Структурен дизайн на пластмасови продукти

Пластмасовите продукти са навсякъде, но проектирането им не е просто. Как инженерите балансират силата, разходите и ефективността на производството? Тази статия ще разкрие сложността зад структурния дизайн на пластмасовите продукти. Ще научите ключови фактори, като дебелината на стената, подсилващите ребра и други, които правят трайни, рентабилни пластмасови части.

Характеристики и процедури на структурен дизайн на пластмасовата част

Пластмасовите материали предлагат уникални имоти и многофункционални опции за оформяне, като ги отделят от конвенционалните инженерни материали като стомана, мед, алуминий и дърво. Тази отличителна комбинация от материална композиция и оформяне предоставя на пластмасите по -висока степен на гъвкавост на дизайна в сравнение с техните колеги.

Уникален материал от материала и универсални форми

Разнообразната гама от пластмасови материали, всеки със своите специфични свойства, позволява на дизайнерите да приспособяват своя избор според изискванията на продукта. Това разнообразие, съчетано със способността да формира пластмаси в сложни форми, дава възможност за създаване на сложни геометрии и функционални характеристики, които биха били предизвикателни или непрактични с други материали.

Обща процедура за дизайн на пластмасова част

За да се използват предимствата на пластмасите и да се осигури оптимален структурен дизайн, е от съществено значение да се следва систематичен подход. Общата процедура за дизайна на пластмасовата част включва няколко ключови етапа:

1. Определете функционалните изисквания и външния вид на продукта:

• Определете предвидените функции на продукта и необходимите функции

• Определете желаната естетическа привлекателност и визуални характеристики

2. Начертайте предварителни дизайнерски рисунки:

• Създайте първоначални скици и CAD модели въз основа на функционалните и естетическите изисквания

• Помислете за свойствата на избрания пластмасов материал по време на процеса на проектиране

3. Прототипиране:

• Произвеждат физически прототипи, използвайки методи като 3D печат или Обработка на ЦПУ

• Оценете функционалността, ергономията и цялостния дизайн на прототипа

4. Тестване на продукта:

• Провеждайте строги тестове за оценка на работата на продукта при различни условия

• Проверете дали дизайнът отговаря на определените функционални изисквания и стандарти за безопасност

5. Дизайн Какалибриране и ревизия:

• Анализирайте резултатите от тестовете и идентифицирайте области за подобрение

• Направете необходимите корекции на дизайна, за да подобрите производителността, надеждността или производството

6. Разработване на важни спецификации:

• Създайте подробни спецификации за крайния продукт, включително размери, допустими отклонения и материална степен

• Уверете се, че спецификациите са в съответствие с производствения процес и стандартите за контрол на качеството

7. Производство на отворена плесен:

• Проектирайте и изработете инжекционната форма въз основа на финализираните спецификации на продукта

• Оптимизирайте дизайна на плесента за ефективен материал, охлаждане и изхвърляне

8. Контрол на качеството:

• Създайте стабилна система за контрол на качеството, за да наблюдавате и поддържате последователността на продукта

• Редовно проверявайте произведените части, за да сте сигурни, че отговарят на определените изисквания

Основни фактори в пластмасовия дизайн на продукта

Дебелина на стената

Дебелината на стената играе решаваща роля в пластмасовия дизайн на продукта. Правилната дебелина гарантира оптимална производителност, производителност и ефективност на разходите.

Препоръчителни стойности на дебелината на стената

Пластмасов материал	Минимален (mm)	Малки части (mm)	Средни части (mm)	Големи части (mm)
Найлон	0.45	0.76	1.5	2.4-3.2
PE	0.6	1.25	1.6	2.4-3.2
Ps	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
Стр	0.85	1.54	1.75	2.4-3.2
PC	0.95	1.8	2.3	3-4.5
Пом	0.8	1.4	1.6	3.2-5.4
ABS	0.8	1	2.3	3.2-6

Фактори, влияещи върху подбора на дебелината на стената

1. Свойства на пластмасови материали

• Степента на свиване

• Течност по време на инжекционно формоване

2. Външните сили издържаха

• По -големите сили изискват по -дебели стени

• Помислете за метални части или проверки на силата за специални случаи

3. Правила за безопасност

• Изисквания за съпротивление на налягането

• Стандарти за запалимост

Подсилване на ребрата

Подсилването на ребрата повишава силата, без да се увеличава общата дебелина на стената, предотвратяване на деформацията на продукта и подобряване на структурната цялост.

