(S)科學化的注塑成型產品設計課件

科學化的

注塑成型產品設計徐昌煜2016年4月16日上海眾安電器塑料有限公司厚度設計

產品設計中壁厚不均帶來的麻煩比任何其它問題設計帶來者都要嚴重。

這些麻煩包括了霧斑、噴流痕、遲滯痕、應力痕、氣痕、焦痕、縮痕和縮孔、短射、熔接線、翹曲變形以及周期時間長等。這些麻煩都可用CAE以直接或間接的方式預測。

設計高收縮率的結晶性注塑成型品時，設計者應將壁厚變化限制在10%以內。

就低收縮率的非結晶性塑料而言，許容壁厚變化可到25%。壁厚

WallThicknessWallThicknessValidation“Plasticandcompositesimulationsshapethecarlightweightfuture”presentedbyDr.VennyYang(楊文遠),PresidentofCoreTechSystemCo.,Ltd.(Moldex3D),atSeminarof“Howtoimproveproductivityinplasticinjectionmolding”,Bangkok,Thailand,July9,201411FillingpatterncausesairtrapOriginaldesignof3.0mmthick.ReviseddesignProblemandSolution2.43.0(3.0-2.4)/3.0=20%<25%,OK!ABS3.0AirtrapremovedUpfront

(預先的)simulationpreventsthecostlymoldrevisionSimulationvs.Reality“Plasticandcompositesimulationsshapethecarlightweightfuture”presentedbyDr.VennyYang(楊文遠),PresidentofCoreTechSystemCo.,Ltd.(Moldex3D),atSeminarof“Howtoimproveproductivityinplasticinjectionmolding”,Bangkok,Thailand,July9,2014通過改變手機BackCover厚度改善困氣

厚度更改后，可以改變產品的充填順序，原來困氣位置首先充填，可以大大減小困氣的氣體體積，甚至將氣體趕到產品內側分型面。此方案有利于改善產品外觀困氣問題。AutodeskSimulation中國區(qū)用戶大會暨第五屆

AutodeskSimulationMoldflow大師賽,9月25日,廣東省東莞市長安鎮(zhèn)20141.5→0.9：(1.5-0.8)/1.5=47%?0.8→0.6：(0.8-0.6)/0.8=25%PC-GF進入總決賽(6/33)的Moldflow個人愛好者閆西坡應力痕開關盒,PBT-GF,浙江省

樂清市,應力痕,

2008.5.26.3t1.5t開關盒,

PBT-GF,浙江省

樂清市,應力痕,2008.5.26.掏空厚壁CoringOutThickSection厚薄過度

ThicknessTransition當壁厚改變時，階梯式的斷然變化應當避免，從厚到薄應以斜坡式的緩充區(qū)過度，該過度區(qū)的長度以大于厚薄壁厚差異的3倍為宜。Whenthicknessvaries,sharptransitionshouldbeavoided.Ataperedtransition,whoselengthislargerthan3timesthedifferenceinthickness,isrecommendedTt>3x(T-t)notrecommendedrecommended轉角設計當一90°轉角的內圓角半徑小于名義厚度的25%時，角落就會有高的應力集中。內圓角的半徑增加到名義厚度的75%時，二壁交會處就能進而強化?？山邮艿钠骄鶅葓A角半徑是名義厚度的50%。轉角半徑

CornerRadius轉角

CornerStressConcentration應力集中系數K的定義：真實最大應力(不連續(xù)處的峰值)對預期的(典型力學用于規(guī)范幾何形狀及凈截面-忽略了較復雜的應力分布-上的公式決定的)應力的比例。Stressconcentration(orintensity)factor,K,isdefinedastheratioofthetruemaximumstress(thepeakstressatthediscontinuity)tothestressanticipatedordeterminedusingclassicalformulasofmechanics(forregulargeometries)forthenetsection,ignoringthemorecomplexstressdistribution.

