Plastové výrobky jsou všude, ale jejich navrhování není jednoduché. Jak vyvažují inženýři sílu, náklady a efektivitu výroby? Tento článek odhalí složitost strukturálního designu plastových výrobků. Naučíte se klíčové faktory, jako je tloušťka stěny, výztužná žebra a další, které vytvářejí odolné, nákladově efektivní plastové díly.
Charakteristiky a postupy strukturálního designu plastů
Plastové materiály nabízejí jedinečné vlastnosti a všestranné možnosti tvarování a odlišují je od konvenčních technických materiálů, jako je ocel, měď, hliník a dřevo. Tato výrazná kombinace složení materiálu a formovatelnosti poskytuje plasty vyšší stupeň flexibility designu ve srovnání s jejich protějšky.
Jedinečné složení materiálu a všestranné tvary
Rozmanitá řada plastových materiálů, z nichž každá má specifické vlastnosti, umožňuje návrhářům přizpůsobit svůj výběr podle požadavků produktu. Tato odrůda spojená se schopností formovat plasty do složitých tvarů, umožňuje vytvoření složitých geometrií a funkčních rysů, které by byly náročné nebo nepraktické s jinými materiály.
Obecný postup pro design plastových dílů
Pro využití výhod plastů a zajištění optimálního strukturálního designu je nezbytné sledovat systematický přístup. Obecný postup pro návrh plastových součástí zahrnuje několik klíčových fází:
Určete funkční požadavky a vzhled produktu:
Nakreslete předběžné výkresy designu:
Prototyping:
Produkovat fyzické prototypy pomocí metod, jako je 3D tisk nebo CNC obrábění
Vyhodnoťte funkčnost prototypu, ergonomii a celkový design
Testování produktů:
Provádět přísné testy k posouzení výkonu produktu za různých podmínek
Ověřte, zda návrh splňuje stanovené funkční požadavky a bezpečnostní standardy
Návrh rekalibrace a revize:
Analyzujte výsledky testů a identifikujte oblasti pro zlepšení
Proveďte nezbytné úpravy designu pro zvýšení výkonu, spolehlivosti nebo výroby
Vypracovat důležité specifikace:
Vytvořte podrobné specifikace pro konečný produkt, včetně rozměrů, tolerance a materiálu
Zajistěte, aby specifikace byly v souladu s výrobním procesem a standardy kontroly kvality
Otevřená výroba plísní:
Navrhněte a vyrobí injekční formu na základě finalizovaných specifikací produktu
Optimalizujte návrh plísní pro efektivní tok materiálu, chlazení a vyhazování
Kontrola kvality:
Vytvořte robustní systém kontroly kvality pro sledování a udržování konzistence produktu
Pravidelně kontrolujte vyrobené díly, abyste zajistili, že splňují stanovené požadavky
Základní faktory ve strukturálním designu plastových produktů
Tloušťka stěny
Tloušťka stěny hraje klíčovou roli v designu plastového produktu. Správná tloušťka zajišťuje optimální výkon, výrobu a efektivitu náklady.
Doporučené hodnoty tloušťky stěny
| plastového materiálu (mm) | Minimum | Malé části (mm) | Střední části (mm) | Velké části (mm) |
| Nylon | 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 |
| Pp | 0.85 | 1.54 | 1.75 | 2.4-3.2 |
| PC | 0.95 | 1.8 | 2.3 | 3-4,5 |
| POM | 0.8 | 1.4 | 1.6 | 3.2-5.4 |
| Abs | 0.8 | 1 | 2.3 | 3.2-6 |
Faktory ovlivňující výběr tloušťky stěny
Vlastnosti plastového materiálu
Vnější síly vydržely
Bezpečnostní předpisy
Výztužná žebra
Vyztužená žebra zvyšují sílu bez zvyšování celkové tloušťky stěny, zabraňují deformaci produktu a zlepšují strukturální integritu.
