材料性質(zhì)與塑件設(shè)計(jì)

48/48材料性質(zhì)與塑件設(shè)計(jì)5-1材料性質(zhì)與塑件設(shè)計(jì)塑料材料的多樣性使得塑料射出成形比金屬成形更具有設(shè)計(jì)的自由度。然而，塑件的機(jī)械性質(zhì)受到負(fù)荷種類、負(fù)荷速率、施加負(fù)荷期間長(zhǎng)短、施加負(fù)荷的頻率、以及使用環(huán)境溫度變化與濕度變化等因素的阻礙，因此設(shè)計(jì)者必須將這些使用條件列入考慮。5-1-1應(yīng)力--應(yīng)變行為材料的應(yīng)力--應(yīng)變行為決定其強(qiáng)度或勁度。阻礙材料強(qiáng)度的因素包括塑件的幾何形狀、負(fù)荷、拘束條件、成形制程導(dǎo)致的殘留應(yīng)力和配向性。依照施加在塑件的負(fù)荷或拘束條件的不同，必須考慮不同種類的強(qiáng)度性質(zhì)，包括拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、扭曲強(qiáng)度、撓曲強(qiáng)度和剪變強(qiáng)度等。設(shè)計(jì)塑件時(shí)，應(yīng)該依照塑件承受的要緊負(fù)荷來(lái)決定材料相關(guān)的強(qiáng)度。將其使用環(huán)境溫度及應(yīng)變率下的要緊負(fù)荷所相關(guān)的應(yīng)力應(yīng)變行為列為重要考慮。然而，由于拉伸試驗(yàn)以外的其它測(cè)試程序先天上都有準(zhǔn)確性的問(wèn)題，使得塑料材料往往只提供短期的拉伸試驗(yàn)(tensiletest)結(jié)果。讀者假如有其它負(fù)荷狀態(tài)的應(yīng)用，應(yīng)參閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料。圖5-1講明拉伸試驗(yàn)棒和預(yù)設(shè)固定負(fù)荷下的變形量，其中，應(yīng)力(σ)與應(yīng)變(ε)的定義為：圖5-1(a)拉伸實(shí)驗(yàn)棒截面面積A，原始長(zhǎng)度L0；(b)于固定負(fù)荷下拉長(zhǎng)至長(zhǎng)度L。 圖5-2熱塑性塑料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，能夠獲得楊氏模數(shù)、比例極限，彈性極限、降伏點(diǎn)、延展性、破壞強(qiáng)度和破壞之伸長(zhǎng)量等材料性質(zhì)。圖5-2典型熱塑性塑料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖楊氏模數(shù)是應(yīng)力—應(yīng)變曲線起始直線部份的斜率。定義為： 楊氏模數(shù)經(jīng)常被用作材料強(qiáng)度指針。楊氏模數(shù)實(shí)際上是材料剛性(rigidity)的指針，它能夠應(yīng)用于工程上簡(jiǎn)化的線性運(yùn)算，例如決定塑件的勁度(stiffness)。比例極限是圖5-3上的P點(diǎn)，曲線從這點(diǎn)開始偏離其線性行為。彈性極限是圖5-3的I點(diǎn)，它是材料承受應(yīng)變而仍能夠回復(fù)原形的最大限度。假如應(yīng)變量超過(guò)彈性極限，同時(shí)接著增加，則材料可能發(fā)生拉伸現(xiàn)象而無(wú)法回復(fù)原形，或者可能發(fā)生破壞，如圖5-2所示。圖5-3局部之應(yīng)力—應(yīng)變曲線，其中，P點(diǎn)是比例極限，經(jīng)常用作設(shè)計(jì)上的應(yīng)變限度。I點(diǎn)是彈性極限。圖5-4顯示相同基底樹脂材料的兩種熱塑性復(fù)合物之應(yīng)力—應(yīng)變曲線，其中一者添加了30%玻纖，另一者無(wú)填充料。玻纖填充料使得塑料的破壞強(qiáng)度、降伏應(yīng)力、比例極限應(yīng)力及楊氏模數(shù)都明顯地提升，同時(shí)承受較低的應(yīng)變量就產(chǎn)生破壞。無(wú)填充料的熱塑性塑料在降伏點(diǎn)以上產(chǎn)生拉伸現(xiàn)象，使應(yīng)力減小。