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制造和设计指南

注塑

如何设计注塑零件

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在这个指南中,你会发现你需要知道的关于注射成型的一切。掌握技术的基本原理,并快速学习可操作的设计技巧,将节省您的时间和削减成本。

第1部分

最基本的

什么是注射成型?它是如何工作的,它的用途是什么?

在本节中,我们将回答这些问题,并向您展示注塑零件的常见例子,以帮助您熟悉该技术的基本力学和应用。

什么是注射成型?

注射成型是一种用于塑料制品的制造技术大量生产相同的塑料件具有良好的公差。在注射成型中,聚合物颗粒首先熔化,然后在压力下注入模具,在那里液体塑料冷却和凝固。注塑成型中使用的材料是热塑性聚合物,可以着色或填充其他添加剂。

几乎你周围的每一个塑料部件采用注塑成型制造:从汽车零部件到电子外壳,再到厨房电器。

注塑之所以如此流行,是因为单位成本极低当制造业大量.注塑提供高可重复性和良好的设计的灵活性.注塑成型的主要限制通常归结为经济,如高初始投资因为模具是需要的。此外,的周转时间从设计到生产是缓慢的(至少4周)。

注射成型工艺

im101 -注射成型工艺

注塑成型现在广泛应用于消费品和工程应用。几乎你周围的每一个塑料制品都是用注射成型制造的。这是因为该技术可以生产相同的零件非常高的卷(通常是1000到100,000个单位以上)每件成本非常低(通常为每台1-5美元)。

但与其他技术相比启动成本注塑的数量相对较高,主要是因为需要定制模具。一个模具的成本在3000美元到10万美元之间,取决于它的复杂性、材料(铝或钢)和准确性(原型、试运行或全尺寸生产模具)。

所有的热塑性塑料材料都可以注射成型。某些类型的硅酮和其他热固性树脂也与注塑工艺兼容。的最常用的材料在注塑成型中有:

  • 聚丙烯(PP):约占全球产量的38%
  • 前言:约占全球产量的27%
  • 聚乙烯(PE):约占全球产量的15%
  • 聚苯乙烯(PS):约占全球产量的8%

即使我们考虑到所有其他可能的制造技术,仅用这四种材料的注射成型就占了全部超过40%全球每年生产的所有塑料部件!

注射成型的简史

塑料取代象牙

在1869年,约翰·卫斯理·海厄发明了赛璐珞,这是第一个实用的人造塑料,旨在代替象牙生产……台球!早期的注塑机使用一个桶来加热塑料,然后用活塞将塑料注射到模具中。

一个革命性的发明

20世纪50年代中期,往复螺杆的发明使塑料工业发生了革命性的变化。往复螺杆解决了以往系统面临的塑料加热不均匀的关键问题,为塑料零件的批量生产开辟了新的天地。

今天注塑

今天,注塑成型是一种3000亿美元的市场.全球每年有500多万吨塑料零件采用注塑成型生产。近年来,由于环境原因,人们对可生物降解材料的需求不断增加。

注塑机:它们是如何工作的?

一台注塑机由三个主要部分组成:注塑机注射装置模具-整个过程的核心-和夹紧/推出装置

在本节中,我们将检查每个系统的用途,以及它们的基本操作机制如何影响注塑过程的最终结果。

看一个大型注塑机在行动,每3秒生产72瓶盖的视频这里:

注射装置

注射成型原理图

注射单元的目的是熔化原始塑料并引导它进入模具。它包括漏斗这个,往复式螺杆

以下是注射成型过程的工作原理:

  1. 聚合物颗粒首先被干燥并放置在料斗中,在那里它们与色素或其他增强添加剂混合。

  2. 颗粒被送入桶中,在那里他们被同时加热,混合和移动到模具的可变螺距螺杆。螺杆和筒体的几何形状是经过优化的,以帮助建立正确的压力水平和熔化材料。

  3. 然后压头向前移动,熔化的塑料通过流道系统注入模具,填充整个型腔。当材料冷却下来,它再次凝固,并形成模具的形状。

  4. 最后,模具打开,现在坚固的零件被顶出销推出。然后模具关闭,过程重复。



    整个过程可以非常快地重复:大约需要一个周期30至90秒取决于零件的大小。

    在零件弹出后,它被分配在传送带上或在一个保持容器中。通常,注塑零件是准备立即使用,几乎不需要后处理。

制造模具

模具就像一张照片的底片:它的几何形状和表面纹理直接转移到注射成型的部分。

通常占最大的部分启动成本注塑:典型的模具成本起价约2000 - 5000美元为一个简单的几何图形和相对较小的生产运行(1000到10000单位),可以向上100000美元为全面优化的模具生产(100000辆或更多)。

这是由于高水平的专业知识要求设计和制造一个高质量的模具,可以准确地生产数以千计(或数十万)的零件。

模具通常是数控加工的由铝或工具钢,然后完成所需的标准。除了负的部分,他们也有其他特点,如流道系统,促进材料流入模具,内部水冷通道,帮助和加快冷却的部分。

了解更多数控加工在制造和设计指南→

3D打印材料的最新进展使得制造适合3D打印的模具成为可能版印刷注塑(100个零件或更少)成本的一小部分。由于传统模具制造的成本非常高,这样小的体积在过去在经济上是不可行的。

