(一)加强肋理想的设计为了克服壁厚大可能引起的问题,使用是一种可减少壁厚并能增加刚性的有效方法。 一般来说,部件的刚性可用以下方法增强
§增加壁厚;
§增大弹性模量(如加大增强纤维的含量);
§设计中考虑。
图1
为确保带的制品容易顶出,必须设计一个适当的脱模锥度(见图2)。图2
(二)公差隐含的成本要素和它们的成本含意注射成型制品不可能具有机械加工制品一样的。虽然大多数人都意识到这一点,但还是常常被指定到无法达到的,或使具成本效益的生产变得不可能。A注射成型一般分为3种质量等级,即一般用途的注射成型、技术注射成型和高精度注射成型。DIN16901标准指出,它们是根据在容许范围内(范围1和2 )注射成型制品的和尺寸来划分的。
§一般用途的注射成型要求低水平的质量控制,其特点是低的退货率和快的生产周期。
§技术注射成型会比较昂贵,因为它对模具和生产过程有更高的要求,要求频繁的质量检查,因而增加了退货率。
§第三种,即高精度的注射成型,要求精确的模具、最佳的生产条件和100%连续的生产监控。这将影响生产周期,增加单位生产成本和质量控制成本。
一个与相关的问题是,当成型品是由不同材料或不同壁厚制成。模后收缩值与方向和厚度相关。玻璃增强材料的这一性质更明显。玻璃纤维的取向性可在水平方向和垂直方向产生具有显著性差异的收缩,从而导致尺寸不准确。
使用半结晶性塑料时,必须考虑模后收缩。这种现象主要受注射成型的加工条件影响,可导致制品在脱模后发生尺寸变化。
脱模后不必马上进行质量控制。DIN16901标准指出,需要在标准气候条件(23℃,50%相对湿度)下储存16h后或在适当的预处理后才可进行质量控制。建议DIN16901中指定的可作为塑料制品成本有效生产的下限,现代化的注射成型机器的技术使我们可以获得比该标准中指定的数值更精确的。
对高精度的注射成型,因为DIN16901已不再适用,各个工业部门已经制定出了各自的表,。
图6
(三)材料选择
传统的热塑性材料在注射成型中最常用的是热塑性塑料。它又可分为无定型塑料和半结晶性塑料(见图1)。这两类材料在分子结构和受结晶化影响的性能上有明显不同(见图2)。
为了论证这些影响,从注射成型片的横向和纵向截取了10个测试条,并在同一个拉力测试仪上对它们的机械性能进行了比较(见图4)。
在一些热塑性塑料中加入了一系列增强材料、填料和改性剂来改变它们的性质。在中,由这些添加剂产生的性能变化必须认真地从手册或数据库(如Campus)中查阅,更好的是听取原材料制造厂家的专家的技术建议(见图5)。图6
其他挑选准则一些要求与加工注意事项和装配有关。研究将几种不同功能集中于一个部件也很重要,这可以节约昂贵的装配费用。
这个准则对计算生产成本非常有益。在价格计算中可以看出,不但应考虑原材料的价格,还应注意,有高性能(刚性,韧性)的材料可以使壁厚更薄,从而缩短生产周期。因此,列出所有的标准,并对它们进行系统性评估是很重要的。
(四)指导方针
设计核对表新产品开发或产品改善的目标是使产品有优良的表现,而同时获得低的生产成本。这里,设计任务主要是指原料的选择,适合加工过程的选择,强度计算和模具设计。
只有全盘考虑这些步骤,并有系统化的跟进,才能生产出高质量的、具商业效益的模具。设计部门经常只是探求实用性的解决方案。然而,必须强调的是,塑料的实用性和成本效率不是必然的,设计者必须非常注重开发原料和加工过程的正确解决方案。
§无法考察注塑成型部件的焊接线的影响。
§与注塑成型部分相比,有时候,机械加工中产生的凹槽会降低构件的强度性质。
