التصميم الهيكلي للمنتجات البلاستيكية

المنتجات البلاستيكية موجودة في كل مكان ، لكن تصميمها ليس بسيطًا. كيف يوازن المهندسون القوة والتكلفة وكفاءة الإنتاج؟ سوف تكشف هذه المقالة عن التعقيدات وراء التصميم الهيكلي للمنتجات البلاستيكية. ستتعلم العوامل الرئيسية ، مثل سمك الجدار ، وأضلاع تعزيز ، وأكثر من ذلك ، والتي تجعل أجزاء بلاستيكية متينة وفعالة من حيث التكلفة.

خصائص وإجراءات التصميم الهيكلي للجزء البلاستيكي

توفر المواد البلاستيكية خصائص فريدة وخيارات تشكيل متعددة الاستخدامات ، تميزها عن مواد الهندسة التقليدية مثل الصلب والنحاس والألومنيوم والخشب. يمنح هذا المزيج المميز من تكوين المواد والقدرة على التكوين البلاستيك درجة أعلى من مرونة التصميم مقارنة بنظرائها.

تكوين مادة فريد وأشكال متعددة الاستخدامات

تتيح المجموعة المتنوعة من المواد البلاستيكية ، ولكل منها خصائصها المحددة ، المصممين بتكييف اختيارهم وفقًا لمتطلبات المنتج. يتيح هذا التنوع ، إلى جانب القدرة على تشكيل البلاستيك في أشكال معقدة ، إنشاء هندسة معقدة وميزات وظيفية من شأنها أن تكون تحديًا أو غير عملي مع مواد أخرى.

الإجراء العام لتصميم الأجزاء البلاستيكية

للاستفادة من مزايا البلاستيك وضمان التصميم الهيكلي الأمثل ، من الضروري اتباع نهج منهجي. يتضمن الإجراء العام لتصميم الأجزاء البلاستيكية عدة مراحل رئيسية:

1. تحديد المتطلبات الوظيفية ومظهر المنتج:

• حدد الاستخدام المقصود للمنتج والوظائف اللازمة

• حدد الجاذبية الجمالية المطلوبة والخصائص البصرية

2. رسم رسومات تصميم أولية:

• قم بإنشاء رسومات أولية ونماذج CAD بناءً على المتطلبات الوظيفية والجمالية

• النظر في خصائص المواد البلاستيكية المختارة أثناء عملية التصميم

3. النماذج الأولية:

• إنتاج نماذج مادية باستخدام طرق مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد أو تصنيع CNC

• تقييم وظائف النموذج الأولي وبيئة العمل والتصميم العام

4. اختبار المنتج:

• إجراء اختبارات صارمة لتقييم أداء المنتج في ظل ظروف مختلفة

• تحقق مما إذا كان التصميم يفي بالمتطلبات الوظيفية المحددة ومعايير السلامة

5. تصميم التصميم والمراجعة:

• تحليل نتائج الاختبار وتحديد مجالات التحسين

• إجراء تعديلات التصميم اللازمة لتعزيز الأداء أو الموثوقية أو التصنيع

6. تطوير مواصفات مهمة:

• قم بإنشاء مواصفات مفصلة للمنتج النهائي ، بما في ذلك الأبعاد والتحمل ودرجة المواد

• تأكد من مواصفات مواصفات معايير التصنيع ومعايير مراقبة الجودة

7. إنتاج العفن المفتوح:

• تصميم وتصنيع قالب الحقن بناءً على مواصفات المنتج النهائي

• قم بتحسين تصميم القالب لتدفق المواد الفعالة والتبريد والطرد

8. ضبط الجودة:

• إنشاء نظام قوي لمراقبة الجودة لمراقبة تناسق المنتج والحفاظ عليه

• تفقد الأجزاء المصنعة بانتظام لضمان تلبية المتطلبات المحددة

العوامل الأساسية في التصميم الهيكلي للمنتجات البلاستيكية

سمك الجدار

يلعب سمك الجدار دورًا مهمًا في تصميم المنتجات البلاستيكية. يضمن السماكة السليمة الأداء الأمثل ، والتصنيع ، وفعالية التكلفة.

