壁厚設計

塑件結構設計的要求-壁厚設計

塑件的壁厚首先取決於塑件的使用要求,如強度、結構、重量、電氣性能、尺寸穩定性以及裝配等各項要求。此外,還應儘量使其各處壁厚均勻,避免太薄,否則會使塑件變形或產生氣泡、凹陷等缺陷。

1. 塑件的壁厚和剛性設計

壁厚是塑件結構的最基本要素,其他的形體和尺寸(如加強和圓角等)都是以壁厚為參照的。壁厚又是射出成型時熔體充模的工藝參數。隨著現代射出成型工程的發展,塑件的壁厚趨於更薄。通常用製品結構的設計方法(圖1)來提高塑件的剛性。

2. 壁厚推薦值

塑件壁厚一般在1~6mm範圍內,而最常用的數值為2~3mm。大型塑件的壁厚也有比6mm大的,這都依塑膠類型及塑件大小而定。根據塑件外形尺寸,一般熱固性塑膠製件的壁厚推薦值見(圖2);熱塑性塑膠製件的最小壁厚及常用壁厚推薦值見(圖3)。

如(圖4-a)所示為塑件壁厚為2.5mm時,在常規成型條件下的t-L 比例關係。

壁厚與流程有密切關係,各種塑膠在其常規工藝參數下,流程大小與塑件壁厚成比例。塑件壁厚越大,則最大流程越長。利用(圖4-a)或(圖4-b)可以計算塑件成型的可能性。如果不能滿足線圖或關係式,則需增大塑件壁厚或增加進料(澆)口數量及改變進料(澆)口的位置,以縮短流程來滿足成型要求。

3. 壁厚設計比較

在設計中,常常要對塑件壁厚的不合理設計進行合理化的改進。塑件壁厚的設計比較見(圖5-1) (圖5-2)。

4. 塑件的壁厚與流程比

塑件是壁厚均勻的薄板組合的形體。如果壁厚不均勻,會使塑膠熔體的充速率和冷卻收縮不均勻,由此產生許多品質問題,如凹陷、真空泡、翹曲,甚至開裂。壁厚均勻一致是塑件設計的重大原則。如(圖6)所示,遇有壁厚不均勻的結構,在保持塑件的功能和主要尺寸不變的前提下,作必要改進。

當製品的結構要求進行適當的變化時,相鄰兩壁厚的比,對於熱塑性塑膠限制在1:2之內,熱固性塑膠應小於1:3,而且要有平滑過渡,不能有突變,如(圖7)所示。在模具型腔中,壁厚對應的大間隙應置於流程的上游,這樣才有利於射出保壓時的壓力傳遞。

熱塑性塑膠的塑件常見壁厚為2~4mm,熱固性塑件的壁厚一般為1~6mm。在取較小的壁厚時,要考慮製品在使用和裝配緊固時的強度和剛度。作為電氣零件使用時,壁厚與絕緣性能有關。有時還需考慮在脫模頂出過程中,塑件變形損傷的限制。

過小的型腔間隙,會使高黏度熔體射出充模發生困難。對於塑件的剛性要求,通常不是增加塑件壁厚,而是增設加強肋等以形體的剛性結構設計來滿足。

過大壁厚不但增強了製品重量,浪費了原材料,也多耗費了對這些過量塑膠的加熱和充模的能量。更重要的是增加了冷卻時間,因為冷卻時間與壁厚的平方成正比。

對於大型和中型的塑件,壁厚要多次校核慎重確定。塑件設計的電腦軟體,塑膠熔體射出充模流動和冷卻固化分析軟體都是很好的輔助工具。但運行CAD軟體都要有塑件的電腦三維造型(3D)。通常,在最初的塑件設計階段,用流程比(流長比/流動長)校核塑件壁厚是必要的和可行的。流程比FLR(Flow length ratio)校核式如(圖8)(圖9)所示。

如(圖10)所示的流程比應包括澆注系統的流程。

顯然,流程比與澆口數目和位置有關。流程比最大值是用阿基米德螺旋線型腔試射(圖11)的結果。試射壓力為80~90MPa,螺旋槽的間隙為 2.5mm。由(圖9)可知,高黏度物料(如PC等)的 FLR為100~130,中等黏度物料(如ABS和POM等)的FLR為160~250,而低黏度物料(如PE和PA等)的FLR為300左右。