塑胶件设计指导

P1/11

part 1 Prepared & Reviewed by : CL Tong.

一. 通孔和盲孔的設計 Date: 16-OCT-00

1. 尺寸要求

1 對於盲孔的設計. 見下圖: ○

h = max x 2½ D max 1D

D D ( D<1.5 mm ) 圖一 圖二

圖一, 盲孔的深度應不大於孔內徑的2½倍. 當孔內徑D小於1.5mm時, 其盲孔的深度應設

計成最大不能超過1D.

2 對通孔的設計 ○

用型芯來成型通孔. 孔的上下兩部分可以允許其一有稍微的超差. 即使裝配時有些許 失配 (建議設計方案如圖三)

D+0.8mm

圖三

nominal D 2.注意問題

1 通孔的內面, 外面在壓制成型時易出現毛邊. ○

2 盲孔底部要有一定的圓角及其要有一定的錐度, 以利於脫模. ○

3 在垂直於脫模方向上應避免側孔. ○

二. 加強筋設計

1. 目的是加強熱固性及熱塑料零件的強度和減少扭曲變形. 2. 設計要求: 2T 3T T T >2T

>3T T T 錯誤設計 (無錐度, 無圓角) 正確設計 (有錐度, 有圓角) 圖四

P2/11 圖四中, 加強筋根部的厚度應不大於所要加強部分壁厚T, 筋高度應大於3T, 而筋與筋之間

的距離 (筋中心線與筋中心線之間) 應大於2T.

3. 注意問題

1 多根加強筋設計其效果優於單根加強筋 (即使你增大其厚度或高度) ○

2 筋的根部要有一定的圓角, 要有一定的錐度, 以利於脫模. ○

3 加強筋的方向應跟模壓, 成型, 熔料流動方向相一致. ○

三. 击台

1. 目的: 增強孔的穩固及強度或裝配附件之用. 2. 設計要求

如下圖:

T

2D max 錯誤設計 A 0.8T D 0.4mm

正確設計 圖五 圖六

击台高度最大不超過击台根部尺寸D的二倍, 击台根部外徑與內徑之差的一半應為0.8T如圖五. 击台跟平面相裝配時, 击台須設計在成型件的四周. 且其高度如圖六所示應為0.4mm. 如果A外平面的平面度要求較高. 還需要打磨. 3. 注意問題

1 击台根部要有一定的圓角和其要有一定的錐度, 以利於脫模. ○

2 當击台高度過高時, 可在击台外部加加強筋, 不僅可以增大击台強度. 而且還有利於促進熔爐塑 ○

料的流動. 四. 錐度設計

1. 含義: 由於成型時零件內外表面收縮率不一致, 在設計時, 根據塑料對型蕊的粘附力要大於對型腔

的粘附力, 設置內表面錐度大於外表面錐度. 2. 注意問題

1 成型件設計要有一定錐度是有利於脫模. ○

2 同樣有利於減少成型過程中瑕疵的形成. ○

五. 螺紋的設計 (熱固性塑料)

塑料螺紋包括螺紋孔和螺牙. 1. 如下圖

1 螺牙要圓, 不宜尖. ○

2 螺紋長度要短. ○

2. 如下圖 P3/11

成型時, 螺紋的中心線位於分型面上.

3. 螺牙角選擇為32º

4. 採取成型後再加工螺紋方式去獲取塑料螺紋. 5. 當螺紋孔要多次裝配時, 建議使用內嵌件.

六. 嵌件

1. 要求:

1 在塑膠件成型之後. 立即把嵌件壓制到膠件上. 讓包圍著嵌件的部分收縮而來緊嵌件. ○

2 外部嵌件會因為合成物料的收縮而松軟, 內部嵌件會因它的收縮而破裂. 所以在設計嵌件時應考 ○

慮配套零件的壁厚,嵌件包圍部分壁厚設計參考表6.1-3.(略) 2. 注意問題

1 用模具壓制嵌件時, 易出現嵌件由於圍壁出現收縮而松動又或者壁易出現斷裂現象. ○

七. 平面度

由於在成型時易混入氣泡等使熱固性塑料出現收縮現象. 要獲得良好的平面度十分不易的. 通常要求表面留有0.3%的余量.