قيم سماكة الجدار الموصى بها

المواد البلاستيكية	الحد الأدنى (مم)	الأجزاء الصغيرة (مم)	الأجزاء المتوسطة (مم)	أجزاء كبيرة (مم)
نايلون	0.45	0.76	1.5	2.4-3.2
PE	0.6	1.25	1.6	2.4-3.2
ملاحظة	0.75	1.25	1.6	3.2-5.4
PMMA	0.8	1.5	2.2	4-6.5
PVC	1.2	1.6	1.8	3.2-5.8
ص	0.85	1.54	1.75	2.4-3.2
الكمبيوتر الشخصي	0.95	1.8	2.3	3-4.5
بوم	0.8	1.4	1.6	3.2-5.4
القيمة المطلقة	0.8	1	2.3	3.2-6

العوامل التي تؤثر على اختيار سمك الجدار

1. خصائص المواد البلاستيكية

• معدل الانكماش

• السيولة أثناء صب الحقن

2. تحملت القوى الخارجية

• تتطلب القوى الأكبر جدران أكثر سمكا

• النظر في الأجزاء المعدنية أو فحص القوة للحالات الخاصة

3. لوائح السلامة

• متطلبات مقاومة الضغط

• معايير القابلية للاشتعال

تعزيز الأضلاع

يعزز تعزيز الأضلاع القوة دون زيادة سمك الجدار بشكل عام ، ومنع تشوه المنتج ، وتحسين السلامة الهيكلية.

إرشادات التصميم لتعزيز الأضلاع

• سمك: 0.5-0.75 مرة سماكة الجدار (الموصى بها: <0.6 مرة)

• الارتفاع: أقل من 3 مرات سمك الجدار

• التباعد: أكبر من 4 مرات سمك الجدار

جوانب تصميم التعزيز تحتاج إلى الاهتمام

1. تجنب تراكم المواد عند تقاطعات الأضلاع

2. الحفاظ على العمودية للجدران الخارجية

3. تقليل الأضلاع المعززة على المنحدرات الحادة

4. النظر في ظهور علامات الحوض

زوايا مسودة

تسهل زوايا المسودة إزالة الجزء السهل من القوالب ، وضمان الإنتاج السلس والأجزاء عالية الجودة.

مسودة زوايا موصى بها لمواد مختلفة من

مواد المادة	الأساسي	تجويف القالب
القيمة المطلقة	35'-1 °	40'-1 ° 20 '
ملاحظة	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
الكمبيوتر الشخصي	30'-50 '	35'-1 °
ص	25'-50 '	30'-1 °
PE	20'-45 '	25'-45 '
PMMA	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
بوم	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
السلطة الفلسطينية	20'-40 '	25'-40 '
فيروس الورم الحليمي البشري	50'-1 ° 45 '	50'-2 درجة
SPV	25'-50 '	30'-1 °
CP	20'-45 '	25'-45 '

جوانب اختيار الزاوية التي تحتاج إلى الاهتمام

1. اختر زوايا أصغر للأسطح اللامعة والأجزاء عالية الدقة

2. استخدم زوايا أكبر للأجزاء ذات معدلات الانكماش العالية

3. زيادة المسودة للأجزاء الشفافة لمنع الخدوش

4. اضبط الزاوية بناءً على عمق الملمس للأسطح المحكم

ص الزوايا (زوايا مدورة)

الزوايا المستديرة تقلل من تركيز الإجهاد ، وتسهيل التدفق البلاستيكي ، وتخفيف التخلص.

إرشادات التصميم لزوايا r

• دائرة نصف قطر الزاوية الداخلية: من 0.50 إلى 1.50 مرة سماكة المادة

• الحد الأدنى نصف القطر: 0.30 مم

• الحفاظ على سمك الجدار الموحد عند تصميم الزوايا المستديرة

• تجنب الزوايا المستديرة على أسطح فراق العفن

• استخدم دائرة نصف قطرها الحد الأدنى 0.30 مم للحواف لمنع الخدش

ثقوب

تخدم الثقوب وظائف مختلفة في المنتجات البلاستيكية وتتطلب مراعاة بعناية في التصميم.

