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            塑料托盤模具結構設計要點【帶圖例】

            2018-11-14 11:36:11      點擊:
            塑料托盤模具結構設計又稱塑料托盤模具的功能特性設計或塑料托盤模具的工藝性

            注:后附PDF下載地址

            1.1塑料托盤模具設計的一般程序和原則


            1.1.1塑料托盤模具設計的一般程序


            1、詳細了解塑料托盤的功能、環境條件和載荷條件
            2、選定塑料品種
            3、制定初步設計方案,繪制制品草圖(形狀、尺寸、壁厚、加強筋、孔的位置等)
            4、樣品制造、進行模擬試驗或實際使用條件的試驗
            5、制品設計、繪制正規制品圖紙
            6、編制文件,包括塑料托盤設計說明書和技術條件等。

            1.1.2塑料托盤模具設計的一般原則


            1、在選料方面需考慮:
            (1)塑料的物理機械性能,如強度、剛性、韌性、彈性、吸水性以及對應力的敏感性等;
            (2)塑料的成型工藝性,如流動性、結晶速率,對成型溫度、壓力的敏感性等;
            (3)塑料托盤在成型后的收縮情況,及各向收縮率的差異。
            2、在制品形狀方面:能滿足使用要求,有利于充模、排氣、補縮,同時能適應高效冷卻硬化(熱塑性塑料托盤)或快速受熱固化(熱固性塑料托盤)等。
            3、在模具方面:應考慮它的總體結構,特別是抽芯與脫出制品的復雜程度。同時應充分考慮模具零件的形狀及其制造工藝,以便使制品具有較好的經濟性。
            4、在成本方面:要考慮注射制品的利潤率、年產量、原料價格、使用壽命和更換期限,盡可能降低成本。

            1.2、塑料托盤的收縮


            塑料托盤在成型過程中存在尺寸變小的收縮現象,收縮的大小用收縮率表示
            S=(L0-L)/L0*100%
            式中S——收縮率;
            L0——室溫時的模具尺寸;
            L——室溫時的塑料托盤尺寸。
            影響收縮率的主要因素有:
            (1)成型壓力。型腔內的壓力越大,成型后的收縮越小。非結晶型塑料和結晶型塑料的收縮率隨內壓的增大分別呈直線和曲線形狀下降。
            (2)注射溫度。溫度升高,塑料的膨脹系數增大,塑料托盤的收縮率增大。但溫度升高熔料的密度增大,收縮率反又減小。兩者同時作用的結果一般是,收縮率隨溫度的升高而減小。
            (3)模具溫度。通常情況是,模具溫度越高,收縮率增大的趨勢越明顯。
            (4)成型時間。成型時保壓時間一長,補料充分,收縮率便小。與此同時,塑料的凍結取向要加大,制品的內應力亦大,收縮率也就增大。成型的冷卻時間一長,塑料的固化便充分,收縮率亦小。
            (3)塑料托盤模具溫度。通常情況是,模具溫度越高,收縮率增大的趨勢越明顯。
            (4)成型時間。成型時保壓時間一長,補料充分,收縮率便小。與此同時,塑料的凍結取向要加大,制品的內應力亦大,收縮率也就增大。成型的冷卻時間一長,塑料的固化便充分,收縮率亦小。
            (6)進料口尺寸。進料口尺寸大,塑料托盤致密,收縮便小。
            (7)玻璃纖維等的填充量。收縮率隨填充量的增加而減小。

            1.3、塑料托盤模具脫模斜度


            脫模斜度:為便于脫模,塑料托盤壁在出模方向上應具有傾斜角度α,其值以度數表示

            1.3.1塑料托盤模具脫模斜度確定要點


            (1)制品精度要求越高,脫模斜度應越小。
            (2)尺寸大的制品,應采用較小的脫模斜度。
            (3)制品形狀復雜不易脫模的,應選用較大的斜度。
            (4)制品收縮率大,斜度也應加大。
            (5)增強塑料宜選大斜度,含有自潤滑劑的塑料可用小斜度。
            (6)制品壁厚大,斜度也應大。
            (7)斜度的方向。內孔以小端為準,滿足圖樣尺寸要求,斜度向擴大方向取得;外形則以大端為準,滿足圖樣要求,斜度向偏小方向取得。一般情況下脫模斜度。可不受制品公差帶的限制,高精度塑料托盤的脫模斜度則應當在公差帶內。
            由表中可以看出,塑料硬脆、剛性大的,脫模斜度要求大。
            具備以下條件的型芯,可采用較小的脫模斜度:
            (1)頂出時制品剛度足夠。
            (2)制品與模具鋼材表面的摩擦系數較低。
            (3)型芯表面的粗糙度值小,拋光方向又與制品的脫模方向—致。
            (4)制品收縮量小,滑動摩擦力小。

