Các sản phẩm nhựa ở khắp mọi nơi, nhưng thiết kế chúng không đơn giản. Làm thế nào để các kỹ sư cân bằng sức mạnh, chi phí và hiệu quả sản xuất? Bài viết này sẽ khám phá sự phức tạp đằng sau thiết kế kết cấu của các sản phẩm nhựa. Bạn sẽ học các yếu tố chính, như độ dày tường, gia cố xương sườn, và nhiều hơn nữa, làm cho các bộ phận nhựa bền, hiệu quả về chi phí.
Đặc điểm và quy trình thiết kế cấu trúc phần nhựa
Vật liệu nhựa cung cấp các đặc tính độc đáo và các tùy chọn định hình linh hoạt, tách biệt với các vật liệu kỹ thuật thông thường như thép, đồng, nhôm và gỗ. Sự kết hợp đặc biệt của thành phần vật liệu và khả năng định dạng cấp cho nhựa một mức độ linh hoạt thiết kế cao hơn so với các đối tác của họ.
Thành phần vật liệu độc đáo và hình dạng đa năng
Phạm vi đa dạng của vật liệu nhựa, mỗi vật có tính chất cụ thể của nó, cho phép các nhà thiết kế điều chỉnh lựa chọn của họ theo yêu cầu của sản phẩm. Sự đa dạng này, cùng với khả năng đúc nhựa thành hình dạng phức tạp, cho phép tạo ra các hình học phức tạp và các đặc điểm chức năng sẽ là thách thức hoặc không thực tế với các vật liệu khác.
Thủ tục chung để thiết kế bộ phận nhựa
Để tận dụng các lợi thế của nhựa và đảm bảo thiết kế kết cấu tối ưu, điều cần thiết là phải tuân theo cách tiếp cận có hệ thống. Quy trình chung cho thiết kế phần nhựa liên quan đến một số giai đoạn chính:
Xác định các yêu cầu chức năng và sự xuất hiện của sản phẩm:
Vẽ bản vẽ thiết kế sơ bộ:
Tạo mẫu:
Sản xuất các nguyên mẫu vật lý bằng các phương pháp như in 3D hoặc Gia công CNC
Đánh giá chức năng của nguyên mẫu, công thái học và thiết kế tổng thể
Kiểm tra sản phẩm:
Thiết kế hiệu chỉnh và sửa đổi:
Phân tích kết quả kiểm tra và xác định các lĩnh vực để cải thiện
Thực hiện các điều chỉnh thiết kế cần thiết để tăng cường hiệu suất, độ tin cậy hoặc khả năng sản xuất
Phát triển các thông số kỹ thuật quan trọng:
Tạo các thông số kỹ thuật chi tiết cho sản phẩm cuối cùng, bao gồm kích thước, dung sai và cấp vật liệu
Đảm bảo các thông số kỹ thuật phù hợp với quy trình sản xuất và tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng
Sản xuất nấm mốc mở:
Thiết kế và chế tạo khuôn phun dựa trên các thông số kỹ thuật sản phẩm hoàn thiện
Tối ưu hóa thiết kế khuôn cho dòng vật liệu hiệu quả, làm mát và phóng
Kiểm soát chất lượng:
Thiết lập một hệ thống kiểm soát chất lượng mạnh mẽ để giám sát và duy trì tính nhất quán của sản phẩm
Thường xuyên kiểm tra các bộ phận được sản xuất để đảm bảo chúng đáp ứng các yêu cầu được chỉ định
Các yếu tố cơ bản trong thiết kế kết cấu sản phẩm nhựa
Độ dày tường
Độ dày của tường đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế sản phẩm nhựa. Độ dày thích hợp đảm bảo hiệu suất, khả năng sản xuất và hiệu quả chi phí tối ưu.
Giá trị độ dày tường được đề xuất
| Vật liệu nhựa | Tối thiểu (mm) | Các bộ phận nhỏ (mm) | Phần trung bình (mm) | Các bộ phận lớn (mm) |
| Nylon | 0.45 | 0.76 | 1.5 | 2.4-3.2 |
| Thể dục | 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 |
Các yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn độ dày tường
Tính chất vật liệu nhựa
Lực lượng bên ngoài chịu đựng
Quy định an toàn
Yêu cầu kháng áp lực
Tiêu chuẩn dễ cháy
Củng cố xương sườn
Củng cố xương sườn tăng cường sức mạnh mà không tăng độ dày thành tổng thể, ngăn ngừa biến dạng sản phẩm và cải thiện tính toàn vẹn cấu trúc.
