תכנון מבני של מוצרי פלסטיק

מוצרי פלסטיק נמצאים בכל מקום, אך עיצובם אינו פשוט. כיצד מהנדסים מאזנים חוזק, עלות ויעילות ייצור? מאמר זה יחשוף את המורכבות העומדת מאחורי התכנון המבני של מוצרי פלסטיק. תלמד גורמי מפתח, כמו עובי קיר, צלעות חיזוק ועוד, שהופכים חלקי פלסטיק עמידים וחסכוניים.

מאפיינים ונהלים של תכנון מבני של חלק מפלסטיק

חומרי פלסטיק מציעים תכונות ייחודיות ואפשרויות עיצוב רב -תכליתיות, ומבדילים אותם מחומרים הנדסיים קונבנציונליים כמו פלדה, נחושת, אלומיניום ועץ. שילוב ייחודי זה של הרכב חומרים ויצירות מעניק פלסטיקה דרגה גבוהה יותר של גמישות עיצובית בהשוואה למקביליהם.

קומפוזיציה חומרית ייחודית וצורות רב -תכליתיות

מגוון חומרי הפלסטיק המגוונים, שלכל אחד מהם המאפיינים הספציפיים שלו, מאפשר למעצבים להתאים את בחירתם בהתאם לדרישות המוצר. זן זה, יחד עם היכולת לעצב פלסטיק לצורות מורכבות, מאפשר יצירת גיאומטריות מורכבות ותכונות פונקציונליות שיהיו מאתגרות או לא מעשיות עם חומרים אחרים.

נוהל כללי לעיצוב חלקים מפלסטיק

כדי למנף את היתרונות של הפלסטיקה ולהבטיח תכנון מבני אופטימלי, חיוני לנקוט בגישה שיטתית. הנוהל הכללי לעיצוב חלקים מפלסטיק כרוך במספר שלבי מפתח:

1. קבע דרישות פונקציונליות ומראה המוצר:

• זהה את השימוש המיועד של המוצר ואת הפונקציות הדרושות

• הגדירו את הערעור האסתטי הרצוי ואת המאפיינים החזותיים

2. צייר רישומי עיצוב ראשוניים:

• צור רישומים ראשוניים ומודלים של CAD על בסיס הדרישות הפונקציונליות והאסתטיות

• שקול את המאפיינים של חומר הפלסטיק שנבחר במהלך תהליך העיצוב

3. אבות -טיפוס:

• לייצר אבות -טיפוס פיזיים בשיטות כמו הדפסת תלת מימד או עיבוד CNC

• הערך את הפונקציונליות, הארגונומיה והעיצוב הכללי של אב -הטיפוס

4. בדיקת מוצרים:

• ערכו בדיקות קפדניות כדי להעריך את ביצועי המוצר בתנאים שונים

• ודא אם העיצוב עומד בדרישות הפונקציונליות שצוינו ותקני הבטיחות

5. תכנון מחדש של כיול ועדכון:

• נתח את תוצאות הבדיקה וזיהוי אזורים לשיפור

• לבצע התאמות תכנון נחוצות כדי לשפר את הביצועים, האמינות או הייצור

6. לפתח מפרטים חשובים:

• צור מפרטים מפורטים למוצר הסופי, כולל מידות, סובלנות וכיתה חומרית

• ודא שהמפרט תואם את תהליך הייצור ותקני בקרת האיכות

7. ייצור עובש פתוח:

• תכנן ומבצר את תבנית ההזרקה על בסיס מפרטי המוצר הסופיים

• ערוך אופטימיזציה של עיצוב העובש לזרימת חומרים יעילה, קירור ופליטה

8. בקרת איכות:

• הקמת מערכת בקרת איכות חזקה לפיקוח ושמירה על עקביות המוצר

• בדוק באופן קבוע חלקים מיוצרים כדי להבטיח שהם עומדים בדרישות שצוינו

גורמים בסיסיים בתכנון מבני של מוצרי פלסטיק

עובי הקיר

עובי הקיר ממלא תפקיד מכריע בעיצוב מוצרי פלסטיק. עובי נכון מבטיח ביצועים, יכולת ייצור ואפקטיביות עלות מיטבית.

