塑膠產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范

塑膠制品設(shè)計特點(diǎn)﹕

塑膠產(chǎn)品的設(shè)計與其他材料如鋼,銅,鋁,木材等的設(shè)計有些是類似的;但是,由於塑膠材料組成的多樣性,結(jié)構(gòu)﹑形狀的多變性,使得它比起其他材料有更理想的設(shè)計特性;特別是它的形狀設(shè)計,材料選擇,制造方法選擇,更是其他大部分材料無可比擬的.因?yàn)槠渌拇蟛糠植牧?其設(shè)計者在外形或制造上,都受到相當(dāng)?shù)南拗?有些材料只能利用彎曲﹑熔接等方式來成形.當(dāng)然,塑膠材料選擇的多樣性,也使得設(shè)計工作變得更為困難,如我們所知,目前已經(jīng)有一萬種以上的不同塑膠被應(yīng)用過,雖然其中只有數(shù)百種被廣泛應(yīng)用,但是,塑膠材料的形成並不是由單一材料所構(gòu)成,而由一群材料族所組合而成的,其中每一種材料又有其特性,這使得材料的選擇,應(yīng)用更為困難.

塑膠制品設(shè)計原則﹕

1. 依成品所要求的機(jī)能決定其形狀﹐尺寸﹐外觀﹐材料

2. 設(shè)計的成品必須符合模塑原則﹐既模具制作容易﹐成形及后加工容易﹐但仍保持成品的機(jī)能

塑膠制品設(shè)計程序:

為了確保所設(shè)計的產(chǎn)品能夠合理而經(jīng)濟(jì),在產(chǎn)品設(shè)計的初期,在外觀設(shè)計者﹐機(jī)構(gòu)工程師,制圖員,模具制造者,成形廠以及材料供應(yīng)廠之間的緊密合作是必須的,因?yàn)闆]有一個設(shè)計者,能夠同時擁有如此廣泛的知識和經(jīng)驗(yàn),而從不同的事業(yè)觀點(diǎn)所獲得的建議,將是使產(chǎn)品合理化的基本前提;除此之外, 一個合理的設(shè)計考慮程序也是必須的;以下將就設(shè)計的一般程序作出說明:

一.  確定產(chǎn)品的功能需求,外觀.

在產(chǎn)品設(shè)計的初始階段,設(shè)計者必須列出對該產(chǎn)品的目標(biāo)使用條件和功能要求;然后根據(jù)實(shí)際的考量,決定設(shè)計因數(shù)的范圍,以避免在稍后的產(chǎn)品發(fā)展階段造成可能的時間和費(fèi)用的漏失.下表為產(chǎn)品設(shè)計的核對表,它將有助於確認(rèn)各種的設(shè)計因數(shù).

產(chǎn)品設(shè)計的核對表

一般資料:

1.      產(chǎn)品的功能?

2.      產(chǎn)品的組合操作方式?

3.      產(chǎn)品的組合是否是可以靠著塑膠的應(yīng)用來簡化?

4.      在制造和組合上是否可能更為經(jīng)濟(jì)有效?

5.      所需要的公差?

6.      空間限制的考慮?

7.      界定產(chǎn)品使用壽命?

8.      產(chǎn)品重量的考慮?

9.      有否承認(rèn)的規(guī)格?

10.  是否已經(jīng)有相類似的應(yīng)用存在?

結(jié)構(gòu)考慮:

1.      使用負(fù)載的狀態(tài)?

2.      使用負(fù)載的大小?

3.      使用負(fù)載的期限?

4.      變形的容許量?

環(huán)境:

1.      使用在什麼溫度環(huán)境?

2.      化學(xué)物品或溶劑的使用或接觸?

3.      溫度環(huán)境?

4.      在該種環(huán)境的使用期限?

外觀:

1.      外形

2.      顏色

3.      表面加工如咬花,噴漆、印刷等.

經(jīng)濟(jì)因素:

1.      產(chǎn)品預(yù)估價格?

2.      目前所設(shè)計產(chǎn)品的價格?

3.      降低成本的可能性?

二.  繪制預(yù)備性的設(shè)計圖:

當(dāng)產(chǎn)品的功能需求,外觀被確定以后,設(shè)計者可以根據(jù)選定的塑膠材料性質(zhì),開始繪制預(yù)備性的產(chǎn)品圖,以作為先期估價,檢討以及原型模型的制作.

