Strukturell design av plastprodukter

Plastprodukter finns överallt, men att designa dem är inte enkelt. Hur balanserar ingenjörer styrka, kostnader och produktionseffektivitet? Den här artikeln kommer att avslöja komplexiteten bakom den strukturella utformningen av plastprodukter. Du lär dig nyckelfaktorer, som väggtjocklek, förstärkande revben och mer som gör hållbara, kostnadseffektiva plastdelar.

Egenskaper och procedurer för plastdelstrukturell design

Plastmaterial erbjuder unika egenskaper och mångsidiga formningsalternativ och skiljer dem från konventionella tekniska material som stål, koppar, aluminium och trä. Denna distinkta kombination av materialkomposition och formbarhet ger plast en högre grad av designflexibilitet jämfört med deras motsvarigheter.

Unik materiella sammansättning och mångsidiga former

Det olika utbudet av plastmaterial, var och en med sina specifika egenskaper, gör det möjligt för designers att skräddarsy sitt val enligt produktens krav. Denna sort, i kombination med förmågan att forma plast i intrikata former, möjliggör skapandet av komplexa geometrier och funktionella funktioner som skulle vara utmanande eller opraktiska med andra material.

Allmän procedur för plastdeldesign

För att utnyttja fördelarna med plast och säkerställa optimal strukturell design är det viktigt att följa en systematisk strategi. Den allmänna proceduren för plastdeldesign involverar flera viktiga steg:

1. Bestäm funktionskrav och utseende på produkten:

• Identifiera produktens avsedda användning och nödvändiga funktioner

• Definiera önskat estetiskt tilltalande och visuella egenskaper

2. Rita preliminära designritningar:

• Skapa initiala skisser och CAD -modeller baserade på de funktionella och estetiska kraven

• Tänk på det valda plastmaterialets egenskaper under designprocessen

3. Prototyper:

• Producera fysiska prototyper med metoder som 3D -utskrift eller CNC -bearbetning

• Utvärdera prototypens funktionalitet, ergonomi och övergripande design

4. Produkttestning:

• Genomföra stränga tester för att bedöma produktens prestanda under olika förhållanden

• Kontrollera om designen uppfyller de angivna funktionella kraven och säkerhetsstandarder

5. Designkalibrering och revision:

• Analysera testresultat och identifiera områden för förbättringar

• Gör nödvändiga designjusteringar för att förbättra prestanda, tillförlitlighet eller tillverkbarhet

6. Utveckla viktiga specifikationer:

• Skapa detaljerade specifikationer för slutprodukten, inklusive dimensioner, toleranser och materialklass

• Se till att specifikationerna är i linje med tillverkningsprocessen och kvalitetskontrollstandarder

7. Öppen mögelproduktion:

• Designa och tillverka injektionsformen baserat på de slutgiltiga produktspecifikationerna

• Optimera formkonstruktionen för effektivt materialflöde, kylning och utkast

8. Kvalitetskontroll:

• Upprätta ett robust kvalitetskontrollsystem för att övervaka och upprätthålla produktkonsistens

• Kontrollera regelbundet tillverkade delar för att säkerställa att de uppfyller de angivna kraven

Grundläggande faktorer i plastproduktstrukturell design

Väggtjocklek

Väggtjocklek spelar en avgörande roll i plastproduktdesign. Korrekt tjocklek säkerställer optimal prestanda, tillverkbarhet och kostnadseffektivitet.

Rekommenderade väggtjocklekar Värden

Plastmaterial	Minsta (mm)	Små delar (mm)	Mediumdelar (mm)	Stora delar (mm)
Nylon	0.45	0.76	1.5	2.4-3.2
Pe	0.6	1.25	1.6	2.4-3.2
Pse	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

Faktorer som påverkar val av väggtjocklek

1. Plastmaterialegenskaper

• Krympning

• Flytande under formsprutning

2. Externa krafter uthärda

• Större krafter kräver tjockare väggar

• Överväga metalldelar eller styrka för speciella fall

3. Säkerhetsregler

• Tryckmotståndskrav

• Brandfarlighetsstandarder

Förstärkande revben

Förstärkande revben förbättrar styrkan utan att öka den totala väggtjockleken, förhindra produktdeformation och förbättra strukturell integritet.

