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塑胶产品设计的基本技巧与原则

在塑料制品的设计过程中,有一些基本的考虑因素不能忽视。而原材料厂商可以说是塑料制品设计的重要推动者。本文从涉及产品设计过程中的原料选择、加工过程选择、强度考虑、模具设计等方面,介绍了塑胶产品设计的基本技巧与原则。


1.设计核对表

新产品开发或产品改善的目标是使产品有优良的表现,而同时获得低的生产成本。设计任务主要包括原料的选择、加工方法的选择、强度计算和模具设计。


只有全盘考虑这些因素,并有系统化的跟进,才能生产出高质量的、具商业效益的模具。必须强调的是,塑料的实用性和成本效率不是必然的,设计者必须非常注重原料选择和加工过程的正确解决方案。


2.原材料比较

与其他传统原材料相比,设计塑料原材料零件时需特别注意。


塑料的特性可在很大的范围内变化多端。通过添加填料、增强材料和改性剂,其性质会产生很大的转化。有时在相同的操作条件下,塑料会呈现出与金属完全不同的表现。因此,对浇铸金属经济有效的功能设计,如果仓促地用於于塑料,将会很容易失败。


当材料的使用温度越接近它的熔点,温度和时间将更直接影响原材料的形变表现。


塑料的特性不仅仅是纯原材料的性质。如果原材料在不适用的范围内加工,再好的设计也会失败。同样的,制品并不能以加工过程来解决设计弱点。因此只有考虑到所有因素的优化工艺,才能保证塑料零部件的质量。


3.节约成本设计

设计者对塑料零部件最终的成本负有大部分的责任。他的决策预先决定了生产、模具制作和组装的成本。后期的修正和优化通常是昂贵和不可行的。


充分发挥塑料原材料特性的优势,在许多方面可以节约成本。多功能一体化设计、运用低成本组装技术(如卡扣,焊接装置,固定装置,双料注塑技术等)、利用自润滑特性、免却表面处理程序等。注意壁厚、模具、公差、原料等能够进一步节约成本。


4.基本装配技术

一些被所有设计师认可的简单装配技术如卡扣装配、压机装配和螺纹装配等,以其简便、快速地装配组件可大大地节约生产成本。


卡扣装配的最大优势是不需要增加额外装配部件。在卡扣设计中,设计者必须确保配件的几何尺寸,避免应力松弛引起装配部件松动。


压件装配可以使塑料组件在最低的成本下进行高强度装配。


螺纹装配由分离型、组合型螺杆或整体螺杆嵌件的运用组成。为了避免不合格组件的产生,确保正确的轴套尺寸是关键的一环。螺件制造商可在这方面提出不少建议。


5.材料选择

一般来说,没有不好的材料,只有在特定的领域使用了错误的材料。


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。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於不易弯曲,则常被应用于外壳。


热塑性塑料分为未增强、玻璃纤维增强、矿物及玻璃体填充等。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。

6.加强肋

一般来说,部件的刚性可用以下方法增强:

增加壁厚;

增大弹性模量(如加大增强纤维的含量);

设计中考虑加强肋。


如果设计用的材料不能满足所需刚性,则应选择具有更大弹性模量的材料。大的惯性力矩可很容易地通过设置又厚又高的加强肋来实现。但是对热塑性工程塑料,这种方法常会产生制品表面凹痕、内部空洞和翘曲等问题。而且,如果加强肋过高,在负荷下结构将有可能膨胀。出于这种考虑,必须在合理比例内保持加强肋的尺寸。


为确保带加强肋的制品容易顶出,必须设计适当的脱模锥度。


对於表面要求非常高的组件,如汽车轮盖的尺寸非常重要。正确的加强肋设计可以减少组件形成表面凹痕的可能,以提高组件的质量。


在塑料设计中,十字结构是最好的,因为它能应付许多不同的负荷排列变化。正确设计的可承受预期应力的十字结构,可以确保在整个制品上的应力均匀分布。


7.公差

注射成型制品不可能具有机械加工制品一样的公差。虽然大多数人都意识到这一点,但还是常常会指定无法达到的公差,或使具成本效益的生产变得不可能。


注射成型一般分为3种质量等级,即一般用途的注射成型、技术注射成型和高精度注射成型。DIN16901标准指出,它们是根据在容许范围内注射成型制品公差的和尺寸来划分的。


一般用途的注射成型要求低水平的质量控制,其特点是低的退货率和快的生产周期。


技术注射成型会比较昂贵,因为它对模具和生产过程有更高的要求,要求频繁的质量检查,因而增加了退货率。


高精度的注射成型,要求精确的模具、最佳的生产条件和100%连续的生产监控。这将影响生产周期,增加单位生产成本和质量控制成本。


设计者在决定注射模具制品的成本方面起了关键作用,他们必须确定商业上可行的公差,选定的公差虽然不必尽可能地严格,但必须足够严格。


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  • 简介:从事机械结构、加工工艺、材料、外观造型的设计与研发

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