متطلبات التصميم للثقوب

• المسافة بين الثقوب (أ): ≥ d (قطر الفتحة) إذا كان d <3.00mm ؛ ≥ 0.70D إذا د> 3.00MM

• المسافة من حفرة إلى حافة (ب): ≥ د

العلاقة بين قطر الثقب والعمق

• عمق الثقب الأعمى (أ): ≤ 5D (موصى به A <2d)

• عمق الثقب (ب): ≤ 10d

اعتبارات تصميم أنواع الثقب الخاصة

1. ثقوب الخطوة: استخدم ثقوبًا متعددة متصلية ذات أقطار مختلفة

2. الثقوب الزاوية: محاذاة المحور مع اتجاه فتح القالب عندما يكون ذلك ممكنًا

3. الثقوب الجانبية والمسافات البادئة: النظر في هياكل السحب الأساسية أو تحسينات التصميم

الرؤساء

يوفر الرؤساء نقاط التجميع ، ودعم الأجزاء الأخرى ، وتعزيز النزاهة الهيكلية.

إرشادات التصميم الأساسية للرؤساء

• الارتفاع: ≤ 2.5 مرة قطره رئيس

• استخدم أضلاع التعزيز أو إرفاق الجدران الخارجية عند الإمكان

• تصميم لتدفق البلاستيك السلس وتوضيح السهل

نقاط التصميم للمواد المختلفة

• ABS: القطر الخارجي ≈ 2x القطر الداخلي ؛ استخدم الأضلاع المبللة لتقوية

• PBT: تصميم قاعدة على مفهوم الضلع ؛ الاتصال بالجدران الجانبية عند الإمكان

• الكمبيوتر الشخصي: رؤساء جانب التعشيق مع الأضلاع. استخدام للتجميع والدعم

• ملاحظة: إضافة أضلاع لتقوية ؛ تواصل بالجدران الجانبية عندما تكون في مكان قريب

• PSU: القطر الخارجي ≈ 2x القطر الداخلي ؛ الارتفاع ≤ 2x القطر الخارجي

إدراج

إدراج تعزيز الوظائف ، وتوفير عناصر زخرفية ، وتحسين خيارات التجميع في الأجزاء البلاستيكية.

الشكل والمتطلبات الهيكلية للإدراج

1. التصنيع: متوافق مع عمليات القطع أو الختم

2. القوة الميكانيكية: المواد والأبعاد الكافية

3. قوة الترابط: ميزات سطحية كافية للتوصل الآمن

4. تحديد المواقع: أسطواني تمديد الأجزاء لسهولة وضع العفن

5. الوقاية من الفلاش: قم بتضمين هياكل ختم رئيسه

6. ما بعد المعالجة: تصميم للعمليات الثانوية (الخيوط ، القطع ، الحواف)

اعتبارات التصميم عند استخدام الإدراج

• ضمان تحديد موقع دقيق داخل القوالب

• إنشاء اتصالات قوية مع أجزاء مصبوب

• منع تسرب البلاستيك حول الإدراج

• النظر في الاختلافات التوسع الحراري بين الإدراج والمواد البلاستيكية

ملمس سطح المنتج وتصميم النص/النمط

القوام السطحية للمنتجات البلاستيكية

يمكن تصميم أسطح المنتجات البلاستيكية باستخدام مختلف القوام لتعزيز الجماليات والوظائف وتجربة المستخدم. تشمل القوام السطحي الشائع:

1. سلس

2. ضاعف

3. منقوش محفور

4. منقوش

أسطح ناعمة

الأسطح الملساء ناتجة عن أسطح العفن المصقولة. يقدمون:

• مظهر نظيف وأنيق

• أسهل جزء من القالب

• متطلبات زاوية المسودة المنخفضة

الأسطح المحفوفة بالضاعفة

تم إنشاؤها من خلال معالجة EDM النحاسية لتجويف القالب ، وتوفير الأسطح المحفورة المفعمة بالحيوية:

• ملمس فريد من نوعه

• قبضة تحسين

• انخفاض وضوح العيوب السطحية

أسطح محفورة منقوشة

تتميز هذه الأسطح بأنماط مختلفة محفورة في تجويف القالب ، وتقدم:

• تصميمات قابلة للتخصيص

• تمايز المنتج المحسن

• تحسن خصائص اللمس

الأسطح المحفورة

يتم إنشاء الأسطح المحفورة بواسطة أنماط تصنيع مباشرة في القالب ، مما يسمح بـ:

• قوام عميقة ومتميزة

• تصميمات معقدة

• متانة ميزات السطح

مسودة اعتبارات الزاوية للأسطح المحكم

عند تصميم الأسطح المحكم ، فكر في زيادة زوايا المسودة لتسهيل الطرد الجزئي: موصى

بعمق النسيج	زاوية مسودة إضافية
0.025 مم	1 °
0.050 مم	2 °
0.075 مم	3 °
> 0.100 مم	4-5 °

تصميم النص والأنماط

غالبًا ما تتضمن المنتجات البلاستيكية نصًا وأنماطًا للعلامات التجارية أو التعليمات أو الأغراض الزخرفية. يمكن رفع هذه العناصر أو تراجعها.

أثيرت مقابل الأسطح المريحة

التوصية: استخدم الأسطح المرتفعة للنص والأنماط عندما يكون ذلك ممكنًا.

فوائد الأسطح المرتفعة:

• معالجة القالب المبسطة

• صيانة القالب أسهل

• تعزيز الوضوح

للتصميمات التي تتطلب ميزات التدفق أو المريح:

1. إنشاء منطقة راحة

2. رفع النص أو النمط داخل العطلة

3. الحفاظ على المظهر الكلي للتدفق مع تبسيط تصميم العفن

أبعاد النص والنمط

ميزة	البعد الموصى بها
الارتفاع/العمق	0.15 - 0.30 مم (مرفوع)
	0.15 - 0.25 مم (راحة)

مواصفات حجم النص

اتبع هذه الإرشادات لتصميم النص الأمثل:

• عرض السكتة الدماغية (أ): ≥ 0.25 مم

• التباعد بين الشخصيات (ب): ≥ 0.40 مم

• المسافة من أحرف إلى حافة (ج ، د): ≥ 0.60 مم

اعتبارات نصية/نصية إضافية

1. تجنب زوايا حادة في النص أو الأنماط

2. تأكد من أن الحجم مواتية لعملية صب

3. النظر في تأثير النص/النمط على قوة الجزء العام

4. تقييم تأثير النص/النمط على تدفق المواد أثناء صب

اعتبارات التصميم الهيكلي الإضافي

مبادئ تصميم هيكل التعزيز

تلعب هياكل التعزيز دورًا حاسمًا في تعزيز الأداء العام للمنتجات البلاستيكية. أنها تعمل بشكل كبير على تحسين القوة والتصلب والاستقرار الأبعاد.

الأهداف الرئيسية لتصميم التعزيز:

1. تعزيز القوة

2. تحسين الصلابة

3. الوقاية من تزييف

4. تقليل التشوه

تحديد المواقع بشكل صحيح وتغيير حجم التعزيزات:

• سمك الجدار: 0.4-0.6 مرة سمك الجسم الرئيسي

• التباعد:> 4 مرات سمك الجسم الرئيسي

• الارتفاع: <3 مرات سمك الجسم الرئيسي

• تعزيز عمود المسمار: لا يقل عن 1.0 مم أسفل سطح العمود

• التعزيز العام: الحد الأدنى 1.0 مم أسفل سطح الجزء أو خط الفراق

تقنيات التعزيز المتقدمة:

1. أشرطة التعزيز غير المتوازنة لمنع تراكم المواد

2. الهياكل المجوفة عند تقاطعات التعزيز

3. التصاميم القائمة على التوتر للتعزيزات النحيلة

تجنب تركيز الإجهاد

يمكن أن يؤثر تركيز الإجهاد بشكل كبير على السلامة الهيكلية وطول العمر للمنتجات البلاستيكية. تقنيات التصميم المناسبة يمكن أن تخفف من هذه المشكلات.

أهمية تجنب الزوايا الحادة:

• انخفاض قوة الجزء

• زيادة خطر بدء الكراك

• إمكانية الفشل المبكر

تدابير لتقليل تركيز الإجهاد:

1. تشامفيرز

2. زوايا مستديرة

3. منحدرات لطيفة للتحولات

4. تجويف داخلي في زوايا حادة

التقنية	الوصف	فائدة
تشامفيرز	حواف مشطوفة	توزيع الإجهاد التدريجي
زوايا مستديرة	التحولات المنحنية	يزيل نقاط الإجهاد الحادة
منحدرات لطيفة	يتغير السماكة التدريجية	حتى توزيع الإجهاد
جوفاء الداخل	إزالة المواد في الزوايا	تقليل الإجهاد الموضعي

تصميم زوايا مسودة مناسبة

مسودة الزوايا ضرورية لطرد جزئي ناجح من القوالب. أنها تؤثر بشكل كبير على جودة الجزء وكفاءة الإنتاج.