ערכי עובי קיר מומלץ

חומר פלסטי	מינימום (מ'מ)	חלקים קטנים (מ'מ)	חלקים בינוניים (מ'מ)	חלקים גדולים (מ'מ)
ניילון	0.45	0.76	1.5	2.4-3.2
פ	0.6	1.25	1.6	2.4-3.2
נ.ב.	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
עמ'	0.85	1.54	1.75	2.4-3.2
PC	0.95	1.8	2.3	3-4.5
פום	0.8	1.4	1.6	3.2-5.4
ABS	0.8	1	2.3	3.2-6

גורמים המשפיעים על בחירת עובי הקיר

1. מאפייני חומר פלסטי

• קצב הצטמקות

• נזילות במהלך דפוס ההזרקה

2. כוחות חיצוניים סבלו

• כוחות גדולים יותר דורשים קירות עבים יותר

• שקול חלקי מתכת או בדיקות חוזק למקרים מיוחדים

3. תקנות בטיחות

• דרישות התנגדות לחץ

• תקני דליקות

חיזוק צלעות

חיזוק צלעות משפר את הכוח מבלי להגדיל את עובי הקיר הכללי, למנוע עיוות של מוצרים ולשפר את היושרה המבנית.

הנחיות תכנון לחיזוק צלעות

• עובי: 0.5-0.75 פעמים עובי הקיר הכללי (מומלץ: <0.6 פעמים)

• גובה: פחות מ -3 פעמים עובי הקיר

• מרווח: עובי הקיר של יותר מ -4 פעמים

היבטים של עיצוב חיזוק הזקוקים לתשומת לב

1. הימנע מהצטברות חומרים בצמתים של צלעות

2. שמור על בניצב לקירות חיצוניים

3. למזער את צלעות החיזוק במדרונות תלולים

4. שקול את ההשפעה של סימני כיור

זוויות טיוטה

זוויות טיוטה מקלות על הסרת חלקים קלים מתבניות, ומבטיחים ייצור חלק וחלקים באיכות גבוהה.

זוויות טיוטה מומלצות לחומרים שונים

חומרים	חלל עובש	עובש
ABS	35'-1 °	40'-1 ° 20 '
נ.ב.	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
PC	30'-50 '	35'-1 °
עמ'	25'-50 '	30'-1 °
פ	20' -45 '	25' -45 '
PMMA	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
פום	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 '

היבטים של בחירת זווית הטיוטה הזקוקים לתשומת לב

1. בחר זוויות קטנות יותר למשטחים מבריקים וחלקי דיוק גבוהים

2. השתמש בזוויות גדולות יותר לחלקים עם שיעורי הצטמקות גבוהים

3. הגדל את הטיוטה לחלקים שקופים למניעת שריטות

4. התאם את הזווית על בסיס עומק מרקם למשטחים מרקמים

R פינות (פינות מעוגלות)

פינות מעוגלות מפחיתות את ריכוז הלחץ, מקלות על זרימת הפלסטיק ומקל על ההריסה.

הנחיות עיצוב לפינות R

• רדיוס פינתי פנימי: 0.50 עד 1.50 פעמים עובי חומר

• רדיוס מינימלי: 0.30 מ'מ

• שמור על עובי הקיר האחיד בעת תכנון פינות מעוגלות

• הימנע מפינות מעוגלות על משטחי פרידת עובש

• השתמש ברדיוס מינימלי של 0.30 מ'מ לקצוות למניעת שריטות

חורים

חורים משרתים פונקציות שונות במוצרי פלסטיק ודורשים שיקול עיצוב מדוקדק.