拉伸造成剖面面積的縮小量能夠依照蒲松比計(jì)算。負(fù)荷速率（或應(yīng)變率）及溫度關(guān)于塑料的應(yīng)力應(yīng)變行為有專門大的阻礙。圖5-5是半結(jié)晶塑料受負(fù)荷速度及溫度阻礙時(shí)之拉伸實(shí)驗(yàn)應(yīng)力—應(yīng)變曲線。通常，在高負(fù)荷速率和低溫條件時(shí)，塑料材料顯得剛且脆；低負(fù)荷速和高溫條件時(shí)，受到其粘滯性的阻礙，塑料材料較具有撓性和延展性。從圖5-5能夠觀看到，高負(fù)荷速率使得材料的破壞應(yīng)力和降伏應(yīng)力大幅提高。然而，提高溫度會(huì)使得破壞應(yīng)力和降伏應(yīng)力降低。圖5-4添加30%玻纖與無(wú)添加物之熱塑性樹脂的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖5-5負(fù)荷速率與溫度關(guān)于典型聚合物之應(yīng)力—應(yīng)變圖的阻礙加熱半結(jié)晶性塑料使之通過(guò)玻璃轉(zhuǎn)移溫度（Tg），則負(fù)荷速度、溫度等相關(guān)的效應(yīng)更加明顯，結(jié)果導(dǎo)致塑料產(chǎn)生全然不同的運(yùn)動(dòng)行為。不定形塑料通過(guò)軟化區(qū)后呈現(xiàn)粘性流。5-1-2潛變與應(yīng)力松弛設(shè)計(jì)承受長(zhǎng)期負(fù)荷的塑件時(shí)，應(yīng)特不注意潛變效應(yīng)及應(yīng)力松弛。不論所施加負(fù)荷的大小，只要持續(xù)地施加一定量負(fù)荷在塑料材料上，塑料材料就會(huì)連續(xù)地變形，這種長(zhǎng)期間、永久性的變形稱為潛變(creep)，如圖5-6所示。圖5-6典型的潛變曲線，其潛變量依照負(fù)荷及時(shí)刻而變化。要設(shè)計(jì)承受長(zhǎng)期負(fù)荷的塑件，必須使用潛變量據(jù)以確保塑件可不能在壽命周期內(nèi)產(chǎn)生破壞、產(chǎn)生降伏、裂縫或是過(guò)量的變形。盡管大多數(shù)塑料擁有在相當(dāng)時(shí)刻內(nèi)、特定應(yīng)力及溫度條件下的潛變量據(jù)，然而每個(gè)塑件設(shè)計(jì)仍需對(duì)其特定的負(fù)荷與使用條件來(lái)調(diào)整設(shè)計(jì)值。由于要針對(duì)各不設(shè)計(jì)塑件進(jìn)行長(zhǎng)期間的試驗(yàn)并不可行，而且塑件今后使用期間的應(yīng)力與環(huán)境條件不容易進(jìn)行長(zhǎng)期間的預(yù)測(cè)，因此，往往必須從較短的潛變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)執(zhí)行內(nèi)插和外插。通常，工程師使用樹脂供貨商提供的潛變數(shù)據(jù)庫(kù)獲得應(yīng)變相關(guān)于時(shí)刻之?dāng)?shù)據(jù)，再進(jìn)行內(nèi)插和外插，以獲得同一時(shí)刻之應(yīng)力—應(yīng)變非線性曲線，如圖5-7。這些曲線將取代短期的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，應(yīng)用于長(zhǎng)期靜負(fù)荷之塑性設(shè)計(jì)。圖5-7在固定應(yīng)變下，應(yīng)力隨著經(jīng)歷時(shí)刻而遞減的情形。潛變模數(shù)(creepmodulus,Ec)能夠應(yīng)用于固定應(yīng)力或應(yīng)力松弛計(jì)算。潛變模數(shù)與時(shí)刻、溫度有關(guān)系，它與固定應(yīng)力(σ)以及隨時(shí)刻、溫度變化的應(yīng)變?chǔ)?t,T)之間的關(guān)系式定義如下： 其它與潛變有關(guān)連的因素包括：˙隨著溫度的上升，潛度速率與應(yīng)力松弛速率都會(huì)上升。˙只要施加負(fù)荷的時(shí)刻夠久，就可能發(fā)生破壞，此稱為應(yīng)力破裂(stresscrack)。