材料性質(zhì)與塑件設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-06-10 20:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 周期性負(fù)荷可以采用比例極限進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ? ?? 塑件承受短間距和長期間的反復(fù)性負(fù)荷，應(yīng)使用 SN曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ? ?? 高度拋光的光滑模面可以降低產(chǎn)生微小裂縫的傾向。 ? ?? 注意圓角的設(shè)計(jì)以 避免應(yīng)力集中。 ? ?? 塑件承受高頻或高振幅的周期性負(fù)荷時(shí)，會(huì)生熱而縮短壽命。改用薄壁 設(shè)計(jì)和耐疲勞的導(dǎo)熱性材料可以 改善塑件的散熱功能。 524 高速負(fù)荷及沖擊負(fù)荷 高速負(fù)荷指施加負(fù)荷的速度高于 1 m/s， 沖擊性負(fù)荷指負(fù)荷速度高于 50 m/s。應(yīng)避免在高應(yīng)力區(qū)施加高速負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷。當(dāng)設(shè)計(jì)之塑件承受此類負(fù)荷時(shí)必須牢記以下建議： ? ?? 在預(yù)期的負(fù)荷速率之內(nèi)，使用比例極限進(jìn)行設(shè)計(jì)之計(jì)算。 ? ?? 使用較大的圓角半徑及較和緩的肉厚／寬度變化，以避免應(yīng)力集中。 ? ?? 長時(shí)間處于高熔融溫度的樹脂會(huì)裂解變脆。要使高溫對于熔膠的影響最 小化，就必須選用適當(dāng)熔點(diǎn)的塑料和適當(dāng)?shù)纳涑隽贤瞾磉M(jìn)行射出成形。 525 極端溫度施加負(fù)荷 塑件之儲(chǔ)存、搬運(yùn)和使用溫度很容易就高出或低于室溫 20~30℃，應(yīng)用于極端溫度的塑件必須能適應(yīng)環(huán)境。設(shè)計(jì)塑件將應(yīng)用于極端溫度條件，建議注意事項(xiàng)如下： ? ?? 應(yīng)用比例極限進(jìn)行計(jì)算，以避免塑件永久變形。 ? ?? 避免將不同熱膨脹系數(shù)之材料設(shè)計(jì)為緊迫組合，而且應(yīng)該在自由端面保 留允許塑件膨脹之裕度。 常見的高于室溫之極端溫度條件的應(yīng)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(yùn)工具 、 儲(chǔ)存在無空調(diào)建筑之塑件。常見的于低于室溫的應(yīng)用包括： 冷凍 之塑件和以飛機(jī)運(yùn)載之塑件 53 塑件肉厚 設(shè)計(jì)塑件所需考慮的因素眾多，包括功能與尺寸的需求、組合之公差、藝術(shù)感與美觀、制造成本、環(huán)境的沖擊、以及成品運(yùn)送等等。 在此，我們將考慮塑件肉厚對于成形周期時(shí)間、收縮與翹曲、表面品質(zhì)等因素的影響，以討論熱塑性塑料射出成形之加工性。 塑件于射出成形后，必須冷卻到足夠低的溫度，頂出時(shí)才不會(huì)造成變形。肉厚較厚的塑件需要較長的冷卻時(shí)間和較長的保壓時(shí)間。理論上，塑件射出之冷卻時(shí)間與肉厚的平方成正比，或者與圓形對象直徑的 。所以粗厚件會(huì)延長成形周期 時(shí)間，降低單位時(shí)間所射出塑件的數(shù)量，增加每個(gè)塑件的制造成本。 另外，塑料射出成形先天上就會(huì)發(fā)生收縮，然而，剖面或整個(gè)組件的過量收縮或不均勻收縮就會(huì)造成翹曲，以致于成形品無法依照設(shè)計(jì)形狀呈現(xiàn)。請參閱圖 510。 圖 510 (左邊 )粗厚件會(huì)導(dǎo)致 (中間 )塑件的收縮和翹曲， 應(yīng)該將塑件設(shè)計(jì)為具有均勻肉厚的 (左邊 )塑件。 