Designriktlinjer för förstärkande revben

• Tjocklek: 0,5-0,75 gånger total väggtjocklek (rekommenderas: <0,6 gånger)

• Höjd: Mindre än 3 gånger väggtjocklek

• Avstånd: större än 4 gånger väggtjocklek

Aspekter av förstärkningsdesign som behöver uppmärksamhet

1. Undvik materialansamling vid ribkorsningar

2. Behåll vinkelrätet mot ytterväggarna

3. Minimera förstärkande revben i branta sluttningar

4. Överväg utseende påverkan av diskbänkmärken

Dragvinklar

Utkast till vinklar underlättar enkla delavlägsnande från formar, vilket säkerställer smidig produktion och högkvalitativa delar.

Rekommenderade dragvinklar för olika material

Material	Mögelkärnan	Mögelhålrum
ABS	35'-1 °	40'-1 ° 20 '
Pse	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 '

Aspekter av val av dragvinkel som behöver uppmärksamhet

1. Välj mindre vinklar för glansiga ytor och delar med hög precision

2. Använd större vinklar för delar med höga krympningshastigheter

3. Öka utkastet för transparenta delar för att förhindra repor

4. Justera vinkeln baserad på texturdjup för strukturerade ytor

R hörn (rundade hörn)

Rundade hörn minskar spänningskoncentrationen, underlättar plastflödet och underlättar nedslagningen.

Designriktlinjer för R -hörn

• Intern hörnradie: 0,50 till 1,50 gånger materialtjocklek

• Minsta radie: 0,30 mm

• Håll enhetlig väggtjocklek vid utformning av rundade hörn

• Undvik rundade hörn på mögelpartsytor

• Använd minst 0,30 mm radie för kanter för att förhindra repor

Hål

Hål serverar olika funktioner i plastprodukter och kräver noggrann design.

Designkrav för hål

• Avstånd mellan hål (a): ≥ d (håldiameter) om d <3,00 mm; ≥ 0,70d om d> 3,00 mm

• Avstånd från hål till kant (B): ≥ D

Förhållandet mellan håldiameter och djup

• Blindhåldjup (A): ≤ 5d (rekommenderas A <2d)

• Djup (b): ≤ 10d

Designöverväganden för speciella håltyper

1. Steghål: Använd flera koaxiellt anslutna hål med olika diametrar

2. Vinklade hål: Justera axel med mögelöppningsriktning när det är möjligt

3. Sidhål och indragningar: Överväg kärnkraftsstrukturer eller designförbättringar

Chefer

Bossar tillhandahåller monteringspunkter, stöder andra delar och förbättrar strukturell integritet.

Grundläggande designriktlinjer för chefer

• Höjd: ≤ 2,5 gånger bossdiameter

• Använd förstärkningsribbor eller fäst vid ytterväggarna när det är möjligt

• Design för slätt plastflöde och enkel nedlagd

Designpunkter för olika material

• ABS: Ytterdiameter ≈ 2x inre diameter; Använd avfasade revben för förstärkning

• PBT: basdesign på ribkoncept; Anslut till sidoväggar när det är möjligt

• PC: Interlock Side -chefer med revben; Användning för montering och stöd

• PS: Lägg till revben för förstärkning; Anslut till sidoväggar när det är i närheten

• PSU: Ytterdiameter ≈ 2x inre diameter; höjd ≤ 2x ytterdiameter

Insatser

Insatser förbättrar funktionaliteten, tillhandahåller dekorativa element och förbättrar monteringsalternativ i plastdelar.

Form och strukturella krav för insatser

1. Tillverkbarhet: Kompatibel med skärning eller stämplingsprocesser

2. Mekanisk styrka: Tillräckligt med material och dimensioner

3. Bindningsstyrka: Tillräckliga ytfunktioner för säker fästning

4. Positionering: Cylindriska förlängningsdelar för enkel mögelplacering

5. Flashförebyggande: Inkludera tätningsbossstrukturer

6. Efterbehandling: Design för sekundär operationer (gängning, skärning, flänsning)

Designa överväganden när du använder insatser

• Se till att exakt positionering inom formar

• Skapa starka anslutningar med gjutna delar

• Förhindra plastläckage runt insatser

• Tänk på värmeutvidgningsskillnader mellan insats och plastmaterial

Produktytstruktur och text/mönsterdesign

Ytstrukturer för plastprodukter

Plastproduktytor kan utformas med olika strukturer för att förbättra estetik, funktionalitet och användarupplevelse. Vanliga ytstrukturer inkluderar:

1. Jämna

2. Gnistrande-etsad

3. Mönstrad etsad

4. Graverad

Släta ytor

Släta ytor är resultatet av polerade mögelytor. De erbjuder:

• Rent, elegant utseende

• Enklare delutkast från formen

• Lägre dragvinkelkrav

Gnistrande ytor

Skapad genom koppar-EDM-bearbetning av mögelhålan ger gnistrande askade ytor:

• Unik, subtil struktur

• Förbättrat grepp

• Minskad synlighet av ytomgångar

Mönstrade etsade ytor

Dessa ytor har olika mönster etsade i mögelhålan och erbjuder:

• Anpassningsbara mönster

• Förbättrad produktdifferentiering

• Förbättrade taktila egenskaper

Graverade ytor

Graverade ytor skapas genom direkt bearbetningsmönster i formen, vilket möjliggör:

• Djupa, distinkta strukturer

• Komplexa mönster

• Ytfunktionens hållbarhet

Utkast till vinkelöverväganden för strukturerade ytor

När du utformar texturerade ytor, överväg att öka dragvinklar för att underlätta delkastning:

texturdjup	rekommenderas ytterligare dragvinkel
0,025 mm	1 °
0,050 mm	2 °
0,075 mm	3 °
> 0,100 mm	4-5 °

Text och mönsterdesign

Plastprodukter innehåller ofta text och mönster för varumärke, instruktioner eller dekorativa ändamål. Dessa element kan antingen höjas eller återinföras.

Upphöjda kontra infällda ytor

Rekommendation: Använd upphöjda ytor för text och mönster när det är möjligt.

Fördelar med upphöjda ytor:

• Förenklad mögelbehandling

• Enklare underhåll av mögel

• Förbättrad läsbarhet

För mönster som kräver spolning eller infällda funktioner:

1. Skapa ett infälld område

2. Höja text eller mönster i urtaget

3. Håll övergripande flush -utseende medan du förenklar mögeldesign

Text- och mönsterdimensioner

har	rekommenderad dimension
Höjd/djup	0,15 - 0,30 mm (höjt)
	0,15 - 0,25 mm (infälld)

Textstorleksspecifikationer

Följ dessa riktlinjer för optimal textdesign:

• Slagbredd (A): ≥ 0,25 mm

• Avstånd mellan tecken (b): ≥ 0,40 mm

• Avstånd från tecken till kant (C, D): ≥ 0,60 mm

Ytterligare text/mönsterdesignöverväganden

1. Undvik skarpa vinklar i text eller mönster

2. Se till att storleken är gynnsam för formningsprocessen

3. Tänk på effekterna av text/mönster på den övergripande delstyrkan

4. Utvärdera effekten av text/mönster på materialflödet under gjutning

Ytterligare överväganden av strukturell design

Armeringsstruktur Designprinciper

Förstärkningsstrukturer spelar en avgörande roll för att förbättra plastprodukternas totala prestanda. De förbättrar betydligt styrka, styvhet och dimensionell stabilitet.

Viktiga mål för förstärkningsdesign:

1. Styrkaförbättring

2. Styvhetsförbättring

3. Förebyggande

4. Deformationsminskning

Korrekt positionering och storlek av förstärkningar:

• Väggtjocklek: 0,4-0,6 gånger huvudkroppens tjocklek

• Avstånd:> 4 gånger huvudkroppens tjocklek

• Höjd: <3 gånger huvudkroppens tjocklek

• Skruvkolonnförstärkning: Minst 1,0 mm under kolonnytan

• Allmän förstärkning: Minst 1,0 mm under delytan eller avskedslinjen

Avancerade förstärkningstekniker:

1. Felanpassade förstärkningsstänger för att förhindra materialuppbyggnad

2. Ihåliga strukturer vid förstärkningskorsningar

3. Spänningsbaserade mönster för smala förstärkningar

Undvika stresskoncentration

Stresskoncentration kan påverka plastprodukternas strukturella integritet och livslängd. Korrekt designtekniker kan mildra dessa problem.