§由于结晶度高,挤塑棒材和片材的强度和硬度高于注塑部件。
§无法考察纤维取向作用的影响。
样品模具目前生产样品的模具,都是通过简单的机械加工或运用低成本材料(如铝或铜为原料)制作而成。然而,需要注意的是,对生产来说非常重要的参数如温度、压力等,不能以这样的模具作代表。另外,它们不同的冷却性质又导致了不同的收缩和热变表现。现在推荐的是使用高硬度钢材制造模具,而模具以单模穴排列设计便可。检测设计随着现代计算机模拟技术的发展,有时候,在早期工艺阶段,就会将设计和加工过程中的潜在弊端鉴别出来,如强度分析和流程分析所进行的那样。然而,这些模拟分析并不可能完全确保最终产品在实际操作下的性能和质量。只有对实际操作条件下的样品检测,才可能提供最可靠的信息。这种检测是获得更高质量和功能的产品不可忽视的必要条件。
如果现实的样品检测存在困难,也可以进行模拟条件的检测。然而,这种测试的价值依赖于对操作条件模拟的代表性。
以耗时的测试来推断塑料成品在机械应力和热量的影响下的长期性能是不可行,也不经济的。另一方面,在苛刻条件下进行加快老化测试作为长期性能预测也不一定确实可信,应该更为注意。塑料在长期压力测试下,和在短期的快速测试下,其性能也会完全不同。创新意念许多不同的工业应用表明,塑料工业的未来是光明的。如果能巧妙的利用聚合物的原料性能,就会生产出多功能的产品,会比以往的设计有更好的商业和功能价值。
(五)原材料比较
塑料不是金属众多的塑料设计仍然沿袭“金属零件”的设计理念。开题伊始,作者提出,与其他传统原材料相比,设计塑料原材料零件时需注重的要点。各类原材料的基本特性塑料原材料比起其他任何工业原材料,其特性可在很大的范围内变化多端。通过添加填料、增强材料和改性剂,其性质会产生很大的转化。大多数塑料的基本性质与金属有着明显区别。例如,通过直接对比,金属具有更高的。
§密度
§最高使用温度
§刚性/强度
§导热性及
§导电性
而在
§机械避震
§热伸缩性
§断裂伸长率
§韧性
方面,工程塑料则具备更大的范围。为了生产出功能性塑件,同时节约成本,有必要用创新设计,使塑料替代金属。在这重新设计零部件的过程中,极有可能达至功能集成、结构简化的效果。
如果使用温度与形变率变化很大,工程热塑性塑料的性质也可以由硬脆向弹性变化。例如,安全气袋张开门,在实际应用(如爆炸性开启)的过程中,其形变表现与慢速组装配件的形变表现质完全不同(如图2)。同样的,卡扣配件也必须随着温度的冷热来选择不同的装配方法。这里,温度的影响远远大于装载速率的影响。Fig. 3
与金属不同,塑料对设计中的失误没有太大的承受力, 在设计塑料零件时,需要采用配合其特性的设计。因此,在设计之前,必须对产品所有的要求和限制条件进行完整和细致的分析。
(六)基本装配技术最佳装配技术 - 第一部分一些被所有设计师认可的简单装配技术如卡扣装配、压机装配和螺纹装配等,以其简便、快速地装配组件可大大地节约生产成本。
装配技术分为“分离”和“集成”两种类型。以下各项归入集成装配工艺。
§焊接
§固定
§粘接
§嵌入技术
§90度角卡扣
分离装配包括:
§小于90度角卡扣
§螺扣装配
§中心装配
§压机装配
卡扣装配设计卡扣装配的最大优势是不需要增加额外装配部件。塑料加工中最通用的卡扣类型有:
§倒钩型卡扣
§圆柱形卡扣
§球座型卡扣
基本设计原理
由于产生的压力会使螺母口张开,原则上应避免塑料装配中使用带有锥形埋头钉的螺丝(见图5)。这种额外的压力带来一种可能的后果,就是螺母的熔接痕处容易开裂。