˙內(nèi)壓力（殘留應(yīng)力）應(yīng)該與外應(yīng)力一并考慮。應(yīng)力松弛是潛變的一種推論現(xiàn)象。假如變形量固定，則抵抗變形的應(yīng)力會(huì)隨著時(shí)刻而遞減。塑料材料發(fā)生潛變的物理機(jī)構(gòu)也能夠應(yīng)用于應(yīng)力松弛。圖5-7講明在固定應(yīng)變下，應(yīng)力隨著經(jīng)歷時(shí)刻而遞減的情形。5-1-3疲勞當(dāng)設(shè)計(jì)的塑件承受周期性的負(fù)載時(shí)，就應(yīng)考慮疲勞效應(yīng)(fatigue)。承受周期性負(fù)荷之塑料應(yīng)該使用比例極限進(jìn)行設(shè)計(jì)。假如施加時(shí)刻間距短，而且為長(zhǎng)期的反復(fù)性負(fù)荷，應(yīng)該使用S-N曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。S-N曲線是在固定頻率、固定溫度和固定負(fù)荷條件下，施加彎矩、扭力和拉伸應(yīng)力于材料，測(cè)試而得。隨著反復(fù)性負(fù)荷的頻率數(shù)目增加，造成塑件因疲勞而破壞所須的應(yīng)力會(huì)降低。許多材料存在一特定的應(yīng)力忍受限度，在應(yīng)力低于忍受限度時(shí)，材料可不能因反復(fù)性負(fù)荷造成疲勞而破壞，參閱圖5-8。即使只施加專門小的應(yīng)力，依照施加應(yīng)力的大小，材料承受反復(fù)性負(fù)荷時(shí)，可能在周期結(jié)束后無(wú)法恢復(fù)原狀。當(dāng)施加負(fù)荷與解除負(fù)荷的頻率增加，或是施加負(fù)荷與無(wú)負(fù)荷的間隔時(shí)刻縮短，塑件表面可能應(yīng)為疲勞而產(chǎn)生微小裂縫或其它瑕疵，造成韌性降低。圖5-8典型的撓曲疲勞S-N曲線具有一個(gè)應(yīng)力忍耐限度，在此限度以下的應(yīng)力可不能造成破壞。5-1-4沖擊強(qiáng)度因?yàn)樗芰暇哂姓硰椥?，其性質(zhì)與使用時(shí)刻、負(fù)荷速率、負(fù)荷頻率、施加負(fù)荷期間長(zhǎng)短、使用溫度都有緊密的關(guān)系。塑料的沖擊強(qiáng)度（或韌性）表示其抵抗脈沖負(fù)荷的能力。圖5-5顯示塑料材料的沖擊強(qiáng)度隨著負(fù)荷速率的增加而增大。塑料材料承受高速的負(fù)荷時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出脆性而沒(méi)有拉伸的傾向。低溫時(shí)，塑料應(yīng)亦呈現(xiàn)脆性。塑料材料承受沖擊時(shí)，關(guān)于凹痕專門敏感。尖銳的轉(zhuǎn)角半徑會(huì)造成應(yīng)力集中，也會(huì)降低其沖擊強(qiáng)度，如圖5-9所示。圖5-9塑料應(yīng)力集中是其厚度與圓角半徑的函數(shù)5-1-5熱機(jī)械行為熱膨脹系數(shù)是溫度從一特定值上升時(shí)，材料尺寸變化的量度。塑料的熱膨脹系比金屬大5~10倍。溫度變化關(guān)于塑件的尺寸和機(jī)械性質(zhì)會(huì)造成可觀的阻礙，因此設(shè)計(jì)塑件時(shí)必須考慮到使用塑件的最高溫度和最低溫度。假如使用于大溫度范圍大的塑件與金屬件緊密結(jié)合，強(qiáng)度較差的塑件會(huì)因熱膨脹或收縮而破壞。依照塑件強(qiáng)度及上升溫度情況，此破壞可能趕忙發(fā)生或延后發(fā)生，因此設(shè)計(jì)塑件與金屬組件組合時(shí)，必須將其尺寸變化的安全裕度列入考慮。使用于室溫以上的塑件應(yīng)考慮下列因素： 塑件尺寸增長(zhǎng)的傾向正比于其長(zhǎng)度、溫度上升量、及熱膨脹系數(shù)。 當(dāng)塑件溫度從室溫上升時(shí)，其強(qiáng)度及楊氏模數(shù)會(huì)降低，如圖5-5所示。 低模數(shù)材料可能會(huì)呈現(xiàn)橡膠般的拉伸現(xiàn)象。