            1.3.2塑料托盤模具脫模斜度設計


            1、箱體與蓋類制品
            當H≤50mm時,S/H=1/30~1/50
            當50<H≤100mm時,S/H≤1/60
            2、格子板形制品
            當格子的間距P≤4mm時,脫模斜度α=1/10P。格子C尺寸越大,脫模斜度越大。
            當格子高度H超過8mm,脫模斜度不能取太大值時,可采用圖(b)的形式,使一部分進入動模一側,從而使脫模斜度滿足要求。
            3、帶加強筋類制品
            4、底筋類制品
            5、凸臺類制品
            6、最小脫模斜度
            脫模斜度影響制品的脫出情況。如果脫模斜度很小,脫模阻力增大,頂出機構就會失去作用。在一般情況下,不能小于最小脫模斜度,以防止制品留模。

            1.4、塑料托盤壁厚


            確定合適的制品壁厚是制品設計的主要內容之一。

            1.4.1塑料托盤模具壁厚的作用


            (1)使制品具有確定的結構和一定的強度、剛度,以滿足制品的使用要求。
            (2)成型時具有良好的流動狀態(如壁不能過薄)以及充填和冷卻效果(如壁不能太厚)
            (3)合理的壁厚使制品能順利地從模具中頂出。
            (4)滿足嵌件固定及零件裝配等強度的要求。
            (5)防止制品翹曲變形。

            1.4.2塑料托盤模具壁厚的設計


            基本原則——均勻壁厚。即:充模、冷卻收縮均勻、形狀性好、尺寸精度高、生產率高。
            (1)在滿足制品結構和使用要求的條件下,盡可能采用較小的壁厚。
            (2)制品壁厚的設計,要能承受頂出裝置等的沖擊和振動。
            (3)在制品的連接固緊處、嵌件埋入處、塑料熔體在孔窗的匯合(熔接痕)處,要具有足夠的厚度
            (4)保證貯存、搬運過程中強度所需的壁厚。
            (5)滿足成型時熔體充模所需壁厚,既要避免充料不足或易燒焦的薄壁,又要避免熔體破裂或易產生凹陷的厚壁。制品上相鄰壁厚差的關系(薄壁:厚壁)為:
            熱固性塑料:壓制1:3,擠塑1:5
            熱塑性塑料:注塑1:1.5
            當無法避免不均勻的壁厚時,制品壁厚設計可采用逐步過渡的形式(圖2-6,圖2-7),或者改制成兩個制品然后再裝配為一個制品(圖2-8)等方法。

            1.5、加強筋(含凸臺、角撐)


            1.5.1加強筋的作用


            (1)在不加大制品壁厚的條件下,增強制品的強度和剛性,以節約塑料用量,減輕重量,降低成本。
            (2)可克服制品壁厚差帶來的應力不均所造成的制品歪扭變形。
            (3)便于塑料熔體的流動,在塑料托盤本體某些壁部過薄處為熔體的充滿提供通道

            1.5.2加強筋的形狀及尺寸

            1.5.3塑料托盤加強筋的設計要點


            (1)用高度較低、數量稍多的筋代替高度較高的單一加強筋,避免厚筋底冷卻收縮時產生表面凹
            陷(圖2-17、圖2-18)。當筋的背面出現凹陷影響美觀時,可采用圖2-19所示的裝飾結構予以遮掩
            (2)筋的布置方向最好與熔料的充填方向一致(見表2-12中示例)。
            (3)筋的根部用圓弧過渡,以避免外力作用時產生應力集中而破壞。但根部圓角半徑過大則會出現凹陷。
            (4)一般不在筋上安置任何零件。
            (5)位于制品內壁的凸臺不要太靠近內壁,以避免凸臺局部熔體充填不足(圖2-20)。加強筋在防止制品變形、增加制品剛性方面的應用如圖2-21~圖2-22所示