Насоки за проектиране за подсилване на ребрата

• Дебелина: 0,5-0,75 пъти обща дебелина на стената (препоръчително: <0,6 пъти)

• Височина: По -малко от 3 пъти дебелина на стената

• Разстояние: По -голямо от 4 пъти дебелина на стената

Аспекти на дизайна на усилването, нуждаещи се от внимание

1. Избягвайте натрупването на материал при ребрата на ребрата

2. Поддържайте перпендикулярността на външните стени

3. Минимизиране на подсилващите ребра на стръмни склонове

4. Помислете за въздействието на оценките на външния вид

Ъгли на чернова

Ъглите на черновата улесняват лесното отстраняване на частта от форми, осигурявайки гладко производство и висококачествени части.

Препоръчителни ъгли на черновата за различни материали

Материални	ядрени	кухини от плесенна кухина
ABS	35'-1 °	40'-1 ° 20 '
Ps	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
PC	30'-50 '	35'-1 °
Стр	25'-50 '	30'-1 °
PE	20'-45 '	25'-45 '
PMMA	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
Пом	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
PA	20'-40 '	25'-40 '
HPVC	50'-1 ° 45 '	50'-2 °
Spv	25'-50 '	30'-1 °
Cp	20'-45 '	25'-45 '

Аспекти на избора на ъгъл на черновата, нуждаещи се от внимание

1. Изберете по-малки ъгли за лъскави повърхности и части с висока точност

2. Използвайте по -големи ъгли за части с високи скорости на свиване

3. Увеличете черновата за прозрачни части, за да предотвратите драскотини

4. Регулирайте ъгъла въз основа на дълбочината на текстурата за текстурирани повърхности

R ъгли (заоблени ъгли)

Заоблените ъгли намаляват концентрацията на напрежението, улесняват пластичния поток и улесняват разрушаването.

Насоки за проектиране на R ъгли

• Вътрешен радиус на ъгъла: 0,50 до 1,50 пъти дебелина на материала

• Минимален радиус: 0,30 мм

• Поддържайте еднаква дебелина на стената при проектиране на заоблени ъгли

• Избягвайте заоблените ъгли на повърхности за разделителна способност

• Използвайте минимум 0,30 мм радиус за ръбовете, за да предотвратите надраскване

Дупки

Дупките обслужват различни функции в пластмасовите продукти и изискват внимателно разглеждане на дизайна.

Изисквания за проектиране на дупки

• Разстояние между дупките (A): ≥ D (диаметър на отвора), ако D <3,00 mm; ≥ 0,70d, ако d> 3,00 mm

• Разстояние от отвора до ръба (B): ≥ D

Връзка между диаметъра на дупката и дълбочината

• Дълбочина на слепия отвор (A): ≤ 5D (препоръчително A <2d)

• Дълбочина на отвора (B): ≤ 10d

Дизайнерски съображения за специални видове дупки

1. Стъпални дупки: Използвайте множество коаксиално свързани дупки с различни диаметри

2. Ъглови дупки: Подравнете ос с посока на отваряне на плесен, когато е възможно

3. Странични дупки и вдлъбнатини: Помислете за дърпане на ядро ​​или подобрения на дизайна

Шефове

Шефовете осигуряват монтажни точки, поддържат други части и подобряват структурната цялост.

Основни указания за дизайн на шефовете

• Височина: ≤ 2,5 пъти диаметър на шефа

• Използвайте армировъчни ребра или прикрепете към външните стени, когато е възможно

• Дизайн за гладък пластмасов поток и лесно разрушаване

Дизайнерски точки за различни материали

• ABS: Външен диаметър ≈ 2x вътрешен диаметър; Използвайте скосени ребра за укрепване

• PBT: Базов дизайн на ребрата концепция; Свържете се със страничните стени, когато е възможно

• PC: Заключване на странични шефове с ребра; Използвайте за сглобяване и поддръжка

• PS: Добавете ребра за укрепване; Свържете се със страничните стени, когато наблизо

• PSU: Външен диаметър ≈ 2x вътрешен диаметър; височина ≤ 2x външен диаметър

Вложки

Вмъкванията подобряват функционалността, осигуряват декоративни елементи и подобряват опциите за сглобяване в пластмасови части.

