汽车塑料产品结构设计的一般原则及精度分析课件.ppt

1、汽车塑料产品结汽车塑料产品结构设计的一般原则及精度构设计的一般原则及精度理想的产品简洁化设计基本原则：（1） 结构简单，形状对称，避免不规则的几何图形；（2） 产品侧孔和侧壁内表面的凹凸形状成型困难，需要在产品成型后进行二次加工，设计时应避免。（3） 尺寸设计要考虑成型的可能性，不同的成型工艺对制件的尺寸设计，包括尺寸大小，尺寸变化会有一定的限制。 在确定壁厚尺寸时，壁厚均一是一个重要原则。该原则主要是从工艺角度以及由工艺导致的质量方面的问题而提出来的。均匀的壁厚可使制件在成型过程中，熔体流动性均衡，冷却均衡。壁薄部位在冷却收缩上的差异，会产生一定的收缩应力，内应力会导致制件在短期之内或经过一

2、个较长时期之后发生翘曲变形。 塑料件最通用料厚是2.5mm，大件适当增加，小件减小，强烈建议通过增加翻边及加强筋的方式而不是增加料厚来保证零件强度； PP塑料的壁厚范围是0.63.5mm。（1）厚薄交接处的平稳过渡，当制件厚度不可避免需设计成不一致时，在厚薄交接处应逐渐过渡，避免突变，厚度比例变化在一合适的范围（一般不超过3：1）。壁厚过渡形式（2）将尖角改为圆角处理，两个壁厚相同的壁面成直角的连接，破坏了壁厚均一的原则。转角处的最大厚度是壁厚的1.4倍，如果将内角处理成圆角而外角仍是直角，则在转角处的最大厚度（W）可增加到壁厚的1.6-1.7 倍。正确的设计应是内外角均进行圆角处理，以确保壁

3、厚均匀。圆角处理还可避免应力集中，以及改善塑料成型时熔体的流动性和成型性。（3）厚壁部位减薄，使厚壁趋于一致，壁厚差异大的制件可通过增设工艺孔、开槽或设置加强筋的方式，使厚壁部位减薄，厚薄趋于一致。厚壁减薄开槽设置加强筋 对制件上有孔洞、切口、拐角等几何不连续部位施加一定的力，在这个部位的断面上将产生远比给予的表观应力大得多的应力，这个现象称为应力集中。局部产生的很大应力对于表现应力之比为应力集中系数。 后果：塑料是对缺口和尖角之类比较敏感的材料，在应力作用下，这些部位会逐渐产生微细裂纹，随后逐步扩展到大的裂纹，而裂纹的不断延伸终将导致制件的损坏。 避免应力集中最直接最有效的方法就是在拐角、棱

4、边、凹槽灯等轮廓过渡与厚薄交接处采用圆弧过渡。图中曲线表明，半径R 与壁厚T之比，即R/T 在0.6 以后，曲线趋于平缓，由此可知，内圆角之半径应至少为壁厚的一半，最好为壁厚的0.6-0.75。根据不同的壁厚和圆角半径对应的应力集中系数,得出应力集中系数与半径R 与壁厚T之比的关系 （1）几何形状的改变 薄壳状的平板制件，将其表面设计成波纹形、瓦楞形、拱形、球形、抛物面，其刚性比同样重量的平板要高得多（2）加强筋的设计和运用通过加强筋提高轴套扭转刚性和弯曲刚性容器沿口部位的设计起到了边缘增强的作用，实质上这种突变的边缘可以看作是加强筋的变异。（3）嵌件的加强作用 在制件中设置金属嵌件，可以提高

5、塑料制件局部或整体的强度。如汽车方向盘、活动手柄、塑料门窗框、带有金属嵌件的塑料齿轮等。（4）结构上的设计，在产品设计中，有几种结构具有比较高的刚性/质量比。 蜂窝夹层结构：刚性的设计效果好，缺点是工艺上比较复杂，成本和价格较高。口字形结构、T 形结构以及工字梁结构，与矩形截面的实心结构比较，这种结构既能节省材料，又不降低刚性。圆锥体结构，相对圆柱体结构，这种结构能承受很大的压缩载荷，弯曲稳定性好。结构泡沫：具有致密表皮层和呈微孔结构的芯部，这种结构具有高的比强度，可应用在受力结构中。双壁结构，有不少工艺可成型具有双壁结构的制件，这种结构的制件有较高的刚性、冲击韧性和抗弯能力。（一）由内应力引

