如今的高性能塑料給零件設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多好處，而以前人們認(rèn)為只有金屬材料才能實(shí)現(xiàn)。首先是耐用性，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)今的高性能塑料在許多應(yīng)用中已被證明比金屬更堅(jiān)固耐用。從管道、醫(yī)療和航空航天等所有可以想象得到的行業(yè)，已有數(shù)百種應(yīng)用，將以前設(shè)計(jì)的金屬零部件轉(zhuǎn)換為塑料零件。
利用塑料注塑零件和組件設(shè)計(jì)產(chǎn)品正逐漸成為更具吸引力的選擇。新的高性能塑料和創(chuàng)新的成型工藝使這一切成為可能。塑料注塑零件在一系列應(yīng)用中提供了靈活性、韌性和耐化學(xué)性的重要組合，具有成本效益和長(zhǎng)期性能優(yōu)勢(shì)。然而，并不是每個(gè)塑料零件的設(shè)計(jì)都能有效地注塑成型。因此，與注塑經(jīng)驗(yàn)豐富的，尤其是有多年高性能塑料成型和復(fù)雜項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的供應(yīng)商合作，對(duì)于項(xiàng)目的成功非常重要。這樣，您可以確保您的注塑成型零件和組件功能滿足您的要求，又能將成本嚴(yán)格控制在預(yù)算之內(nèi)。
目前有數(shù)以百計(jì)的塑料材料可供使用，它們具有不同的性能特征。您需要了解什么塑料材料最適合您的應(yīng)用條件。您還應(yīng)了解零件具體的應(yīng)力情況，因?yàn)槠鋾?huì)影響產(chǎn)品的性能和設(shè)計(jì)壽命。要回答的關(guān)鍵問(wèn)題是：產(chǎn)品承受的應(yīng)力是重復(fù)發(fā)生還是一次性發(fā)生？一個(gè)運(yùn)動(dòng)的塑料部件所承受的應(yīng)力是連續(xù)的波峰-波谷循環(huán)負(fù)載，還是一個(gè)恒定的負(fù)載？哪些化學(xué)物質(zhì)會(huì)與該零件接觸？有些塑料對(duì)特定化學(xué)物質(zhì)非常敏感，而另一些塑料則不敏感。塑料材料供應(yīng)商和經(jīng)驗(yàn)豐富的注塑廠家都有助于為不同的應(yīng)用條件選擇正確的塑料材料。
汽車變速箱中使用的密封環(huán)和襯套是當(dāng)今高性能塑料耐久性應(yīng)用的一個(gè)典型例子。這些塑料零件由PEEK材料注塑成型,使用溫度范圍為-409F至+264°F (-40°C至 129°C)。在長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的干燥或潤(rùn)滑摩擦環(huán)境下，它們承載的壓力高達(dá)100 psi,速度可達(dá)8,000 ft/min。
這類電子測(cè)試設(shè)備需要高精度元件。其中包括-個(gè)快速扣合的設(shè)計(jì),一個(gè)真空密封室,隔離和保護(hù)電路，通過(guò)定位柱定位固定電極，以及一個(gè)包含墊片和彈簧的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
有些材料的流動(dòng)可以通過(guò)薄壁，并能實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用所需的強(qiáng)度。然而，有些材料卻不能快速流動(dòng)，或添加了增強(qiáng)輔料以提高其強(qiáng)度而影響流動(dòng)性。這些類型的材料將需要更厚的成型厚度。
一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)法則則是盡可能將所有部分橫截面設(shè)計(jì)得薄且均勻。使用加強(qiáng)筋位是實(shí)現(xiàn)剛性和強(qiáng)度的同時(shí)避免橫截面太厚的有效方法。
有些是為了確保零件結(jié)構(gòu)的完整性所必須的——該零件的設(shè)計(jì)要求是什么？如果此零件處于恒定負(fù)載下，則可能需要比未承受任何負(fù)載的零件更厚的壁厚。
壁厚由該零件的多個(gè)設(shè)計(jì)輸入決定。
盡可將零件的截面設(shè)計(jì)的薄且均勻?qū)χ圃焓怯袔椭摹?/p>
在不可能避免厚橫截面的情況下，加強(qiáng)筋也有助于最大限度地減少零件扭曲的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)零件的形狀極其復(fù)雜時(shí)，必須提前評(píng)估厚和薄的橫截面組合，以確保注塑成型期間和之后的尺寸穩(wěn)定性和公差變化。
材料收縮也會(huì)影響零件的完整性。熱塑性材料在注塑機(jī)的料管中加熱融化并注入模具型腔中。當(dāng)零件在模具內(nèi)冷卻時(shí)，它就會(huì)收縮。厚橫截面區(qū)域冷卻速率大大低于薄橫截面區(qū)域，注塑成型周期時(shí)間取決于最厚橫截面的冷卻速率。因此，即便只有一個(gè)相對(duì)較厚的橫截面區(qū)域也將增加成型周期時(shí)間，從而降低每小時(shí)的零件生產(chǎn)數(shù)量，增加每個(gè)零件的成本。
此外，這些厚/薄橫截面的冷卻率不均勻，可能導(dǎo)致該零件從模具中取出后變形。這種變形往往嚴(yán)重引起零件不符合規(guī)范要求。厚橫截面也可能導(dǎo)致零件外表面的凹陷稱之為縮痕，特別是當(dāng)厚的截面寬度變化較大時(shí)。