三.制作原型模型:

原型模型讓設(shè)計者有機(jī)會看到所設(shè)計的產(chǎn)品的實(shí)體,並且實(shí)際的核對其工程設(shè)計.原型模型的制作一般有兩種方式,第一種就是利用板狀或棒狀材料依圖加工再接合成一完整的模型,這種方式制作的模型,經(jīng)濟(jì)快速,但是,缺點(diǎn)是量少,而且較難作結(jié)構(gòu)測試;另一種方式,是利用暫用模具,可作少量生產(chǎn),需花費(fèi)較高的模具費(fèi)用,而且所費(fèi)的時間較長,但是,所制作的產(chǎn)品較類似於真正量產(chǎn)的產(chǎn)品(需要特殊模具機(jī)構(gòu)的部分,可能成形后再以機(jī)械加工成形),可做一般的工程測試,而且建立的模具,成形經(jīng)驗(yàn),將有助於產(chǎn)品針對實(shí)際模具制作,成形需要而作正確的修正或評估.

四.產(chǎn)品測試

每一個設(shè)計都必須在原型階段,接受一些測試,以核對設(shè)計時的計算和假想和實(shí)體之間的差異.

產(chǎn)品在使用時所需要做的一些測試,大部分都可以籍著原型做有效的測試;此時,核對了所有設(shè)計的功能要求,並且能夠達(dá)成一個完整的設(shè)計評估.

模擬使用測試通常在模型產(chǎn)品階段就必須開始,這種型態(tài)的測試價值,取決於使用狀態(tài)被模擬的程度而定.

機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)的加速化測試通常被視為模型產(chǎn)品評估的重要項(xiàng)目.

五.設(shè)計的再核對與修正

對設(shè)計的檢討將有助於回答一些根本的問題:所設(shè)計的產(chǎn)品是否達(dá)到預(yù)期的效果?價格是否合理?甚至於在此時,許多產(chǎn)品為了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性或是為了重要的功能和外形的改變,必須被發(fā)掘並改善,當(dāng)然,設(shè)計上的重大改變,可能需要做完整的重新評估;假若所有的設(shè)計都經(jīng)過這種仔細(xì)檢討,則能夠在這個階建立產(chǎn)品的細(xì)節(jié)和規(guī)格.

六.制定重要規(guī)格

規(guī)格的目的在於消除生產(chǎn)時任何的偏差,以使產(chǎn)品符合外觀,功能和經(jīng)濟(jì)的要求,規(guī)格上必須明確說明產(chǎn)品所必須符合的要求,它應(yīng)該包括:制造方法,尺寸公差,表面加工,分模面位置,毛邊,變形,顏色以及測試規(guī)格等.

七.開模生產(chǎn)

當(dāng)規(guī)格被謹(jǐn)慎而實(shí)際的訂定之后,模具就可以開始被設(shè)計和制作,模具的設(shè)計必須謹(jǐn)慎並咨詢專家的意思,因?yàn)椴贿m當(dāng)?shù)哪＞咴O(shè)計和制造,將會使得生產(chǎn)費(fèi)用提高,效率降低,並用可能造成品質(zhì)的問題.

八. 品質(zhì)的控制

對照一個已知的標(biāo)準(zhǔn),訂定對生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)律檢測是良好的檢測作法,而檢測表應(yīng)該列出所有應(yīng)該被檢查的項(xiàng)目,另外,相關(guān)人員,如品管者或設(shè)計者也應(yīng)與成形廠聯(lián)合訂定一個品質(zhì)管制的程序,以利於在生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠符合規(guī)格的要求.