分子鏈的配向性和添加纖維的配向性會(huì)造成塑件尺寸不等向的變化，其在流淌方向比截面方向具有更大的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)塑件長(zhǎng)期存在于高溫，應(yīng)考慮： 存放時(shí)承受內(nèi)應(yīng)力或外應(yīng)力的塑件，應(yīng)考慮潛變和應(yīng)力松弛。 塑件因分子裂解而變脆。 有些復(fù)合物會(huì)釋放成分。塑件長(zhǎng)期存放于低溫時(shí)，應(yīng)考慮因素： 塑件尺寸縮減正比于其長(zhǎng)度、溫度下降量、及熱膨脹(熱收縮)系數(shù)。 模數(shù)上升。 塑件變脆。5-2塑件強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)塑件時(shí)，其破壞性質(zhì)操縱的成功與否，往往取決于關(guān)于塑件強(qiáng)度（或勁度）的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。依照塑件承受負(fù)荷或拘束條件的不同，能夠區(qū)分為拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、扭曲強(qiáng)度，撓曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。塑件的強(qiáng)度與材料、幾何形狀、拘束條件、成形的殘留應(yīng)力和配向性有關(guān)。表5-1列出五種典型的負(fù)荷條件及設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮的材料性質(zhì)。表5-1典型的負(fù)荷條件及設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮的材料性質(zhì) 負(fù)荷條件設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮的材料性質(zhì)短期負(fù)荷應(yīng)力--應(yīng)變行為長(zhǎng)期負(fù)荷潛變反復(fù)性負(fù)荷疲勞高速和沖擊性負(fù)荷沖擊強(qiáng)度極端溫度之負(fù)荷熱應(yīng)力－應(yīng)變行為5-2-1短期負(fù)荷短期負(fù)荷是指塑件于搬運(yùn)、組合、和使用時(shí)，偶而施加的負(fù)荷，其設(shè)計(jì)應(yīng)采納應(yīng)力-應(yīng)變圖的比例極限值。使用肋或角板等強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，能夠改善塑件的強(qiáng)度。應(yīng)考慮使用寬幅的肋，以提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；增加肋的高度或減小肋的間距也會(huì)改善結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外，在需要的方向添加強(qiáng)化玻璃纖維也能夠改善結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。5-2-2長(zhǎng)期負(fù)荷長(zhǎng)期負(fù)荷指在比例極限以內(nèi)，塑件長(zhǎng)時(shí)刻承受高外力負(fù)荷，以及塑件在成形和組合制程中造成的高內(nèi)應(yīng)力或殘留應(yīng)力。其于設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮： 使用潛變模數(shù)，以幸免應(yīng)力破裂破壞，維持接點(diǎn)緊密結(jié)合和塑件功能。 設(shè)計(jì)壓合連接或搭扣連接之組合，以減少組裝造成的應(yīng)力。 使用固定組件(fasteners)以減低應(yīng)力，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)塑件與塑件接合時(shí)，使用幾何特征或保留安全裕度，以防止塑件因 組合而過(guò)度緊密配合。