塑料制品厚度設計

1、 塑料制品壁厚設計摘要 塑件的厚度對其質量有很大的影響，壁厚過小難以滿足使用強度和剛度要求，對于大型復雜件難以充滿型腔；厚度太大，不但浪費原材料，而且在塑件內部易產生氣泡，外部易產生凹陷 等缺陷，同時還會增加冷卻時間，所以，從經濟的角度出發(fā)塑件的薄壁化很重要的關鍵詞 設計 壁厚 塑料 制品設計塑料模具時，應考慮塑料制品的厚度是否符合成型工藝要求。制品壁厚過薄，注射時流動阻力大，成型困難，有時無法充滿型腔；制品壁厚過厚，不僅造成原料浪費， 延長成型周期，而且容易產生氣泡、凹痕、翹曲等缺陷。 一，壁厚設計的基本原則：要求塑件的壁厚盡可能均勻。以避免造成收縮不一致而導致變形或開裂。如果一個制品厚度相

2、差懸殊，制品在成型冷卻過程中必然收縮不均，不僅造成氣泡、凹痕和翹曲，同時制品內部存在較大的內應力，影響制品的外觀和內在質量。在實際生產中，塑料制品的設計要使厚壁完全均勻是有困難的，一般要求制品厚度不均勻度不超過50%。二，影響制品壁厚設計的因素 塑料制品的基本結構是根據制品的使用要求規(guī)定的。制品厚度的設計是依據所選用的原料來定的。因此在一般情況下，當塑料制品厚壁設計時，應當考慮使用條件和塑料制造條件這兩大因素。使用條件包括：結構、重量、強度、絕緣性能；塑料制造條件包括：材料流動性、冷卻時間、頂出強度以及裝配強度尺寸精度等因素。具體歸納以下三點：1， 結構因素：塑料制品的基本結構主要指形狀及大小

3、，它是根據制品的使用要求決定的，由于塑料成型的收縮特性不同于金屬，當金屬件改用塑料時或新設計塑料零件時，必須將金屬零件的結構及壁厚作相應的改變，使其符合塑料制品壁厚的均勻性原則，對厚壁部分要挖空和該形，使其達到壁厚均勻，例如表1中幾種制品的合理結構設計。表1 塑料塑件壁厚合理結構設計實例序號不合理合理說明1塑件壁厚不均，往往因冷卻或固化速度不同而產生附加內應力，在較厚部位產生縮孔或翹曲變形2當塑件中壁厚變化不可避免時，為避免局部壁厚的不良影響，壁厚向壁薄部分過渡時必須設有一段過渡區(qū)3平頂塑件，采用側澆口進料時，必須保證平面進料通暢，t1t24壁厚不均塑件，可在易產生凹痕表面采用波紋形式或在壁厚

4、處開設工藝孔，以掩蓋或消除凹痕5中間凹位過深，實際產生拱形變形，減小凹位深度，解決變形2,強度因素：塑料制品的強度在一定結構條件下，由原料的物理、機械性能決定。塑料與金屬相比具有較低的機械強度、質脆、沖擊強度較低、質量輕，所以特別要注意塑料制品壁厚的設計要滿足強度要求。雖然有時制品在使用中需要的強度很小，但制品從模具型腔脫模時要經受脫模機構的沖擊和震動，必須保證有一定脫模強度，同時還要考慮制品裝配式可能承受的鎖緊力，設計制品相應的壁厚，使?jié)M足脫模和裝配強度的要求。3，塑料流動性因素：塑料制品在成型過程中熔融后具有一定流動性，由于塑料的品種和牌號不同，它們所具有的流動性也不同，塑料的流動性一般可

5、用熔融指數和阿基米德螺旋線流動性試驗方法作相對比較，熔融指數越高，表示流動性越好。因此對不同材料的制品壁厚應考慮最有利于流動的設計，不僅能使注滿型腔，而且能夠使塑料各個方向流動速度一致，流動方向上碰到阻力最小，對于流動性好的塑料如尼龍、聚乙烯、聚丙烯等壁厚可薄一些，對于流動性差的塑料如聚碳酸酯、聚砜等壁厚可厚一些。三，各種塑料的常用壁厚建議一般塑料制品壁厚采用16mm，最大可達8毫米。最常用壁厚值為1.83mm，這都隨塑件類型及大小而定。表2、表3為各種塑料成型條件下的常用壁厚參數。 表2 常用熱塑性塑件最小壁厚及推薦壁厚 （mm）塑件材料最小壁厚小型塑件推薦壁厚中型塑件推薦壁厚大型塑件推薦壁

6、厚聚酰胺0.450.751.602.403.20聚乙烯0.601.251.602.403.20聚苯乙烯0.751.251.603.205.40有機玻璃（372）0.801.502.204.006.50聚甲醛0.801.401.603.205.40聚丙烯0.851.451.752.403.20聚碳酸酯0.951.802.303.004.50聚砜0.951.802.303,004.50硬聚氯乙烯1.151.601.803.205.80 表3 熱固性塑件壁厚 （mm） 塑件材料塑件高度05050100100粉狀填料的酚醛樹脂0.72.02.03.05.06.5纖維狀填料的酚醛樹脂1.52.02.53

