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筋是塑料零件设计中必不可少的特征,用于提高零件的强度,作为流道辅助塑料熔体的流动,为产品中的其他零件提供导向、定位和支撑。
1.加强筋的尺寸参数
加强筋的设计参数包括厚度、高度、脱模斜度、根部圆角和加强筋间距。
1.1加强筋的厚度不应超过塑件壁厚的50%~60%。
加强筋厚度过厚,容易造成零件表面收缩,带来外观质量问题。加强筋厚度太薄,导致零件注塑困难,零件强度有限。为防止零件(特别是外观要求高的零件)表面收缩,普通塑料材料的筋厚与壁厚之比不应超过表1所示的值。
对于产品内部零件或外观要求不高的零件,为了提高强度,加强筋的厚度可以大于表中的数值,甚至接近零件的壁厚。通过调整浇口位置使加强筋靠近浇口,以及调整注射工艺参数,可以减少制件的表面收缩。
对于薄壁塑料零件(零件厚度小于1.5 mm),加强筋的厚度可以超过表中的比例,甚至等于零件的壁厚。加强筋厚度越薄,表面收缩越小。
1.2加强筋的高度不得超过塑料部件壁厚的3倍
为了提高零件的强度,加强筋的高度越高越好。但是加强筋的高度太高,很难对零件进行注射和填充,特别是当加强筋加大脱模斜度时,加强筋的顶部尺寸变得很小。加强筋的高度一般不超过塑件壁厚的3倍,H≤ 3T。
1.3加强筋根部的圆角为塑料件壁厚的0.25~0.5倍。
加强筋根部应加圆角,避免应力集中,增加塑料熔体的流动性。一般圆角尺寸为零件壁厚的0.25~0.5倍,r = 0.25t ~ 0.5t..
1.4加强筋脱模斜度一般为0.5 ~ 1.5。
为了保证加强筋能顺利脱模,加强筋需要有一定的脱模斜度,一般为0.5 ~ 1.5。倾斜度太小,加强筋脱模困难,容易变形或划伤。如果倾斜度过大,加强筋的顶部尺寸过小,导致注塑困难,强度低。
1.5加强筋之间的间距至少是塑料件壁厚的两倍。
加强筋间距至少应为塑料件壁厚的两倍,以保证加强筋的充分冷却,且S≥ 2T。
2.加强筋的设计应遵循壁厚均匀的原则。
加强筋的设计应遵循壁厚均匀的原则。加强筋与加强筋的连接处以及加强筋与零件壁的连接处加圆角后,容易造成零件局部壁厚过厚。
如图所示,在加强筋与加强筋的连接处加圆角,会使零件的壁厚局部过厚,容易造成零件表面收缩。此时在局部壁厚处挖空,保持零件壁厚均匀,避免零件表面收缩。
这也是戴森把吸尘器里的加强筋设计成这样的原因。
3.对于产品内部的塑料件,强度更重要。
我们知道,当加强筋的厚度太厚时,塑料件的表面会收缩。在戴森吸尘器中,塑料件的基础壁厚为2.5mm,加强筋的壁厚为1.5mm,占基础壁厚的60%,所以塑料件收缩的几率很大。
但戴森似乎并不在意,主要是因为零件在塑料部分内部,外观并不重要;对于强度,可以容忍一定程度的收缩缺陷。
给我们的启示是:对于塑料件加强筋的设计,不能片面地认为加强筋的厚度不能超过50~60%。对于内部塑料件,当强度是第一考虑因素时,不需要考虑表面收缩的缺陷。
4.增加加强筋顶部的斜角,以避免气体滞留。
加强筋顶部避免直角设计。在注射过程中,直角设计很容易造成顶尖被卡住,从而导致注射困难和注射缺陷。可以在加强筋的顶部添加斜面或圆角,以避免零件中滞留空气的问题。
5.加强筋的方向与塑料熔体的流动方向一致。
加强筋的方向应与塑料熔体的流动方向一致,以保证熔体的顺利流动,提高注射效率,避免产生气泡等注射缺陷,如图3-32所示。
6.加强筋方向
加强筋的方向需要考虑荷载的方向,否则加强筋起不到任何加固作用。
对于承受扭转载荷的塑料零件,对角加强筋是最好的方法:
7.多个加强筋通常比单个更厚或更高的加强筋更好。
多筋的设计比单一的更厚或更高的筋对提高零件强度的效果更好,同时也避免了筋顶面收缩或注塑不充分等质量问题。因此,当单个加强筋的高度或厚度过高时,可以使用两个较小的加强筋来代替
。
8.加强筋可用于加强塑料零件的拐角或侧壁。
加强筋可用于加强塑料零件的拐角或侧壁。
9.这些柱子需要加固。
支柱需要加加强筋,一方面是为了提高支柱的强度,另一方面是为了使支柱填充更加顺畅。
当在支柱上增加加强筋时,相应的尺寸规格如下:
加强筋顶端宽度(尺寸A)不小于0.5mm;加强筋根部宽度(尺寸B)是支柱高度的0.2~0.5倍;加强筋的高度(尺寸C)应当比支柱低0.5mm以上;
10.轴承表面的设计
由于塑料件在注塑过程中不可避免地会翘曲变形,因此很难保证塑料件整个表面的精密平面度。一个方案是把平面改成凹型结构,另一个方案是加局部肋作为支撑面。
肋形式的支撑面应比平面至少高0.5毫米,并均匀分布在产品周围。
11.支撑面周围加强筋的设计
在某些情况下,除了增加塑料零件上的支撑表面,还需要额外的加强筋来提高强度。在支撑面四周加加强筋时,加强筋的高度至少要比支撑面低0.5毫米,主要是为了避免由于加强筋的高度误差而引起的塑件变形翘曲或支撑基准的改变。记住,这里加强筋的唯一目的是增加强度,一定不能和支撑面、支撑基准有关。
参考书:《面向制造与装配的产品设计指南》第二版由中机械工业出版社于2016年出版。
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关于作者:
钟源在2011年出版了《面向制造和装配的产品设计指南》(DFMA)一书。
2019年12月,《面向成本的产品设计:降低成本之道》(DFC)即将出版。
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