5-2-3反復(fù)性負(fù)荷當(dāng)塑件承受反復(fù)性負(fù)荷，應(yīng)考慮在其壽命內(nèi)可能承受負(fù)荷的次數(shù)，下列數(shù)字提供典型反復(fù)性負(fù)荷的范例。 負(fù)荷種類負(fù)荷次數(shù) 反復(fù)組合和拆解少于1,000次 齒輪之各齒承受反復(fù)性負(fù)荷大于10,000次 彈簧組件大于10,000次塑件承受反復(fù)性負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮下列建議： 長(zhǎng)間距之周期性負(fù)荷能夠采納比例極限進(jìn)行設(shè)計(jì)。 塑件承受短間距和長(zhǎng)期間的反復(fù)性負(fù)荷，應(yīng)使用S-N曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。 高度拋光的光滑模面能夠降低產(chǎn)生微小裂縫的傾向。 注意圓角的設(shè)計(jì)以幸免應(yīng)力集中。 塑件承受高頻或高振幅的周期性負(fù)荷時(shí)，會(huì)生熱而縮短壽命。改用薄壁 設(shè)計(jì)和耐疲勞的導(dǎo)熱性材料能夠改善塑件的散熱功能。5-2-4高速負(fù)荷及沖擊負(fù)荷高速負(fù)荷指施加負(fù)荷的速度高于1m/s，沖擊性負(fù)荷指負(fù)荷速度高于50m/s。應(yīng)幸免在高應(yīng)力區(qū)施加高速負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷。當(dāng)設(shè)計(jì)之塑件承受此類負(fù)荷時(shí)必須牢記以下建議： 在預(yù)期的負(fù)荷速率之內(nèi)，使用比例極限進(jìn)行設(shè)計(jì)之計(jì)算。 使用較大的圓角半徑及較和緩的肉厚／寬度變化，以幸免應(yīng)力集中。 長(zhǎng)時(shí)刻處于高熔融溫度的樹脂會(huì)裂解變脆。要使高溫關(guān)于熔膠的阻礙最 小化，就必須選用適當(dāng)熔點(diǎn)的塑料和適當(dāng)?shù)纳涑隽贤瞾?lái)進(jìn)行射出成形。5-2-5極端溫度施加負(fù)荷塑件之儲(chǔ)存、搬運(yùn)和使用溫度專門容易就高出或低于室溫20~30℃，應(yīng)用于極端溫度的塑件必須能適應(yīng)環(huán)境。設(shè)計(jì)塑件將應(yīng)用于極端溫度條件，建議注意事項(xiàng)如下： 應(yīng)用比例極限進(jìn)行計(jì)算，以幸免塑件永久變形。 幸免將不同熱膨脹系數(shù)之材料設(shè)計(jì)為緊迫組合，而且應(yīng)該在自由端面保 留同意塑件膨脹之裕度。常見的高于室溫之極端溫度條件的應(yīng)用包括：熱液體的容器、熱水管線組件、含有加熱組件之裝置、直接曝于日光之下的搬運(yùn)工具、儲(chǔ)存在無(wú)空調(diào)建筑之塑件。常見的于低于室溫的應(yīng)用包括：冷凍之塑件和以飛機(jī)運(yùn)載之塑件5-3塑件肉厚設(shè)計(jì)塑件所需考慮的因素眾多，包括功能與尺寸的需求、組合之公差、藝術(shù)感與美觀、制造成本、環(huán)境的沖擊、以及成品運(yùn)送等等。在此，我們將考慮塑件肉厚關(guān)于成形周期時(shí)刻、收縮與翹曲、表面品質(zhì)等因素的阻礙，以討論熱塑性塑料射出成形之加工性。塑件于射出成形后，必須冷卻到足夠低的溫度，頂出時(shí)才可不能造成變形。肉厚較厚的塑件需要較長(zhǎng)的冷卻時(shí)刻和較長(zhǎng)的保壓時(shí)刻。理論上，塑件射出之冷卻時(shí)刻與肉厚的平方成正比，或者與圓形對(duì)象直徑的1.6次方成正比。因此粗厚件會(huì)延長(zhǎng)成形周期時(shí)刻，降低單位時(shí)刻所射出塑件的數(shù)量，增加每個(gè)塑件的制造成本。另外，塑料射出成形先天上就會(huì)發(fā)生收縮，然而，剖面或整個(gè)組件的過(guò)量收縮或不均勻收縮就會(huì)造成翹曲，以致于成形品無(wú)法依照設(shè)計(jì)形狀呈現(xiàn)。