Hướng dẫn thiết kế để gia cố xương sườn
Độ dày: 0,5-0,75 lần độ dày toàn bộ (khuyến nghị: <0,6 lần)
Chiều cao: Dưới 3 lần độ dày tường
Khoảng cách: Độ dày tường lớn hơn 4 lần
Các khía cạnh của thiết kế củng cố cần được chú ý
Tránh tích lũy vật liệu tại các giao lộ sườn
Duy trì vuông góc với các bức tường bên ngoài
Giảm thiểu việc gia cố xương sườn trên sườn dốc
Xem xét tác động xuất hiện của dấu chìm
Dự thảo góc
Nhạc các góc tạo điều kiện loại bỏ một phần dễ dàng khỏi khuôn, đảm bảo sản xuất mượt mà và các bộ phận chất lượng cao.
Các góc dự thảo được đề xuất cho các vật liệu khác nhau
| Vật liệu | Core | Khuôn khuôn lõi |
| Abs | 35'-1 ° | 40'-1 ° 20 ' |
| PS | 30'-1 ° | 35'-1 ° 30 ' |
| PC | 30'-50 ' | 35'-1 ° |
| Pp | 25'-50 ' | 30'-1 ° |
| Thể dục | 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 ' |
Các khía cạnh của lựa chọn góc dự thảo cần được chú ý
Chọn các góc nhỏ hơn cho các bề mặt bóng và các bộ phận chính xác cao
Sử dụng các góc lớn hơn cho các bộ phận có tốc độ co rút cao
Tăng dự thảo cho các bộ phận trong suốt để ngăn chặn các vết trầy xước
Điều chỉnh góc dựa trên độ sâu kết cấu cho các bề mặt kết cấu
R Corners (góc tròn)
Các góc tròn làm giảm nồng độ căng thẳng, tạo điều kiện cho dòng nhựa và giảm bớt sự giảm dần.
Hướng dẫn thiết kế cho các góc r
Bán kính góc bên trong: 0,50 đến 1,50 lần độ dày vật liệu
Bán kính tối thiểu: 0,30mm
Duy trì độ dày tường đồng đều khi thiết kế các góc tròn
Tránh các góc tròn trên các bề mặt chia khuôn
Sử dụng bán kính tối thiểu 0,30mm cho các cạnh để tránh gãi
Lỗ
Lỗ phục vụ các chức năng khác nhau trong các sản phẩm nhựa và yêu cầu xem xét thiết kế cẩn thận.
Yêu cầu thiết kế cho các lỗ
Khoảng cách giữa các lỗ (a): ≥ d (đường kính lỗ) nếu d <3,00mm; ≥ 0,70d nếu d> 3,00mm
Khoảng cách từ lỗ đến cạnh (b): ≥ d
Mối quan hệ giữa đường kính lỗ và độ sâu
Cân nhắc thiết kế cho các loại lỗ đặc biệt
Bước lỗ: Sử dụng nhiều lỗ được kết nối với nhau có đường kính khác nhau
Các lỗ góc: Căn chỉnh trục với hướng mở khuôn khi có thể
Các lỗ bên và thụt lề: Xem xét các cấu trúc kéo lõi hoặc cải tiến thiết kế
Ông chủ
Các ông chủ cung cấp các điểm lắp ráp, hỗ trợ các bộ phận khác và tăng cường tính toàn vẹn cấu trúc.
Hướng dẫn thiết kế cơ bản cho ông chủ
Chiều cao: ≤ 2,5 lần đường kính ông chủ
Sử dụng sườn cốt thép hoặc gắn vào các bức tường bên ngoài khi có thể
Thiết kế cho dòng nhựa mịn và dễ bị phá hủy
Điểm thiết kế cho các vật liệu khác nhau
ABS: Đường kính ngoài đường kính 2x đường kính bên trong; Sử dụng xương sườn vát để tăng cường
PBT: Thiết kế cơ sở trên khái niệm RIB; kết nối với các bên khi có thể
PC: Các ông chủ bên khóa liên động với xương sườn; Sử dụng để lắp ráp và hỗ trợ
PS: Thêm xương sườn để tăng cường; Kết nối với các bên khi gần đó
PSU: Đường kính ngoài đường kính trong 2x; Chiều cao đường kính ngoài 2x
Chèn
Chèn chức năng tăng cường, cung cấp các yếu tố trang trí và cải thiện các tùy chọn lắp ráp trong các bộ phận nhựa.