Форма и структурни изисквания за вложки

1. Производимост: Съвместим с процесите на рязане или щамповане

2. Механична сила: Достатъчен материал и размери

3. Якост на свързване: адекватни характеристики на повърхността за сигурно закрепване

4. Позициониране: Цилиндрични разширяващи се порции за лесно поставяне на плесен

5. Профилактика на светкавицата: Включете структурите за запечатване на шефове

6. След обработка: Дизайн за вторични операции (резба, рязане, фланциране)

Проектирани съображения при използване на вложки

• Осигурете прецизно позициониране във форми

• Създайте силни връзки с формовани части

• Предотвратяване на изтичане на пластмаса около вложки

• Помислете за разликите в термичното разширяване между вложката и пластмасовия материал

Текстура на повърхността на продукта и дизайн на текст/модел

Повърхностни текстури за пластмасови продукти

Пластмасовите повърхности на продукта могат да бъдат проектирани с различни текстури за подобряване на естетиката, функционалността и потребителското изживяване. Общите текстури на повърхността включват:

1. Гладко

2. Искряща

3. Оформени оформени

4. Гравиран

Гладки повърхности

Гладките повърхности са резултат от полирани повърхности на плесен. Те предлагат:

• Чист, елегантен външен вид

• По -лесно изхвърляне на част от формата

• Изисквания за по -нисък ъгъл на черновата

Искрящи повърхности

Създадена чрез медна EDM обработка на кухината на формата, искритите повърхности осигуряват:

• Уникална, фина текстура

• Подобрено сцепление

• Намалена видимост на повърхностните несъвършенства

Шарени ецувани повърхности

Тези повърхности се отличават с различни модели, вградени в кухината на формата, предлагайки:

• Персонализирани дизайни

• Подобрена диференциация на продукта

• Подобрени тактилни свойства

Гравирани повърхности

Гравираните повърхности се създават чрез директно обработка на модели във формата, което позволява:

• Дълбоки, отчетливи текстури

• Сложни дизайни

• Издръжливост на повърхностните характеристики

Съображения на ъгъла на чернова за текстурирани повърхности

Когато проектирате текстурирани повърхности, помислете за увеличаване на ъглите на черновата, за да улесните изхвърлянето на част:

дълбочина на текстурата	Препоръчва се допълнителен ъгъл на черновата
0,025 mm	1 °
0,050 mm	2 °
0,075 mm	3 °
> 0,100 mm	4-5 °

Текст и дизайн на модел

Пластмасовите продукти често включват текст и модели за брандиране, инструкции или декоративни цели. Тези елементи могат да бъдат повдигнати или вдлъбнати.

Повдигнати срещу вдлъбнати повърхности

Препоръка: Използвайте повдигнати повърхности за текст и модели, когато е възможно.

Предимства на повдигнатите повърхности:

• Опростена обработка на плесен

• По -лесна поддръжка на плесен

• Подобрена четливост

За дизайни, изискващи промити или вдлъбнати функции:

1. Създайте вдлъбнато зона

2. Повдигнете текст или модел в рамките на вдлъбнатината

3. Поддържайте общия външен вид на промиването, като същевременно опростявате дизайна на плесента

Текст и размери на модела

Функция	Препоръчително измерение
Височина/дълбочина	0,15 - 0,30 mm (повдигнато)
	0,15 - 0,25 mm (вдлъбнати)

Спецификации за размер на текста

Следвайте тези указания за оптимален дизайн на текст:

• Ширина на хода (A): ≥ 0,25 mm

• Разстояние между знаци (B): ≥ 0,40 mm

• Разстояние от знаци до ръб (C, D): ≥ 0,60 mm

Допълнителни съображения за дизайн на текст/модел

1. Избягвайте остри ъгли в текст или модели

2. Уверете се, че размерът е благоприятен за процеса на формоване

3. Помислете за въздействието на текста/модела върху силата на общата част

4. Оценете ефекта на текста/модела върху материалния поток по време на формоването

Допълнителни съображения за структурен дизайн

Принципи на дизайн на структурата на подсилването

Укрепващите структури играят решаваща роля за повишаване на цялостната производителност на пластмасовите продукти. Те значително подобряват здравината, сковаността и стабилността на размерите.

Основни цели на дизайна на усилването:

1. Подобряване на силата

2. Подобряване на сковаността

3. Превенция на изкривяване

4. Намаляване на деформацията

Правилно позициониране и оразмеряване на подкрепления:

• Дебелина на стената: 0,4-0,6 пъти основна дебелина на тялото

• Разстояние:> 4 пъти основна дебелина на тялото

• Височина: <3 пъти основна дебелина на тялото

• Армиране на винтовите колони: Най -малко 1,0 мм под повърхността на колоната

• Обща армировка: Минимум 1,0 мм под повърхността на частта или граничната линия

Усъвършенствани техники за подсилване:

1. Неудобни армировъчни барове, за да се предотврати натрупването на материали

2. Кухи структури при армировъчни кръстовища

3. Проекти на базата на напрежение за стройни подкрепления

Избягване на концентрацията на напрежението

Концентрацията на стрес може значително да повлияе на структурната цялост и дълголетието на пластмасовите продукти. Правилните техники за проектиране могат да смекчат тези проблеми.