一种工业模具设计,可生产数万个零件数的塑料零件

一种工业模具设计,可生产数万个零件数的塑料零件。左边是空洞,右边是核心。

模具的解剖结构

注射成型模具的原理图

最简单的模具是直拔模具。它由两部分组成:(正面)和核心(背面)。

在大多数情况下,直拉模具是首选,因为它们设计和制造简单,总成本相对较低。但是有一些设计限制:部件必须有2。每边的D几何形状和没有悬垂(即,不从下面支持的区域)。

如果需要更复杂的几何图形,那么可以伸缩side-action核心或需要其他插入。

侧动型芯是从顶部或底部进入模具的移动元件,用于制造有悬垂的部件(例如,空腔或孔)。但由于成本迅速增加,应谨慎使用附带措施。

有趣的事实:大约50%的典型注射成型周期用于冷却和凝固。最小化设计的厚度是加快这一步的关键削减成本

模具的两个边:A边和B边

注塑件有两个面:A面,面向型腔(模具的前半部分)和B面,面向型芯(模具的后半部分)。这两方面通常有不同的用途:

  • 一个一边通常具有较好的视觉外观,常被称为美容方面. 根据您的设计规格,A侧的面将平滑或具有纹理。


  • B面通常包含部分的隐藏(但非常重要)结构元素(boss,肋骨,快照等等)。由于这个原因,它被称为功能方面. B侧通常会有一个粗糙的表面和从顶杆可见的标记。

向模具内注射材料:流道系统

浇道系统是引导熔化的塑料进入模具型腔的通道。它控制着流量和压力用它将液体塑料注入腔内,并在弹出后取出(断开)。流道系统通常由3个主要部分组成:

  • 浇口是所有熔化的塑料在进入模具时最初流过的主要通道。
  • 跑步者将熔化的塑料沿着模具的两半接合处的表面扩散,并将马刺与浇口连接起来。可能有一个或多个滑轨,将材料导向一个或多个部分。浇注后,浇道系统从零件上切断。这是注塑过程中唯一的材料浪费,其中15-30%可以回收再利用。
  • (是物料进入模具型腔的入口点。它的几何形状和位置很重要,因为它决定了塑料的流动。

不同的门类型适用于不同的应用。注射成型有4种类型的浇口:

  • 边缘盖茨在模具两半的分型线上注射材料是最常见的浇口类型。浇道系统随后必须手动拆除,在注入点留下一个小缺陷。

  • 隧道门在分型线以下注入材料。当零件从模具中弹出时,流道系统断开,消除了手动拆卸的需要。这使得这种类型的门非常适合非常大的体积。

  • 后盖茨从空腔背面注入材料,隐藏留下的小缺陷,以免破坏其他类型的浇口。这些浇口用于需要良好外观的零件。

  • 最新信息直接连接到支点,从部件的顶部侧面注射塑料。在流道系统上没有这样的材料浪费,使其成为大规模生产的理想选择,但在注射点会出现凹痕。

遗迹

在流道系统与零件连接的地方,通常可见一个小缺陷,称为残留。

如果遗迹的存在不符合审美目的,那么也可以“隐藏”在功能b侧的部分。

夹紧和顶出系统

在注塑机的另一侧是装夹系统。夹紧系统有双重用途:在注射过程中使模具的两个部分保持紧密闭合,在模具打开后将其推出模具。

零件弹出后,落在传送带或铲斗上进行储存,循环再次开始。

然而,对不同的运动部件的模具从来都不是完美的。这导致创建2个常见的缺陷,几乎在每个注塑部分可见:

  • 分型线这是可见的一面的一部分,在模具的2一半的相遇。它们是由微小的偏差和模具的略圆的边缘造成的。
  • -喷射(或目击)痕迹在零件的隐藏B侧可见。它们的产生是因为顶出销在模具表面上方或下方略微突出或缩进。



下图显示了用于制造遥控器外壳两侧的模具。快速测试:试着定位核心(a面)(一起发行)浇道系统这个喷射器别针这个side-action核心通风口在这个模具上。

IM 101-具有可见分模线、顶杆、流道系统、型腔、型芯和侧动型芯的模具示例

注射成型的优点和局限性

注射成型是一项历史悠久的制造技术,但随着新技术的进步,它也在不断地完善和改进。

下面是注塑成型的主要优点和缺点的快速概述,以帮助您了解它是否适合您的应用程序的正确解决方案。

注射成型的好处

大量生产塑料制品

注射成型是制造大量相同塑料零件的最具成本竞争力的技术。一旦模具创建和机器设置好,额外的零件可以非常快地以非常低的成本制造。

建议注射成型的最小产量是500台。此时,规模经济开始发挥作用,相对较高的初始加工成本对单价的影响不那么显著。

材料范围广

几乎每一种热塑性塑料(以及一些热固性和硅酮)都可以注塑成型。这就提供了非常广泛的具有不同物理性能的可用材料来设计。

注射成型的零件具有很好的物理性能。可以通过使用添加剂(如玻璃纤维)或混合不同的颗粒(如PC/ABS共混)来调整其性能,以达到预期的强度、刚度或抗冲击水平。

非常高的生产率

典型的注射成型周期持续15到60秒,取决于零件的大小和模具的复杂性。相比之下,数控加工或3D打印可能需要几分钟到几小时才能产生相同的几何形状。同时,一个模具可以容纳多个零件,进一步提高了该制造工艺的生产能力。