مبادئ تحديد زوايا المسودة:

1. استخدم زوايا العدد الكاملة (على سبيل المثال ، 0.5 درجة ، 1 درجة ، 1.5 درجة)

2. الزوايا الخارجية> الزوايا الداخلية

3. تعظيم الزوايا دون المساس بالمظهر

العوامل التي تؤثر على مسودة حجم زاوية:

• جزء العمق

• الانتهاء من السطح

• معدل انكماش المواد

• عمق الملمس

نقاط تصميم زاوية المسودة لمواد مختلفة:

المواد	مجموعة زاوية مسودة موصى بها
القيمة المطلقة	0.5 ° - 1 °
الكمبيوتر الشخصي	1 ° - 1.5 °
ص	0.5 ° - 1 °
ملاحظة	0.5 ° - 1 °
حيوان أليف	1 ° - 1.5 °

التصميم الهيكلي من منظور بنية القالب

تصميم العفن الفعال أمر بالغ الأهمية لإنتاج الأجزاء البلاستيكية الناجحة. النظر في هذه الجوانب لتحسين كل من تصميم الجزء والعفن.

تجنب الهياكل المعقدة:

• تبسيط جزء هندسة

• تقليل عمليات التقويض

• تقليل الإجراءات الجانبية

تجنب هياكل القطع الداخلية:

• القضاء على الميزات التي تتطلب السحب الأساسية المعقدة

• تصميم للوصول إلى خط الانقسام

النظر في متطلبات الإصدار الجانبي:

• السماح مساحة كافية لحركة التمرير

• تصميم أسطح الإغلاق المناسبة

• تحسين اتجاه الجزء في القالب

تصميم للخصائص غير المخلصة للبلاستيك

تظهر العديد من المواد البلاستيكية خصائص غير متجانسة ، والتي تتطلب اعتبارات تصميم خاصة لزيادة الأداء.

محاذاة اتجاه تدفق المواد مع اتجاه الحمل:

• بوابات القالب الشرقية لتعزيز أنماط التدفق المواتية

• النظر في اتجاه الألياف في المواد البلاستيكية المعززة

اتجاه الاتجاه بالنسبة لخطوط الانصهار:

• تصميم للقوات عموديًا أو زاوية لخطوط اللحام

• تجنب القوى الموازية لخطوط الانصهار لمنع الضعف

التصميم الهيكلي من منظور التجميع

يضمن تصميم التجميع الفعال وظائف المنتج وطول العمر وسهولة التصنيع.

تجنب الأحجام الكبيرة مع التحمل الصغير:

• كسر أجزاء كبيرة إلى مكونات أصغر

• استخدم مداخن التسامح المناسبة

تصميم واجهة الترابط:

• إعطاء الأولوية لقوة القص على تمزيق التوتر

• زيادة مساحة سطح الترابط

• النظر في التوافق الكيميائي للمواد اللاصقة

اعتبارات اتصال الترباس للأجزاء البلاستيكية:

• استخدم الإدراج لاتصالات الضغط العالي

• تصميم هياكل رئيس مناسبة

• النظر في اختلافات التمدد الحراري

ملخص

في تصميم المنتجات البلاستيكية ، تعتبر العوامل الهيكلية الرئيسية مثل سمك الجدار ، وأضلاع التعزيز ، والزوايا المسودة ضرورية للمتانة والأداء. من الأهمية بمكان النظر في خصائص المواد وهيكل العفن واحتياجات التجميع خلال العملية. لا يعزز التصميم الهيكلي المناسب وظائف المنتج فحسب ، بل يقلل أيضًا من العيوب وتكاليف التصنيع. من خلال التركيز على عناصر التصميم هذه ، يمكن للمصنعين ضمان أجزاء بلاستيكية عالية الجودة وفعالة من حيث التكلفة تلبي المتطلبات الوظيفية والجمالية.