內圓角半徑與應力集中

FilletRadiusandStressConcentration00.60.81.01.21.40.20.41.01.52.02.53.0R/tK123RappliedloadtK：stressconcentrationfactorR：filletradiust：wallthickness碎裂地磅零件,PA66,

開裂,Oct.2008根部尖角地磅零件,PA66,開裂,Oct.2008在尖角部位倒圓R2.5mm，開裂問題解決。用半徑規(guī)(R規(guī))

測根部倒圓半徑地磅零件,

PA66,Oct.2008根部倒圓在尖角部位倒圓R2.5mm，

開裂問題解決。地磅零件,PA66,

Oct.2008From:TJ

To:

徐老師<charles_hsu_1@>

Sent:Thursday,April30,20153:40PM

Subject:

水管接頭開裂問題

徐老師，您好：

---最近做了一個案例，是屬于水管接頭的產品開裂問題，我結合了Moldflow與NXNastran做了個分析，如果老師有空的話，能否指導一下，希望繼續(xù)向老師學習結構強度的知識。

------

謝謝老師！

祝老師身體健康！

TJModelOverviewThesizeofthewaterwayforfaucetandthemainthicknessareshownbelow:ModelOverviewVariantPartinfo.Partsize(mm)85*56*30Thickness(mm)1.9~3.2

PA6T/6I在2015-04-3022:06:09，"CharlesHsu"<charles_hsu_1@>寫道：

T.J.：應力集中處有三：尖銳之轉角；2)熔接線；3)縮孔。1)之是否在計算應力時考慮，只要找一處轉角如V2之E，將其R從1mm改成0.1mm，跑CAEs后，看該處應力是否有明顯的增加即知。2)和3)之未能考慮應力集中則是在預料之中。

讓我知道1)項測試的結果，再說。

徐昌煜2015年4月30日于日本盛岡From:T.J.

To:CharlesHsu<charles_hsu_1@>

Sent:Monday,May4,20157:56PM

Subject:Re:Re:水管接頭開裂問題分析報告！

徐老師：

謝謝您的回復！

我將E處圓角由R1.0mm改成R0.1mm后，應力急速升高，具體見附件。NXNastran是考慮了尖角處的應力集中現象。Z.T.J.圓角比較V2_R1.0mmV2_R0.1mmR1.0mmR0.1mm最大應力

(V2R1.0mm)此處最大應力：91MPa最大應力

(V2R0.1mm)此處最大應力：250MPa脫模角設計脫模角

DraftAngles脫模角

DraftAngles脫模角太小，會導致頂白、拖白或周期時間長等缺陷。

脫模角以不小于0.5°為原則，而以大于1°為宜。當然，在客戶可以接受的范圍以內，脫模角是愈大愈好。脫模角

DraftAngles側壁：1.5t(頂)~1.6t(底)x12h單邊脫模角0.24°ABS,浙江省樂清市,

脫模不易,

2004.3.8.四型腔模開三腔方能頂出，環(huán)保故，不得加脫模劑。半邊脫模角僅0.4?酒瓶包裝盒,PET,四川省宜賓市,crackat~10mmfromopenendatejection,2003.7.16.Asageneralguideline,1.5°min.per0.025mm(0.001inch)depthoftextureneedstobeallowedforinadditiontothenormaldraft.Forexample,aheaviertexturesurfacesuchasleathertexture(withadepthof0.125mm/0.005inch)requiresamin.draftof7.5°.當模面具皮紋時，以光滑模面所須脫模角為基礎，皮紋深度每0.025mm，脫模角要增加1.5°。比方說，皮紋深度是0.125mm時，脫模角要增加7.5°。脫模角與皮紋

DraftAnglesandTexture加強筋(肋)、角板、螺柱設計Thoughalloftheprojectionsshownherearedifferent,thedesignguidelinesarethesameforeachoftheshapes.

雖然所有的突出件并不相同，但是設計導引卻是類同的。ProjectionsWallThickness,RibConventional0.080to0.125in(2.0to3.2mm)Thinwall:0.050to0.080in <0.050in(1.2to2.0mm) (<1.2mm)WallThickness,GussetsConventional0.080to0.125in(2.0to3.2mm)Thinwall:0.050to0.080in <0.050in(1.2to2.0mm) (<1.2mm)WallThickness,BossesConventional0.080to0.125in(2.0to3.2mm)Thinwall:0.050to0.080in <0.050in(1.2to2.0mm) (<1.2mm)脫模角

DraftAngles突出件在和名義板壁交會處的建議厚度：以高收縮率的結晶性塑料而言，可采用名義壁厚的50%。以低收縮率的非結晶性塑料而言，可采用名義壁厚的75%。Therecommendedthicknessatthejunctionofaprojectionandthenominalwall(NW)is50%oftheNWthicknessforhigh-mold-shrinkage,crystallinematerials.Thelower-mold-shrinkage-factor,amorphousplasticscanhavethicknessesofupto75%ofthepart’sNWthickness.