            1.6、支承面


            制品的支承面不能是整個底面,而應采用凸邊或凸起支腳類結構,如三點支承、邊框支承等,如圖2-23~圖2-26所示

            1.7、圓角


            制品的兩相交平面之間盡可能以圓弧過渡,避免因銳角而造成應力集中等弊病(參見圖2-27~圖2-30)。制品圓角的作用有:
            (1)分散載荷,增強及充分發揮制品的機械強度。
            (2)改善塑料熔體的流動性,便于充滿與脫模,消除壁部轉折處的凹陷等缺陷。
            (3)便于模具的機械加工和熱處理,從而提高模具的使用壽命。

            1.8、孔


            1.8.1制品孔的形式及成型方法


            孔的形式很多,主要可分為圓形孔(圖2-31、圖2-32)和非圓形孔兩大類。
            根據孔徑與孔深度的不同,孔可用下述方法成型:
            (1)一般孔、淺孔,模塑成型。
            (2)深孔,先模塑出孔的一部分深度,其余孔深用機械加工(如鉆孔)獲得。
            (3)小徑深孔(如孔徑d<1.5mm),機械加工。
            (4)小角度傾斜孔、復雜型孔,采用拼合型芯成型,避免用側抽芯。
            (5)薄壁孔、中心距精度高的孔(孔系),采用模具沖孔,以簡化塑模結構。

            1.8.2孔的模塑成型


            1、盲孔成
            圖中,D——孔徑、L——孔深
            注射、傳遞模塑D≤1.5mm,L=D
            D>1.5mm,L=(2~4)D
            壓縮模塑L=(2~2.5)D
            2、通孔的成型
            3、復雜型孔的成型
            4、孔的成型尺寸參數

            1.8.3孔的設計要


            (1)孔與孔的中心距應大于孔徑(兩者中的小孔)的2倍,孔中心至邊緣的距離為孔徑的3倍。熱塑性和熱固性塑料托盤的孔心距、孔邊距還可參見圖2-40和表2-1
            (2)孔周邊的壁厚要加大,其值比與之相裝配件的外徑大20%~40%,以避免收縮應力所造成的
            不良影響。
            (3)制品壁上的孔(即孔軸線與開模方向相垂直),為避免側向抽芯,可用圖2-41中的側壁凹槽
            代替。但圖中的m-n面的加工難度加大
            (4)塑料熔體圍繞型芯流動匯合而形成塑料托盤孔時,會在孔的邊緣熔體匯合處形成熔接痕(圖2-42),熔接痕的存在削弱了制品的強度。解決的措施有:
            1)孔與孔之間應適當加大距離,以避免熔接痕的重合連接(圖2-42)。
            2)型孔按盲孔設計,留有1/3壁厚的連皮,以便讓熔體從型芯頭上越過,使之不出現熔體匯合的熔接痕。最后鉆(沖)掉孔的連皮(圖2-43)。
            3)熱塑性塑料和層壓酚醛塑料的薄壁孔形件(如散熱器窗),可用沖裁模沖壓出型孔。
            (5)需要鉆孔的制品,模塑孔時應做出鉆頭的定位或導向部分的形狀
            (6)自攻螺紋孔、沉頭螺釘孔的錐面孔,為防止孔表面破裂,錐面始端距表面應不小于0.5mm

            1.9、側面凸凹和側孔


            1.9.1塑料托盤的側凸凹


            制品側壁上局部的凸出或凹缺部分稱為側凸凹
            側凸凹制品成型中的不利點:
            (1)模具結構復雜,需采用對開式型腔、伸縮式型芯、側向抽芯等結構。
            (2)模具制造費用加大,制造周期加長。
            (3)制品模塑周期加長,生產成本增加。
            (4)模具分型面縫隙溢料機會增多,制品的飛邊大。

