文档介绍：十大设计窍门: 共十章
By Jürgen Hasenauer, Dieter Küper, Jost E. Laumeyer and Ian Welsh
一。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
流程与的比率
在设计的最初阶段,有必要考虑一下所用材料是否可以得到所要求。流程与的比率对注塑工艺中模腔填充有很大影响。如果在注塑工艺中,要得到流程长、而薄,则聚合物应具有相当的低熔融粘度(易于流动熔解)是非常必要的。为了深入了解聚合物熔化时的流动性能,可以使用一种特殊的模具来测定流程(图1、图2)。

图1 图2
挠曲模量与的函数关系
一块平板的抗挠刚度由材料特有的弹性模数和该块版的横截面的转动惯量所决定。如果未经任何考证就自动增加以改进塑料制品的刚性,通常会导致出现严重问题,对结晶材料尤为如此。对玻璃纤维增强材料,改变也会影响玻璃纤维的取向。靠近模具壁面,纤维按照流体流动方向取向。而在模具壁面横截面的中央部位,纤维取向混乱,从而导致出现湍流。
图3
对于玻纤增强塑料,有一个可精确区分出制品刚度的边界区,这个边界区将随而减少。这就解释了为什么当增加则挠曲模量将减低(图4)。根据标准测试条(3,2 mm)所确定的强度值不能直接用来确定,否则将产生偏差,为估计出制品的性能,有必要使用安全系数。
图4
所以说,如果不考虑后果就增加,将使材料和生产成本增加,而刚性并未有增加。
图5
是否要增加?
增加不仅决定了机械性能,还将决定成品的质量。在塑料零件的设计中,很重要的一点是尽量使均匀。同一种零件的不同可引起零件的不同收缩性,根据零件刚性不同,这将导致严重的翘曲和尺寸精度问题(图6)。为取得均匀的,模制品的厚壁部分应设置模心(图5)。此举可防止形成空隙,并减少内部压力,从而使扭曲变形减至最小。零件中形成的空隙和微孔,将使横截面变窄,内应力升高,有时还存在切口效应,从而大大降低其机械性能。
图6
二。材料选择
正确的选择
一般来说,并没有不好的材料,只有在特定的领域使用了错误的材料。因此,设计者必须要彻底了解各种可供选择的材料的性能,并仔细测试这些材料,研究其与各种因素对成型加工制品性能的影响。
图1
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)。
图2
一般来说,半结晶性热塑性塑料主要用于机械强度高的部件,而无定型热塑性塑料由于不易弯曲,则常被应用于外壳。
填料和增强材料
热塑性塑料备有未增强、玻璃纤维增强、矿物及玻璃体填充等种类产品。玻璃纤维主要用于增加强度、坚固度和提高应用温度;矿物和玻纤则具较低的增强效果,主要用于减少翘曲。
玻璃纤维会影响到成型加工,尤其会对部件产生收缩和翘曲性。所以,玻璃纤维增强材料不能被未增强热塑性塑料或低含量增强材料来替代,而不会有尺寸改变(见图3)。玻璃纤维的取向由流动方向决定,这将引起部件机械强度的变化。
图4
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)。
对添加了30%玻璃纤维增强的热塑性聚酯树脂,其横向的拉伸强度比纵向(流动方向)低了32%,挠曲模量和冲击强度分别减少了43%和53%。
在综合考虑安全因素的强度计算中,应注意到这些损失。
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
湿度的影响
一些热塑性材料,特别是PA6和PA66,吸湿性很强。这可能会对它们的机械性能和尺寸稳定性产生较大的影响。在进行时,应特别注意这种性能(见图6和图7)。
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。
一个韧性材料的选择流程见图8.
三。公差
隐含的成本要素
注射成型制品