突出件壁厚

ThicknessoftheProjection縮痕SinkMarkPA,浙江省杭州市,縮痕,2003.4.19.Bothribsandbaseplateare1.5mmthick.PA,浙江省杭州市,縮痕,2003.4.19.縮痕SinkMark從成型容易的觀點來看，突出件的高度以產品名義壁厚的2.5到3倍為宜。Fromaneaseofmoldingperspective,theheightofprojectionsshouldbelimitedto2.5to3timesthepartnominalwallthickness.突出件高度

HeightoftheProjection距離應大于產品名義壁厚的2倍。使得模具鋼材具備足夠的強度以抵抗彎曲，并且提供足夠的吸熱區(qū)，以免產生縮痕和成型應力。Thedistancebetweenaprojectionandthepart'sverticalsidewall,orbetweencloselyspacedprojections

shouldbeatleast2timesthepart’snominalwallthickness,sothemoldsteelprovideenoughstrengthtoresistbendingandenoughheatsinktoavoidsinkmarkandmolded-instress.突出件和側壁/突出件的距離

TheDistancebetweenProjectionandSideWall/Projection孔設計孔

Holes以注射成型而言，圓孔形狀理想，原因是塑料冷卻時，會收縮緊扎在型芯銷上，若銷為圓形，應力會均勻的分布在孔緣塑料表層中?？?/p>

Holes這一尼龍風扇因安裝孔的直線孔緣末端的鎖入應力而損毀。Thisnylonfanfailedduetomolded-instressattheendofthestraightsectiononthemountinghole.-GlennBeall,IMM,June2001-孔

HolesFailuresatsharpcornerswereeliminatedbyoutwardlyextendingradiusesinthispart.-GlennBeall,IMM,June2001-孔

Holes最初，此一玻纖補強的尼龍計時鏈輪中央的方型驅動軸孔，有四個銳角。使用幾個月后，這些鏈輪，從方孔的銳角，到其附近的鏈輪齒根，產生裂隙而報廢。后來，在方孔的四個角落，加了向外延伸的小孔之后，鏈輪便不再開裂。Theglass-fiber-reinforcednylontimingsprocketswereintroducedwithsharpcornersonthesquaredriveshafthole.Thesesprocketsfailedafterseveralmonthsinthefieldduetocracksradiatingfromacorneronthesquareholetotherootofanearbygeartooth.Thesefieldfailureswereeliminatedbyaddingtheoutwardlyextendingradiuses.孔

Holes孔A和B能以簡單直接開模的方式成形，孔C則須要一較復雜的側向運動型芯，方能成形。HolesAandBcanbemoldedwithasimple,straightopeningmold.HoleCrequiresamorecomplexside-actingmold.-GlennBeall,IMM,Aug.2001-從易于成型的觀點來看，相鄰二孔緣的距離，或是孔緣和產品邊緣的距離，至少要有壁厚的兩倍，而絕對不可小于壁厚。Fromaneaseofmoldingperspective,thedistancefromoneholetothenext,ortotheedgeofapart,mustbeataminimumtwotimesthepart’swallthickness,andneverlessthanthepart’swallthickness.-GlennBeall,IMM,Aug.2001-孔

Holes孔

Holes圖中的孔太靠近產品的邊緣，塑料的收縮使得該孔和其周圍的薄壁都因之扭曲。Theholeshownhereistooclosetotheedgeofthepart.Shrinkageoftheplasticmaterialhasdistortedthisholeandthethinwallaroundit,despitethefactthatthedistancebetweentheholeandtheedgeofthepartis1.6timesthepart'swallthickness.-GlennBeall,IMM,Aug.2001-孔