Hình dạng và yêu cầu cấu trúc để chèn
Khả năng sản xuất: Tương thích với quy trình cắt hoặc dập
Sức mạnh cơ học: đủ vật liệu và kích thước
Sức mạnh liên kết: Các tính năng bề mặt đầy đủ để đính kèm an toàn
Định vị: Các phần mở rộng hình trụ để đặt khuôn dễ dàng
Phòng ngừa Flash: Bao gồm các cấu trúc ông chủ niêm phong
Hậu xử lý: Thiết kế cho các hoạt động thứ cấp (luồng, cắt, mặt bích)
Cân nhắc thiết kế khi sử dụng chèn
Đảm bảo định vị chính xác trong khuôn
Tạo kết nối mạnh mẽ với các bộ phận đúc
Ngăn chặn rò rỉ nhựa xung quanh các phần chèn
Xem xét sự khác biệt mở rộng nhiệt giữa vật liệu chèn và nhựa
Kết cấu bề mặt sản phẩm và thiết kế văn bản/mẫu
Kết cấu bề mặt cho các sản phẩm nhựa
Bề mặt sản phẩm nhựa có thể được thiết kế với các kết cấu khác nhau để tăng cường thẩm mỹ, chức năng và trải nghiệm người dùng. Kết cấu bề mặt phổ biến bao gồm:
Trơn tru
Sparketed
Có hoa văn khắc
Khắc
Bề mặt mịn
Bề mặt mịn là kết quả của bề mặt khuôn được đánh bóng. Họ cung cấp:
Bề mặt được ghi lại
Được tạo ra thông qua xử lý đồng EDM của khoang khuôn, các bề mặt tia sáng cung cấp:
Bề mặt khắc họa tiết
Các bề mặt này có các mẫu khác nhau khắc vào khoang khuôn, cung cấp:
Bề mặt khắc
Các bề mặt khắc được tạo ra bằng cách gia công trực tiếp các mẫu vào khuôn, cho phép:
Dự thảo các cân nhắc góc cho các bề mặt có họa tiết
Khi thiết kế các bề mặt kết cấu, hãy xem xét các góc dự thảo tăng để tạo điều kiện cho phần phóng ra:
| Độ sâu kết cấu | được đề xuất góc dự thảo bổ sung |
| 0,025 mm | 1 ° |
| 0,050 mm | 2 ° |
| 0,075 mm | 3 ° |
| > 0,100 mm | 4-5 ° |
Thiết kế văn bản và mẫu
Các sản phẩm nhựa thường kết hợp văn bản và các mẫu cho thương hiệu, hướng dẫn hoặc mục đích trang trí. Những yếu tố này có thể được nâng lên hoặc lõm.
Bề mặt được nâng lên so với bề mặt lõm
Khuyến nghị: Sử dụng các bề mặt nâng cao cho văn bản và các mẫu khi có thể.
Lợi ích của bề mặt nâng cao:
Xử lý khuôn đơn giản hóa
Dễ dàng bảo trì khuôn
Tăng mức độ dễ đọc
Đối với các thiết kế yêu cầu các tính năng xả hoặc lõm:
Tạo một khu vực lõm
Nâng cao văn bản hoặc mẫu trong hốc
Duy trì sự xuất hiện tổng thể trong khi đơn giản hóa thiết kế khuôn
thước văn bản và mẫu
| Tính năng | kích |
| Chiều cao/Độ sâu | 0,15 - 0,30 mm (tăng) |
| 0,15 - 0,25 mm (lõm) |
Thông số kỹ thuật kích thước văn bản
Thực hiện theo các hướng dẫn này để thiết kế văn bản tối ưu:
Chiều rộng đột quỵ (a): ≥ 0,25 mm
Khoảng cách giữa các ký tự (b): ≥ 0,40 mm
Khoảng cách từ các ký tự đến cạnh (C, D): ≥ 0,60 mm
Cân nhắc thiết kế văn bản/mẫu bổ sung
Tránh các góc sắc nét trong văn bản hoặc các mẫu
Đảm bảo kích thước có lợi cho quá trình đúc
Xem xét tác động của văn bản/mẫu đối với sức mạnh phần tổng thể
Đánh giá ảnh hưởng của văn bản/mẫu đối với dòng vật liệu trong quá trình đúc
Cân nhắc thiết kế cấu trúc bổ sung
Nguyên tắc thiết kế cấu trúc củng cố
Cấu trúc củng cố đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu suất tổng thể của các sản phẩm nhựa. Họ cải thiện đáng kể sức mạnh, độ cứng và sự ổn định kích thước.
Mục tiêu chính của thiết kế củng cố:
Tăng cường sức mạnh
Cải thiện độ cứng
Phòng chống cong vênh
Giảm biến dạng
Định vị đúng và kích thước của quân tiếp viện:
Độ dày thành: 0,4-0,6 lần độ dày cơ thể
Khoảng cách:> 4 lần độ dày cơ thể chính
Chiều cao: <3 lần độ dày cơ thể chính
Củng cố cột vít: ít nhất 1,0mm bên dưới bề mặt cột
Củng cố chung: Tối thiểu 1.0mm dưới bề mặt phần hoặc đường chia tay
Kỹ thuật gia cố nâng cao:
Thanh cốt thép bị lệch để ngăn chặn sự tích tụ vật liệu
Cấu trúc rỗng tại các giao lộ gia cố
Thiết kế dựa trên căng thẳng cho quân tiếp viện mảnh khảnh
Tránh tập trung căng thẳng
Nồng độ căng thẳng có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính toàn vẹn cấu trúc và tuổi thọ của các sản phẩm nhựa. Kỹ thuật thiết kế thích hợp có thể giảm thiểu các vấn đề này.