請(qǐng)參閱圖5-10。圖5-10(左邊)粗厚件會(huì)導(dǎo)致(中間)塑件的收縮和翹曲，應(yīng)該將塑件設(shè)計(jì)為具有均勻肉厚的(左邊)塑件。塑件同時(shí)具有薄肉區(qū)和厚肉區(qū)時(shí)，充填熔膠傾向于往厚截面部分流淌，容易產(chǎn)生競(jìng)流效應(yīng)(race-trackingeffect)，導(dǎo)致包風(fēng)(airtraps)和縫合線(weldlines)，在塑件表面產(chǎn)生瑕疵。假如厚肉區(qū)沒(méi)有充足的保壓，就會(huì)造成凹痕(sinkmarks)或氣孔(voids)，因此應(yīng)該盡可能設(shè)計(jì)薄且肉厚均勻的塑件，以縮短成形周期時(shí)刻，改善塑件尺寸穩(wěn)定性，和去除塑件之表面瑕疪，塑件肉厚設(shè)計(jì)通則是：使用肋能夠提高塑件的剛性和強(qiáng)度，同時(shí)幸免厚肉區(qū)的結(jié)構(gòu)。塑件尺寸的設(shè)計(jì)，應(yīng)將使用塑料之材料性質(zhì)和負(fù)荷類型、使用條件之間的關(guān)系列入考慮，也應(yīng)考慮組件的組合需求。圖5-11提供一些設(shè)計(jì)范例的比較。 (notrecommended) (recommended)圖5-11塑件之設(shè)計(jì)范例。左邊為不良設(shè)計(jì)，右邊是典型的塑件設(shè)計(jì)。5-4肋之設(shè)計(jì)塑件設(shè)計(jì)之結(jié)構(gòu)完整性的要緊考量是：塑件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必須足以抵抗預(yù)期負(fù)荷。假如藉由增加肉厚以強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，有下列的缺點(diǎn)： 塑件重量及成本相對(duì)地增加。 加長(zhǎng)塑件所需的冷卻時(shí)刻。 增加產(chǎn)生凹痕與氣孔的機(jī)會(huì)。肋(ribs)是達(dá)成所需剛性和強(qiáng)度，同時(shí)幸免粗厚剖面的有效方法。設(shè)計(jì)良好的肋，僅僅增加低百分比的重量，就足以提供必要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。假如還需要更高的剛性，能夠縮小肋的間距，以便添加更多的肋。肋的典型用途包括： 蓋子、箱子、及需要有良好外觀和重量輕的寬大表面。 必須有圓柱形表面之走紙用滾輪和導(dǎo)軌。 齒輪的軸和齒廓。 塑件的支撐與構(gòu)架。肋的厚度、高度和開模斜角是相互關(guān)連的。太粗厚的肋會(huì)在塑件的另一面造成凹痕；太薄的肋和太大的開模斜角會(huì)造成肋的尖端充填困難。肋之各邊應(yīng)有1°的開模斜角，最小不得低于1/2°，而且應(yīng)該將肋兩側(cè)之模面周密拋光。開模斜角使得從肋頂部到根部增加肉厚，每一度開模斜角會(huì)使一公分高肋的根部增加0.175公厘肉厚。建議根部的最大厚度為塑件肉厚的0.8倍，通常取肉厚的0.5~0.8倍，如圖5-12所示。圖5-12設(shè)計(jì)肋之截面規(guī)范將肋設(shè)計(jì)在開模方向，能夠降低模具的加工成本。使用角板(gussets)也能夠強(qiáng)化肋的結(jié)構(gòu)，如圖5-12所示。使用凸轂(bosses)時(shí)，不應(yīng)該凸轂將連接到平行之塑件壁面，必須和壁面維持一段間距。凸轂也能夠使用角板強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。如圖5-13所示，肋能夠設(shè)計(jì)成波浪狀(corrugations)以維持均勻壁厚，同時(shí)將開模斜角加工到兩側(cè)的模具，這種作法能夠幸免肋的頂面太過(guò)薄。就結(jié)構(gòu)的剛性而言，相互連接的蜂巢式六面矩陣結(jié)構(gòu)，如圖5-14，比正方形結(jié)構(gòu)更具有材料的使用效率，加設(shè)蜂巢狀的肋是防止平坦表面彎曲的好方法。