Desain Struktural Produk Plastik

Produk plastik ada di mana -mana, tetapi merancangnya tidak sederhana. Bagaimana insinyur menyeimbangkan kekuatan, biaya, dan efisiensi produksi? Artikel ini akan mengungkap kompleksitas di balik desain struktural produk plastik. Anda akan mempelajari faktor-faktor kunci, seperti ketebalan dinding, iga yang memperkuat, dan banyak lagi, yang membuat bagian plastik yang tahan lama dan hemat biaya.

Karakteristik dan prosedur desain struktural bagian plastik

Bahan plastik menawarkan sifat unik dan opsi pembentukan serbaguna, membedakannya dari bahan rekayasa konvensional seperti baja, tembaga, aluminium, dan kayu. Kombinasi khas dari komposisi material dan formabilitas ini memberikan plastik tingkat fleksibilitas desain yang lebih tinggi dibandingkan dengan rekan -rekan mereka.

Komposisi material yang unik dan bentuk serbaguna

Beragam bahan plastik, masing -masing dengan sifat spesifiknya, memungkinkan desainer untuk menyesuaikan pilihan mereka sesuai dengan persyaratan produk. Variasi ini, ditambah dengan kemampuan untuk membentuk plastik menjadi bentuk yang rumit, memungkinkan penciptaan geometri kompleks dan fitur fungsional yang akan menantang atau tidak praktis dengan bahan lain.

Prosedur Umum untuk Desain Bagian Plastik

Untuk memanfaatkan keunggulan plastik dan memastikan desain struktural yang optimal, penting untuk mengikuti pendekatan sistematis. Prosedur umum untuk desain bagian plastik melibatkan beberapa tahapan utama:

1. Tentukan persyaratan fungsional dan penampilan produk:

• Identifikasi fungsi yang dimaksudkan dan fungsi produk yang diperlukan

• Tentukan daya tarik estetika dan karakteristik visual yang diinginkan

2. Gambar gambar desain pendahuluan:

• Buat sketsa awal dan model CAD berdasarkan persyaratan fungsional dan estetika

• Pertimbangkan sifat bahan plastik yang dipilih selama proses desain

3. Prototipe:

• Menghasilkan prototipe fisik menggunakan metode seperti pencetakan 3D atau Pemesinan CNC

• Evaluasi fungsionalitas prototipe, ergonomi, dan desain keseluruhan

4. Pengujian Produk:

• Melakukan tes ketat untuk menilai kinerja produk dalam berbagai kondisi

• Verifikasi jika desain memenuhi persyaratan fungsional dan standar keamanan yang ditentukan

5. Desain Rekalibrasi dan Revisi:

• Menganalisis hasil tes dan mengidentifikasi bidang untuk perbaikan

• Membuat penyesuaian desain yang diperlukan untuk meningkatkan kinerja, keandalan, atau manufakturabilitas

6. Kembangkan spesifikasi penting:

• Buat spesifikasi terperinci untuk produk akhir, termasuk dimensi, toleransi, dan tingkat material

• Pastikan spesifikasi selaras dengan proses pembuatan dan standar kontrol kualitas

7. Produksi cetakan terbuka:

• Merancang dan membuat cetakan injeksi berdasarkan spesifikasi produk yang diselesaikan

• Optimalkan desain cetakan untuk aliran material yang efisien, pendinginan, dan pengusiran

8. Kontrol Kualitas:

• Menetapkan sistem kontrol kualitas yang kuat untuk memantau dan mempertahankan konsistensi produk

• Periksa suku cadang yang diproduksi secara teratur untuk memastikan mereka memenuhi persyaratan yang ditentukan

Faktor Fundamental dalam Desain Struktural Produk Plastik

Ketebalan dinding

Ketebalan dinding memainkan peran penting dalam desain produk plastik. Ketebalan yang tepat memastikan kinerja yang optimal, manufakturbilitas, dan efektivitas biaya.

Nilai ketebalan dinding yang disarankan

Bahan plastik	minimum (mm)	Bagian kecil (mm)	Bagian sedang (mm)	Bagian besar (mm)
Nilon	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

Faktor -faktor yang mempengaruhi pemilihan ketebalan dinding

1. Sifat material plastik

• Tingkat penyusutan

• Fluiditas selama cetakan injeksi

2. Kekuatan eksternal bertahan

• Kekuatan yang lebih besar membutuhkan dinding yang lebih tebal

• Pertimbangkan bagian logam atau pemeriksaan kekuatan untuk kasus khusus

3. Peraturan keselamatan

• Persyaratan resistensi tekanan

• Standar mudah terbakar

Iga penguat

Memperkuat iga meningkatkan kekuatan tanpa meningkatkan ketebalan dinding secara keseluruhan, mencegah deformasi produk, dan meningkatkan integritas struktural.