Pokyny pro návrh pro zesílení žeber
Tloušťka: 0,5-0,75krát celková tloušťka stěny (doporučené: <0,6krát)
Výška: Méně než 3krát tloušťka stěny
Rozestup: větší než 4krát tloušťka stěny
Aspekty návrhu na zesílení vyžadující pozornost
Vyvarujte se akumulace materiálu na křižovatkách žebra
Udržujte kolmé na vnější stěny
Minimalizujte vyztužená žebra na strmých svazích
Zvažte vzhled dopadu umyvadel
Úhly ponoru
Kontační úhly usnadňují snadné odstranění dílů z forem, zajišťují hladkou výrobu a vysoce kvalitní díly.
Doporučené tahové úhly pro různé materiály
| Materiály | plísní | plísní dutina |
| Abs | 35'-1 ° | 40'-1 ° 20 ' |
| Ps | 30'-1 ° | 35'-1 ° 30 ' |
| PC | 30'-50 ' | 35'-1 ° |
| Pp | 25'-50 ' | 30'-1 ° |
| PE | 20'-45 ' | 25'-45 ' |
| PMMA | 30'-1 ° | 35'-1 ° 30 ' |
| POM | 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 ' |
Aspekty výběru úhlu ponoru vyžadují pozornost
Vyberte menší úhly pro lesklé povrchy a vysoce přesné části
Použijte větší úhly pro díly s vysokou rychlostí smršťování
Zvyšte koncepty pro průhledné části, abyste zabránili poškrábání
Upravte úhel na základě hloubky textury pro texturované povrchy
R Corners (zaoblené rohy)
Zaoblené rohy snižují koncentraci napětí, usnadňují tok plastu a usnadňují demontáž.
Pokyny pro návrh pro R za rohy
Vnitřní poloměr rohu: 0,50 až 1,50krát tloušťka materiálu
Minimální poloměr: 0,30 mm
Při navrhování zaoblených rohů udržujte rovnoměrnou tloušťku stěny
Vyvarujte se zaoblených rohů na povrchů odloučení plísní
Pro okraje použijte minimální poloměr 0,30 mm, abyste zabránili poškrábání
Díry
Otvory slouží různým funkcím v plastových výrobcích a vyžadují pečlivé zvážení designu.
Požadavky na návrh pro díry
Vzdálenost mezi otvory (A): ≥ d (průměr otvoru), pokud d <3,00 mm; ≥ 0,70d, pokud d> 3,00 mm
Vzdálenost od díry k okraji (b): ≥ d
Vztah mezi průměrem díry a hloubkou
Úvahy o designu pro speciální typy díry
Krokové otvory: Použijte více koaxiálně připojených otvorů různých průměrů
Úhlové otvory: Pokud je to možné, zarovnejte osu se směrem otevírání formy
Boční otvory a odsazení: Zvažte struktury tahání jádra nebo vylepšení designu
Šéfové
Šéfové poskytují body montáže, podporují další části a zvyšují strukturální integritu.
Základní pokyny pro návrh pro šéfy
Výška: ≤ 2,5krát průměr šéfa
Pokud je to možné, použijte výztuže nebo připevněte k vnějším stěnám
Návrh pro hladký plastový průtok a snadné demontáž
Návrhové body pro různé materiály
ABS: vnější průměr ≈ 2x vnitřní průměr; K posílení použijte zkosená žebra
PBT: Základní design na konceptu RIB; Pokud je to možné
PC: blokovací boční šéfy s žebrami; Použití pro montáž a podporu
PS: Přidejte žebra pro posilování; Připojte se k boční stěně, když jsou poblíž
PSU: vnější průměr ≈ 2x vnitřní průměr; výška ≤ 2x vnější průměr
Vložky
Vkládá vložení funkce, poskytuje dekorativní prvky a zlepšuje možnosti montáže v plastových dílech.