דרישות עיצוב לחורים

• מרחק בין חורים (A): ≥ D (קוטר החור) אם D <3.00 מ'מ; ≥ 0.70d אם d> 3.00 מ'מ

• מרחק מחור לקצה (ב): ≥ D

קשר בין קוטר החור לעומק

• עומק חור עיוור (א): ≤ 5d (מומלץ A <2D)

• עומק דרך חור (ב): ≤ 10d

שיקולי עיצוב לסוגי חור מיוחדים

1. חורים שלבים: השתמש בחורים מחוברים קואקסיזציה בקוטרים שונים

2. חורים זוויתיים: יישור ציר עם כיוון פתיחת עובש במידת האפשר

3. חורים צדדיים וכוסות: קחו בחשבון מבני משיכת ליבה או שיפורי תכנון

בוסים

הבוסים מספקים נקודות הרכבה, תומכים בחלקים אחרים ומשפרים את היושרה המבנית.

הנחיות עיצוב בסיסיות לבוסים

• גובה: ≤ 2.5 פעמים בקוטר הבוס

• השתמש בצלעות חיזוק או חבר לקירות חיצוניים במידת האפשר

• תכנון לזרימת פלסטיק חלקה והריסה קלה

נקודות עיצוב לחומרים שונים

• ABS: קוטר חיצוני ≈ 2x קוטר פנימי; השתמש בצלעות משופעות לחיזוק

• PBT: עיצוב בסיס על קונספט צלעות; להתחבר לדופן הצדדים במידת האפשר

• מחשב: בוסים בצד המנעול עם צלעות; שימוש להרכבה ותמיכה

• נ.ב: הוסף צלעות לחיזוק; התחבר לקירות צדדים כאשר בקרבת מקום

• PSU: קוטר חיצוני ≈ 2x קוטר פנימי; גובה ≤ קוטר 2x חיצוני

תוספות

תוספות משפרות את הפונקציונליות, מספקות אלמנטים דקורטיביים ומשפרים את אפשרויות ההרכבה בחלקי פלסטיק.

דרישות צורה ומבניות לתוספות

1. ייצור: תואם לתהליכי חיתוך או הטבעה

2. חוזק מכני: מספיק חומר וממדים

3. חוזק מליטה: תכונות שטח נאותות עבור התקשרות מאובטחת

4. מיקום: מנות הארכות גליליות למיקום עובש קל

5. מניעת פלאש: כלול איטום מבני בוס

6. לאחר עיבוד: עיצוב לפעולות משניות (הברגה, חיתוך, אוגנים)

תכנן שיקולים בעת שימוש בתוספות

• להבטיח מיקום מדויק בתוך תבניות

• ליצור חיבורים חזקים עם חלקים מעוצבים

• למנוע דליפת פלסטיק סביב תוספות

• שקול הבדלי התרחבות תרמית בין חומר תוספת לחומר פלסטיק

מרקם פני השטח של המוצר ועיצוב טקסט/תבניות

מרקמי שטח למוצרי פלסטיק

ניתן לתכנן משטחי מוצרים מפלסטיק עם מרקמים שונים לשיפור האסתטיקה, הפונקציונליות וחוויית המשתמש. מרקמי שטח נפוצים כוללים:

1. לְהַחלִיק

2. חרוט ניצוץ

3. חרוט בדוגמת

4. חָרוּט

משטחים חלקים

משטחים חלקים נובעים ממשטחי עובש מלוטשים. הם מציעים:

• מראה נקי, מלוטש

• פליטת חלק קל יותר מהתבנית

• דרישות זווית טיוטה נמוכות יותר

משטחים חרוטים ניצוץ

משטחים נוצרים באמצעות עיבוד EDM נחושת של חלל העובש, משטחים חרוט ניצוץ מספקים:

• מרקם ייחודי ועדין

• שיפור האחיזה

• נראות מופחתת של פגמים לפני השטח

משטחים חרוטים בדוגמת

משטחים אלה כוללים דפוסים שונים שנחרטו בחלל העובש, ומציעים:

• עיצובים הניתנים להתאמה אישית

• בידול מוצרים משופר

• תכונות מישוש משופרות

משטחים חרוטים

משטחים חרוטים נוצרים על ידי דפוסי עיבוד ישיר לתבנית, ומאפשרים:

• מרקמים עמוקים ומובחנים

• עיצובים מורכבים

• עמידות של תכונות פני השטח

שיקולי זווית טיוטה למשטחים מרקמים

בעת תכנון משטחים מרקמים, שקול להגדיל את זוויות הטיוטה כדי להקל על פליטת חלקים:

עומק מרקם	המליץ ​​על זווית טיוטה נוספת
0.025 מ'מ	1 °
0.050 מ'מ	2 °
0.075 מ'מ	3 °
> 0.100 מ'מ	4-5 °

עיצוב טקסט ותבניות

מוצרי פלסטיק משלבים לעתים קרובות טקסט ודפוסים למיתוג, הוראות או למטרות דקורטיביות. אלמנטים אלה יכולים להיות מעלים או לשקוע בהם.