產(chǎn)品設(shè)計細(xì)節(jié)確定:

一．分模線之選定

1.    不得位于明顯影響外觀的位置

2.    開模時不形成死角(undercut)的位置

3.    位于模具易加工的位置

4.    位于成品后加工容易的位置

5.    位于不影響尺寸精度的位置(尺寸關(guān)系重要的部分盡量放在模具的同一邊)

二．脫模斜度

脫模斜度是為了便于產(chǎn)品從模具中脫出而設(shè)置的。

脫模斜度一采用1~2度﹐最小不小于0.5度。具體數(shù)值視成品形狀﹐成形材料的類別﹐模具結(jié)構(gòu)﹐表面精度﹐以及加工方等會有所不同。在不影響產(chǎn)品品質(zhì)的前提下﹐脫模斜度愈大愈好。

三．產(chǎn)品外形及肉厚

產(chǎn)品外形盡量采用流線外形﹐避免突然的變化﹐以免在成形時因塑膠在此處流動不順引起氣泡等缺陷﹔并且此處模具易產(chǎn)生磨損。

決定肉厚的主要因素﹕

1.    結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否足夠

2.    能否抵脫模力

3.    能否均勻分散所受的沖擊力

4.    有埋入件時﹐能否防止破裂﹐如產(chǎn)生熔合線是否會影響強(qiáng)度

5.    成形孔部位的熔合線是否會影響強(qiáng)度

6.    盡可能肉厚均勻﹐以防止產(chǎn)生縮水

7.    棱角及肉厚較薄部分是否會阻礙材料流動﹐從而引起充填不足

肉厚不均對成形性的影響﹕

1. 成形品之冷卻時間取決于肉厚較厚的部分﹐使成形周期延長﹐生產(chǎn)性能降低

2. 肉厚不均則成品冷卻后收縮不均﹐造成縮水﹐產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力﹐變形﹐破裂等

我們經(jīng)常用的材料有:PC,ABS,PMMA等幾種,它們的標(biāo)準(zhǔn)肉厚如下:

PC:1.5-5.0  ABS:1.2-3.5 PMMA:1.5-5.0

四．加強(qiáng)與防止變形方法﹕

1.    轉(zhuǎn)角部位加R

塑膠產(chǎn)品的尖銳轉(zhuǎn)角常常是造成產(chǎn)品破壞的最大因素.消除產(chǎn)品尖銳的轉(zhuǎn)角,不但可以降低該處的應(yīng)力集中,提高產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,也可以使得塑膠材料成形時有流線型的流路,以及成品更易於頂出.另外,從模具的觀點(diǎn),園角也是有益於模具加工和模具強(qiáng)度.

產(chǎn)品所有的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的周邊轉(zhuǎn)角園弧都必須盡可能的大,以消除應(yīng)力集中;但是,太大的園弧可能造成縮水,特別是在肋或突柱根部轉(zhuǎn)角園弧.原則上,最小的轉(zhuǎn)角園弧為0.020到0.030inch（即0.5~0.8mm）.

綜上所述,園角對於成形品的設(shè)計會有以下的一些優(yōu)點(diǎn):

(1) 園角使得成形品提高強(qiáng)度以及降低應(yīng)力.

(2) 尖銳轉(zhuǎn)角的消除,自動地降低了龜裂的可能性,就是提高對突然的震動或沖擊的抵抗能力.

(3) 塑膠的流動狀態(tài)將被重大的改善,園形的轉(zhuǎn)角,使得塑膠能夠均勻,沒有滯留現(xiàn)象以及較少應(yīng)力的流入模穴內(nèi)所有的斷面,並且改善成形品斷面的密度之均勻性.

(4) 模具強(qiáng)度獲得改善,以避免模具內(nèi)尖銳的轉(zhuǎn)角,造成應(yīng)力集中,導(dǎo)致龜裂,特別是對於需要熱處理或受力較高的部分,園弧轉(zhuǎn)角更為重要.

園角加大,應(yīng)力集中減少.

內(nèi)圓角R<0.3T —-應(yīng)力劇增

內(nèi)圓角R>0.8T —-幾乎無應(yīng)力集中

2.    增設(shè)加強(qiáng)肋

肋根部厚度約為(0.5~0.7)T

肋間間距>4T

肋高L<3T

3.    利用變化肉厚及形狀

1)    側(cè)壁加強(qiáng)

既可防止變形﹐也可改善流動性

2)    邊緣加強(qiáng)

用變化的邊緣形狀來加強(qiáng)﹐防止變形

3)    周邊加強(qiáng)

較大的平面易發(fā)生翹曲變形﹐用周邊凹凸或波浪形來防止變形

4)    底部加強(qiáng)