圖5-13波浪形強(qiáng)化結(jié)構(gòu)圖5-14平坦表面加設(shè)蜂巢狀的肋5-5組合之設(shè)計(jì)使用塑料成形的一項(xiàng)重要優(yōu)點(diǎn)是可能將先前的好幾個(gè)組件連接成為單一組件，這包括許多功能性組件和固定組件。然而，在現(xiàn)實(shí)的考量上，為了成形與模具的限制、功能需求、及經(jīng)濟(jì)考量，仍有些塑件會(huì)制作成分離的組件，再予組合。由于塑件從熔膠狀態(tài)冷卻到固態(tài)會(huì)發(fā)生大量收縮，使得成形塑件不像沖孔和機(jī)械加工組件般能夠制作成周密配合。況且大多數(shù)的情況，熔膠之凝固不具有等向性，因此塑件無(wú)法以單一的收縮率去可能其最終尺寸，互相組合的塑件也必須認(rèn)真設(shè)計(jì)各配合組件之公差。塑件與塑件間的配合應(yīng)注意： 兩種相同材質(zhì)塑件之間的配合，能夠參考塑料供貨商提供的公差值。 兩種不同材質(zhì)塑件之間，或者從不同供貨商獲得的材料，能夠?qū)⒐┴浬?提供之公差值再增加0.001mm/mm。 假如流淌方向具有強(qiáng)烈的配向性，必須對(duì)等向收縮之外再增加0.001 mm/mm到整個(gè)組件的公差。 將兩個(gè)塑件之接合面設(shè)計(jì)成臺(tái)階式，作為相接的唇板與溝槽，以提供元 件間對(duì)齊機(jī)制，并減低大尺寸組件的公差問(wèn)題，如圖5-15。圖5-15使用唇板與溝槽提供良好的配合塑件與金屬件之間的配合，應(yīng)確定在塑件與金屬件之接合處保留有足夠的膨脹裕度給塑件，如圖5-16。圖5-16塑件與金屬組件之組合，應(yīng)在塑件的端面預(yù)留較大的膨脹裕度。壓入配合連接簡(jiǎn)易的干涉配合(interferencefits)能夠用連接組件，將金屬軸心與塑料轂壓入配合連接(press-fitJoints)是最常使用的方法。從塑料供貨商提供的設(shè)計(jì)圖表或干涉計(jì)算公式能夠用來(lái)設(shè)計(jì)壓入配合連結(jié)的組件尺寸，獲得必要的壓合應(yīng)力，而不致因?yàn)檫^(guò)量的應(yīng)力造成裂縫，或是過(guò)低的應(yīng)力而造成松脫。圖5-17畫出最大干涉極限圖。此干涉圖將依照不同材料而異，其最大干涉極限是依照轂與插入軸的直徑比和材料而定。建議的最小干涉插入深度為插入軸直徑的2倍。假如相關(guān)的設(shè)計(jì)圖表并不存在，則能夠針對(duì)插入軸直徑d與轂內(nèi)徑d1計(jì)算同意的干涉值。圖5-17金屬軸件壓入塑料轂的最大干涉極限。此干涉圖依照材料而異，其為最大干涉百分比[(d-d1)/d×100%]相關(guān)于軸徑比（D/d）。 ， 其中， l=徑向干涉，d-d1，單位mm。 Sd=設(shè)計(jì)應(yīng)力，單位MPa。 D=轂外緣直徑，單位mm。 d=插入軸直徑，單位mm。 Eh=轂之拉伸彈性模數(shù)，單位MPa。 Es=插入軸彈性模數(shù)，單位MPa。 υh=轂材料之浦松比。 υs=插入軸材料之浦松比。 W=幾何因子。設(shè)計(jì)壓入配合連接，應(yīng)檢查于配合當(dāng)中和配合后所累積的公差是否會(huì)造成過(guò)量的應(yīng)力，而組合后的配合公差是否適當(dāng)。此外，在金屬軸與塑料轂之間不應(yīng)該設(shè)計(jì)錐度之配合件，否則會(huì)造成過(guò)量的應(yīng)力。5-5-2搭扣配合連接搭扣配合連接(snap-fitJoints)由倒勾(undercut)結(jié)構(gòu)取代干涉，應(yīng)用塑料材料在比例極限內(nèi)的變形能力進(jìn)行連接，同時(shí)在完成組合后立即回復(fù)原始的形狀。完成搭扣配合連接時(shí)，搭扣兩邊的配合件都不承受應(yīng)力，而連接過(guò)程中的最大應(yīng)力也不超過(guò)比例極限；完成連接之后，組件承受的負(fù)荷亦須在材料限度以內(nèi)。搭扣配合連接的設(shè)計(jì)包括：圓形搭扣、懸臂搭扣和扭曲式搭扣。