Pedoman desain untuk memperkuat tulang rusuk

• Ketebalan: 0,5-0,75 kali ketebalan dinding keseluruhan (direkomendasikan: <0,6 kali)

• Tinggi: Kurang dari 3 kali ketebalan dinding

• Jarak: ketebalan dinding lebih dari 4 kali

Aspek desain penguatan yang membutuhkan perhatian

1. Hindari akumulasi material di persimpangan tulang rusuk

2. Pertahankan tegak lurus terhadap dinding luar

3. Meminimalkan iga penguat di lereng curam

4. Pertimbangkan dampak penampilan tanda wastafel

Draft sudut

Draft sudut memfasilitasi pelepasan bagian yang mudah dari cetakan, memastikan produksi yang lancar dan suku cadang berkualitas tinggi.

Sudut draf yang direkomendasikan untuk berbagai bahan

bahan	cetakan cetakan inti	rongga
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 '

Aspek pemilihan sudut draft membutuhkan perhatian

1. Pilih sudut yang lebih kecil untuk permukaan mengkilap dan bagian presisi tinggi

2. Gunakan sudut yang lebih besar untuk suku cadang dengan tingkat penyusutan yang tinggi

3. Tingkatkan draft untuk suku cadang transparan untuk mencegah goresan

4. Sesuaikan sudut berdasarkan kedalaman tekstur untuk permukaan bertekstur

Sudut r (sudut bulat)

Sudut bundar mengurangi konsentrasi stres, memfasilitasi aliran plastik, dan memudahkan demolding.

Pedoman desain untuk sudut r

• Radius sudut internal: 0,50 hingga 1,50 kali ketebalan material

• Radius minimum: 0.30mm

• Pertahankan ketebalan dinding yang seragam saat merancang sudut bulat

• Hindari sudut bundar pada permukaan yang berpisah dengan cetakan

• Gunakan jari -jari minimum 0,30mm untuk tepi untuk mencegah goresan

Lubang

Lubang melayani berbagai fungsi dalam produk plastik dan memerlukan pertimbangan desain yang cermat.

Persyaratan Desain untuk Lubang

• Jarak antara lubang (a): ≥ d (diameter lubang) jika d <3,00mm; ≥ 0,70d jika d> 3,00mm

• Jarak dari lubang ke tepi (b): ≥ d

Hubungan antara diameter lubang dan kedalaman

• Kedalaman lubang buta (a): ≤ 5d (direkomendasikan a <2d)

• Kedalaman melalui lubang (b): ≤ 10d

Pertimbangan desain untuk jenis lubang khusus

1. Lubang Langkah: Gunakan beberapa lubang yang terhubung secara koaksial dengan diameter yang berbeda

2. Lubang miring: Sejajarkan sumbu dengan arah pembukaan cetakan jika memungkinkan

3. Lubang samping dan lekukan: pertimbangkan struktur penarik inti atau perbaikan desain

Bos

Bos memberikan titik perakitan, mendukung bagian lain, dan meningkatkan integritas struktural.

Pedoman Desain Dasar untuk Bos

• Tinggi: ≤ 2,5 kali diameter bos

• Gunakan iga penguatan atau pasang ke dinding luar jika memungkinkan

• Desain untuk aliran plastik halus dan demolding mudah

Design Points For Berbagai Bahan

• ABS: diameter luar ≈ 2x diameter dalam; Gunakan tulang rusuk miring untuk memperkuat

• PBT: Desain dasar pada konsep tulang rusuk; terhubung ke dinding samping jika memungkinkan

• PC: bos samping interlock dengan tulang rusuk; Gunakan untuk perakitan dan dukungan

• PS: Tambahkan tulang rusuk untuk penguatan; terhubung ke dinding samping saat di dekatnya

• PSU: diameter luar ≈ 2x diameter dalam; Tinggi ≤ 2x diameter luar

Sisipan

Sisipan meningkatkan fungsionalitas, menyediakan elemen dekoratif, dan meningkatkan opsi perakitan di bagian plastik.

Bentuk dan persyaratan struktural untuk sisipan

1. Produksi: Kompatibel dengan proses pemotongan atau stamping

2. Kekuatan mekanik: bahan dan dimensi yang cukup

3. Kekuatan ikatan: fitur permukaan yang memadai untuk lampiran yang aman

4. POSISI: Porsi Perluasan Silindris untuk Penempatan Cetakan Mudah

5. Pencegahan Flash: Sertakan Struktur Bos Sealing

6. Post-Processing: Desain untuk Operasi Sekunder (Threading, Cutting, Flanging)

Desain pertimbangan saat menggunakan sisipan

• Pastikan posisi yang tepat dalam cetakan

• Buat koneksi yang kuat dengan bagian yang dicetak

• Mencegah kebocoran plastik di sekitar sisipan

• Pertimbangkan perbedaan ekspansi termal antara insert dan material plastik

Tekstur permukaan produk dan desain teks/pola

Tekstur permukaan untuk produk plastik

Permukaan produk plastik dapat dirancang dengan berbagai tekstur untuk meningkatkan estetika, fungsionalitas, dan pengalaman pengguna. Tekstur permukaan umum meliputi:

1. Mulus

2. Spark-ethed

3. Berpola terukir

4. Berukir

Permukaan halus

Permukaan halus dihasilkan dari permukaan cetakan yang dipoles. Mereka menawarkan:

• Penampilan yang bersih dan ramping

• Bagian yang lebih mudah dari ejeksi dari cetakan

• Persyaratan draft sudut yang lebih rendah

Permukaan yang dipicu

Dibuat melalui pemrosesan Copper EDM dari rongga cetakan, permukaan yang dipicu-etis menyediakan:

• Tekstur unik dan halus

• Grip yang lebih baik

• Berkurangnya visibilitas ketidaksempurnaan permukaan

Permukaan terukir bermotif

Permukaan ini menampilkan berbagai pola yang terukir ke dalam rongga cetakan, menawarkan:

• Desain yang dapat disesuaikan

• Diferensiasi produk yang ditingkatkan

• Properti taktil yang ditingkatkan

Permukaan terukir

Permukaan terukir dibuat oleh pola pemesinan langsung ke dalam cetakan, memungkinkan untuk:

• Tekstur yang dalam dan berbeda

• Desain yang kompleks

• Daya tahan fitur permukaan

Pertimbangan sudut draft untuk permukaan bertekstur

Saat merancang permukaan bertekstur, pertimbangkan meningkatkan sudut draft untuk memfasilitasi ejeksi bagian:

kedalaman tekstur	yang direkomendasikan sudut draft tambahan
0,025 mm	1 °
0,050 mm	2 °
0,075 mm	3 °
> 0,100 mm	4-5 °

Desain teks dan pola

Produk plastik sering menggabungkan teks dan pola untuk branding, instruksi, atau tujuan dekoratif. Elemen -elemen ini dapat dinaikkan atau tersembunyi.

Permukaan terangkat vs. yang tersembunyi

Rekomendasi: Gunakan permukaan yang terangkat untuk teks dan pola jika memungkinkan.

Manfaat permukaan yang ditinggikan:

• Pemrosesan cetakan yang disederhanakan

• Perawatan cetakan yang lebih mudah

• Peningkatan keterbacaan

Untuk desain yang membutuhkan fitur flush atau tersembunyi:

1. Buat area yang tersembunyi

2. Naikkan teks atau pola dalam reses

3. Pertahankan penampilan flush secara keseluruhan sambil menyederhanakan desain cetakan

Teks dan dimensi pola

fitur	dimensi yang disarankan
Tinggi/kedalaman	0,15 - 0,30 mm (dinaikkan)
	0,15 - 0,25 mm (tersembunyi)

Spesifikasi ukuran teks

Ikuti pedoman ini untuk desain teks yang optimal:

• Lebar stroke (A): ≥ 0,25 mm

• Jarak antar karakter (b): ≥ 0,40 mm

• Jarak dari karakter ke tepi (C, D): ≥ 0,60 mm

Pertimbangan Desain Teks/Pola Tambahan

1. Hindari sudut tajam dalam teks atau pola

2. Pastikan ukuran kondusif untuk proses pencetakan

3. Pertimbangkan dampak teks/pola pada kekuatan bagian keseluruhan

4. Mengevaluasi efek teks/pola pada aliran material selama pencetakan

Pertimbangan Desain Struktural Tambahan

Prinsip Desain Struktur Penguatan

Struktur penguatan memainkan peran penting dalam meningkatkan kinerja keseluruhan produk plastik. Mereka secara signifikan meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan stabilitas dimensi.

Tujuan Utama Desain Penguatan:

1. Peningkatan kekuatan

2. Peningkatan kekakuan

3. Pencegahan warping

4. Pengurangan deformasi

Posisi dan ukuran bala bantuan yang tepat:

• Ketebalan Dinding: 0,4-0,6 kali ketebalan tubuh utama

• Jarak:> 4 kali ketebalan tubuh utama

• Tinggi: <3 kali ketebalan tubuh utama

• Penguatan Kolom Sekrup: Setidaknya 1.0mm di bawah permukaan kolom

• Penguatan Umum: Minimum 1.0mm di bawah permukaan bagian atau garis perpisahan

Teknik penguatan canggih:

1. Batang penguatan yang tidak selaras untuk mencegah penumpukan material

2. Struktur berongga di persimpangan penguatan

3. Desain berbasis ketegangan untuk bala bantuan yang ramping

Menghindari konsentrasi stres

Konsentrasi stres dapat secara signifikan memengaruhi integritas struktural dan umur panjang produk plastik. Teknik desain yang tepat dapat mengurangi masalah ini.