Betydelsen av att undvika skarpa hörn:

• Minskad delstyrka

• Ökad risk för sprickinitiering

• Potential för för tidigt misslyckande

Åtgärder för att minska stresskoncentrationen:

1. Skamer

2. Rundade hörn

3. Skonsamma sluttningar för övergångar

4. Inåt ihålig vid skarpa hörn

Teknik	Beskrivning	Fördel
Skamer	Avfasade kanter	Gradvis stressfördelning
Rundade hörn	Böjda övergångar	Eliminerar skarpa stresspunkter
Skonsam sluttningar	Gradvis tjocklek förändras	Till och med stressfördelning
Inåtgående	Materialborttagning vid hörnen	Lokaliserad stressminskning

Utformar lämpliga dragvinklar

Utkast till vinklar är viktiga för framgångsrik delutkast från formar. De påverkar delvis delkvalitet och produktionseffektivitet.

Principer för att bestämma dragvinklar:

1. Använd hela nummervinklar (t.ex. 0,5 °, 1 °, 1,5 °)

2. Yttre vinklar> inre vinklar

3. Maximera vinklar utan att kompromissa utseendet

Faktorer som påverkar dragvinkelstorlek:

• Deldjup

• Ytfin

• Materialkrympningshastighet

• Texturdjup

Utkast till vinkeldesignpunkter för olika material:

Material	Rekommenderat dragvinkelområde
ABS	0,5 ° - 1 °
Pc	1 ° - 1,5 °
Pp	0,5 ° - 1 °
Pse	0,5 ° - 1 °
SÄLLSKAPSDJUR	1 ° - 1,5 °

Strukturell design ur mögelstrukturperspektiv

Effektiv mögeldesign är avgörande för framgångsrik produktion av plastdelar. Tänk på dessa aspekter för att optimera både del- och mögelsdesign.

Undvika komplexa strukturer:

• Förenkla delgeometri

• Minska underskådar

• Minimera sidoåtgärder

Undvik inre skärstrukturer:

• Eliminera funktioner som kräver komplexa kärndrag

• Design för split-line tillgänglighet

Med tanke på laterala frisättningskrav:

• Tillåt tillräckligt med utrymme för reglagsrörelse

• Designa lämpliga avstängningsytor

• Optimera delorienteringen i formen

Designing för icke-isotropiska egenskaper hos plast

Många plast uppvisar icke-isotropiska egenskaper, vilket kräver särskilda designhänsyn för att maximera prestanda.

Justera materialflödesriktning med lastbärande riktning:

• Orienterar mögelgrindar för att främja gynnsamma flödesmönster

• Tänk på fiberorientering i förstärkt plast

Tvinga riktning relativt fusionslinjer:

• Design för krafter vinkelrätt eller vinklade till svetslinjer

• Undvik parallella krafter till fusionslinjer för att förhindra svaghet

Strukturell design från monteringsperspektiv

Effektiv monteringsdesign säkerställer produktfunktionalitet, livslängd och enkel tillverkning.

Undvika stora storlekar med små toleranser:

• Dela stora delar i mindre komponenter

• Använd lämpliga toleransstaplar

Design för bindningsgränssnitt:

• Prioritera skjuvkraften framför rivningsspänningen

• Öka bindningsytan

• Överväga kemisk kompatibilitet hos lim

Bultanslutningsöverväganden för plastdelar:

• Använd insatser för högspänningskontakter

• Designa lämpliga bosstrukturer

• Överväga skillnader i värmeutvidgning

Sammanfattning

I plastproduktdesign är viktiga strukturella faktorer som väggtjocklek, förstärkande revben och dragvinklar viktiga för hållbarhet och prestanda. Det är avgörande att överväga materialegenskaper, mögelstruktur och monteringsbehov under hela processen. Korrekt strukturell design förbättrar inte bara produktfunktionaliteten utan minskar också defekter och tillverkningskostnader. Genom att fokusera på dessa designelement kan tillverkare säkerställa högkvalitativa, kostnadseffektiva plastdelar som uppfyller både funktionella och estetiska krav.