7、.56.08.0氨基塑料1.01.32.03.04.0聚酯玻璃纖維填料的塑料1.02.02.43.24.8聚酯無機物填料的塑料1.02.03.24.84.8四，壁厚設計對熔接痕及排氣的影響 塑料流動總是沿著阻力最小的途徑進行，當制品設計有孔、嵌件和個別厚度較小的部位都產生阻力，使塑料形成兩股或幾股物料流動，在幾股料流的匯合處就是熔接痕，熔接痕部位強度較差，示圖1。 壁厚的設計也應該考慮料流的方向，例如電表表蓋，材料選372有機玻璃，圖2所選用壁厚處理不當ab，情況如何采用合理壁厚設計，即可避免熔接痕的出現。有時壁厚設計不當會造成流速不一，如圖4a所示壁厚SH時，可避免缺陷。五，最小壁厚的設計在

8、滿足性能及成型的情況下，塑件壁厚盡量薄一些為好，因為對塑件壁薄對于成型周期更為有利，且節(jié)省原料。對于不同塑料的不同制品，怎樣選擇可以成型的最小壁厚是一個急需解決的問題。影響最小壁厚的因素很多，主要是流程長短與物料流動性。厚壁與流程大小的關系：當塑料制品的結構確定以后，壁厚與料流距離有一定的函數關系，從壁厚與流程的關系中，可求出模具設計適合工藝要求的依據，H為塑料制品的壁厚，L為流程長度，即為料流走的距離，也就是熔融體在模腔內從澆口到最遠點熔接痕出的長度，如圖5所示。L=L1+L2 圖5例如制品結構設計如圖6，壁厚為0.9毫米，材料選用尼龍1010，模具采用側澆口二端進料，由圖可知最長流程為12

9、0毫米，那么從表中查得最小壁厚1.4毫米，因此制品設計0.9毫米壁厚成型困難，改為大于等于1.4毫米較為合適。 圖6表4 壁厚與流程的函數關系材料流動性材料名稱公式好聚乙烯、聚丙烯H=(L/100+0.3)*0.7一般ABS、尼龍1010H=(L/100+0.4)*0.9差聚碳酸酯、聚砜H=(L/100+0.5)*1.1六，冷熱水用聚丙烯管材壁厚設計的舉例1，從影響制品壁厚設計的因素考慮聚丙烯管材壁厚設計：（1），結構因素：聚丙烯管材的形狀和尺寸。因此考慮管材公稱外徑de 、管材系列S值。（2），強度因素：聚丙烯管材在通冷熱水時，所承受的壓力 、壓強。因此考慮設計應力s、 設計壓力PD 。（3

10、），流動性因素：聚丙烯塑料用擠出機加工成型為管材時，在考慮聚丙烯的流動性時，一般而言，即使在聚丙烯塑料中加入各種添加劑，它的流動性還是比較好的，對制造管材并沒有什么影響，因此聚丙烯塑料很適合制造管材。2，實際的壁厚設計根據ISO/DIS 15874：1999標準，在冷熱水用聚丙烯系列管材中只規(guī)定了管材系列S值。在執(zhí)行標準時，根據使用級別和設計應力，查得到S值，再用下式計算管材的公稱厚度：e n =de /(2S+1) ， S=s /PD 式中：e n公稱壁厚（mm）；de 管材公稱外徑（mm）；S管系列；s 設計應力（MPa）；PD 設計壓力（MPa）。例：有一北方地域的民用商宅區(qū)需安裝熱水管

11、道，該使用哪種規(guī)格的塑料管材？解：（1）北方地域天氣寒冷，使用級別宜選擇2級； （2）塑料管材宜選用無規(guī)共聚聚丙烯PP-R； （3）管道常用規(guī)格為63 50 32 20 （4）設計壓力宜選擇0.6MPa(5)計算 根據ISO/DIS 15874：1999得出s =2.13MPa；Smax =s /PD=2.13/0.6=3.55, 徑圓整S=3.2 （Smax 管系列最大值）0 =SPD =3.2*0.6=1.92MPa；e n20 =de /(2S+1)=20/(2*3.2+1)=2.7mm e n32 =de /(2S+1) =32/(2*3.2+1)=4.3mme n50 =de /(2S+1) =50/(2*3.2+1)=6.8mme n63 =de /(2S+1) =63/(2*3.2+1)=8.5mm或：e n20 = de PD/(20 + PD)=20*0.6/(2*1.92+0.6)=2.7mm同樣方法算得e n32 =4.3mm e n50 =6.8mm e n63 =8.5mm壁厚的偏差按ISO/DIS 15