塑料结构件设计的基本知识

    设计塑料结构件应遵循以下基本原则：

① 塑料结构件应满足成型工艺的基本要求，有利于塑料件成型和脱模；

② 在保证使用性能的前提下，力求塑件设计合理，壁厚均匀，经济实用，满足各项技术指标；

③ 结构简单，紧凑，有可靠的基准面，以便于模具制造；

④ 造型美观，大方，注重手感和使用方便性。

    塑料结构件的质量要求

⑴塑件尺寸精度

     塑件的尺寸精度是衡量塑件成型质量的首要指标，但塑件是在热状态下注射成型的，塑件的尺寸精度除受模具的制造误差影响外，主要还是受到塑料收缩的影响。而塑料收缩大小还受到以下几个因素的影响。

① 不同品牌的塑料其收缩率是各不相同的，而同一品牌的塑料也因生产厂家，生产批量以及所含水分与挥发物等的差异，都会使收缩率有所不同。

② 在成型过程中，注射压力，时间及温度等注射成型条件的变化，也直接影响其收缩率，如注射压力高时，塑件的收缩率就小等。

③ 塑件的壁厚，几何形状等也会影响成型收缩率，如壁薄的塑件收缩小等。

④ 模具结构，如浇口尺寸大时，收缩小；料流方向平行，则收缩大，这些因素都直接影响着塑件的收缩率。

⑵塑件的表面质量  塑件的质量除了尺寸精度外，还有塑件表面质量。塑件表面质量包括以下几个方面：缺料，斑点，条纹，起泡，凹痕，熔接痕，色泽以及表面光泽性和表面粗糙度等，前面几项在注射过程中避免。

    塑件的表面光泽性和表面粗糙度与成型零件的表面粗糙度，模具的磨损程度，塑料的品牌与质量以及成型工艺条件有关。塑件外表面的表面粗糙度一般要求较高，这根据塑件的技术要求而定。成型零件的表面粗糙度应比塑件高一级，才能达到塑件要求。

  要求透明的塑件必须有很高的表面粗糙度，一般应达到Ra0.025µm以上。

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    塑料结构件的设计技巧

⑴塑件的壁厚

    根据塑件的使用性能要求应有足够的壁厚，保证塑件的强度和刚度。但从塑料成型的角度来看，塑件过厚，使其收缩率加大，增加了尺寸的不稳定性，同时延长了塑件的冷却时间，使成型周期长而影响注射效率，并造成材料的浪费，提高生产成本；而塑件过薄，则使塑件的强度和刚度下降，影响使用寿命，同时使塑件成型时物料的流动阻力增大，影响成型效果，而且过薄的塑件，也给塑件的脱模带来了困难。因此，对塑件的壁厚应有一定的限制。常用壁厚一般为2～3mm。表1-10列出事常用热塑性塑料制品壁厚推荐值。

     表1-10  常用热塑性塑料制品壁厚推荐值

    同时根据塑件成型的工艺要求，还尽量使各部分的壁厚均匀，这是非常必要的，原因如下。

① 在塑料注射成型的固化，冷却过程中产生收缩。若壁厚不均匀，则造成塑件收缩的不均匀，从而产生内部应力不均，以致发生变形或者开裂，同时又是产生缩孔，气泡及翘曲的主要原因。

② 若壁厚不均匀，一部分较厚，那么必然会延长冷却时间，即延长成型周期，而必然降低生产效率。

为此，应对一些不利于塑料成型的塑件结构做一些合理的改进，当然要充分考虑以下几点：

① 应满足塑件在装配，运输与使用时的强度要求。

② 充分考虑在成型过程中塑料的流动性，即薄壁和棱边部分仍能填充满型腔。

③ 塑件应能承受足够的脱模力，不至于在顶出过程中顶裂坏塑件。

⑵塑件的增强措施

    由于塑件的壁厚有一定的限制，所以有时这个壁厚并不能满足塑料制品的使用性能和寿命要求。为此，在不增加塑件壁厚的前提下，采取一些有效措施以提高塑料制品的强度和刚度。其常用方法大致如下。

① 在塑件的适当的部分设加强筋。在不使塑件壁厚增加的情况下，在塑件的适当部位设置加强筋，以提高塑件的强度，刚度和使用寿命。设置加强筋不仅能增加塑件的强度和刚度，而且还能改善塑料的流动性能，有时还可避免因残余应力而产生的变形。

    在设置加强筋时应注意以下问题。

    首先，加强筋的根部尺寸不能过大，其中根部厚度应小于（0.5～0.7）t，脱模斜度2º～4º，高度小于3t，过渡角取r=t/8.其次，应考虑便于脱模，即设置脱模斜度，特别是在设置纵向筋时更应设置不小于0.5º的脱模斜度。

