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模具设计

塑料件结构设计-(5)加强筋设计

时间:2015-05-10 08:23:23   作者:   来源:   阅读:3966   评论:0
基本设计守则
    加强筋在塑胶部件上是不可或缺的功能部份。加强筋有效地如『工』字型,增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积,但没有如『工』字型筋,倒扣结构将难於成型,对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑胶产品尤其适用。此外,加强筋更可充当内部流道,有助模腔充填,对帮助塑料流入部件的支节部份很大的作用。
    加强筋一般被放在塑胶产品的非接触面,其伸展方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向,选择加强筋的位置亦受制於一些生产上的考虑,如模腔充填、缩水及脱模等。加强筋的长度可与产品的长度一致,两端相接产品的外壁,或只占据产品部份的长度,用以局部增加产品某部份的刚性。要是加强筋没有接上产品外壁的话,末端部份亦不应突然终止,应该渐次地将高度减低,直至完结,从而减少出现困气、填充不满及烧焦痕等问题,这些问题经常发生在排气不足或封闭的位置上。
塑料件结构设计-(5)加强筋设计
加强筋一般的设计
    加强筋最简单的形状是一条长方形的柱体附在产品的表面上,不过为了满足一些生产上或结构上的考虑,加强筋的形状及尺寸须要改变成如以下的图一般。
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    加强筋的两边必须加上出模角以减低脱模顶出时的摩擦力,底部相接产品的位置必须加上圆角以消除应力过分集中的现象,圆角的设计亦给与流道渐变的形状使模腔充填更为流畅。此外,底部的宽度须较相连外壁的厚度为小,产品厚度与加强筋尺寸的关系图a说明这个要求。图中加强筋尺寸的设计虽然已按合理的比例,但当从加强筋底部与外壁相连的位置作一圆圈R1时,图中可见此部分相对外壁的厚度增加大约50%因此,此部份出现缩水纹的机会相当大。如果将加强筋底部的宽度相对产品厚度减少一半(产品厚度与加强筋尺寸的关系图b),相对位置厚度的增幅即减至大约20%,缩水纹出现的机会亦大为减少。由此引伸出使用两条或多条矮的加强筋比使用单一条高的加强筋较为优胜,但当使用多条加强筋时,加强筋之间的距离必须较相接外壁的厚度大。加强筋的形状一般是细而长,加强筋一般的设计图说明设计加强筋的基本原则。留意过厚的加强筋设计容易产生缩水纹、空穴、变形挠曲及夹水纹等问题,亦会加长生产周期,增加生产成本。 (www.iw168.cn)
塑料件结构设计-(5)加强筋设计
产品厚度与加强筋尺寸的关系 
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    为避免缩水, 筋的根部为0.6T,筋的高度为2 T (最大不过3T), 底部圆角为R=0.125T, 拔模斜度为0.5°~1.5°, 筋的方向最好和GATE同向. 筋间的距离尽可能在壁厚两倍以上.
筋根部厚度約為(0.5~0.7)T;筋間間距>4T;筋高L<3T
PC,PPO
T<0.6T
PA,PE
T<0.5T
PMMA,ABS
T<0.5T
PS
T<0.6T
    除了以上的要求,加强筋的设计亦与使用的塑胶材料有关。从生产的角度看,材料的物理特性如熔胶的黏度和缩水率对加强筋设计的影响非常大。此外,塑料的蠕动(creep)特性从结构方面来看亦是一个重要的考虑因素。例如,从生产的角度看,加强筋的高度是受制於熔胶的流动及脱模顶出的特性(缩水率、摩擦系数及稳定性),较深的加强筋要求胶料有较低的熔胶黏度、较低的摩擦系数、较高的缩水率。另外,增加长的加强筋的出模角一般有助产品顶出,不过,当出模角不断增加而底部的阔度维持不变时,产品的刚性、强度,与及可顶出的面积即随着减少。顶出面积减少的问题可从在产品加强筋部份加上数个顶出凸块或使用较贵的扁顶针得以解决,同时在顶出的方向打磨光洁亦有助产品容易顶出。从结构方面考虑,较深的加强筋可增加产品的刚性及强度而无须大幅增加重量,但与此同时,产品的最高和最低点的屈曲应力(bending stress)随着增加,产品设计员须计算并肯定此部份的屈曲应力不会超出可接受的范围。
    从生产的角度考虑,使用大量短而窄的加强筋比较使用数个深而阔的加强筋优胜。模具生产时:加强筋的阔度(也有可能深度)和数量应尽量留有馀额,当试模时发觉产品的刚性及强度有所不足时可适当地增加,因为在模具上去除钢料比使用烧焊或加上插入件等增加钢料的方法来得简单及便宜。
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    加强筋增强塑胶件强度的方法
    以下是加强筋被置於塑胶部件边缘的地方可以帮助塑料流入边缘的空间。
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    置於塑胶部件边缘地方的加强筋
5.1 加强筋的作用
(1) 在不加大制品壁厚的条件下,增强制品的强度和刚性,以节约塑料用量,减轻重量,降低成本。
(2) 可克服制品壁厚差带来的应力不均所造成的制品歪扭变形。
(3) 便于塑料熔体的流动,在塑件本体某些壁部过薄处为熔体的充满提供通道。
5.2 加强筋的形状及尺寸
    塑件上加强筋和凸台的形式和应用如图2-9,图2-10所示。
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    加强筋尺寸参数如图2-11,图2-12所示。
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    凸台的形状及尺寸参数如图2-13~图2-15所示。
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    角撑位于制品边缘,支撑制品壁面,以增加强度及刚度,尺寸参数如图2-16所示。
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5.3 加强筋的设计要点
(1) 用高度较低、数量稍多的筋代替高度较高的单一加强筋,避免厚筋底冷却收缩时产生表面凹陷(图2-17、图2-18)。当筋的背面出现凹陷影响美观时,可采用图2-19所示的装饰结构予以遮掩。
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(2) 筋的布置方向最好与熔料的充填方向一致(见表2-12中示例)。
(3) 筋的根部用圆弧过渡,以避免外力作用时产生应力集中而破坏。但根部圆角半径过大则会出现凹陷。
(4) 一般不在筋上安置任何零件。
(5) 位于制品内壁的凸台不要太靠近内壁,以避免凸台局部熔体充填不足(图2-20)。
    加强筋在防止制品变形、增加制品刚性方面的应用如图2-21~图2-22所示。
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    加强筋设计注意的问题参见表2-12。
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