Tầm quan trọng của việc tránh các góc sắc nét:
Các biện pháp để giảm nồng độ căng thẳng:
Chamfers
Góc tròn
Độ dốc nhẹ để chuyển tiếp
Khai thác bên trong ở các góc nhọn
| Kỹ thuật | mô tả | lợi ích |
| Chamfers | Các cạnh vát | Phân phối căng thẳng dần dần |
| Góc tròn | Chuyển đổi cong | Loại bỏ các điểm căng thẳng sắc nét |
| Độ dốc nhẹ nhàng | Độ dày dần thay đổi | Thậm chí phân phối căng thẳng |
| Hốc hác bên trong | Loại bỏ vật liệu tại các góc | Giảm căng thẳng cục bộ |
Thiết kế các góc nháp phù hợp
Các góc dự thảo là rất cần thiết cho việc phóng phần thành công từ khuôn. Chúng ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng một phần và hiệu quả sản xuất.
Nguyên tắc xác định các góc dự thảo:
Sử dụng toàn bộ các góc số (ví dụ: 0,5 °, 1 °, 1,5 °)
Góc bên ngoài> góc bên trong
Tối đa hóa các góc mà không ảnh hưởng đến ngoại hình
Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước góc dự thảo:
Độ sâu một phần
Bề mặt hoàn thiện
Tốc độ co ngót vật chất
Độ sâu kết cấu
Bản thảo điểm thiết kế góc cho các vật liệu khác nhau:
| Tài liệu | được đề xuất Phạm vi góc dự thảo |
| Abs | 0,5 ° - 1 ° |
| PC | 1 ° - 1,5 ° |
| Pp | 0,5 ° - 1 ° |
| PS | 0,5 ° - 1 ° |
| THÚ CƯNG | 1 ° - 1,5 ° |
Thiết kế kết cấu từ quan điểm cấu trúc khuôn
Thiết kế khuôn hiệu quả là rất quan trọng để sản xuất phần nhựa thành công. Hãy xem xét các khía cạnh này để tối ưu hóa cả thiết kế phần và khuôn.
Tránh các cấu trúc phức tạp:
Tránh các cấu trúc cắt bên trong:
Xem xét các yêu cầu phát hành bên:
Cho phép đủ không gian cho chuyển động trượt
Thiết kế các bề mặt ngắt thích hợp
Tối ưu hóa định hướng một phần trong khuôn
Thiết kế cho các đặc tính không vi phân của nhựa
Nhiều loại nhựa thể hiện các đặc tính không isotropic, đòi hỏi các cân nhắc thiết kế đặc biệt để tối đa hóa hiệu suất.
Căn chỉnh hướng dòng vật liệu với hướng chịu tải:
Hướng lực liên quan đến các đường hợp nhất:
Thiết kế cấu trúc từ quan điểm lắp ráp
Thiết kế lắp ráp hiệu quả đảm bảo chức năng sản phẩm, tuổi thọ và dễ sản xuất.
Tránh kích thước lớn với dung sai nhỏ:
Thiết kế giao diện liên kết:
Ưu tiên lực cắt vượt quá sức căng
Tăng diện tích bề mặt liên kết
Xem xét khả năng tương thích hóa học của chất kết dính
Cân nhắc kết nối bu lông cho các bộ phận nhựa:
Sử dụng chèn cho các kết nối căng thẳng cao
Thiết kế cấu trúc ông chủ thích hợp
Xem xét sự khác biệt mở rộng nhiệt
Bản tóm tắt
Trong thiết kế sản phẩm nhựa, các yếu tố cấu trúc quan trọng như độ dày tường, củng cố xương sườn và các góc nháp là rất cần thiết cho độ bền và hiệu suất. Điều quan trọng là phải xem xét các thuộc tính vật liệu, cấu trúc khuôn và nhu cầu lắp ráp trong suốt quá trình. Thiết kế cấu trúc phù hợp không chỉ tăng cường chức năng sản phẩm mà còn làm giảm khuyết điểm và chi phí sản xuất. Bằng cách tập trung vào các yếu tố thiết kế này, các nhà sản xuất có thể đảm bảo các bộ phận nhựa chất lượng cao, hiệu quả về chi phí đáp ứng cả các yêu cầu về chức năng và thẩm mỹ.
