1、科学化的科学化的注塑成型产品设计注塑成型产品设计徐昌煜徐昌煜2016年年4月月16日日上海众安电器塑料有限公司上海众安电器塑料有限公司厚度设计厚度设计 产品设计中壁厚不均带来的麻烦比任何其它问题设计带来者都要严重。 这些麻烦包括了雾斑、 喷流痕、迟滞痕、 应力痕、气痕、 焦痕、 缩痕和缩孔、 短射、 熔接线、 翘曲变形以及周期时间长等。 这些麻烦都可用以直接或间接的方式预测。 设计高收缩率的结晶性注塑成型品时，设计者应将壁厚变化限制在10%以內。 就低收缩率的非结晶性塑料而言， 许容壁厚变化可到25%。壁厚壁厚 “ ” . (楊文遠), ., . (3D), “ ”, , , 9, 20141
2、1 3.0 . 2.43.0(3.0-2.4)/3.0 = 20% 3 x (T- t)not recommendedrecommended转角设计转角设计 当一90转角的内圆角半径小于名义厚度的25%时，角落就会有高的应力集中。 内圆角的半径增加到名义厚度的75%时，二壁交会处就能进而强化。 可接受的平均内圆角半径是名义厚度的50%。转角半径转角半径 转角转角 应力集中系数应力集中系数K的定义：的定义： 真实最大应力真实最大应力(不连续处的峰值不连续处的峰值)对预期的对预期的(典型力学用于规范几何形状及净截面典型力学用于规范几何形状及净截面-忽略了较复杂的应力分布忽略了较复杂的应力分布-上上
3、的公式决定的的公式决定的)应力的比例。应力的比例。 ( ) , K, ( ) ( ) , . 内圆角半径與應力集中内圆角半径與應力集中 00.60.81.01.21.40.20.41.01.52.02.53.0R / tK123Rapplied loadtK：stress concentration factorR：fillet radiust ：wall thickness碎裂地磅零件, 66, 开裂, . 2008根部尖角地磅零件, PA66, 开裂, Oct. 2008在尖角部位倒圆R2.5，开裂问题解决。用半径规(R规)测根部倒圆半径地磅零件, 66, . 2008根部倒圆在尖角部位倒
4、圆R2.5，开裂问题解决。地磅零件, 66, . 2008: : 徐老师徐老师 : , 30, 2015 3:40 : 水管接头开裂问题水管接头开裂问题 徐老师，您好：徐老师，您好： 最近做了一个案例，是属于水管接头的产品开裂问题，我结合最近做了一个案例，是属于水管接头的产品开裂问题，我结合了与了与 做了个分析，如果老师有空的话，能否指导一下，希望继续向做了个分析，如果老师有空的话，能否指导一下，希望继续向老师学习结构强度的知识。老师学习结构强度的知识。 谢谢老师！谢谢老师！ 祝老师祝老师身体健康！身体健康！ : . ()85*56*30()1.93.2 66I 在 2015-04-30 22
5、:06:09， 写道： T. J.：应力集中处有三：尖锐之转角； 2) 熔接线； 3) 缩孔。1) 之是否在计算应力时考虑，只要找一处转角如V2之E，将其R从1改成0.1，跑后，看该处应力是否有明显的增加即知。2)和3)之未能考虑应力集中则是在预料之中。 让我知道1)项测试的结果，再说。 徐昌煜2015年4月30日于日本盛冈: T. J.: : , 4, 2015 7:56 : : 水管接头开裂问题分析报告！水管接头开裂问题分析报告！ 徐老师：徐老师： 谢谢您的回复！谢谢您的回复！ 我将我将E处圆角由处圆角由R1.0改成改成R0.1后，应力急速升高，具体见附件后，应力急速升高，具体见附件。 是
6、考虑了尖角处的应力集中现象。是考虑了尖角处的应力集中现象。Z. T. J.圆角比较圆角比较V21.0V20.1R1.0R0.1最大应力最大应力 (V2R1.0)此处最大应力：91最大应力最大应力 (V2R0.1)此处最大应力：250脱模角设计脱模角设计脱模角脱模角 脱模角脱模角 脱模角太小，会导致顶白、拖白或周期时间长等缺陷。脱模角以不小于0.5为原则，而以大于1为宜。 当然，在客户可以接受的范围以内，脱模角是愈大愈好。脱模角脱模角 侧壁：1.5t(顶)1.6t(底) x 12h单边脱模角0.24, 浙江省乐清市, 脱模不易, 2004. 3. 8.四型腔模开三腔方能顶出，环保故，不得加脱模剂
7、。半边脱模角仅0.4酒瓶包装盒, , 四川省宜宾市, 10 , 2003. 7. 16. a , 1.5 . 0.025 (0.001 ) . , a ( a 0.125 0.005 ) a . 7.5. 當模面具皮紋時，以光滑模面所須脫模角為基礎，皮紋深度每0.025，脫模角要增加1.5 。 比方說，皮紋深度是0.125時，脫模角要增加7.5。脱模角與皮紋脱模角與皮紋 加強筋加強筋(肋肋)、角板、螺柱设计、角板、螺柱设计 , . 虽然所有的突出件并不相同， 但是设计导引却是类同的。 , Conventional0.080 to 0.125 in(2.0 to 3.2 mm)owallwall