塑件同時(shí)具有薄肉區(qū)和厚肉區(qū)時(shí)，充填熔膠傾向于往厚截面部分流動(dòng)，容易產(chǎn)生競流效應(yīng) (racetracking effect)，導(dǎo)致 包風(fēng) (air traps)和縫合線 (weld lines)，在塑件表面產(chǎn)生瑕疵。假如厚肉區(qū)沒有充足的保壓，就會(huì)造成凹痕 (sink marks)或氣孔 (voids)，所以應(yīng)該盡可能設(shè)計(jì)薄且肉厚均勻的塑件，以縮短成形周期時(shí)間，改善塑件尺寸穩(wěn)定性，和去除塑件之表面瑕疪，塑件肉厚設(shè)計(jì)通則是：使用肋可以提高 塑件的剛性 和強(qiáng)度，并且避免厚肉區(qū)的結(jié)構(gòu)。塑件尺寸的設(shè)計(jì)，應(yīng)將使用塑料之材料性質(zhì)和負(fù)荷類型、使用條件之間的關(guān)系列入考慮，也應(yīng)考慮組件的組合需求。圖 511 提供一些設(shè)計(jì)范例的比較。 (not remended) (remended) 圖 511 塑件之設(shè)計(jì)范例。左邊為不良設(shè)計(jì)，右邊是典型的塑件設(shè)計(jì)。 54 肋之設(shè)計(jì) 塑件設(shè)計(jì)之結(jié)構(gòu)完整性的主要考量是：塑件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必須足以抵抗預(yù)期負(fù)荷。如果藉由增加肉厚以強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，有下列的缺點(diǎn)： ? ?? 塑件重量及成本相對地增加。 ? ?? 加長塑件所需的冷卻時(shí)間。 ? ?? 增加產(chǎn)生凹痕與氣孔的機(jī)會(huì)。 肋 (ribs)是達(dá)成所需剛性和強(qiáng)度，并且避免粗厚剖面的有效方法。設(shè)計(jì)良好的肋，僅僅增加低百分比的重量，就足以提供必要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。假如還需要更高的剛性，可以縮小肋的間距，以便添加更多的肋。肋的典型用途包括： ? ?? 蓋子、箱子、及需要有良好外觀和重量輕的寬大表面。 ? ?? 必須有圓柱形表面之走紙用滾輪和導(dǎo)軌。 ? ?? 齒輪的軸和齒廓。 ? ?? 塑件的 支撐與構(gòu)架。 肋的厚度、高度和開模斜角是相互關(guān)連的。太粗厚的肋會(huì)在塑件的另一面造成凹痕；太薄的肋和太大的開模斜角會(huì)造成肋的尖端充填困難。肋之各邊應(yīng)有 1176。的開模斜角，最小不得低于 1/2176。，而且應(yīng)該將肋兩側(cè)之模面精密拋光。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(huì)使一公分高肋的根部增加 肉厚。建議根部的最大厚度為塑件肉厚的 ，通常取肉厚的 ~，如圖 512所示。 圖 512 設(shè)計(jì)肋之截面規(guī)范 將肋設(shè)計(jì)在開模方向，可以降低模具的加工成本。使用角板 (gussets)也可以強(qiáng)化肋的結(jié)構(gòu)，如圖 512所示。使用凸轂 (bosses)時(shí)，不應(yīng)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。凸轂也可以使用角板強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。 如圖 513所示，肋可以設(shè)計(jì)成波浪狀 (corrugations)以維持均勻壁厚，并且將開模斜角加工到兩側(cè)的模具，這種作法可以避免肋的頂面太過薄。就結(jié)構(gòu)的剛性而言，相互連接的蜂巢式六面矩陣結(jié)構(gòu)，如圖 514，比正方形結(jié)構(gòu)更具有材料的使用效率，
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