圓形搭扣連接圓形搭扣連接(annularsnap-fitjoints)如圖5-18，依照插入軸直徑和回復(fù)角的選定，圓形搭扣能夠設(shè)計(jì)成可分離式、難分離式或不可分離式。圖5-18典型的圓形搭扣配合連接。組裝力W與導(dǎo)角α、倒勾量y有緊密的關(guān)系。塑料轂直徑d，肉厚t。圖5-19假設(shè)剛性軸（通常是金屬）插入或退出塑料轂，并將之撐開，此插入或退出的極限應(yīng)力值σ不得超過(guò)塑料材料的比例極限，而且造成軸的變形量不得超過(guò)軸的同意變形量(或倒勾的同意變形量y)。圖5-19搭扣組合時(shí)的應(yīng)力分布最大之同意變形量決定于最大之同意應(yīng)變?chǔ)舙m和轂徑d。以下計(jì)算公式假設(shè)配合件之一者是剛體，假如兩個(gè)配合件有相同的撓性，則應(yīng)變將減半，而倒勾能夠兩倍大。 y=εpm×d假如模心形成干涉環(huán)(interferencering)，則倒勾必須具有平滑的半徑和低淺的導(dǎo)角（leadangle），使退出時(shí)可不能破損干涉環(huán)。于退出時(shí)，作用在干涉環(huán)的應(yīng)力必須維持在材料的比例極限之內(nèi)。懸臂搭扣連接懸臂搭扣連接(cantileversnapjoints)是使用最廣泛的搭扣連接方式。通常，將它插進(jìn)孔內(nèi)或閂板時(shí)，勾子會(huì)撓曲；當(dāng)勾子通過(guò)孔緣后就回復(fù)原始形狀。從懸臂頂端到根部應(yīng)設(shè)計(jì)成錐度，使得作用應(yīng)力能夠均勻分布。組合應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)材料的比例極限懸臂搭扣的寬度或厚度都能夠設(shè)計(jì)成斜度，如圖5-18。假如將其厚度從根部線性地縮減，則勾頂厚度能夠是根部厚度的一半。另外在根部勾側(cè)加工靠破孔，能夠簡(jiǎn)化模具的加工和動(dòng)作，如圖5-19所示。塑件與搭扣結(jié)合的根部應(yīng)加工圓角以防止應(yīng)力集中。圖5-18典型之懸臂搭扣連接。勾子與孔緣之干涉量y代表其于組裝時(shí)應(yīng)產(chǎn)生的撓曲量。圖5-19懸臂搭扣之特征扭曲搭扣連接扭曲搭扣連接(torsionsnap-fitjoints)在支點(diǎn)處承受一剪應(yīng)力，它適合應(yīng)用在經(jīng)常組裝和分解的組件。其總共的扭曲角與撓曲值或的關(guān)系為： 其中 φ=扭轉(zhuǎn)角度； y1,y2=撓曲量； l1,l2=臂長(zhǎng)(參閱圖5-20)。同意的最大扭曲角φpm受限于同意的剪應(yīng)變?chǔ)胮m， 其中 φpm=同意的最大扭曲角ψpm(度)； γpm=同意的剪應(yīng)變； l=扭轉(zhuǎn)臂長(zhǎng)度； r=扭轉(zhuǎn)軸半徑。塑料的同意最大剪應(yīng)變?chǔ)胮m大約等于： γpm=(+υ)εpm γpm=1.35εpm其中 γpm=同意之剪應(yīng)變； εpm=同意之應(yīng)變； υ=浦松比(塑料大約為0.35)。5-5-3固定組件傳統(tǒng)上使用的固定組件(fasteners)包括固定金屬組件的螺絲釘和鉚釘，它們也能夠應(yīng)用于塑件，其應(yīng)用上考慮的重點(diǎn)如下列： 過(guò)于緊迫的螺絲釘或鉚釘可能導(dǎo)致應(yīng)力。 螺絲釘之螺紋能夠預(yù)先加工，或是上螺絲釘時(shí)再產(chǎn)生。 螺絲釘螺紋與頭部之毛邊、鉚釘毛邊等都可能造成應(yīng)力，導(dǎo)致塑件提早 破壞。螺絲釘和鉚釘 塑件之模數(shù)低于200,000psi時(shí)，能夠使用成形螺紋螺絲釘(thread-formingscrews)；模數(shù)高于200,000psi時(shí)，則應(yīng)使用切削螺紋螺絲釘，否則可能造成應(yīng)力破裂。塑件上有需要多次上緊再卸下的螺絲釘，必須防止對(duì)塑件切出新螺紋，宜采納單螺紋的金屬螺絲釘。螺帽必須再塑件表面以下時(shí)，能夠使用埋頭孔配合螺絲釘，使用平頭螺絲釘(pan-headscrews)能夠加墊圈，螺絲釘和鉚釘?shù)膲|圈在接觸塑件面不能夠有毛邊或沖痕，否則會(huì)減低塑件壽