מוגבה לעומת משטחים שקועים

המלצה: השתמש במשטחים מוגבהים לטקסט ודפוסים במידת האפשר.

היתרונות של משטחים מוגבהים:

• עיבוד עובש מפושט

• תחזוקה קלה יותר של עובש

• קריאות משופרת

לעיצובים הדורשים תכונות סומק או שקוע:

1. ליצור אזור שקוע

2. העלה טקסט או דפוס בתוך ההפסקה

3. שמור על מראה סומק כולל תוך פשט עיצוב עובש

מידות טקסט ודפוס

כוללות	מימד מומלץ
גובה/עומק	0.15 - 0.30 מ'מ (מוגבה)
	0.15 - 0.25 מ'מ (שקוע)

מפרט גודל טקסט

עקוב אחר ההנחיות הבאות לעיצוב טקסט מיטבי:

• רוחב שבץ (א): ≥ 0.25 מ'מ

• מרווח בין תווים (ב): ≥ 0.40 מ'מ

• מרחק מתווים לקצה (C, D): ≥ 0.60 מ'מ

שיקולי תכנון טקסט/תבניות נוספים

1. הימנע מזוויות חדות בטקסט או בתבניות

2. ודא שהגודל תורם לתהליך הדפוס

3. שקול את ההשפעה של טקסט/דפוס על חוזק החלק הכללי

4. הערך את ההשפעה של טקסט/דפוס על זרימת החומרים במהלך הדפוס

שיקולי תכנון מבניים נוספים

עקרונות תכנון מבנה חיזוק

מבני חיזוק ממלאים תפקיד מכריע בשיפור הביצועים הכוללים של מוצרי פלסטיק. הם משפרים משמעותית את הכוח, הנוקשות והיציבות הממדית.

יעדים עיקריים של עיצוב חיזוק:

1. שיפור כוח

2. שיפור קשיחות

3. מניעת עיוות

4. הפחתת עיוות

מיקום וגודל של חיזוקים נאותים:

• עובי הקיר: 0.4-0.6 פעמים עובי הגוף העיקרי

• מרווח:> 4 פעמים עובי הגוף העיקרי

• גובה: <פי 3 עובי הגוף העיקרי

• חיזוק עמוד בורג: לפחות 1.0 מ'מ מתחת לפני השטח של העמודה

• חיזוק כללי: מינימום 1.0 מ'מ מתחת לפני השטח או קו הפרידה

טכניקות חיזוק מתקדמות:

1. סורגי חיזוק לא מיושרים למניעת הצטברות חומרים

2. מבנים חלולים בצמתים לחיזוק

3. עיצובים מבוססי מתח לחיזוקים דקים

הימנעות מרכוז מתח

ריכוז הלחץ יכול להשפיע באופן משמעותי על היושרה המבנית ועל אורך החיים של מוצרי הפלסטיק. טכניקות תכנון נכונות יכולות להקל על סוגיות אלה.

חשיבות הימנעות מפינות חדות:

• הפחתת כוח חלק

• סיכון מוגבר להתחלת סדק

• פוטנציאל לכישלון בטרם עת

מדדים להפחתת ריכוז הלחץ:

1. צ'אמפרס

2. פינות מעוגלות

3. מדרונות עדינים למעברים

4. חלול פנימה בפינות חדות

טכניקה	תיאור	תועלת
צ'אמפרס	קצוות משופעים	חלוקת לחץ הדרגתי
פינות מעוגלות	מעברים מעוקלים	מבטל נקודות לחץ חדות
מדרונות עדינים	עובי הדרגתי משתנה	אפילו חלוקת מתח
חלול פנימה	הסרת חומרים בפינות	הפחתת מתח מקומית

תכנון זוויות טיוטה מתאימות

זוויות טיוטה חיוניות לפליטת חלק מוצלחת מתבניות. הם משפיעים באופן משמעותי על איכות חלק ויעילות הייצור.