Tvar a strukturální požadavky na přílohy
Výroba: Kompatibilní s procesy řezání nebo razítka
Mechanická síla: Dostatečný materiál a rozměry
Síla lepení: Přiměřené povrchové prvky pro zabezpečené připojení
Umístění: válcové prodlužující porce pro snadné umístění plísní
Prevence záblesku: Zahrňte těsnicí struktury šéfa
Následující zpracování: Návrh sekundárních operací (závitu, řezání, příruba)
Při použití vložek navrhujte úvahy
Zajistěte přesné umístění ve formách
Vytvářejte silná spojení s formovanými částmi
Zabraňte úniku plastu kolem vložek
Zvažte rozdíly v tepelné rozšiřování mezi vložkou a plastovým materiálem
Textura povrchu produktu a návrh textu/vzorů
Povrchové textury pro plastové výrobky
Plastové povrchy produktu mohou být navrženy s různými texturami pro zvýšení estetiky, funkčnosti a uživatelského prostředí. Mezi textury společného povrchu patří:
Hladký
Spark-Etdered
Vzorované leptané
Ryté
Hladké povrchy
Hladké povrchy jsou výsledkem leštěných povrchů plísní. Nabízejí:
Sparkové povrchy
Vytvořeno zpracováním měděné EDM zpracování dutiny formy, jiskřivé povrchy poskytují:
Vzorované leptané povrchy
Tyto povrchy mají různé vzory leptané do dutiny formy a nabízejí:
Ryté povrchy
Ryté povrchy jsou vytvářeny přímými vzory obrábění do formy, což umožňuje:
Úvahy úhlu ponoru pro texturované povrchy
Při navrhování texturovaných povrchů zvažte zvýšení úhlů návrhu, abyste usnadnili vysunutí části:
| hloubka textury | doporučila další úhel návrhu |
| 0,025 mm | 1 ° |
| 0,050 mm | 2 ° |
| 0,075 mm | 3 ° |
| > 0,100 mm | 4-5 ° |
Návrh textu a vzorů
Plastové výrobky často zahrnují text a vzory pro branding, pokyny nebo dekorativní účely. Tyto prvky mohou být buď zvednuty nebo zapuštěny.
Zvednuté vs. zapuštěné povrchy
Doporučení: Pokud je to možné, použijte zvýšené povrchy pro text a vzory.
Výhody zvýšených povrchů:
Pro návrhy vyžadující splachování nebo zapuštěné funkce:
Vytvořte zapuštěnou oblast
Zvyšte text nebo vzorec v rámci výklenku
Udržujte celkový vzhled pro splachování a zjednodušuje design plísní
Rozměry textu a vzoru
| mají | doporučenou dimenzi |
| Výška/hloubka | 0,15 - 0,30 mm (zvednuté) |
| 0,15 - 0,25 mm (zapuštěné) |
Specifikace velikosti textu
Postupujte podle těchto pokynů pro optimální návrh textu:
Šířka mrtvice (A): ≥ 0,25 mm
Roztečky mezi znaky (b): ≥ 0,40 mm
Vzdálenost od znaků k okraji (C, D): ≥ 0,60 mm
Další úvahy o návrhu textu/vzoru
Vyvarujte se ostrých úhlů v textu nebo vzorcích
Zajistěte, aby velikost vedlo k procesu formování
Zvažte dopad textu/vzoru na celkovou sílu součásti
Vyhodnoťte vliv textu/vzoru na tok materiálu během formování
Další úvahy o strukturálním designu
Zásady návrhu zesílení struktury
Při zvyšování celkového výkonu plastových výrobků hrají výztužnou strukturu. Významně zlepšují pevnost, tuhost a rozměrovou stabilitu.
Klíčové cíle návrhu vyztužení:
Zvýšení síly
Zlepšení tuhosti
Prevence deformace
Snížení deformace
Správné umístění a velikost posílení:
Tloušťka stěny: 0,4-0,6krát hlavní tloušťka těla
Spacing:> 4krát hlavní tloušťka těla
Výška: <3krát hlavní tloušťka těla
Vyztužení sloupce šroubu: Alespoň 1,0 mm pod povrchem sloupce
Obecná výztuž: Minimálně 1,0 mm pod část povrchu nebo rozdělení
Pokročilé techniky výztuže:
Nesprávně zarovnané výztužné tyče, aby se zabránilo hromadění materiálu
Duté struktury na křižovatkách vyztužení
Napětí založené na tendenci pro štíhlé posílení
Vyhýbání se koncentraci napětí
Koncentrace stresu může významně ovlivnit strukturální integritu a životnost plastových výrobků. Správné návrhové techniky mohou tyto problémy zmírnit.