这意味着每小时可以生产数百(甚至数千)个相同的零件。

良好的重复性和耐受性

注射成型过程具有高度的可重复性,生产的零件基本相同。当然,随着时间的推移,模具会出现一些磨损,但典型的试运行铝模具将持续5000到10000个周期,而工具钢的全尺寸生产模具可以承受100000多个周期。

通常,注射成型将生产的零件公差为±0.500 mm(0.020”)。在某些情况下,更严格的公差至±0.125 mm(0.005”)也是可行的。这种精度水平对大多数应用来说是足够的,可以与CNC加工和3D打印相媲美。

优秀的视觉外观

注射成型的一个关键的强度是它可以生产出几乎不需要额外加工的成品。模具的表面可以抛光到非常高的程度,以创造镜面一样的零件。或者可以用喷珠来制造有纹理的表面。的SPI标准规定可以达到的整理水平。

得到整理/材料兼容性建议→

注射成型的局限性

模具的启动成本高

注塑成型的主要经济制约因素是模具成本高。由于必须为每个几何形状定制模具,启动成本非常高。这些主要涉及模具的设计和制造,通常成本在5000美元到10万美元之间。由于这个原因,只有在生产超过500台时,注射成型才具有经济可行性。

设计变更成本高昂

模具制作完成后,再进行修改是非常昂贵的。设计更改通常需要从头开始创建一个新的模具。因此,正确设计注塑件是非常重要的。

在里面第2部分,我们列出了最重要的设计考虑,以保持在设计注塑成型。它第5部分,我们还将了解如何通过创建零件的物理原型来降低风险。

比其他技术更长的交货时间

典型的转变注射成型6-10周不等。4-6周的模具制造,加上2-4周的生产和运输。如果需要更改设计(这是很常见的),那么周转时间也会相应增加。

相比之下,在台式3D打印机中制造的零件可以在一夜之间交付,而工业3D打印系统的典型交付周期为3-5天。CNC加工零件通常在10天内或最快5天内交付。

注射成型产品示例

如果你现在环顾四周,你会看到至少有一些产品是用注射成型技术制造的。实际上,你现在可能正在看一个:你用来阅读本指南的设备的外壳。

要认识他们,要注意以下三件事分型线见证标志在隐藏的一面和相对均匀的壁厚整个部分。

我们收集了一些通常使用注射成型制造的产品的例子,以帮助更好地理解这种制造过程可以实现什么。

玩具
包装
微型
汽车
与电有关的
医疗保健

乐高积木

乐高积木是注塑零件中最知名的例子之一。它们是用模具制造的,就像图中所示的那样,在停止使用之前,它生产了1.2亿块乐高积木(即1500万次循环)。

乐高积木使用的材料是ABS,因为它具有高的抗冲击性能和优异的可塑性。每一块砖都设计得非常完美,公差可达10微米(或人类头发的十分之一)。

这在一定程度上是通过使用最佳设计实践来实现的,我们将在下一节中研究(均匀壁厚,草案的角度、肋骨、压花文字等)。

一个退休的乐高积木模具

瓶盖

许多塑料包装产品是注射成型的。事实上,包装是注塑最大的市场。

例如,瓶盖是聚丙烯注塑成型的。聚丙烯(PP)具有优良的耐化学性,适合与食品接触。

在瓶盖上,你也可以看到所有常见的不可避免的注塑缺陷(分型线,顶出痕迹等)和常见的设计特征(肋,剥离底边等)。

飞机模型

飞机模型是注射成型零件的另一个常见例子。这里使用的材料主要是聚苯乙烯(PS),因为它成本低,易于成型。

有趣的是,模型飞机套件的运行系统仍然连接在一起。所以,你可以看到熔化的塑料填充空模具的路径。

汽车零部件

汽车内部几乎所有的塑料部件都是注射成型的。在汽车工业中使用的三种最常见的注塑材料是聚丙烯(PP)用于非关键部件,PVC用于其良好的耐候性,ABS用于其高冲击强度。

汽车一半以上的塑料部件是由这些材料制成的,包括保险杠、车身内部部件和仪表盘。

电子消费品

几乎每一个大规模生产的消费电子设备的外壳都是注塑成型的。ABS和聚苯乙烯(PS)因其优异的抗冲击性能和良好的电气绝缘而在这里受到青睐。

医疗设备

许多可杀菌和生物相容性的材料可用于注射成型。

医用级有机硅是医疗行业中较为流行的材料之一。硅树脂是一种热固性材料,因此需要特殊的机械和过程控制,增加了成本。

对于要求不那么严格的应用,其他材料,如ABS,聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE),更常见。

