列出所有应该被检查的项目,另外,相关人员,如品管者或设计者也应与成形厂联合订定一个质量管理的程序,以利于在生产的产品能够符合规格的要求. 产品设计细节确定: 1．​ 分模线之选定 1.​ 不得位于明显影响外观的位置 2.​ 开模时不形成死角(undercut)的位置 3.​ 位于模具易加工的位置 4.​ 位于成品后加工容易的位置 5.​ 位于不影响尺寸精度的位置(尺寸关系重要的部分尽量放在模具的同一边) 2．​ 脱模斜度 脱模斜度是为了便于产品从模具中脱出而设置的。 脱模斜度一采用1~2度﹐最小不小于0.5度。具体数值视成品形状﹐成形材料的类别﹐模具结构﹐表面精度﹐以及加工方等会有所不同。在不影响产品质量的前提下﹐脱模斜度愈大愈好。 3．​ 产品外形及肉厚 产品外形尽量采用流线外形﹐避免突然的变化﹐以免在成形时因塑料在此处流动不顺引起气泡等缺陷﹔并且此处模具易产生磨损。 决定肉厚的主要因素﹕ 1.​ 结构强度是否足够 2.​ 能否抵脱模力 3.​ 能否均匀分散所受的冲击力 4.​ 有埋入件时﹐能否防止破裂﹐如产生熔合线是否会影响强度 5.​ 成形孔部位的熔合线是否会影响强度 6.​ 尽可能肉厚均匀﹐以防止产生缩水 7.​ 棱角及肉厚较薄部分是否会阻碍材料流动﹐从而引起充填不足 肉厚不均对成形性的影响﹕ 1.​ 成形品之冷却时间取决于肉厚较厚的部分﹐使成形周期延长﹐生产性能降低 2.​ 肉厚不均则成品冷却后收缩不均﹐造成缩水﹐产生内应力﹐变形﹐破裂等 我们经常用的材料有:PC,ABS,PMMA等几种,它们的标准肉厚如下: PC:1.5-5.0 ABS:1.2-3.5 PMMA:1.5-5.0 4．​ 加强与防止变形 方法﹕ 1.​ 转角部位加R 塑料产品的尖锐转角常常是造成产品破坏的最大因素.消除产品尖锐的转角,不但可以降低该处的应力集中,提高产品的结构强度,也可以使得塑料材料成形时有流线型的流路,以及成品更易于顶出.另外,从模具的观点,园角也是有益于模具加工和模具强度. 产品所有的内侧和外侧的周边转角园弧都必须尽可能的大,以消除应力集中;但是,太大的园弧可能造成缩水,特别是在肋或突柱根部转角园弧.原则上,最小的转角园弧为0.020到0.030inch. 综上所述,园角对于成形品的设计会有以下的一些优点: (1) 园角使得成形品提高强度以及降低应力. (2) 尖锐转角的消除,自动地降低了龟裂的可能性,就是提高对突然的震动或冲击的抵抗能力. (3) 塑料的流动状态将被重大的改善,园形的转角,使得塑料能够均匀,没有滞留现象以及较少应力的流入模穴内所有的断面,并且改善成形品断面的密度之均匀性. (4) 模具强度获得改善,以避免模具内尖锐的转角,造成应力集中,导致龟裂,特别是对于需要热处理或受力较高的部分,园弧转角更为重要. 园角加大,应力集中减少. 内圆角R<0.3T ----应力剧增 内圆角R>0.8T ----几乎无应力集中 2.​ 增设加强肋 肋根部厚度约为(0.5~0.7)T PC,PPO T<0.6T PA,PE T<0.5T PMMA,ABS T<0.5T PS T<0.6T 肋间间距>4T 肋高L<3T 3.​ 利用变化肉厚及形状 1)​ 侧壁加强 既可防止变形﹐也可改善流动性 2)​ 边缘加强 用变化的边缘形状来加强﹐防止变形 3)​ 周边加强 较大的平面易发生翘曲变形﹐用周边凹凸或波浪形来防止变形 4)​ 底部加强 箱形件底部﹐为加强及防变形常采用如下方法﹕ 5．​ BOSS之设计 1.​ BOSS的长度一般不超过本身直径的两倍﹐否则必须加加强肋。(长度太长时会引起气孔﹐烧焦﹐充填不足等) 2.​ BOSS的位置不能太接近转角或侧壁 3.​ BOSS的形状以圆形为主﹐设计在底部时取3个 (其它形状则加工不易﹐且流动性也不好) 4.​ BOSS周围可用除去部分肉厚来防收缩下陷 6．​ 孔及凹陷之设计 孔的形状和位置的选择,必须避免造成产品的脆弱性以及生产上的复杂性. 在成形孔的一般方法中,塑料被射出模穴,然后沿着心梢的周边流动而形成孔,因此,当塑料在心梢一端会合时,会形成接合线,这些接合线位置就成为成品本身的潜在脆弱性. 1.​ 孔与孔之间距离为孔径2倍以上 2.​ 孔与成品边缘之间距离为孔径3倍以上 3.​ 孔与侧壁之间距离为孔径3/4倍以上 4.​ 孔周边的肉厚宜加强(尤其针对有装配性﹐受力的孔)﹐切开的孔周边也宜加强 5.​ 垂直于材料流动方向的盲孔﹐孔径在1.5mm以下时﹐孔深不得超过孔径的2倍(只有一端支撑的模仁梢比起两端都有支撑的模仁梢会高出48倍的变形量) 6.