Pentingnya menghindari sudut yang tajam:

• Berkurangnya kekuatan bagian

• Peningkatan risiko inisiasi retak

• Potensi kegagalan prematur

Langkah -langkah untuk Mengurangi Konsentrasi Stres:

1. Chamfers

2. Sudut bulat

3. Lereng lereng untuk transisi

4. Hamparan ke dalam di sudut -sudut yang tajam

Teknik	Deskripsi	Manfaat
Chamfers	Tepi miring	Distribusi tegangan bertahap
Sudut bulat	Transisi melengkung	Menghilangkan titik stres yang tajam
Lereng yang lembut	Perubahan ketebalan bertahap	Bahkan distribusi stres
Hollowing ke dalam	Penghapusan material di sudut	Pengurangan stres lokal

Merancang sudut draft yang cocok

Draft sudut sangat penting untuk keberhasilan bagian ejeksi dari cetakan. Mereka secara signifikan berdampak pada bagian kualitas dan efisiensi produksi.

Prinsip untuk menentukan sudut draft:

1. Gunakan sudut bilangan bulat (misalnya, 0,5 °, 1 °, 1,5 °)

2. Sudut eksterior> sudut interior

3. Memaksimalkan sudut tanpa kompromi

Faktor -faktor yang mempengaruhi ukuran sudut draft:

• Bagian kedalaman

• Permukaan akhir

• Tingkat penyusutan material

• Kedalaman tekstur

Titik desain sudut draft untuk bahan yang berbeda:

material	rentang sudut draft yang direkomendasikan
Abs	0,5 ° - 1 °
PC	1 ° - 1,5 °
Pp	0,5 ° - 1 °
Ps	0,5 ° - 1 °
PELIHARAAN	1 ° - 1,5 °

Desain Struktural dari Perspektif Struktur Cetakan

Desain cetakan yang efisien sangat penting untuk produksi bagian plastik yang sukses. Pertimbangkan aspek -aspek ini untuk mengoptimalkan desain bagian dan cetakan.

Menghindari Struktur Kompleks:

• Sederhanakan geometri bagian

• Kurangi undercuts

• Meminimalkan tindakan sampingan

Menghindari Struktur Pemotongan Internal:

• Menghilangkan fitur yang membutuhkan tarikan inti yang kompleks

• Desain untuk aksesibilitas garis split

Mempertimbangkan persyaratan rilis lateral:

• Memungkinkan ruang yang cukup untuk gerakan slider

• Rancang permukaan penutup yang sesuai

• Mengoptimalkan orientasi bagian dalam cetakan

Merancang karakteristik plastik non-isotropik

Banyak plastik menunjukkan sifat non-isotropik, membutuhkan pertimbangan desain khusus untuk memaksimalkan kinerja.

Menyelaraskan arah aliran material dengan arah bantalan beban:

• Orient Cetakan Gerbang Untuk Mempromosikan Pola Aliran Yang Menguntungkan

• Pertimbangkan orientasi serat dalam plastik yang diperkuat

Arah gaya relatif terhadap garis fusi:

• Desain untuk pasukan tegak lurus atau miring ke jalur las

• Hindari kekuatan paralel ke garis fusi untuk mencegah kelemahan

Desain Struktural dari Perspektif Assembly

Desain perakitan yang efektif memastikan fungsionalitas produk, umur panjang, dan kemudahan pembuatan.

Menghindari ukuran besar dengan toleransi kecil:

• Memecah bagian besar menjadi komponen yang lebih kecil

• Gunakan tumpukan toleransi yang tepat

Desain Antarmuka Ikatan:

• Memprioritaskan kekuatan geser daripada ketegangan merobek

• Tingkatkan Area Permukaan Ikatan

• Pertimbangkan kompatibilitas kimia perekat

Pertimbangan koneksi baut untuk bagian plastik:

• Gunakan sisipan untuk koneksi stres tinggi

• Rancang Struktur Bos yang Sesuai

• Pertimbangkan perbedaan ekspansi termal

Ringkasan

Dalam desain produk plastik, faktor struktural utama seperti ketebalan dinding, iga penguat, dan sudut draf sangat penting untuk daya tahan dan kinerja. Sangat penting untuk mempertimbangkan sifat material, struktur cetakan, dan kebutuhan perakitan di seluruh proses. Desain struktural yang tepat tidak hanya meningkatkan fungsionalitas produk tetapi juga mengurangi cacat dan biaya produksi. Dengan berfokus pada elemen desain ini, produsen dapat memastikan bagian plastik berkualitas tinggi dan hemat biaya yang memenuhi persyaratan fungsional dan estetika.