Holes盲孔A的長徑比應以2:1或3:1為限。形成穿孔B的型芯銷的自由端是頂在定模面上。這樣的型芯銷獲得支持，而長徑比可增加到6:1。如圖中的C所示，將型心延伸至定模側的配合孔，可以提供額外的支撐，兩頭支撐的型心銷的長徑比可達12:1。如圖中的D所示，以二支型心銷成型深孔，可以消除型心銷和定模面的磨耗。這種方法產生的孔也可有12:1的長徑比。

-GlennBeall,IMM,Oct.2001-結構設計選擇彈性模量(E)大的塑料rMMwherer:radiusofthecurvatureofthebeam

梁的曲率半徑M:bendingmoment

彎曲力矩E:modulusofelasticity

彈性模量I:momentofinertia

慣性矩彈性模量E

ModulusofElasticity,E

任一材料在彈性范圍內，遵循虎克定律(Hooke’sLaw)，即應力對應變的比值為一常數，此一常數稱之為彈性模量，可以MPa量之。Eor(E1,E2),GPaPP1.700ABS2.600PC2.800PA662.963PP-GF30(4.200,2.500)PC-GF30(7.000,4.500)PA66-GF30(7.012,4.592)PA66-GF50(L/D=25)(16.000,10.000)PA66-GF50(L/D=100)(16.560,9.680)MgAlloy45Composite*190Steel200(E1,E2)分別為塑料在流向和垂直流向的彈性模量。表中打*號者為韓國LOTTEChemical于2014年11月5日在余姚賓館舉行的第十屆中國塑料產業(yè)發(fā)展(國際)論壇的報告“TechnologyofAutomobileLightweightMaterial”上發(fā)表的碳纖增強復合材料的E值。(E1,E2)arethemoduliofelasticityalongtheflowandacrossflowdirections,respectively.彈性模量EModulusofElasticity,E增加制品的單位用料的

慣性矩(I)和極慣性矩(J)rMMwherer:radiusofthecurvatureofthebeam

梁的曲率半徑M:bendingmoment

彎曲力矩E:modulusofelasticity

彈性模量I:momentofinertia

慣性矩yxyzydASECB-BwhereM:bendingmoment

彎曲力矩I:momentofinertiaofAwithrespecttozaxis

慣性矩A:cross-sectionalarea

截面積(截面線處)MBByzyndASECB-BWhereI:momentofinertiaofAwithrespecttozaxis

慣性矩A:cross-sectionalarea

截面積A4A5A8A11AnAn-1A1A2y2y11y4or冰箱抽屜,PS,增強、省料、避免縮痕冰箱抽屜,PS,考慮強度和省料,2011.7.9.z用料多，然而強度和剛度僅略增。用料少，然而強度和剛度僅略減。SEC.A-AAA實心唇緣與帶孔唇緣的比較冰箱抽屜,PS,考慮強度和省料,2011.7.9.zz在同樣強度和剛度下用料多而有縮痕之顧慮。在同樣強度和剛度下用料少而無縮痕之顧慮。加強筋板與浪板之比較Whereθ：柄一端固定，另一端承受轉矩下，單位柄長旋轉的的角度α：柄一端固定，另一端承受轉矩下旋轉的的角度L：lengthofshaft柄長T:torque轉(力)矩G：modulusofelasticityinshear(orshearmodulus)

剪切彈性模量E:modulusofelasticity

彈性模量

μ：Poisson’sratio

泊松比J:polarmomentofinertiaofAwithrespecttozaxis

極慣性矩ρ：斷面形心到dA形心的半徑TαLzdAρFixedEnd固定端nTorsionofaCircularShaftdidod曾文水庫觀景樓,2014.

3.

21.曾文水庫是臺灣最大的水庫，位于嘉義縣大埔鄉(xiāng)與臺南市楠西區(qū)交界的柳藤潭峽谷。AASEC.A-A二次氣體穿透SecondaryGasPenetration塑料注射PolymerInjection主要氣體穿透PrimaryGasPenetration型腔部份短射PartialShotinCavity氣體注射GasInjection氣體注射GasInjection氣體：大多采用氮氣

Gas:UseNitrogen,Mostly短射法

ShortShotMethod氣輔注射成型GasAssistedInjectionMolding縮痕在外GAIM(GasAssisted