箱形件底部﹐為加強(qiáng)及防變形常采用如下方法﹕

五．BOSS之設(shè)計

1.    BOSS的長度一般不超過本身直徑的兩倍﹐否則必須加加強(qiáng)肋。(長度太長時會引起氣孔﹐燒焦﹐充填不足等)

2.    BOSS的位置不能太接近轉(zhuǎn)角或側(cè)壁

3.    BOSS的形狀以圓形為主﹐設(shè)計在底部時取3個 (其它形狀則加工不易﹐且流動性也不好)

4.    BOSS周圍可用除去部分肉厚(即開火山口)來防收縮下陷  （如下右圖）

六．孔及凹陷之設(shè)計

孔的形狀和位置的選擇,必須避免造成產(chǎn)品的脆弱性以及生產(chǎn)上的復(fù)雜性.

在成形孔的一般方法中,塑料被射出模穴,然后沿著心梢的周邊流動而形成孔,因此,當(dāng)塑料在心梢一端會合時,會形成接合線,這些接合線位置就成為成品本身的潛在脆弱性.

1.    孔與孔之間距離為孔徑2倍以上

2.    孔與成品邊緣之間距離為孔徑3倍以上

3.    孔與側(cè)壁之間距離為孔徑3/4倍以上

4.    孔周邊的肉厚宜加強(qiáng)(尤其針對有裝配性﹐受力的孔)﹐切開的孔周邊也宜加強(qiáng)

5.    垂直于材料流動方向的盲孔﹐孔徑在1.5mm以下時﹐孔深不得超過孔徑的2倍(只有一端支撐的模仁梢比起兩端都有支撐的模仁梢會高出48倍的變形量)

6.    孔徑不同的通孔不宜設(shè)計為兩邊對合成形﹐會產(chǎn)生偏心﹐可將任一邊的孔徑加大﹐或設(shè)計為不用對合成形的孔

孔的形狀設(shè)計比較﹕

七．成形螺紋及輥紋設(shè)計

成形螺紋設(shè)計注意事項(xiàng)﹕

1.    避免使用32牙/inch(螺距0.75mm)以下的螺紋﹐最大螺距可采用5mm

2.    長螺紋會因收縮的關(guān)系使螺距失真﹐應(yīng)避免使用﹐如結(jié)構(gòu)需要時可采用自攻螺絲鎖緊

3.    螺紋公差小于成形材料收縮量時應(yīng)避免使用

4.    螺紋不得延長至成品末端﹐因如此產(chǎn)生的尖銳部會使模具及螺紋的端面崩裂﹑壽命降低﹐所以至少要留0.8mm的平坦部分

5.    螺紋需有2~4度的拔模角

輥紋通常是平行于脫模方向的溝槽﹐輥紋間距通常為3.0mm,最小為1.5mm。為防模具崩裂及使后加工容易﹐輥紋與分模面間至少留0.8mm的平坦部分。

八．埋入件設(shè)計

埋入件舉例﹕

埋入件需注意點(diǎn)﹕

1.    由于流動性的關(guān)系﹐會在埋入件的周圍產(chǎn)生熔接痕﹔由于塑膠與金屬的收縮率不一樣﹐成形后易產(chǎn)生開裂

2.    使用埋入件成形時﹐會使周期延長

3.    埋入件高出成形品少許﹐可避免在裝配時被拉動而松脫

成形品設(shè)計要點(diǎn)改善:

(1)外觀的改善:

