材料性質與塑件設計-文庫吧在線文庫
【正文】 各別設計塑件進行長期間的試驗并不可行，而且塑件將來使用期間的應力與環(huán)境條件不容易進行長期間的預測，所以，往往必須從較短的潛變試驗數據執(zhí)行內插和外插。 應力松弛是潛變的一種推論現象。隨著反復性負荷的頻率數目增加，造成塑件因疲勞而破壞所須的應力會降低。塑料材料承受高速的負荷時，會表現出脆性而沒有拉伸的傾向。根據塑件強度及上升溫度情況，此破壞可能立刻發(fā)生或延后發(fā)生，所以設計塑件與金屬組件組合時，必須將其 尺寸變化的安全裕度列入考慮。 塑件長期存放于低溫時，應考慮因素： ? ?? 塑件尺寸縮減正比于其長度、溫度下降量、及熱膨脹 (熱收縮 )系數。使用肋或角板等強化結構，可以改善塑件的強度。 523 反復 性負荷 當塑件承受反復性負荷，應考慮在其壽命內預計承受負荷的次數，下列數字提供典型反復性負荷的范例。應避免在高應力區(qū)施加高速負荷和沖擊性負荷。 常見的高于室溫之極端溫度條件的應用包括： 熱液體的容器、熱水管線組件、含有加熱組件之裝置、直接曝于日光之下的搬運工具 、 儲存在無空調建筑之塑件。請參閱圖 510。 54 肋之設計 塑件設計之結構完整性的主要考量是：塑件結構強度必須足以抵抗預期負 荷。 ? ?? 必須有圓柱形表面之走紙用滾輪和導軌。開模斜角使得從肋頂部到根部增加肉厚，每一度開模斜角會使一公分高肋的根部增加 。 圖 513 波浪形 強化結構 圖 514 平坦表面加設蜂巢狀的肋 55 組合之設計 使用塑料成形的一項重要優(yōu)點是可能將先前的好幾個組件連接成為單一組件，這包括許多功能性組件和固定組件。 圖 515 使用唇板與溝槽提供良好的配合 塑件與金屬件之間的配合，應確定在塑件與金屬件之接合處保留有足夠的膨脹裕度給塑件，如圖 516。 圖 517 金屬軸件壓入塑料轂的最大干涉極限。 υ h = 轂材料之浦松比。 (1) 圓形搭扣連接 圓形搭扣連接 (annular snapfit joints)如圖 518，根據插入軸直徑和回復角的選定，圓形搭扣可以設計成 可分離式 、 難分離式 或 不可分離式 。于退出時，作用在干涉環(huán)的應力必須維持在材料的比例極限之內。 圖 518 典型之懸臂搭扣連接。 ? ?? 螺絲釘 螺紋與頭部 之 毛邊、鉚釘毛邊等都可能造成應力，導致塑件提早 破壞。 (2) 一體成形螺紋 塑件之一體成形螺紋 (molded threads)可以避免使用 螺絲釘 和鉚釘等額外固定組件。內螺紋之射出通常需要以人工或模具動作回轉模具組件。模具上也可以設計支撐鑲埋件的結構，例如孔洞或柱樁。 圖 522 超音波熔接之小三角形的能量導引 其它的熔接方式必須使用人力，目前不太實用，仍有待研究。 超音波熔接 應注意到 兩種材料的兼容性。金屬鑲埋件可以用來導電，增強塑件，提供組合用之螺紋。太小的螺紋，特別是與金屬螺絲釘配合的螺紋，容易變形而失去抓力。必須永久固定的塑件應該采用 鉚 釘。 允許的最大扭曲角φ pm受限于允許的剪應變γ pm， rlpmpm ??? ??? 1 8 0 其中 φ pm= 允許的最大扭曲角ψ pm(度 )； γ pm= 允許的剪應變； l = 扭轉臂長度； r = 扭轉軸半徑。組合應力不應超過材料的比例極限 懸臂搭扣的寬度或厚度都可以設計成斜度，如圖 518。 圖 519假設剛性軸（通常是金屬）插入或退出塑料轂，并將之撐開，此插入或退出的極限應力值σ不得超過塑料材料的比例極限，而且造成軸的變形量不得超過軸的允許變形量 (或倒勾的允許變形量 y)。此外，在金屬軸與塑料轂之間不應該設計錐度之配合件，否則會造成過量的應力。 D = 轂外緣直徑， 單位 mm。 圖 517畫出最大干涉極限圖。塑件與塑件間的配合應注意： ? ?? 兩種相同材質塑件之間的配合，可以參考塑料供貨商提供的公差值。使用凸轂 (bosses)時，不應該凸轂將連接到平行之塑件壁面，必須和壁面維持一段間距。太粗厚的肋會在塑件的另一面造成凹痕；太薄的肋和太大的開模斜角會造成肋的尖端充填困難。 肋 (ribs)是達成所需剛性和強度，并且避免粗厚剖面的有效方法。塑件尺寸的設計，應將使用塑料之材料性質和負荷類型、使用條件之間的關系列入考慮，也應考慮組件的組合需求。肉厚較厚的塑件需要較長的冷卻時間和較長的保壓時間。要使高溫對于熔膠的影響最 小化，就必須選用適當熔點的塑料和適當的射出料筒來進行射出成形。 ? ?? 注意圓角的設計以 避免應力集中。其于設計上應考慮： ? ?? 使用潛變模數，以避免應力破裂破壞，維持接點緊密結合和塑件功能。根據塑件承受負荷或拘束條件的不同，可以區(qū)分為拉伸強度、壓縮強度、扭曲強度，撓曲強度和剪切強度。 分子鏈的配向性和添加纖維的配向性會造成塑件尺寸不等向的變化，其在流動方向比截面方向具有更大的熱膨脹系數。 圖 59 塑料應力集中是其厚度與圓角半徑的函數 515 熱機械行為 熱膨脹系數是溫度從一特定值上升時，材料尺寸變化的量度。 圖 58 典型的撓曲疲勞 SN曲線具有一個應力忍耐限度， 在此限度以下的應力不會造
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