8、ribmmrthtt21375. 046 . 0Thinwall:0.050 to 0.080 in 0.050 in(1.2 to 2.0 mm)( 1.2 mm)oowallwallwallwallribtmmrthttt121*6 . 0375. 046 . 0owallwallwallribtrthtt1*6 . 0*4 , Conventional0.080 to 0.125 in(2.0 to 3.2 mm)owallwallgussetmmrthtt21375. 046 . 0Thinwall:0.050 to 0.080 in 0.050 in(1.2 to 2.0 mm)(
9、1.2 mm)oowallwallwallwallgussettmmrthttt121*6 . 0375. 046 . 0owallwallwallgussettrthtt1*6 . 0*4 , Conventional0.080 to 0.125 in(2.0 to 3.2 mm)IDODmmrthttowallwallboss221375. 046 . 0Thinwall:0.050 to 0.080 in 0.050 in(1.2 to 2.0 mm)( 1.2 mm)IDODtmmrthtttoowallwallwallwallboss2121*6 . 0375. 046 . 0IDO
10、Dtrthttowallwallwallboss21*6 . 0*4脱模角脱模角 突出件在和名义板壁交会处的建议厚度：以高收缩率的结晶性塑料而言，可采用名义壁厚的50%。 以低收缩率的非结晶性塑料而言，可采用名义壁厚的75%。 a () 50% , . , 75% s . 突出件壁厚突出件壁厚 缩痕缩痕 , 浙江省杭州市,缩痕, 2003. 4. 19. 1.5 ., 浙江省杭州市, 缩痕, 2003. 4. 19.缩痕缩痕 从成型容易的观点来看，突出件的高度以产品名义壁厚的2.5到3倍为宜。 , 2.5 3 .突出件高度突出件高度 距离应大于产品名义壁厚的2倍。 使得模具钢材具备足够的强度以
11、抵抗弯曲，并且提供足够的吸热区，以免产生缩痕和成型应力。 a s , 2 s , .突出件和侧壁突出件和侧壁/突出件的距离突出件的距离 孔设计孔设计孔孔 以注射成型而言，圆孔形状理想，原因是塑料冷却时，会收缩紧扎在型芯销上，若销为圆形，应力会均匀的分布在孔缘塑料表层中。孔孔 这一尼龙风扇因安装孔的直线孔缘末端的锁入应力而损毁。 .- , , 2001 -孔孔 .- , , 2001 -孔孔 最初，此一玻纤补强的尼龙计时链轮中央的方型驱动轴孔，有四个锐角。 使用几个月后，这些链轮，从方孔的锐角，到其附近的链轮齿根，产生裂隙而报废。 后来，在方孔的四个角落，加了向外延伸的小孔之后，链轮便不再开裂。
12、 . a a . .孔孔 孔A和B能以简单直接开模的方式成形，孔C则须要一较复杂的侧向运动型芯，方能成形。 A B a , . C a .- , , . 2001 -从易于成型的观点来看，相邻二孔缘的距离，或是孔缘和产品边缘的距离，至少要有壁厚的两倍，而绝对不可小于壁厚。 , , a , a s , s .- , , . 2001 -孔孔 孔孔 图中的孔太靠近产品的边缘，塑料的收缩使得该孔和其周围的薄壁都因之扭曲。 . 1.6 s .- , , . 2001 -孔孔 盲孔A的长径比应以2:1或3:1为限。 形成穿孔B的型芯销的自由端是顶在定模面上。 这样的型芯销获得支持，而长径比可增加到6:1
13、。如图中的C所示，将型心延伸至定模侧的配合孔，可以提供额外的支撑，两头支撑的型心销的长径比可达12:1。 如图中的D所示，以二支型心销成型深孔，可以消除型心销和定模面的磨耗。 这种方法产生的孔也可有12:1的长径比。- , , . 2001 -结构设计结构设计选择弹性模量选择弹性模量(E)大的塑料大的塑料IEMr1rMMr : 梁的曲率半径M : 弯曲力矩E : 弹性模量I : 惯性矩弹性模量弹性模量 E , EStrainStressE 任一材料在弹性范围任一材料在弹性范围内，遵循虎克定律内，遵循虎克定律(s )，即应力对应变的比值为一常即应力对应变的比值为一常数，此一常数称之为弹性模数，此