עקרונות לקביעת זוויות טיוטה:

1. השתמש בזוויות מספר שלמות (למשל, 0.5 °, 1 °, 1.5 °)

2. זוויות חיצוניות> זוויות פנים

3. למקסם זוויות מבלי להתפשר על מראה

גורמים המשפיעים על גודל זווית הטיוטה:

• עומק חלק

• גימור פני השטח

• קצב הצטמקות חומרי

• עומק מרקם

נקודות עיצוב זווית טיוטה לחומרים שונים:

חומר	מומלץ לטווח זווית טיוטה
ABS	0.5 ° - 1 °
PC	1 ° - 1.5 °
עמ'	0.5 ° - 1 °
נ.ב.	0.5 ° - 1 °
לְלַטֵף	1 ° - 1.5 °

תכנון מבני מנקודת מבט של מבנה עובש

עיצוב עובש יעיל הוא קריטי לייצור חלקים מפלסטיק מוצלח. שקול היבטים אלה כדי לייעל את עיצוב החלק והעובש.

הימנעות ממבנים מורכבים:

• פשט את הגיאומטריה של חלק

• צמצם תחתונים

• צמצם פעולות צדדיות

הימנעות מבני חיתוך פנימיים:

• ביטול תכונות הדורשות משיכות ליבה מורכבות

• תכנון לנגישות מפוצלת

בהתחשב בדרישות שחרור לרוחב:

• אפשר מרחב מספיק לתנועת המחוון

• לעצב משטחי כיבוי מתאימים

• הבינו אופטימיזציה של אוריינטציה חלקית בתבנית

תכנון למאפיינים לא איזוטרופיים של פלסטיק

פלסטיק רבים מציגים נכסים לא-איזוטרופיים, הדורשים שיקולי תכנון מיוחדים כדי למקסם את הביצועים.

יישור כיוון זרימת חומר עם כיוון נושאי עומס:

• שערי כיוון עובש לקידום דפוסי זרימה חיוביים

• שקול אוריינטציה של סיבים בפלסטיקה מחוזקת

כיוון כוח ביחס לקווי היתוך:

• תכנון לכוחות בניצב או זווית לקווי ריתוך

• הימנע מכוחות מקבילים לקווי היתוך כדי למנוע חולשה

תכנון מבני מנקודת מבט של הרכבה

תכנון הרכבה יעיל מבטיח פונקציונליות של מוצרים, אריכות ימים וקלות הייצור.

הימנעות מגדלים גדולים עם סובלנות קטנה:

• לשבור חלקים גדולים לרכיבים קטנים יותר

• השתמש בערימות סובלנות מתאימות

עיצוב ממשק מליטה:

• לתעדף את כוח הגזירה על פני קרע מתח

• הגדל את שטח הפנים של המליטה

• שקול תאימות כימית של דבקים

שיקולי חיבור בורג לחלקי פלסטיק:

• השתמש בתוספות לחיבורי לחץ גבוה

• תכנן מבני בוס מתאימים

• שקול הבדלי הרחבה תרמית

תַקצִיר

בעיצוב מוצרי פלסטיק, גורמים מבניים מרכזיים כמו עובי קיר, צלעות חיזוק וזוויות טיוטה חיוניות לעמידות וביצועים. חשוב לשקול תכונות חומר, מבנה עובש וצרכי ​​הרכבה לאורך כל התהליך. תכנון מבני נכון לא רק משפר את פונקציונליות המוצר אלא גם מפחית פגמים ועלויות ייצור. על ידי התמקדות באלמנטים עיצוביים אלה, היצרנים יכולים להבטיח חלקי פלסטיק איכותיים וחסכוניים העומדים בדרישות פונקציונליות ואסתטיות כאחד.