    在设置加强筋时，应考虑加强筋的方向与料流的方向一致，否则会影响料流的正常流动，局部型腔产生填充不满的现象。

    在同一面上，如果设置多根加强筋，则其分布排列应互相错开，以减少收缩不均所引起的变形或开裂。

② 改变塑件形状也可以提高塑件的强度。型深壁薄的塑件，为了提高它的强度和刚度，往往对塑件稍加改动，如端部设平沿，凹台以及涨出或缩入一个台阶等改变形状的形式，都能使塑件加强筋的强度和刚度大大提高。

⑶支撑面的设计

    对于盒类，容器类塑件，当采用底平面作为支撑面时，应将塑件底面设计成凹形或设置加强筋及凸台，凸边等结构形式。如果采用整个底平面作为支撑面，由于模具制造偏差，塑件的收缩引起变形，翘曲等，使底平面相当平时十分困难的 ，从而使塑件摆放不稳。采用1-15结构形式，不仅满足塑件的支撑要求，而且结构简单，容易制作，并提高塑件底部的强度和刚度。

⑷脱模斜度的确定   由于塑件在注射成型后的固化冷却过程中会产生收缩，使塑件对型芯产生一个包紧力，使塑件脱模困难。为了便于脱模，并防止在脱模时塑件表面与成型零件的侧表面在相对移动时的摩擦而彼此划伤，必须在与脱模方向平行的塑件内外壁都应该设计出合理的足够的脱模斜度，表1-11是根据不同材质常用的脱模斜度。

              表1-11常用塑料的脱模斜度

   脱模斜度与塑件的部位，形状，壁厚，高度，尺寸精度等因素有关。因此在选取脱模斜度时，应注意以下几点。

① 脱模斜度的取向应根据塑件的内外形尺寸而定。其取向原则是：塑件内孔以型芯小端d为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿扩大方向变出；塑件外形以型腔大端D为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿减少方向标出。

② 塑件形状复杂的，能预见到脱模困难的，应选取较大的脱模斜度。

③  脱模斜度根据塑件高度的变化而变化，即较高的塑件选取较小的脱模斜度。当塑件高度H在50mm以下时取较大值；当塑件高度H在100mm以上时取小值，这是为了缩小塑件两端尺寸的差距。为了这个目的，有时将较高的塑件的型腔分别从两端选取脱模斜度。当然，这要在塑件允许的情况下采用。

④ 当塑件壁厚较大时，成型收缩时会产生较大的包紧力，应选取较大的脱模斜度。

⑤ 一般情况下，在开模时，为了使塑件留在型芯一侧，我们往往采用塑件内表面的脱模斜度小于其外表面的脱模斜度，也就是说，型芯的脱模斜度a2小于型腔的脱模斜度a1，即a2<a1.但是有时候，当要求塑件在脱模后留在型腔时，则型腔的脱模斜度应小于型芯，所以在实践中对具体问题应具体分析。

⑥ 凡塑件精度要求较高时，应选用较小的脱模斜度。当塑件的某个尺寸精度要求很高时也可以做成“直身”,即选取脱模斜度为零，但这个距离不可过大，且模具表面光滑度要高，以防止拉伤模具的塑件。

⑦ 收缩率较大的塑件应选取较大的脱模斜度。

⑧ 增强塑料宜取大值，而含有自润滑性质的，易脱模的塑料，可适当取小值。

⑵塑件孔及异形孔德设计技巧

① 塑件孔德技术要求。塑件上各种形式孔，如通孔，盲孔，螺钉孔以及异形孔，绝大部分是与塑件一起成型完成的，由于塑件特性，设计时应注意以下几点。

a. 孔的极限尺寸。塑件孔是由成型芯成型的。在注射成型时，型芯受到高压料流的冲击，如果型芯直径太小或太长，则会受到高压冲击而弯曲，所以对孔的直径及孔的深度应加以限制。

b. 孔间距。由于在注射成型时，型芯对料流的阻碍作用，塑料孔在成型后往往在与料流相背的部位产生熔接痕，使塑件孔的强度下降，因此，孔边与孔边之间，孔边与塑件边之间应有足够的距离，以保证塑件的强度。孔间距，孔边距与孔径的关系如表。当塑件受力较大时，可在孔的边缘设置凸台的形式，增加塑件孔的机械强度，对于较深的小孔，可采用设置加强筋的方法。

② 通孔。当成型较深的通孔时，可采用型芯分别固定在动，定模两侧，

③ 盲孔。、

④ 螺钉固定孔。

⑤ 异形孔的设计。