            1.9.2側凸凹的設計與成型方法


            (1)制品形狀成型準則:各部分都能順利地、簡單地從塑模中取出來,力求避免帶有側抽芯機構成型的側凸凹形狀。表2-18為制品側凸凹設計示例。
            (2)消除制品側凸凹的設計
            (3)采用拼合及活動型芯成型側凸凹
            (4)彈性制品側面凸凹的強制脫模(圖2-50~圖2-52)。利用塑料的彈性變形和凸凹深度尺寸不大的特點,強制性地將制品從模中脫出。
            (5)側面凸凹在成形后經組合而得,或采用機械加工方法加工而成。圖2-53為模塑后鉆出側孔的一例。

            1.10、螺紋和齒輪


            1.10.1塑料托盤螺紋的類型與選用


            (1)標準螺紋。標準螺紋是制品的模塑螺紋和攻制螺紋常用的結構形式。這類螺紋裝拆簡便、快速,廣泛用于聯接與緊固。
            (2)方形螺紋。方形螺紋聯接強度高,用于管件制品的聯接。
            (3)梯形螺紋。梯形螺紋聯接強度高,成型較方形螺紋容易,用于泵殼等處高強度聯接
            (4)鋸齒形螺紋。這種螺紋具有方形螺紋的聯接效率和V形螺紋的強度,沿軸向有較高的應力。用于單向受力及軟質瓶口聯接,應用面較窄。
            (5)圓弧形螺紋(瓶口螺紋)。由玻璃瓶口螺紋移植而來,螺紋根部不產生應力集中,旋出旋入十分方便。成型時還可采用強制脫出法脫模。
            (6)V形螺紋(三角形螺紋)。V形螺紋聯接強度低,螺紋牙尖部分難于充滿成型,小螺距(<0.7mm)螺紋不宜模塑

            1.10.2塑料托盤螺紋的模塑成型方法


            這是塑料螺紋成型的主要方法,用于螺紋外徑大于3mm、配合長度短(<30mm)、精度低的螺紋。
            方法一:采用螺紋型芯(螺紋型環)成型。需要有旋轉退出制品或模具的機構及工具。配合長度大的螺紋及收縮大的制品不宜用。
            方法二:瓣合模具成型。螺紋軸向可能產生飛邊(見圖2-55),因而影響旋合性。
            方法三:整體型芯(型環)成型,成型后強制脫模。用于軟質塑料成型

            1.10.3塑料托盤螺紋設計要點


            (1)為使螺紋牙尖充填飽滿、便于脫模以及在使用中有較好的旋合性,模塑螺紋的螺距應≥0.75mm,螺紋配合長度≤12mm,超過時宜采用機械加工。
            (2)塑料螺紋與金屬螺紋,或與異種塑料螺紋相配合時,螺牙會因收縮不均互相干涉,產生附加應力而影響聯接性能。解決的辦法有:
            1)限制螺紋的配合長度,其值小于或等于1.5倍螺紋直徑。
            2)增大螺紋中徑上的配合間隙,其值視螺紋直徑而異,一般增大的量為0.1~0.4mm。
            (3)塑料螺紋的第一圈易碰壞或脫扣,應設置螺紋的退刀尺寸
            (4)為了便于脫模,螺紋的前后端都應有一段無螺紋的圓柱面(圖2-59、圖2-60),其長度為h1和h2,前端直徑d小于螺紋小徑,后端直徑D大于螺紋的大徑。
            (5)同一制品上前后兩段螺紋的螺距應相等,旋向相同,目的是便于脫模(見圖2-62a)。若不相同,其中一段螺紋則應采用組合型芯成型
            (6)塑料托盤瓶口螺紋的結構及尺寸見表2-20~表2-23。圖2-63和圖2-64為軟質塑料所用的鋸齒形螺紋

            1.10.4塑料齒輪


            (1)塑料齒輪用于精度及強度不太高的傳動系統,其噪聲低,自潤滑性好
            (2)結構上應減少或避免尖角,避免截面的劇烈變化,以防止應力集中和冷卻收縮不均(圖2-65)。
            (3)裝配時軸與孔間應采用過渡配合,避免過緊的配合(如過盈配合)所產生的裝配應力(圖2-66)

            (4)塑料的收縮會影響嚙合性能,故只宜用于收縮率相同的塑料齒輪的傳動。

            1.11塑料托盤中的嵌件


            塑料成型過程中所埋入的或成型后壓入的螺栓、接線柱等金屬或其它材質零件,統稱為塑料托盤中的嵌件。嵌件可增加制品的功能或對制品進行裝飾。
            嵌件的模塑使操作變繁,周期加長,生產率降低(帶有自動裝夾嵌件的機械手或自動線不在此列)。