錐度或"脫模角"是指成型零件垂直于分型線的錐度。在塑料零件的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡早確定脫模角的錐度。零件表面的錐度有助于將零件從模具中頂出，尤其是在高速、大批量生產(chǎn)過(guò)程中。
由于注塑模具的溫度和型腔壓力,細(xì)長(zhǎng)的鑲針在連續(xù)使用下容易扭曲或斷裂。
表面均需要增加錐度，包括孔、腔體、內(nèi)部凹槽，以及外徑。
通過(guò)在型腔中插入pin針/鑲針，在零件內(nèi)部成型異形孔或圓孔。由于pin針/鑲針與注塑流動(dòng)方向平行，與模具分型線垂直的直角孔相對(duì)容易成型。然而，正常的收縮過(guò)程會(huì)導(dǎo)致該零件在模具中冷卻時(shí)粘在pin針/鑲針上。為了方便將零件從模具中頂出，應(yīng)沿孔的深度方向增加錐度。
與模具分型線平行的孔則需要使用滑塊，當(dāng)模具打開(kāi)時(shí)滑塊自動(dòng)從該零件中脫出?；瑝K的使用增加了模具設(shè)計(jì)和制造的成本和復(fù)雜性。如果零件有一個(gè)通孔，或者如果該零件多個(gè)側(cè)面有孔，則模具必須設(shè)計(jì)為確保零件在開(kāi)模時(shí)附在模具固定的一側(cè)，以方便產(chǎn)品能自動(dòng)脫模。
由于注塑模具的高溫度和型腔壓力，細(xì)長(zhǎng)的Pin針/鑲針在連續(xù)使用下容易扭曲或斷裂。因此，應(yīng)盡可能把針的直徑最大化，從而最大化孔的直徑，特別是在根部，以確保Pin針/鑲針的可靠性。在設(shè)計(jì)零件孔時(shí)要記住的一條有用的經(jīng)驗(yàn)法則是"2：1規(guī)則"：孔的高度不應(yīng)超過(guò)其直徑的兩倍。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于有外部特征的零件，需要將外部特征的設(shè)計(jì)避開(kāi)分型線。兩塊模芯接合的位置成型的零件必然有一條分型線。因此，如果零件表面有外觀要求，這一點(diǎn)應(yīng)該要考慮到。如果一個(gè)零件的外部特征不能在分型線兩側(cè)，則需要使用整體滑塊結(jié)構(gòu)來(lái)成型此特征。此外，必須要考慮滑塊的受力方向。
零件特征需要使用滑塊結(jié)構(gòu)脫模，滑塊位置相應(yīng)的會(huì)有分型線。
對(duì)于有外部特征的零件，需要將外部特征設(shè)計(jì)成在分型線兩側(cè)。
任何塑料成型零件都會(huì)有翹曲變形。使用的熱塑性材料的種類、澆口的位置和零件的截面壁厚不同引起的零件翹曲變形程度也各不相同。通常壁厚均勻一致的零件將具有較小的翹曲變形，平整度的總體效果最好。
消除熔合線
熔合線是指融化的塑料進(jìn)入模具時(shí)被模仁結(jié)構(gòu)阻擋不能正常流動(dòng)，繞過(guò)這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)后匯合在一起流動(dòng)到成型的充填末端，這些匯合的地方是注塑成型零件薄弱的位置。此薄弱的位置通常在材料流過(guò)pin針/中心銷后匯合的背面。這些薄弱的位置可以通過(guò)正確放置澆口的位置/進(jìn)膠點(diǎn)來(lái)消除。當(dāng)熔合線不能消除時(shí)，如何選擇熔合線出現(xiàn)的位置非常重要?？梢栽谀＞咴O(shè)計(jì)階段通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)來(lái)消除這些潛在問(wèn)題。
由于模具是用鋼材加工而成，因此加工R角比尖角更容易，成本更低。只要有可能，從模具頂部（開(kāi)模方向）看過(guò)去是，零件的邊緣應(yīng)設(shè)計(jì)成圓角。而從側(cè)面看時(shí)（分型方向），零件邊緣應(yīng)為直角。
請(qǐng)注意，由于成型過(guò)程中熔融塑料的流動(dòng)特性，尖角往往弱于圓角。為確保尺寸穩(wěn)定性，建議最小的R角為0.01in. （0.254 mm）。
注塑成型零件的設(shè)計(jì)有各種表面粗糙度，從高光面到粗糙的紋理。表面粗糙度的選擇通常是基于零件的整體外觀考慮。光面可以增強(qiáng)零件的外觀，然而，有紋理的表面卻有助于掩蓋縮痕和分型線。
零件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)正確定義表面粗糙度，防止與零件的脫模頂出相干涉。表面越光滑，該零件就越容易從模具中頂出脫模。極其粗糙的表面可能會(huì)阻礙零件從模具中頂出脫模。粗糙的表面往往很像零件外形上的倒扣，從而阻礙零件容易的脫模。
如果未另有說(shuō)明，則應(yīng)遵循塑料工程師協(xié)會(huì)和塑料工業(yè)協(xié)會(huì)的表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)。
由鋼、黃銅和鋁制成的嵌件通常在成型過(guò)程中或之后插入塑料零件中。金屬嵌件上增加皺紋、筋位或粗糙的表面有助于確保金屬嵌件和塑料之間有牢固的持久的粘結(jié)，使嵌件牢牢固定在成型零件中。明尼蘇達(dá)橡塑負(fù)責(zé)塑料零件設(shè)計(jì)的工程師可以為您提供更多信息和協(xié)助您設(shè)計(jì)嵌件。
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