A.    原肋為表面形成收縮下陷之原因盡量減薄,肋厚=0.5-0.6T

B.    光澤表面可施行一些如放電,噴砂,腐蝕加工等防止收縮下陷及保持表面無痕跡

C.    盡可能地使分模面變得容易,可使模具加工容易及毛邊,澆口切除容易

D.    肉厚均一,可防收縮下陷

E.    內(nèi)部肉厚去除,使肉厚均一,防止收縮下陷

F.    凸彀周圍,除去部分肉厚,防止收縮下陷

G.    凸彀之設(shè)置在同樣強(qiáng)度下,可以多數(shù)以小凸彀代替,可防止收縮下陷

H.    格子連接凸彀之場合,可防收縮下陷,並可使強(qiáng)度顯著增加

(2)強(qiáng)度的改善

A.    肉厚較薄之孔,把孔邊肉厚增加及高度增高以補(bǔ)強(qiáng)

B.    切離之孔周邊肉厚宜增加

C.    曲面的設(shè)置,可使強(qiáng)度增強(qiáng)

D.    脫模時,心型銷受收縮力,使成形品頂出時造成破裂,可設(shè)置凸彀承受頂出力量

E.    角隅設(shè)R ,可改善強(qiáng)度,防止應(yīng)力集中,變形破裂

F.    加設(shè)補(bǔ)強(qiáng)肋及角隅部設(shè)R,增強(qiáng)凸彀之強(qiáng)度

G.    孔與孔之間距,孔與邊緣之距離,應(yīng)有適當(dāng)之距離,可防止破裂之發(fā)生

(3)模具及成形品的改善

A.    銳角薄內(nèi)部分,易使材料充填不足

B.    透明成形品,肩角部設(shè)充分之脫模斜度,頂出時不被刮痕,才不致於影響透明性

C.    斜向凸彀,使模具構(gòu)造變?yōu)閺?fù)雜,改善凸彀方向的形狀,使成直角向之分模

D.    將側(cè)面之孔癖開,可消除UNDERCUT 而不用側(cè)向心型

E.    上下對合,可免除使用側(cè)向心型,使模具構(gòu)造簡化

F.    上對對合之孔,恐有偏心之處,宜將另一方孔擴(kuò)大

G.    外緣波紋之成形品,后加工(毛邊去除,澆口切離)不易，可改為直線邊緣,使變?yōu)槿菀?/p>

H.    手扭止滑部,凸形場合模具之切削加工容易

I.    分模線為階斷形,模具制作困難,毛邊修整不易,宜改為直線形式曲線形.

J.       底部設(shè)置凸緣,可使分模線單純,后加工容易

K.    切削時左右對稱形狀加工容易,非對稱者加工困難

L.    車削加工比銑削加工速度快且廉價,成形品應(yīng)盡量設(shè)計為圓形

M.    成形品加飾,宜設(shè)計凸出,模具加工時為下凹,雕削容易

N.    模具成形加工,在成形品之孔,一般以心型銷來成形.所以在模具構(gòu)造上,宜避免上部內(nèi)厚過薄

O.    薄內(nèi)部位,易造成充填不足

P.    成形品凸出文字,於模具加工時,反為凹入文字,雕削加工容易

Q.    內(nèi)部托架上開孔,模具成本增加,且易發(fā)生故障,可改在成形后,鉆孔加工

R.    深凹穴,應(yīng)盡量為於成形品之同一側(cè)(頂出,成形需要)

改變模具固定側(cè)之心型形狀,使減少與成形品之接觸面積(有利脫模)

S.    斷面內(nèi)厚較厚時,可改為補(bǔ)強(qiáng)肋,但內(nèi)厚應(yīng)與其它內(nèi)厚均一

T.    深入之補(bǔ)強(qiáng)肋,盡量使用最大之脫模斜度,以利脫模,波形面之谷底,宜避免銳角形成.銳角部會阻礙材料流動,使模具強(qiáng)度減弱,成形品產(chǎn)生應(yīng)力集中.

其它:

a.    成形品與組合件,組合時宜在任何一方角部設(shè)置間隙

b.    埋入件螺紋部至成形品頂面留一平坦部避免成形時材料進(jìn)入螺紋部

c.    兩件成形品熔接,給予t之間隙,使熔接毛邊進(jìn)入

d.    螺紋埋入件制作成本高,成形時使成形周期延長,應(yīng)盡量避免使用,成形品可預(yù)留攻絲用孔再與攻螺絲配合使用

e.    埋入件高出成形品少許,固定時可避免被拉取而松脫

f.    凸殼之預(yù)留攻絲用孔,前端,宜予倒角,以便于自攻螺絲導(dǎo)入

g.    貫穿孔使模具加工變?yōu)槔щy,可預(yù)留鉆孔定位孔,待成形后,再次加工.

h.    心型銷之分割面,位於埋入件之端面,埋入件受抵壓,於成形時能確保固定

i. 鉸鏈成形品﹐宜設(shè)兩段圓弧﹐使用效果更佳