了解更多医疗器械制造→

第2部分

注塑设计

有几个因素可能会影响质量最终产品和可重复性的过程。为了产生过程的全部好处,设计师必须遵循一定的设计准则。

在这一节,我们概述了常见的缺陷注塑成型和基本和高级指南在设计零件时遵循,包括将成本降至最低的建议。

常见注塑缺陷

注射成型中的大多数缺陷要么与熔化材料的流动有关,要么与凝固过程中的冷却速度不均匀有关。

这里有一个缺陷的列表,要记住,而设计一个零件注射成型。在下一节中,我们将看到如何通过遵循良好的设计实践来避免每一个问题。

扭曲

当某些截面比其他截面冷却(并因此收缩)更快时,零件会因内应力而永久弯曲。

壁厚不等的零件最容易发生翘曲。

凹陷

当一个零件的内部比表面凝固时,在原本平坦的表面上可能会出现一个小凹槽,称为凹痕。

壁厚或肋设计不良的部件最容易下沉。

拖痕

塑料收缩时,会对模具施加压力。在顶出过程中,零件的壁会在模具上滑动和刮擦,从而产生拖拽痕迹。

具有垂直壁的部件(无拔模角)最容易产生拖拽痕迹。

编织线

当两股气流相遇时,可能会出现小的发状色斑。这些编织线会影响零件的美观,但通常也会降低零件的强度。

具有突然几何变化或孔的零件更容易产生编织线。

短镜头

困在模具内的空气会抑制材料在注射过程中的流动,导致零件不完整。良好的设计可以提高熔融塑料的流动性。

具有非常薄的壁或设计不佳的肋的零件更容易发生短射。

处理削弱了

最简单的模具(直拉模具)由两个半部分组成。带有底边的特征(如螺纹的齿或卡扣连接的钩)可能无法用直拉模具制造。这要么是因为模具不能数控加工,要么是因为材料挡在了挤出零件的路上。

注射成型中的下凹是用简单的两部分模具无法制造的部分特征,因为材料在模具打开或弹出过程中挡道。

螺纹的齿或卡扣连接的钩都是内切的例子。

以下是一些有助于您处理咬边的想法:

使用截止阀避免咬边

完全避免低价可能是最好的选择.削价总是增加成本、复杂性和模具的维护要求。巧妙的重新设计通常可以消除低价。

关闭是一个有用的技巧,以处理在内部区域的部分(为弹合)或在侧面的部分(为孔或把手)。

下面是一些注塑零件可以重新设计的例子,以避免底边:本质上,材料在底边下的区域被移除,完全消除问题。

设计更改的例子可以帮助您消除底价 设计更改的例子可以帮助您消除底价

移动分型线

处理咬边的最简单方法是移动模具的分模线与之相交。

这种解决方案适用于许多在外部表面有底边的设计。别忘了相应地调整牵伸角度。

使用剥离切边(bumpoffs)

当功能足够灵活时,可以使用剥离底边(也称为bumpoffs)在弹出过程中在模具上变形.瓶盖的螺纹是用剥离底边来制造的。

Undercuts只能在以下条件下使用:

-必须定位脱模咬边远离僵硬的特征,如角和肋骨。

-断边必须有导程角30o到45o度。

-注塑件必须具有空间,必须灵活的足以膨胀和变形。

建议避免纤维增强塑料零件的剥离底边。通常情况下,灵活的塑料如PP, HDPE或尼龙(PA)可以承受直径的5%。

设计更改的例子可以帮助您消除底价
带有剥离底边的示例部件。这个零件被推出模具时就变形了。

滑动侧边动作和核心

当无法重新设计注塑零件以避免下切时,使用滑动侧动作和芯。

Side-action核心是插入在模具关闭时滑进去,在模具打开前滑出来。请记住,这些机制增加了成本和复杂性到模子里去。

在设计辅助操作时,请遵循以下指导原则:

-必须有堆芯进出的空间.这意味着特征必须在部分的另一边。

-附属行动必须垂直地移动. 以90°以外的角度移动更加复杂,增加了成本和交付周期。

-别忘了添加草案的角度给你的设计照例,考虑到侧边动作的核心。

常见的设计特点

学习如何设计最常见的特点遇到注塑零件与这些实际指导方针。使用它们来改进设计的功能,同时仍然遵守基本的设计规则。

螺纹紧固件(凸台和镶件)

在注塑件上添加紧固件的方法有三种:设计线程直接安装在零件上,通过在可以连接螺丝的地方增加凸台,或通过包括螺纹插入件。

模拟一个螺纹直接在零件上是可能的,但不推荐,因为螺纹的齿本质上是下切,极大地增加了模具的复杂性和成本(我们将在后面的部分更多地介绍下切)。带有螺纹的注塑件的一个例子是瓶盖。

老板

凸台是注塑件中非常常见的一种连接点或装配点.它们由带有孔的圆柱形凸体组成,用于安装螺钉、螺纹插入件或其他类型的紧固和组装五金。看待老板的一个好方法是闭合的肋骨围成一个圈。

凸台用作连接点或紧固点(与自攻螺钉或螺纹插入件配合使用)。

推荐设计一个老板


当老板被用作夹紧点,凸台的外径应为螺钉或嵌件标称直径的2倍,其内径等于螺钉芯的直径。凸台的孔应延伸至基础墙标高,即使组装不需要全深度,以保持良好的密封性均匀的壁厚整个功能。增加一个倒角,便于插入螺钉或插入件。

为了获得最佳效果:

避免设计与主墙融合的boss
用肋支撑凸台或将其连接到主墙
对于带有嵌件的凸台,使用等于2×嵌件标称尺寸的外径

线程

金属线程插入可添加到注塑件,以提供耐用的螺纹孔紧固件,如机器螺丝。使用insert的优点是它们允许许多装配和拆卸周期

插入件安装在注塑件通过热,超声波或模具内插入。要设计一个凸台,将接受螺纹插入,使用类似的指导如上所述,使用插入的直径作为指导尺寸。

置于凸台中的螺纹嵌件


为了获得最佳效果:

避免在注塑件上直接添加螺纹
设计凸台,其外径等于螺丝或镶件公称直径的2倍
在螺纹边缘添加0.8 mm的浮雕
使用大于0.8毫米的螺距(32线程每英寸)
使用一个梯形支持线程

处理产生的咬边的最佳方法:

使用大于0.8毫米的螺距(32线程每英寸)
对于外螺纹,沿分型线放置

肋骨

当推荐的最大壁厚不足以满足零件的功能要求时,可以使用肋来提高其刚度。

当设计肋骨:

●使用厚度等于0.5 ×主壁厚度

● 定义小于3×肋厚度的高度

●使用半径大于¼×肋厚的基圆角

●添加至少0.25°- 0.5°的牵伸角度

● 在肋和壁之间增加4×肋厚度的最小距离

Snap-fit关节

夹紧接头是一种非常简单、经济、快速的方法在没有紧固件或工具的情况下连接两个部件.卡扣配合接头有多种设计可能性。

根据经验,偏转卡接接头的大小主要取决于其长度和允许的力这可以应用在它的宽度上(因为它的厚度或多或少是由部分的壁厚定义的)。此外,夹紧式接头是另一个削价的例子。

具有卡扣连接的组件的示例


在上面的例子中,最常见的卡扣配合接头设计(称为悬臂snap-fit联合)所示。就像肋板一样,在搭接接头上添加一个吃水角度,最小厚度为壁厚的0.5倍。

设计卡扣式接头的具体指南是一个超出本文范围的大主题。有关更多详细信息,请参阅此麻省理工学院文章

为了获得最佳效果:

在垂直的夹板上加一个夹角
厚度大于壁厚0.5倍的设计卡扣配合
调整它们的宽度和长度,以控制它们的挠度和允许的力

生活铰链

活铰链是薄塑料片连接2段并允许它这样做flex和弯曲. 通常,这些铰链被安装在大量生产的容器中,如塑料瓶。一个设计良好的活铰链可以持续100万次循环而不发生故障。

材料用于注塑模具的活铰链必须是柔性的。聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)是消费者应用的好选择,尼龙(PA)是工程应用的好选择。

设计良好的铰链如下图所示。的推荐的最小厚度铰链的范围在0.20和0.35毫米之间,更高的厚度导致更耐用,但更硬,部件。



活铰链示例(左)和PP或PE的推荐设计尺寸(右)


在进行大规模生产之前,原型您的活动铰链使用2020刀塔必威赛事 365必威 以确定最适合您的应用程序的几何形状和刚度。添加慷慨鱼片和设计肩膀以均匀的壁厚作为零件主体,以改善模具中的材料流动并将应力降至最低。分铰链长度超过150毫米在两个(或更多)提高寿命。

有关详细指引,请参阅这个麻省理工学院的指导

为了获得最佳效果:

设计铰链的厚度在0.20和0.35毫米之间
活动铰链部分选用柔性材料(PP、PE或PA)
使用厚度等于主墙厚度的路肩
加入尽可能大的鱼片

粉碎的肋骨

压碎肋骨是小的突出特征变形产生摩擦当不同的组件被推到一起,确保他们的位置。

挤压肋是制造高公差孔的一种经济选择严格符合. 它们通常用于轴承或轴以及其他压合应用。

下面展示了一个带有压碎肋骨的零件的例子。建议使用三根压筋,以确保良好的对齐。推荐的每根肋骨的高度/半径为2毫米.添加一个最小干涉0.25 mm在挤压肋和安装件之间。由于与模具的接触面很小,因此可以在没有拔模角度的情况下设计挤压肋。

压碎肋的例子(左)和推荐的设计尺寸(右)


为了获得最佳效果:

在压筋和部件之间增加最小0.25毫米的干涉
不要在压筋的垂直壁上增加一个吃水角度

字母和符号

文本是一种非常常见的功能,可用于徽标、标签、警告、图表和说明,从而节省粘贴或绘制标签的费用。

添加文本时,选择压花文本过刻字,因为它更容易数控机床上的模具,因而更经济。

将文字抬高0.5毫米以上部分表面将确保字母容易阅读。我们建议选择粗体、圆形字体样式用线条粗细一致,用20个点或更大的尺寸。一些字体的例子包括:世纪哥特式粗体,Arial和Verdana。

为了获得最佳效果:

使用浮雕文字(0.5 mm高)代替雕刻文字
使用厚度一致的字体,最小字体大小为20
将文本垂直于分隔线对齐
高度(或深度)应大于0.5 mm

公差

注射成型通常生产的零件公差为±0.250 mm(0.010”)。

在某些情况下,更严格的公差是可行的(可降至±0.125 mm,甚至±0.025 mm),但它们会大幅增加成本。

对于小产量作业(小于10,000台),可以考虑使用二次作业(如钻井)来提高精度。这确保了零件与其他部件或镶件的正确干涉(例如,使用压配合时)。

注射成型设计规则

注射成型的最大好处之一就是非常容易复杂的几何图形可以形成,使一个部分可以服务于多种功能。

一旦模具制造出来,这些复杂的零件就可以以很低的成本复制出来。但是在开发的后期阶段改变模具设计可能是非常昂贵的,所以要达到最好的结果第一次是至关重要的。遵循以下的指导方针,以避免最常见的缺陷在注射成型。