Значение на избягването на остри ъгли:

• Намалена сила на частта

• Повишен риск от започване на пукнатина

• Потенциал за преждевременна повреда

Мерки за намаляване на концентрацията на напрежението:

1. Каца

2. Заоблени ъгли

3. Нежни склонове за преходи

4. Вътрешно издълбаване на остри ъгли

техниката	Описание на	Полза
Каца	Скосени ръбове	Постепенно разпределение на напрежението
Заоблени ъгли	Извити преходи	Елиминира острите стресови точки
Нежни склонове	Постепенната дебелина се променя	Дори разпределение на напрежението
Вътрешно куха	Отстраняване на материали в ъглите	Локализирано намаляване на напрежението

Проектиране на подходящи ъгли на черновата

Ъглите на черновата са от съществено значение за успешното изхвърляне на част от формите. Те значително влияят на качеството на части и ефективността на производството.

Принципи за определяне на черновите ъгли:

1. Използвайте ъгли на целия номер (напр. 0,5 °, 1 °, 1,5 °)

2. Външни ъгли> Вътрешни ъгли

3. Максимизирайте ъглите, без да се компрометира външния вид

Фактори, влияещи върху размера на ъгъла на черновата:

• Дълбочина на частта

• Повърхностно покритие

• Степента на свиване на материала

• Дълбочина на текстурата

Точки за проектиране на ъгъла на черновата за различни материали: Препоръчан от

материали	обхват на ъгъла на черновата
ABS	0,5 ° - 1 °
PC	1 ° - 1,5 °
Стр	0,5 ° - 1 °
Ps	0,5 ° - 1 °
Домашен любимец	1 ° - 1,5 °

Структурен дизайн от гледна точка на структурата на плесени

Ефективният дизайн на плесен е от решаващо значение за успешното производство на пластмасова част. Помислете за тези аспекти, за да оптимизирате както частта, така и дизайна на плесени.

Избягване на сложни структури:

• Опростете геометрията на частта

• Намалете подбиванията

• Минимизиране на страничните действия

Избягване на вътрешни структури за рязане:

• Елиминирайте функции, изискващи сложни дърпания на сърцевината

• Дизайн за достъпност на разделена линия

Като се имат предвид изискванията за странично освобождаване:

• Позволете достатъчно място за движение на плъзгачи

• Проектиране на подходящи повърхности за изключване

• Оптимизирайте ориентацията на части във формата

Проектиране за неизотропни характеристики на пластмасите

Много пластмаси проявяват неизотропни свойства, изискващи специални съображения за проектиране, за да се увеличи максимално производителността.

Подравняване на посоката на потока на материала с посока на носене:

• Ориентирайте порти на плесени, за да насърчават благоприятните модели на потока

• Помислете за ориентация на фибри в подсилена пластмаса

Посока на силата спрямо линиите на синтез:

• Дизайн за сили перпендикулярни или ъгъл на заваръчни линии

• Избягвайте паралелните сили към линиите на сливане, за да предотвратите слабостта

Структурен дизайн от гледна точка на сглобяването

Ефективният дизайн на монтажа гарантира функционалността на продукта, дълголетието и лекотата на производство.

Избягване на големи размери с малки допустими отклонения:

• Разбийте големи части на по -малки компоненти

• Използвайте подходящи стекове за толеранс

Дизайн на интерфейс за свързване:

• Приоритизирайте силата на срязване над съкрушителното напрежение

• Увеличаване на повърхността на свързване

• Помислете за химическа съвместимост на лепилата

Съображения за връзка с болта за пластмасови части:

• Използвайте вложки за връзки с висок стрес

• Проектиране на подходящи структури на шефа

• Помислете за разликите в термичното разширяване

Резюме

При пластмасовия дизайн на продукта ключовите структурни фактори като дебелината на стената, подсилващите ребра и ъглите на черновата са от съществено значение за издръжливостта и производителността. От решаващо значение е да се вземат предвид свойствата на материала, структурата на плесен и нуждите на сглобяването през целия процес. Правилният структурен дизайн не само повишава функционалността на продукта, но също така намалява дефектите и производствените разходи. Като се съсредоточат върху тези дизайнерски елементи, производителите могат да осигурят висококачествени, рентабилни пластмасови части, които отговарят както на функционалните, така и естетическите изисквания.