八. 零件圖:

最終零件圖要指出, 哪一個地方不可以出現分型線. 不可以出現澆口痕, 哪一個地方需要印上模號和模具標記. 哪一個表面出現缺點不能接受等等. 使用SPI/SPE的配套完模工具作為指導. 這樣做的目的是易於發現問題和解決問題.

九. 尺寸因素

熱固性塑料成型件尺寸精度可以達到要求公差. 但是, 其精度難以跟加工金屬零件相提並論. 造成這樣的原因是:

1. 塑膠料的收縮率 (在成型中).

2. 3. 4. 5. 6. 7.

十. 公差

尺寸公差表參考表6.1.4(略)

成型後塑膠料的收縮率.

時間, 溫度, 壓力 (成型條件) 模具類型.

射出及預成型尺寸. 熔料的流量變異. 塑膠料種類.

P4/11 PART 2

一. 注射成型過程

1 粒狀塑膠料 加入到料斗 加入到料筒裡加熱 在180℃高溫下隔熔成液體狀. (熔化的溫度同 ○

塑膠料的種類和成型條件有關) 進入鋼模, 被水冷卻成固體狀 (水在模外) 取零件. 2 整個過程周期為45秒. 壓力為70,000Kpa, 大部分時間用於冷卻. ○

二. 注射成型件的典型特徵及發展趨勢.

注射成型適用於大批量複雜零件的生產. 雖然其仍然有極多局限性, 但由於一個注射成型產品可以

代替裝配出來的產品, 所以, 其經濟性很好, 另外, 由於顏色, 形狀可以一次性成型做到, 免去二次加工. 1 主要特徵: ○

I. 廣泛應用於薄壁零件, 但也可以成型大塊及不同壁厚的零件. II. 強度低, 適用於外殼, 連接桿等受力較小的場合.

2 發展超勢 ○

熱塑性材料強度會變得越來越大, 機械特性越來越好, 一些類似尼龍, 複合碳酸鹽等,其強度可以同鐵,

鋁, 甚至鋼相比美.

PART 3 P5/11

一. 收縮率的影響

1. 啤模時會產生許多不規則或拗曲的形狀, 常見的有夾水紋, 縮水等, 它們常發生在零件較厚的部位.

(如圖七)

縮水 圖七

2. 另一種經常產生的缺限就是 “U”型楔面收縮 (如圖八). 第三種情況就是在左右平面收縮變形. (如圖

九) 方向易產生平面出現固收縮而引起的曲線.

圖八 圖九 二. 經濟的生產數量

注射模適用於量生產的, 一般不會用此方式, 除非有上萬或者更多零件要生產. 之所以有此限製是因為每種零件都需做一個自己獨有的模.只有大量生產開模的經費才能在批量生產中收回, 即便是很小的零件都要花幾千元的開模費. 那些較大較複雜的零件就更會花上萬乃甚至十萬元的經費. 三. 合適的原料 多種合適的熱熔膠可用於注射模生產. 常用的有聚乙烯﹑PVC﹑尼龍﹑ABS﹑等. 注射模在熱塑模市場有很重要的地位, 因此工程人員必須設法使之更利於生產. 物理特性及價格常是選擇這些材料時比加工性能更為重要的因素. 通常, 高性能的工程塑料往往比日常使用的塑料像PE料, PP料, PS料等之類更難開模, 特別是PVC雖具有價廉和高性能的優點, 但卻比一般塑膠更難注塑, 最主要的缺點是它的熔點到凝固溫度範圍太窄. 表6-2-2列出了一些常用的注塑材料及其特性, 價格和使用範圍. (略) 四. 設計指南