使用固定的壁厚

使用一个均匀的壁厚整个部分(如果可能的话)和避免厚的部分.这是必要的,因为不均匀的壁可能导致翘曲或部分熔化的材料冷却。

如果部分不同的厚度都是必需的,做什么过渡尽可能平稳使用倒角或倒角。这样,物料在型腔内流动更均匀,确保整个模具被完全填充。

在壁厚不均匀的部分,使过渡尽可能平滑
在壁厚不均匀的部分,使过渡尽可能平滑


对于大多数材料来说,壁厚在1.2 mm到3mm之间是一个安全值。下表总结了具体情况推荐墙厚度对于一些最常见的注塑材料:

材料 推荐壁厚[mm] 推荐壁厚[英寸]
聚丙烯(PP) 0.8 - 3.8毫米 0.03”,0.15”
腹肌 1.2 - 3.5毫米 0.045'' - 0.14''
聚乙烯(PE) 0.8 - 3.0 mm 0.03”,0.12”
聚苯乙烯(PS) 1.0 - 4.0 mm 0.04”,0.155”
聚氨酯(PUR) 2.0 - 20.0毫米 0.08”,0.785”
尼龙(PA 6) 0.8 - 3.0 mm 0.03”,0.12”
聚碳酸酯(PC) 1.0 - 4.0 mm 0.04”,0.16”
PC / ABS 1.2 - 3.5毫米 0.045'' - 0.14''
POM(缩醛树脂) 0.8 - 3.0 mm 0.03”,0.12”
窥视 1.0 - 3.0 mm 0.04”,0.12”
硅胶 1.0 - 10.0毫米 0.04”,0.40”

为了获得最佳效果:

使用建议值范围内的均匀壁厚
当需要不同的厚度时,使用长度为3倍厚度差异的倒角或圆角平滑过渡

厚截面镂空

厚截面可能导致各种缺陷,包括翘曲和下沉。将您设计的任何部分的最大厚度限制在推荐值内使其空心是至关重要的。

为了提高空心型材的强度,用肋骨设计强度和刚度相等但壁厚减小的结构。设计良好的空心部分如下图所示:

空心厚截面并添加加强筋以提高刚度


肋材也可用来提高刚度水平部分不增加厚度。但请记住,壁厚限制仍然适用。超过建议的肋厚度(见下文)可能会导致凹陷。

壁厚的限制仍然适用于肋板


为了获得最佳效果:

镂空厚的部分和使用肋,以提高强度和刚度的部分
最大设计肋。厚度等于0.5倍壁厚
最大设计肋。高度等于壁厚的三倍

添加平滑过渡

推荐:3×壁厚差

有时不能避免不同壁厚的截面。在这些情况下,使用倒角或圆角使过渡尽可能平滑。

同样地,垂直特征的基础(如肋骨,boss,快照)也必须是圆形的。

圆的所有边

均匀的壁厚限制也适用于边缘和角:过渡必须尽可能平滑,以确保良好的材料流动。

内部边缘,使用半径至少0.5 ×壁厚.为外边缘,加上半径等于内部半径加上壁厚.这样你就可以确保墙壁的厚度在任何地方都是恒定的(即使在角落)。

此外,尖锐的角导致应力集中,从而导致较弱的部分。

为所有边缘增加宽半径,以保持壁厚均匀,避免缺陷

为所有边缘增加宽半径,以保持壁厚均匀,避免缺陷



为了获得最佳效果:

在内角上添加0.5倍壁厚的圆角
在外角上添加一个等于1.5倍壁厚的圆角

添加草案的角度

为了使零件更容易从模具中推出,需要拔模角必须添加到所有垂直墙。由于顶出过程中与模具的高摩擦,没有拔模角的墙的表面将有拖曳痕迹。

建议最小牵伸角度为2°。较大的牵伸角度(高达5o°)应用于较高的特征。

了解更多关于起草角度的重要性在这篇文章→

一个好的经验法则是增加牵伸角每25毫米一度. 例如,添加3的拔模斜度o角度到一个特征是75毫米高。如果零件具有较大的拉伸角,则应采用较大的拉伸角纹理的表面光洁度.根据经验,加1o到2o额外的程度到上述计算的结果。

记住,牵伸角对肋也是必要的。注意,尽管增加一个角度将减少顶部肋的厚度,所以确保你的设计符合建议的最小壁厚。

给所有垂直的墙壁增加一个通风角度(最小2o)
添加牵伸角度(最小2o)到所有垂直的墙壁


为了获得最佳效果:

添加最小吃水角度2o垂直墙壁的度数
对于大于50mm的特性,每25mm增加一个度的牵伸角度
对于表面有纹理的零件,拉伸角增加1-2o额外的度

第3部分

注塑材料

注射成型与各种塑料制品兼容。在本节中,您将了解更多关于最流行材料的关键特征。我们还将讨论可应用于注塑零件的标准表面抛光。

用于注塑成型的材料

所有的热塑性塑料都可以注射成型。一些热固性和液态硅树脂也与注塑工艺兼容。

还可以用纤维、橡胶颗粒、矿物或阻燃剂来增强其物理性能。例如,玻璃纤维可以以10%、15%或30%的比例与芯块混合,从而产生刚度更高的部件。

聚丙烯(PP)

最常见的注塑塑料。优秀的耐化学性。食品安全等级。不适合机械应用。

腹肌

普通热塑性塑料,耐冲击,低成本,低密度。易受溶剂。

聚乙烯(PE)