6、起的制件变形 这种变形由制件内的内应力所导致。 通常不均匀的内应力分布是翘曲变形的主要原因，而内应力的不均匀分布则可能是加工条件（如温度、压力的不均匀分布，收缩率的各向异性等）、材料组成（结晶型材料的百年形倾向较大）、模具结构（特别是浇口设计）和制品形状共同作用的结果。 前述的避免应力集中以及刚性设计的一些措施，也都有助于防止或者降低制件的变形。此外，设计时考虑防止产品变形，在形状上进行规避。（二）抗热变形设计 温度对制件的影响与材料的耐热性直接有关。 当材料确定之后，在产品设计时，应采取各种有效措施，来减少和避免温度对制品使用性能的影响，延长产品的使用寿命。1、影响因素 材料 注塑模塑的塑料

7、在高温高压的熔融状态下充模流动。常见的各种熔体温度为170-300。然后被冷却固化，通常脱模温度在20-100。 下表 列出了常用的注射塑料的成型收缩率。 用无机填料填充、用玻璃纤维增强的塑料有较低的成型收缩率。模具 对于小尺寸的塑料件，模具的制造误差占塑料公差的1/3。 与模具上运动的零件有关的塑件尺寸，其精度较低。 模具上浇注系统和冷却系统设计不当，会使成型塑件的收缩不均匀。 脱模系统的作用力不当，会使被顶出塑件变形。塑件结构 塑料件壁厚均匀一致，形体又对称，可使塑件收缩均衡。提高塑料件的刚性，如加强筋的合理设置或采用金属嵌件，能减小塑件翘曲变形，都有利于提高塑件精度。工艺 注射周期各阶段

8、的温度、压力和时间会影响塑件的收缩、取向和残余应力，存在对于塑件精度要求的最佳工艺。保证注塑件精度更重要的是工艺参数的稳定性。成型条件波动所造成的误差占塑件公差的1/3。使用 塑料材料对时间、温度、湿度和环境条件的敏感性，在注射成型制品长期使用后，会有显现。注塑件的尺寸和形位精度的稳定性差。2、模塑塑料件尺寸公差 工程塑料模塑塑料件尺寸公差 标准GB/T14486-93，模塑尺寸公差代号为MT。公差等级分为七级。 该标准规定了热固性和热塑性工程塑料模塑塑料件的尺寸公差。 它适用于注塑、压塑、传递和浇铸成型的工程塑料模塑的塑料件，不适用于挤塑成型、吹塑成型、烧结和泡沫制品。 此标准只规定公差，基

9、本尺寸的上、下偏差可根据工程的实际需要分配。 标准规定了模塑收缩率VS,在常温下模塑件与所用模具相应尺寸的差，同模具相应尺寸之比，以百分数表示。 LF模塑成型后标准环境下放置24h 后的塑料件尺寸，mm; LW 模具的相应尺寸，mm; 标准对成型模塑尺寸分成两类： 不受模具活动部分影响的尺寸a，如图所示，它是指在同一动模或定模的零件中成型的尺寸。 受模具活动部分影响的尺寸 b，如图所示，它是指可活动的模具零件共同作用所构成的尺寸。例如壁厚和底厚尺寸；受动模零件、定模零件和滑块共同影响的尺寸。塑料件的螺钉连接1：簧片螺母连接，应用于板类零件与塑料件之间的连接；板类零件与塑料件之间大量使用簧片螺母

10、连接塑料件的螺钉连接2：塑料螺母连接；应用于板类零件与钣金件之间的连接。（钣金件方孔开口7*7）板类零件与钣金件之间大量使用塑料螺母连接塑料件的螺钉连接3：自攻螺钉柱及螺钉沉台的连接；应用于机壳类塑料件之间的连接；机壳类塑料件通过自攻螺钉柱及螺钉沉台连接塑料件的弹片夹子连接：应用于最后安装的需要经常拆装的面板类塑料件于主体间之间的连接；主体塑料件上开装配方孔弹片夹子卡装在面板类塑料件上塑料件的卡扣连接：1.卡扣连接是塑料件结构优势之一：结构简单，不需要增加零件，制造成本低廉，连接可靠，装配简易；2.缺点：拆卸困难，卡扣损坏后难以修复；3. 应用与小型塑料件之间的连接；小型塑料件之间大量使用卡扣连接