(七)焊接技术最佳装配技术---第二部分除了在本系列第7部分中所描述的装配技术外,塑料零件连接中还可以使用许多其他不同的焊接方法。为确保低成本、有效功能设计,在设计的早期阶段,十分有必要选择一种适宜的焊接方法,并对所需连接几何形状给予充分考虑。
不同焊接方法大规模生产中,有许多不同的廉价的焊接方法。最常用的塑料工程零件的焊接方法有(图1):
§高温工具焊接
§旋转焊接
§振动焊接
§超声焊接
其他方法有:
§高频焊接
§感应焊接
§热气焊接
还有一些新的方法正在开发中(例如激光焊接),但尚未在工业中获得广泛使用。
(八)壁厚尽需要多,尽可能少在工程塑料零件的设计中,经验表明,有一些设计要点要经常考虑,因此可将这些要点提炼为简单的设计指南。这些要点之一就是的设计。对零件质量有重要影响。对特殊零件标准的影响改变一个零件的,对以下主要性能将有显著影响:
§零件重量
§在模塑中可得到的流动长度
§零件的生产周期
§模塑零件的刚性
§公差
§零件质量,如表面光洁度、翘曲和空隙
(九)浇口的位置正确的浇口位置错误地选择浇口体系的类型和,除了会引起加工问题,还会对塑料制品的质量产生一定的影响。因而,设计部门决不能低估浇口位置的重要性。
设计者不但要进行塑料制品的设计计算,还必须特别注意模具的浇口设计。他们必须选择正确的浇口体系以及浇点的数目和位置。浇口的类型和位置不同都将对制品的质量产生较大的影响。
浇口位置的选择将决定塑料制品以下性质:
§填充行为
§制品的最终尺寸(公差)
§收缩行为,翘曲
§机械性能水平
§表面质量(外观)
由于含有纤维增强材料,熔合线区域的纤维的排列方向与流动方向垂直。这将明显降低部件在这一点的机械性能(见图6)。图6
正确的浇口位置复杂的模具不可能没有熔合线。如果不能减少熔合线的数目,就应根据表面质量和机械强度考虑将它们设置在模具不重要的位置。这可以通过改变浇口位置或增大/降低部件的壁厚来实现。基本设计原则:
§不要将浇口置于高压力区域
§尽量避免或减少熔合线
§尽量使熔合线远离高压力区域
§对于增强型塑料,浇口位置决定零件的翘曲性能
§提供足够的排气口以避免空气存集
(十)节约成本设计低成本设计价格是一个设计要素设计者对塑料零部件最终的成本负有大部分的责任。他的决策预先决定了生产、模具制作和组装的成本。后期的修正和优化通常是昂贵和不可行的。原材料性能影响成本充分发挥塑料原材料特性的优势,在许多方面可以节约成本。
§多功能一体化设计将几种功能汇集在一个零部件上,可减少零件数量。
§运用低成本组装技术卡扣,焊接装置,固定装置,双料注塑技术等。
§利用自润滑特性减少对额外和持续润滑油的需要
§免却表面处理程序塑料能着色、耐化学品和耐腐蚀、电器及热绝缘等性质。
§结核作用同系列的原材料有不同的结晶周期,这是因为结核剂在熔融冷却阶段产生加速结晶效果。
成品设计影响成本除了以上提到的,注意以下各点能够进一步节约成本。
§模具双面模具可以减少对开数量。
§公差要求过高的公差会增大产品的不合格率和质量管理成本。
按生产各步骤成本比较
设计决定生产成本壁厚的增加并不总能增大强度,却意味着生产和原料成本的增加。
§聚甲醛树脂:8秒
§非增强聚酰胺66:4-5秒
§增强聚酰胺66:2-3秒(用于高达3毫米壁厚)
在设计过程中,设计者有必要规定模腔的设计。他要决定顶出装置和所需模具活动块的数量。通过巧妙的排列,可以用模芯来代替活动块
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