1. 水口及頂針位:

設計者須考慮它們的方位, 因為它們會對表面成型產生影響. 如果注件有內外側的話, 水口常開在下側. 水口一般的方位見圖6-2-6(略) 圓形或圓柱型注件的水口或者近於水口(較大面積的注件)在注塑時是最理想的安全模塑頂料方式. 2. 注件厚度:

表6-2-3 列出了注件厚度的正常值及下限(略), 表明了塑料在注塑完工以前它在模件中冷卻和固化的趨勢, 塑料流動愈緩慢, 則注件厚度要求愈窄, 當然注件的厚度要盡可能的一致. 即便是不得已要改動厚度, 最好變動要舒緩, 不突變.(如圖十)

圖十

P6/11

錯誤設計 正確設計

錯誤設計 稍好設計 最好設計

3. 孔的設計

● 注塑件開孔雖可行卻是開模最複雜的一個因素. 孔周圍易產生飛邊以及 “夾紋” 或是 “夾水

紋”.(如圖十一).

●

weld line Material flow direction Hole or slot gate weld line

圖十一

兩孔間距或是孔到邊的距離至少要有一個孔徑. (如圖十二)

錯誤設計 正確設計 圖十二

●

為避免外應力的影響,單孔必須開在距注件邊緣三個或以上孔徑的地方.(如圖十三)

P7/11

正確設計

錯誤設計

●

● ●

圖十三

通孔較盲孔好, 因為做孔所用到的頂針可以在兩頭加以固定, 這樣做出的孔位置尺寸很標準而且可以避免彎曲或折斷. 在注件底部開孔較在邊上開孔好, 因為後者須要可折卸頂針.

盲孔深度須小於兩孔徑之和, 若孔徑為1.5mm或更小, 那麼其深度最小應有一個孔徑. (如圖十四) D

2D max D D(min)

大孔

圖十四

●

小孔

利用击台可以增加盲孔深度, 這須用到較硬的頂針(型蕊). (如圖十五)

錯誤設計 正確設計 圖十五

● 切去通孔零件兩端的部分可縮短頂針(型蕊)的長度. (如圖十六)

錯誤設計 正確設計 (此設計可降低心棒受損危險性)

圖十六 4. 加強筋

● 加強筋必須比注件的厚度薄一些, 防止注件表面縮水. 比較好的方法是保證加強的寬度為注

件厚度的一半或更少. P8/11

● 同樣為避免縮水, 加強筋高度須不大於壁厚的1.5倍.

● 如果有必要, 可以用兩個筋位去加強注件強度用以代替一個更高的筋位的作用.這些筋位須

以兩個或以上壁厚的距離分散開來. ● 為使注件順利地從模中取出, 加強筋必須與注件方位垂直. ● 由加強筋引起的縮水可以通過在其對面增加凹槽的方法加以減輕和去除. (如圖十七)

蝕紋

錯誤 正確 正確 正確 圖十七

●

加強筋的設計規則如圖十八.

3W W W

W

錯誤設計

5° 1 1/2W (max) 5° 2W W W

W/2 (max) 正確設計

5. 击台 : 主要用於塑件的表面突起.

● 它必須有較大的半徑和圓角. ● 在加強筋中說明過的原則同樣適用於击台一節. 圖十九表明了固體击台的最大高度和寬度.

W/2

1½W W

●

●

圖 十九

如果可能, 將击台做至邊角處可有助於充模時塑料的流動, 若有必要, 在做可拆裝的击台時, 加個聯接筋位將有助於塑膠充模.

如果可能, 盡力避免在罐上部做击台, 因為這將會產生更多氣泡.