Důležitost vyhýbání se ostrým rohům:
Opatření ke snížení koncentrace napětí:
Komoly
Zaoblené rohy
Jemné svahy pro přechody
Vnitřní prohloubení v ostrých rozích
| Technika | Popis | Přínos |
| Komoly | Zkosené hrany | Postupné rozdělení stresu |
| Zaoblené rohy | Zakřivené přechody | Eliminuje ostré stresové body |
| Jemné svahy | Změny postupné tloušťky | Dokonce i rozložení stresu |
| Vnitřní dutina | Odstranění materiálu v rocích | Lokalizované snížení stresu |
Navrhování vhodných úhlů konceptu
Kontační úhly jsou nezbytné pro úspěšné vyhazování součástí z forem. Významně ovlivňují kvalitu díl a efektivitu výroby.
Zásady pro stanovení úhlů návrhů:
Použijte úhly celého čísla (např. 0,5 °, 1 °, 1,5 °)
Vnější úhly> vnitřní úhly
Maximalizovat úhly bez kompromitujícího vzhledu
Faktory ovlivňující velikost úhlu ponoru:
Návrh úhlu konstrukce pro různé materiály:
| Materiál | Doporučený rozsah úhlu ponoru |
| Abs | 0,5 ° - 1 ° |
| PC | 1 ° - 1,5 ° |
| Pp | 0,5 ° - 1 ° |
| Ps | 0,5 ° - 1 ° |
| Pet | 1 ° - 1,5 ° |
Strukturální design z pohledu struktury formy
Efektivní design plísní je zásadní pro úspěšnou výrobu plastových dílů. Zvažte tyto aspekty, abyste optimalizovali design části i plísní.
Vyhýbání se složitým strukturám:
Vyhýbání se vnitřních řezacích strukturách:
S ohledem na požadavky na postranní uvolnění:
Povolte dostatečný prostor pro pohyb posuvníku
Navrhněte vhodné uzavírací povrchy
Optimalizujte orientaci součástí ve formě
Navrhování pro neizotropní vlastnosti plastů
Mnoho plastů vykazuje neizotropní vlastnosti, které vyžadují zvláštní úvahy o designu, aby se maximalizoval výkon.
Zarovnání směru toku materiálu se směrem ložiska zatížení:
Směr síly vzhledem k fúzním liniím:
Design pro síly kolmé nebo šikmé na svařovací linie
Vyvarujte se paralelních sil na fúzní linie, abyste zabránili slabosti
Strukturální design z pohledu montáže
Efektivní návrh sestavy zajišťuje funkčnost produktu, dlouhověkost a snadnou výrobu.
Vyhýbání se velkým velikostem s malými tolerancemi:
Návrh spojení rozhraní:
Upřednostňujte smykovou sílu před trháním napětí
Zvyšte plochu povrchu lepení
Zvažte chemickou kompatibilitu lepidel
Úvahy o připojení šroubu pro plastové díly:
Použijte vložky pro připojení s vysokým stresem
Navrhněte vhodné struktury šéfa
Zvažte rozdíly v tepelné roztažení
Shrnutí
V konstrukci plastových produktů jsou pro trvanlivost a výkon nezbytné klíčové strukturální faktory, jako je tloušťka stěny, výztužná žebra a úhly ponoru. Je zásadní zvážit vlastnosti materiálu, strukturu plísní a potřeby montáže v průběhu celého procesu. Správný strukturální návrh nejen zvyšuje funkčnost produktu, ale také snižuje vady a výrobní náklady. Zaměřením na tyto konstrukční prvky mohou výrobci zajistit vysoce kvalitní a nákladově efektivní plastové díly, které splňují funkční i estetické požadavky.