14、一常数称之为弹性模量，可以量之。量，可以量之。E (E1, E2), 1.7002.6002.800662.96330(4.200, 2.500)30(7.000, 4.500)6630(7.012, 4.592)6650(25)(16.000, 10.000)6650(100)(16.560, 9.680) 45*190200(E1, E2)分别为塑料在流向和垂直流向的弹性模量。表中打*号者为韩国 于2014年11月5日在余姚宾馆举行的第十届中国塑料产业发展(国际)论坛的報告“ ”上发表的碳纤增强复合材料的E值。(E1, E2) , .弹性模量弹性模量E , E增加制品的单位用料的增加制品的
15、单位用料的惯性矩惯性矩(I)和极惯性矩和极惯性矩(J)IEMr1rMMr : 梁的曲率半径M : 弯曲力矩E : 弹性模量I : 惯性矩yxyzydASEC B-BM : 弯曲力矩I : A z 惯性矩A : 截面积 (截面线处)MBBdAyIA2yzyndASEC B-BWhereI : moment of inertia of A with respect to z axis 惯性矩惯性矩A : cross-sectional area 截面积截面积 nkkknnnnAAyAyAyAyAydAyI1221212221212A4A5A8A11AnAn-1A1A2y2y11y4or冰箱抽屉,
16、, 增强、省料、避免缩痕冰箱抽屉, , 考虑强度和省料, 2011. 7. 9.z用料多，然而强度和刚度仅略增。用料少，然而强度和刚度仅略减。SEC. A-AAA实心唇缘与带孔唇缘的比较实心唇缘与带孔唇缘的比较冰箱抽屉, , 考虑强度和省料, 2011. 7. 9.zz在同样强度和刚度下用料多而有缩痕之顾虑。在同样强度和刚度下用料少而无缩痕之顾虑。加强筋板与浪板之比较加强筋板与浪板之比较：柄一端固定，另一端承受转矩下，单位柄长旋转的的角度：柄一端固定，另一端承受转矩下旋转的的角度L： 柄长T : 转(力)矩G： ( ) 剪切弹性模量E : 弹性模量 ：s 泊松比J : A z 极惯性矩：断面形
17、心到形心的半径TLzdA 固定端elongationaxialunitcontractiolateralunitEGdAA;)1(2J;GJTL2n32)(,sec)(32,sec) 3 . 4(444ioddJbartioncrossannularcircularhollowafordJbartioncrosscircularsolidaforGJT a d曾文水库观景楼, 2014. 3. 21.曾文水库是台湾最大的水库，位于嘉义县大埔乡与台南市楠西区交界的柳藤潭峡谷。AASEC. A-A二次气体穿透Secondary GasPenetration塑料注射Polymer Injection
18、主要气体穿透Primary GasPenetration型腔部份短射Partial Shotin Cavity气体注射Gas Injection气体注射Gas Injection气体：大多采用氮气 Gas : Use Nitrogen, Mostly短射法短射法 气辅注射成型气辅注射成型 缩痕在外GAIM(Gas Assisted Injection Molding)Conventional Molding无缩痕 与加强筋根部厚 1.2和面板厚2.5的传统外壳比，加强筋根部厚6.00和面板厚2.00的气辅注塑成型外壳只需79.4%的材料(减料或减重21.6%)，比弯曲刚度( 或可增加到1.62
19、倍。 产品的最大厚度减到原来的4/5，冷却时间缩短36%，周期时间缩短约29%(=360.8) 。1.141.203.504.804.80 x 5 = 24.000.52.50外气成型外气成型 与加强筋根部厚 1.2和面板厚2.5的传统外壳比，加强筋根部厚2.00和面板厚2.00的外气成型( )外壳只需87%的材料(减料或减重13%)，比弯曲刚度( 或却增加到1.16倍。 产品的最大厚度减到原来的4/5，冷却时间缩短36%，周期时间缩短约29% (=360.8)。2.001.141.202.503.504.804.80 x 5 = 24.000.54.008.001.930.58.00 x 3
20、 = 24.002.001 与加强筋根部厚1.2和面板厚2.5的传统外壳比，加强筋根部厚2.00和面板厚2.00的超臨界流體微發泡注塑成型( )外壳(以8%塑料被氮氣取代為例)只需80%的材料(减料或减重20%)，比弯曲刚度( 或却增加到1.07倍。 产品的最大厚度减到原来的4/5，冷却时间缩短36%以上，周期时间缩短30%以上。2.001.141.202.503.504.804.80 x 5 = 24.000.54.008.001.930.58.00 x 3 = 24.002.00在爱护环境、珍惜资源、在爱护环境、珍惜资源、 持续发展的前提下，持续发展的前提下，促进精实高效成型科技的发展与创新。促进精实高效成型科技的发展与创新。 -先进成型技术学会先进成型技术学会- 问答？谢谢！