P9/11 ● 在击台上採用5°錐度, 其設計與加強筋相同. ● 如果較大的击台要用到, 那必須是中空, 且與塑件厚保持一致. 6. 凹槽

凹槽在注塑中同樣會用到, 只是他們要用到滑動型蕊和分模方式, 凹槽可開在注件的分型線或其延長線方向上, 以避免型心的拉力作用. 凹槽可以不依靠型蕊的拉力即可較容易的脫模. 如果凹槽被移除, 則另一半模必定會保持完好. 那麼頂針(型蕊)將被用於脫模. 凹槽的一般設計尺寸如圖二十. Greater (S) Less (S) 錯誤設計 正確設計

材 料 Acglic ABS 尼龍 PC PE PP PS Vingl Flexible 平均最大移出量 S (mm) 1.5 1.8 1.5 1.0 2.0 1.5 1.0 2.5

7. 螺紋設計

螺紋成型盡管很複雜, 但卻是可以辦到的可使用以下三個方法: ● 螺紋成型後使用旋轉型蕊. 可以使模件順利地從模中取出.

●

●

令螺絲軸線與分型面一致. 這樣可避免用到旋轉型蕊, 且可以在模型間得到更好的配合以減

少螺紋上的流痕. 這種方案僅用於外部螺紋制作, 且成本昂貴, 除非螺紋可以遠離分型面, 而通常這也是可行的. 如果這種方法不適用, 另一種可能的方式將被要求用來移除分型面在螺紋上產生的流痕.

減少螺紋齒數, 降低螺牙高度, 零件可以直接從模腔中脫出而不須從製品中擰下來. 螺牙未端不宜延長到與垂直底面相接處, 否則易使脆性塑料件發生斷裂, 螺紋的始端均不應突然開始和結束, 而應有過渡部分. 因為它方便取出而且避免了多余的飛邊, 以致模件很難配合, 甚至生成流痕. 如果是剛性螺紋, 必須使用金屬模蕊.

P10/11

PART 4

原始設計 改善設計(增強強度)

有時候為了確保產品具有足夠的強度有必要修改設計方案. 防止縮水方法之一是在部件易於受影響的

表面加鋸齒狀的骨位.

標準的外形為模具工業的發展所需要, 因為它便宜, 且易於採購. 如果有仍何可能我們寧可用標準件, 這對於大現模生產尤其顯得重要.

※ 擠出材料 熱熔物的選擇非常重要, 特別是對一種新技術, 新產品. 高強度的苯乙烯是一種最易擠出的塑膠, 纖維與丙烯居其次, 最難擠出的材料為尼龍. 軟塑料不如硬塑料易於擠出到一個細小公差, 快速冷卻會產生內應力並導致裂紋生成. 透明材料(如: PE; 尼龍; VC和PP)常在冷水中冷卻.

通過不平衡壓模ABS和PS較PE, PP料易擠出成型. 後者比前者具有更低的熔解強度和更易改變的條件(測試條件易控制).

如果採用 “雙料擠塑”的材料不同, (除外)那它們之間的結合可能是不完整的. 完全不同的材料連接在一起要通過凹槽. 燕尾槽或機械連接. 當要對不同的塑料作雙料擠塑時一定要考慮材料間的相容性. 例如: 增型擠塑乙烯基就與PS不相容.

※ 材料的特點:

1. ABS--- 硬性好, 易出模可調任何顏色. 可塑出任何複雜外形. 公差控制水平較高. 用於房

屋, 門柱手柄等.

2. CA--- 價廉, 通用硬性要求高或較高產品. 顏色可任何意調製. 耐氣候性差, 須

涂上防護油, 汽油和大量清潔液體. 易清洗, 斷面較薄.

3. CAB--- 與2 類同,但有更好的耐熱與氣候浸蝕性氣味難聞. 顏色可隨意 配製, 用於標志倍存. 4. CP--- 與3相似只是沒有怪味.

5. EC--- 硬性彈性好, 易出模. 公差易控制. 低溫下穩定. 用於膠管刀刃及裝飾部件. 6. EVA--- 柔性好, 可配製任何顏色. 外形單調. 用於低性能小五金. 印章, 墊圈等.

7. 尼龍--- 體輕, 很高的延伸性, 僅用於較單一的外形產品. 對公差要求不高. 凝固速度快. 很好的吸

水性. 用於膠管, 路標, 摩擦溝道等.