​ 孔径不变的通孔不宜设计为两边对合成形﹐会产生偏心﹐可将任一边的孔径加大﹐或设计为不用对合成形的孔 孔的形状设计比较﹕ 7．​ 成形螺纹及辊纹设计 成形螺纹设计注意事项﹕ 1.​ 避免使用32牙/inch(螺距0.75mm)以下的螺纹﹐最大螺距可采用5mm 2.​ 长螺纹会因收缩的关系使螺距失真﹐应避免使用﹐如结构需要时可采用自攻螺丝锁紧 3.​ 螺纹公差小于成形材料收缩量时应避免使用 4.​ 螺纹不得延长至成品末端﹐因如此产生的尖锐部会使模具及螺纹的端面崩裂﹑寿命降低﹐所以至少要留0.8mm的平坦部分 5.​ 螺纹需有2~4度的拔模角 辊纹通常是平行于脱模方向的沟槽﹐辊纹间距通常为3.0mm,最小为1.5mm。为防模具崩裂及使后加工容易﹐辊纹与分模面间至少留0.8mm的平坦部分。 8．​ 埋入件设计 埋入件举例﹕ 埋入件需注意点﹕ 1.​ 由于流动性的关系﹐会在埋入件的周围产生熔接痕﹔由于塑料与金属的收缩率不一样﹐成形后易产生开裂 2.​ 使用埋入件成形时﹐会使周期延长 3.​ 埋入件高出成形品少许﹐可避免在装配时被拉动而松脱 成形品改善: (1)​ 外观的改善: A.​ 原肋为表面形成收缩下陷之原因尽量减薄,肋原<=0.5-0.6T B.​ 光泽表面可施行一些如放电,喷砂,腐蚀加工等防止收缩下陷及保持表面无痕迹 C.​ 尽可能地使分模面变得容易,可使模具加工容易及毛边,浇口切除容易 D.​ 肉厚均一,可防收缩下陷 E.​ 内部肉厚去除,使肉厚均一,防止收缩下陷 F.​ 凸彀周围,除去部分肉厚,防止收缩下陷 G.​ 凸彀之设置在同样强度下,可以多数以小凸彀代替,可防止收缩下陷 H.​ 格子连接凸彀之场合,可防收缩下陷,并可使强度显著增加 (2)​ 强度的改善 A.​ 肉厚较薄之孔,把孔边肉厚增加及高度增高以补强 B.​ 切离之孔周边肉厚宜增加 C.​ 曲面的设置,可使强度增强 D.​ 脱模时,心型销受收缩力,使成形品顶出时造成破裂,可设置凸彀承受顶出力量 E.​ 角隅设R ,可改善强度,防止应力集中,变形破裂 F.​ 加设补强肋及角隅部设R,增强凸彀之强度 G.​ 孔与孔之间距,孔与边缘之距离,应有适当之距离,可防止破裂之发生 (3)​ 模具及成形品的改善 A.​ 锐角薄内部分,易使材料充填不足 B.​ 透明成形品,肩角部设充分之脱模斜度,顶出时不被刮痕,才不致于影响透明性 C.​ 斜向凸彀,使模具构造变为复杂,改善凸彀方向的形状,使成直角向之分模 D.​ 将侧面之孔癖开,可消除UNDERCUT 而不用侧向心型 E.​ 上下对合,可免除使用侧向心型,使模具构造简化 F.​ 上对对合之孔,恐有偏心之处,宜将另一方孔扩大 G.​ 外缘波纹之成形品,后加工不易(毛边去除,浇口切离)可改为边缘,使变为容易 H.​ 手扭止滑部,凸形场合模具之切削加工容易 I.​ 分模线为阶断形,模具制作困难,毛边修整不易,宜改为直线形式曲线形. J.​ 底部设置凸缘,可使分模线单纯,后加工容易 K.​ 切削时左右对称形状加工容易,非对称者加工困难 L.​ 车削加工比铣削加工速度快且廉价,成形品应尽量设计为圆形 M.​ 成形品加饰,宜设计凸出,模具加工时为下凹,雕削容易 N.​ 模具成形加工,在成形品之孔,一般以心型销来成形.所以在模具构造上,宜避免上部内厚过薄 O.​ 薄内部位,易造成充填不足 P.​ 成形品凸出文字,于模具加工时,反为凹入文字,雕削加工容易 Q.​ 内部托架上开孔,模具成本增加,且易发生故障,可改在成形后,钻孔加工 R.​ 深凹穴,应尽量为于成形品之同一侧(顶出,成形需要) 改变模具固定侧之心型形状,使减少与成形品之接触面积(有利脱模) S.​ 断面内厚较厚时,可改为补强肋,但内厚应与其它内厚均一 T.​ 深入之补强肋,尽量使用最大之脱模斜度,以利脱模,波形面之谷底,宜避免锐角形成.锐角部会阻碍材料流动,使模具强度减弱,成形品产生应力集中. 其它: a.​ 成形品与组合件,组合时宜在任何一方角部设置间隙 b.​ 埋入件螺纹部至成形品顶面留一平坦部避免成形时材料进入螺纹部 c.​ 两件成形品熔接,给予t之间隙,使熔接毛边进入 d.​ 螺纹埋入件制作成本高,成形时使成形周期延长,应尽量避免使用,成形品可预留攻丝用孔再与攻螺丝配合使用 e.​ 埋入件高出成形品少件,固定时可避免被拉取而松脱 f.​ 凸壳之预留攻丝用孔,前端,宜予倒角,以便于自攻螺丝导入 g.​ 贯穿孔使模具加工变为困难,可预留钻孔定位孔,待成形后,再次加工. h.​ 心型销之分割面,位于埋入件之端面,埋入件受抵压,于成形时能确保固定 i. 铰链成形品﹐宜设两段圆弧﹐使用效果更佳