轻质热塑性塑料,具有良好的冲击强度和耐候性。适合户外应用。

聚苯乙烯(PS)

成本最低的注塑塑料。提供食品安全等级。不适用于机械应用。

聚氨酯(PU)

具有高冲击强度和良好的机械性能和硬度的热塑性塑料。适用于壁厚的成型件。

尼龙(PA 6)

工程热塑性塑料,具有优异的机械性能和高的化学和耐磨性。容易受到水分。

聚碳酸酯(PC)

抗冲击强度最高的塑料。高耐热、耐候性和韧性。可以是彩色的或透明的。

PC / ABS

两种热塑性塑料的混合,具有高冲击强度,优异的热稳定性和高刚度。易受溶剂。

POM(缩醛/缩醛树脂)

工程热塑性塑料,具有高强度、高刚度、耐湿性和自润滑性能。相对容易弯曲的。

窥视

高性能工程热塑性塑料,具有优异的强度和耐热耐化学性能。用于更换金属部件。

硅橡胶

热固性,具有优异的耐热性和耐化学性,可定制邵氏硬度。可提供食品安全和医疗级别。

一个添加剂一般用来提高注塑件刚度的是玻璃纤维。玻璃纤维可按10%、15%或30%的比例与球团混合,产生不同的力学性能。

着色剂可以添加到混合物中(以3%的比例),创造出各种各样的彩色部分。标准颜色包括红、绿、黄、蓝、黑、白,它们可以混合成不同的色调。

表面处理和SPI标准

表面处理可以用来给注塑零件一个特定的外观或感觉。除了化妆品用途表面处理也可以技术服务需求.例如,平均表面粗糙度(Ra)可以显著影响滑动部件(如滑动轴承)的寿命。

注塑件通常不进行后处理,但模具本身可以进行不同程度的精加工。

请记住,在顶出过程中,粗糙表面会增加零件和模具之间的摩擦,因此需要更大的拔模角度。

塑料工业协会解释几种导致不同零件表面处理的标准加工程序。

完成 描述 SPI标准 应用
光泽的表面 模具首先被磨平,然后用钻石抛光器抛光,形成镜面般的光洁度。 a - 1
a -
a - 3
适用于需要安稳的表面光洁度用于美容或功能性目的(Ra小于0.10 μm)。A-1光洁度适用于镜面光洁度和镜片的零件。
半光的完成 模具用细砂纸打磨光滑,表面光洁度很好。 b - 1
b - 2
酮-
适用于需要良好的视觉外观,但不是高光泽的外观。
喷砂面 模具用细石粉磨平,去除所有机加工痕迹。 C-1
C-2
C-3
适用于带低视觉外观要求,但加工痕迹不可接受。
变形结束 模具首先用细石粉打磨光滑,然后喷砂,形成有纹理的表面。 d 1
d2的
d 3
适用于需要缎子的或无光泽的表面光洁度。
机加工光洁度 模具由机械师自行制作完成。工具标记将是可见的。 - 适合non-cosmetic部分,例如工业或隐藏部件。



当选择有光泽的表面处理时,记住这些有用的提示:

  • 高光泽的模具表面并不等同于高光泽的成品。这主要取决于其他因素,如塑料树脂的使用,成型条件和模具设计。例如,ABS生产的零件比PP的表面光洁度更高。要找到推荐的材料和表面光洁度组合,请访问附录
  • 更精细的表面处理要求模具使用更高等级的材料。为了达到非常精细的抛光效果,需要具有最高硬度的工具钢。这对总体成本(材料成本、加工时间和后处理时间)有影响。

第4部分

降低成本小贴士

了解更多关于注塑成型的主要成本驱动因素和可操作的设计技巧,将帮助您降低项目的成本。

注塑成型的成本动因

注塑最大的成本是:

  • 工具成本由模具设计和加工的总成本决定
  • 材料成本由所使用材料的体积和每公斤的价格决定
  • 生产成本由注塑机使用的总时间决定

加工成本是固定的(从3,000美元到5,000美元不等)。这种成本与制造零件的总数无关,而材料和生产成本则取决于生产量。

对于较小的产品(1000到10000件),模具成本对总成本的影响最大(约50-70%)。因此,值得相应地改变你的设计,以简化模具的制造过程(及其成本)。

对于更大批量的全面生产(10000至100000台以上),模具成本对总体成本的贡献被材料和生产成本所掩盖。因此,您的主要设计工作应该集中在最小化体积部分和成型周期的时间。

这里我们收集了一些技巧,以帮助您最小化注塑项目的成本。

提示1:粘在直拉模具上

IM 101 -坚持直拉模具

侧作用型芯和其他模内机构可以增加15%到30%的模具成本。这意味着模具的最低额外费用约为1 000至1 500美元。

在前一节中,我们讨论了处理削弱了.为了保证你的产品在预算之内,除非绝对必要,否则不要使用副反应核心和其他机制。

提示#2:重新设计注塑部分,以避免下切

削价总是增加成本和复杂性,以及对模具的维护。巧妙的重新设计通常可以消除低价。

提示#3:使注塑件更小

更小的部件可以更快地成型,从而产生更高的产量,使每个部件的成本更低。更小的零件也导致更低的材料成本和降低模具的价格。

提示#4:在一个模具中适合多个部件

IM 101-提示2:在同一模具中安装多个零件

正如我们在上一节中所看到的,在同一模具中安装多个零件是常见的做法。通常,6到8个相同的小零件可以安装在同一个模具中,基本上减少了大约80%的总生产时间。

具有不同几何形状的部件也可以装在同一个模具中(记住,模型飞机的例子)。这是一个伟大的解决方案,以降低整体组装成本。

这里有一个高级技巧:

在某些情况下,一个组件的两个部分的主体是相同的。通过一些创造性的设计,你可以在对称的位置创建连锁点或铰链,本质上反映了部分。这样,相同的模具可以用来制造两半,减少一半的模具成本。

技巧5:避免小细节

制造一个小细节的模具需要更长的加工和加工时间。文本就是一个例子,甚至可能需要专门的加工技术,如电火花加工(EDM),从而导致更高的成本。

提示6:使用较低等级的漆面

抛光通常是手工应用于模具,这可能是一个昂贵的过程,特别是高档抛光。如果你的部位不是用来化妆的,不要使用昂贵的高档面漆。

提示#7:通过减少壁厚使零件体积最小化

IM 101 -提示#3:通过减少壁厚使零件体积最小化

减少零件的壁厚是使零件体积最小化的最好方法。这不仅意味着使用更少的材料,而且大大加快了注塑周期。

例如,将壁厚从3毫米减少到2毫米可以减少50%到75%的循环时间。

较薄的壁意味着可以更快地填充模具。更重要的是,零件越薄,冷却和固化的速度就越快。记住,大约一半的注射成型周期花在凝固的部分,而机器是闲置的。

必须注意不要过度降低零件的刚度,否则会降低其机械性能。关键位置的加强筋可用于增加刚度。

提示#8:考虑二级操作

对于低批量生产(少于1000个零件),使用二次操作来完成注塑零件可能更划算。例如,你可以在成型后钻一个洞,而不是使用一个昂贵的带有侧动芯的模具。

第5部分

开始注塑

一旦你的设计准备好并优化了注塑成型,下一步是什么?在本节中,我们将带您完成开始注塑制造所需的步骤。

步骤1:从小处开始,快速制作原型

IM 101-小型启动和原型快速启动

在您投入任何昂贵的注塑模具之前,首先创建并测试您的设计的功能原型。

这一步对于推出成功的产品至关重要。通过这种方式,设计错误可以在早期被识别出来,而更改的成本仍然很低。

关于原型设计有3种解决方案:

  1. 3D打印(使用SLS、SLA或材料喷射)
  2. 塑料数控加工
  3. 低运行注射成型与3D打印模具

    这些过程可以为形状和功能创建逼真的原型,与最终注塑产品的外观非常相似。

使用下面的信息作为快速比较指南,以决定哪个解决方案最适合您的应用程序。

3D打印原型

最小数量:1份
典型的成本:每件20 - 100美元
提前期:2 - 5天

了解更多关于这个过程→

优化的注塑设计可以很容易地3D打印
具有最低成本和最快周转的原型解决方案
并非所有注塑材料都可用于3D打印
3D打印零件比注塑零件弱30-50%

数控加工原型

最小数量:1份
典型的成本:每件100 - 500美元
提前期:5 - 10天

了解更多关于这个过程→

材料性能与注塑件相同
高精度和精加工
由于适用不同的设计限制,可能需要进行设计修改
比3D打印更贵,交付时间更长

低成本注塑成型

最小数量:10 - 100个部件
典型的成本:总共1000 - 4000美元
提前期:5 - 10天

了解更多关于这个过程→

最真实的原型与精确的材料属性
对实际工艺和模具设计进行了仿真
成本最高的原型解决方案
比CNC或3D打印的可用性更小

第二步:进行“试运行”(500 - 10000个零件)

试运行(1000 - 10000个零件)

随着设计的最终确定,它的时间开始注射成型与一个小的试点运行。

注塑的最小订货量是500个。对于这些数量,模具通常是由铝数控加工而成。铝制模具相对容易制造,成本较低(起售价约为3,000至5,000美元),但可承受高达5,000至10,000次的注射周期。

在这个阶段,每个零件的成本通常在1美元到5美元之间,这取决于你的设计的几何形状和选择的材料。此类订单的典型交货期为6-8周。

不要被术语“试运行”弄糊涂。如果您只需要几千个零件,那么这将是您的最终生产步骤。

用“试点”铝模具制造的零件具有物理性能和精度与用“全尺寸生产”工具钢模具制造的零件相同。

步骤3:扩大生产(100000多个零件)

im101 -扩大生产(100.000+件)

当生产大量相同的零件(从10,000到100,000+单位),然后特殊的注塑模具是必需的。

对于这些量,模具是数控加工从工具钢和可以承受数百万次注射成型周期。它们还配备了先进的功能,以最大限度地提高生产速度,如热尖闸门和复杂的冷却通道。

由于模具设计和制造的复杂性,该阶段的典型单位成本在几美分到1美元之间变化,典型的交付周期为4到6个月。

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第6部分

有用的资源

在本指南中,我们涉及了开始注射成型所需的一切,但还有很多东西需要学习。

如果你想深入了解,这里有关于注塑和其他数字制造技术最有用的资源。

知识库

在这里,我们触及了所有你需要开始注射成型。我们还有很多东西要学知识库-由中心和制造业专家撰写的所有制造技术的技术文章集合。必威和365

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