            1.11.1嵌件的結構形式


            1、常見的金屬嵌件
            2、嵌件的形狀及結構要求
            (1)金屬嵌件采用切削或沖壓加工而成,因此嵌件形狀必須有良好的加工工藝性。圖2-68為常用嵌件的標準形式
            (2)具有足夠的機械強度(材質、尺寸)。
            (3)嵌件與塑料基體間有足夠的結合強度,使用中不拔出、不旋轉。嵌件表面需有環形溝槽或交叉花紋(參見圖2-68);嵌件不能有尖角,避免應力集中引起的破壞;盡可能采用圓形或對稱形狀的嵌件,保證收縮均勻
            (4)為便于在模具中安放與定位,嵌件的外伸部分(即安放在模具中的部分)應設計成圓柱形,因為模具加工圓孔最容易
            (5)模塑時應能防止溢料,嵌件應有密封凸臺等結構
            (6)便于模塑后嵌件的二次加工,如攻螺紋、端面切削、翻邊等。圖2-71a即為模塑后再翻邊的嵌件結構。
            (7)特殊嵌件的結構參見圖2-71。
            3、嵌件材料
            銅、鋁、鋼、硬質異種塑件、陶瓷、玻璃等都可作為嵌件材料,其中,黃銅不生銹、耐腐蝕、易加工且價格適中,是嵌件的常用材料。

            1.11.2嵌件在塑料托盤中的固定


            (1)為避免制品底部過薄出現波紋形縮痕而影響外觀及強度,應取嵌件底面距制品壁面的最小距離T>D/6(圖2-72)。
            (2)嵌件與制品側壁的間距不能過小,以保證模具有一定的強度
            (3)凸臺中設置嵌件時,為保證嵌件結合穩定以及塑料基體的強度,嵌件應伸人到凸臺的底部(需保證最小底厚),嵌件頭部作成圓角(圖2-74)。
            (4)小型圓柱形嵌件可用中間開槽或表面菱形滾花結構植于塑料基體之中(圖2-75),滾花槽深1~2mm。
            (5)板、片狀嵌件可用孔窗固定法固定,但薄形嵌件(厚度小于0.5mm)宜用切口或打彎的方法固定
            (6)桿形嵌件可用將頭部打扁、沖缺、壓彎、劈叉等形式固定(圖2-77),也可用將圓桿的中間部分壓扁的方法固定
            (7)管形沖壓嵌件,可在沖壓時加工出膨凸部分,用以增強緊固力

            1.11.3嵌件在模具中的安放與定位


            1、嵌件的安放、定位要求
            (1)不能因設備的運動或振動而松動甚至脫落。
            (2)在高壓塑料熔體的沖擊下不產生位移和變形。
            (3)嵌件與模具的配合部分應能防止溢料,避免出現毛刺,影響使用性能。
            2、軸類嵌件的安放定位
            3、孔類嵌件的安放定位
            4、細長嵌件的安放定位
            細長嵌件的軸線與料流方向垂直時,易產生彎曲變形,需用銷軸等支承,以增加其剛性(圖2-84)。注意,附加的支承孔不應影響制件的使用

            1.11.4嵌件周圍塑料的裂紋和聯接強度


            1、裂紋產生的原因
            (1)塑料收縮的內應力和自然老化(圖2-85
            (2)嵌件的結構和安放位置不合理
            2、保證連接強度的必要條件最小壁

            1.11.5裝配式嵌件(制品模塑后再裝入嵌件)


            (1)飯金加工(裝配)法,如鉚接(圖2-87)、折彎(圖2-88
            (2)用工具將嵌件壓入或旋入制品
            (3)熱插法。熱固性塑料托盤出模時,在熱態下將嵌件插入,冷卻后即牢固地結合在一起(圖2-91)。塑料收縮量應在其彈性范圍內,否則塑料會裂開。
            (4)其它裝配方法。①粘結:熱固性塑料用環氧樹脂粘結,熱塑性塑料用溶劑類粘結劑粘結。②超聲波裝配:熱塑性塑料軟化后壓人。

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