8. PC--- 最好的整體平衡性. 用於製造標準的外形. 公差控制容易. 較貴. 須特別處理, 但其吸水性,

導熱性差. 用於燈罩, 消毒櫃等.

9. PE--- (高密度)比低密度的PE更加堅硬, 公差難控制. 用於皮帶, 棍棒等.

10. PE--- (低密度)較軟, 難以成型. 很好的非導電性,室溫下即能溶解. 用於膠管, 手柄, 緩沖器等. 11. PP--- 很輕,標準公差控制. 不適用於複雜的外形. 可調多種顏色. 用於高性能絞鏈樞扭, 滑動導架

等. 12. PS--- 價廉, 適用於任何顏色, 易碎, 擠塑有限製. 用於燈罩等.

13. PS--- 高彈性, 堅硬, 低價. 用於複雜外形. 標準公差控制. 顏色不限. 用於滑動門的導架等. 14. PVC--- (柔軟) 通用於各種硬度. 標準的複雜外形. 標準的公差控制. 用於各種顏色, 常用於進氣口, 密封圈.

P11/11

15. PVC--- (硬) 易出模, 可用於複雜外形, 優良的非導電性特性.公差控制容易. 有顏色限製. 常用於導 電體的殼和蓋. 16. PN--- 可用於各種硬性可調出, 用於各種顏色. 耐磨性好, 常用於傳送帶.

17. VD--與15相似. 其非導電特性比PVC(硬)更加好. 複雜的外形, 優良的公差控制特性. 可擠塑出任

何顏色. 用於製做熱水管, 高溫涂藥器等.

PART 5

一.影響尺寸的因素:

盡管模塑零件能夠保證這種變異的緊配合公差, 但是對可獲得一定精度的金屬零件之尺寸卻不能保證原因有以下幾種:

1. 材料收縮力, 包括材料收縮過程中的均勻和不確定性.

2. 塑料有高的熱膨脹系數, 因此, 如果公差定得過大或過小, 設計者就應定出溫度並采取測量措施. 3. 盡管有對壓力, 溫度, 時間設定作自動調節的設備, 但這些因素在從一次注塑到另一次注塑間都會有一些變化, 這些變化的結果導致模塑零件輕微的尺寸變化. 4. 塑料零件通常較金屬零件有較大的柔軟性.

由於柔軟因素的存在使得塑膠零件的緊配合無多大必要. 裝配時, 如果有必要去確保一個好配合常可通過零件輕微的變形達到. 如有必要, 明智的設計者可利用設計塑膠零件的击台和击緣去確保與相配零件表面的對稱.

與其它過程相比, 緊配合會大大的增加注塑模零件的成本, 精密(公差)模具比粗製 (公差) 模具的成本更高, 正如當零額外的緊配合時就會導致加工成本的增加, 例如, 須為壓力, 溫度和循環時間增加相關過程控制, 因而也許會增加循環時間或需要膠件出模後的熱套裝置, 廢品率也更高.

不同的塑料材料有不同的公差特性, 低收縮率材料能以相應公差被恆定的注塑, 玻璃或礦物填充材料的注塑比非填充材料更精確. 更多模腔數的使用導致降低所注塑零件控制尺寸的精確. 根據以往經驗, 對每個模腔在第一次啤塑之後的尺寸允差都應增加5%, 例台, 一單模腔在某一尺寸具有 ±0.1mm的允差;

在模腔長為10應有 ±0.15mm (0.006in) 的允差 (公差增加10x5percent=50%).表 6.2.4(略)及6.2.5(略)為不同塑料材料的尺寸公差的建儀值, 這些表格數據, 是由塑膠工業行業提供數據所歸納出的. 代表了以往和現在塑膠模工業的發展成果, 個別模廠的合同形式和協議所規定的也許有變化.