塑料注塑PP/PE/PET產品設計初探

第一步 確定產品的最終使用要求
第二步 產生初步的設計草圖
第三步 材料的初選
第四步 根據材料的性能設計部件
第五步 確定材料
第六步 從加工角度改進設計
第七步 制樣模
第八步 模具加工
第九步 產品制造

第一步 確定產品的最終使用要求
　　全面準確的分析產品的類型和最終用途是整個產品開發過程的第一步?，F對產品的性能進行定量而不是定性的分析：
1）預測承載條件 首先必須確定承載的類型、速度、持續時間和頻率等因素。
2）預測環境條件 塑料材料的性能對環境十分敏感。必須給出制作使用時的溫度、相對濕度、化學介質和輻射等條件，以及制作組裝和貯存環境如顏料的烘烤、清洗劑、粘合劑等對性能的影響。
3）尺寸要求
4）執行條例與標準
5）市場要求

第二步 初步設計草圖
　　采用計算機輔助設計部件的結構，即三維立體設計（3D）而不是CAD繪圖。
重要的制作部位在圖中重點標出 ，利用它可分清哪些功能和尺寸是設定的，哪些是可以靈活調節的。

第三步 材料的初選
第四步 根據材料設計制件
第五步 確材料
　　考慮每一個相關的因素：加工性能、產品性能、加工費用等。每個性能按優劣和重要性給與一定的比分，重要的占較大的比分，公正的按綜合性能的分數值決定最后的選材。

第六步 從加工角度改進制件設計
　　當選材和初步設計完成后，應從加工工藝角度進一步完善設計方案，此時要認真聽取模具工程師和工藝工程師的意見。研制的產品其幾何形狀必須具有可模塑性。作為設計者應考慮注射成型加工的各種因素對產品設計的影響，注塑成型的各階段分別是沖模、保壓、冷卻和頂出，每個階段隊制件的設計各有其特定的要求。

第七步 樣模實驗
第八步和第九步 模具加工和產 品制造
　　符合成型工藝特點的設計塑件必須考慮以下幾個因素：
（1）塑料的物理機械性能，如強度、剛性、彈性、吸水性以及對應力的敏感性。
（2）塑料的成型工藝，如流動性。
（3）塑料形狀應用利于充模流動、排氣、補縮、同時能適應高效冷卻硬化。
（4）塑件在成型后收縮情況及各向收縮率差異。
（5）模具的總體結構，特別是抽芯與脫出塑件的復雜程度。
（6）模具零件的形狀和制造工藝。
聚乙烯（PE）的性能
聚乙烯（PE):抗潮性能優良，不受多數熔媒的侵蝕，化學浸出物少。在高溫時性能不佳。
高密度聚乙烯（HDPE):密度為0.955g/cm3,常被制成固體、液體藥的容器。
1.低密度聚乙烯（LDPE）：密度為0.920g/cm3，常被制成膜、輸液瓶、滴眼劑瓶。
2、聚丙烯（PP)
聚丙烯（pp）抗潮性能優良，不受多數溶媒的侵蝕，化學浸出物少，在低溫時性能不佳。
密度為0.910g/cm3,常用制成容器、膜。
可通過雙向拉伸、添加某些物質以改善成品的性能。
3、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）的性能

聚對苯二甲酸乙二酯（PET）抗潮性能優良，不受多數熔媒的侵蝕，化學浸出物少，耐沖擊性能不佳，高溫性能不好。密度為1.3g/cm3.
常被制成容器、膜、通常需加入10%纖維素以提高容器的剛性；
可通過改性（PETG）以提高材料高溫性能。
二、注塑制件的制造工藝
要設計一個塑料制件必須滿足五個步驟：
1、充模
2、加壓
3、保壓
4、冷卻
5、脫模
一、充模因素
1）澆口因素：澆口的類型、數量和位置是影響塑料制件充模過程中的重要因素之一 。
2）澆口設計影響到模塑過程中的充模、加壓、和保壓，而且對制件質量尺寸及使用性能和外觀都有很大影響。
3）澆口方式設計采用中心開澆口，它有利于平衡流動和自然排氣，并且沒有融合線。
二 、充模取向
1)在設計中，必須認識到幾乎所有的注塑成型塑料制件內部都有某種程度的分子凍結取向。
2)在充模階段，隨著溶體通過注嘴、流道、澆口被注入型腔，大分子會發生取向。在充模過程中由于靠近溫度相對低的型腔和型芯壁的溶體最先冷卻，這就導致了在溶體與固體層界面間產生較高的剪切應力，導致冷凍取向，這在注塑成型過程中是一個重要的問題，因此在設計時盡量避免生產過程中的難題出現造成注塑件成型不均勻。
3)尖銳的拐角易產生取向，而擴大拐角半徑會降低殘余應力和使用負荷所引起的應力集中，在設計塑料制件時，理想的拐角應為大半徑，壁厚均勻、流動過度平滑 。如圖所示：
三、充模壓力損失
與充模相關的壓力降（或壓力損失）受下面一系列因素影響：
1）材料類型 剪切流動性；熱性能；成型機 ；注射加壓能力；螺桿/柱塞摩擦損失；機筒頭部和注嘴損失。
2）模具特性 熱喂料或冷喂料； 澆道、流道、澆口和型腔的幾何形狀；制造材料；排氣能力。
3）加工條件 熔融溫度和溫度分布均勻性；模具溫度和溫度分布均勻性；注射速度/充模速度及分布。設計者必須估計制件或模塑條件。
四、導流器、節流器與滯流
1）導流器和節流器
A 通過對制件的壁厚進行局部調整，可使壓力降達到平衡，壁厚的局部增加稱之為導流器。
B 壁厚的降低稱之為節流器
C 節流器和導流器應設計在制件壁上并逐漸變細，以盡量減少因壁厚不均勻而導致的質量問題。
2）滯流/分層
許多塑料制件的壁厚實際上在各個部位是不同的，這種設計應盡可能避免。因為這種現象發生則薄壁部分充當了不必要的節流器，如果必須采用變化的壁后時應將變化幅度限制在最小值。
3）多型腔和群模
如果式樣?；虍a量較低，可用一套具有流道合模沿口的多腔群模一次性注射這些不同的制件。
如果制件產量很高而且穩定，多型腔模具一般比群模更可取。
當必須采用群模時每個部分要有各自的冷卻油路，型腔要進行單獨的模壓溫度調整。
4）從厚到薄開澆口
如果注塑塑料制件壁厚必須變化不定，在最后的部位開澆口是較好的做法。
因為模具厚的部分需要壓實補償，因此應位于澆口附近 .
如果某種原因在模具的薄壁部位，則可采用內流道或加強筋來保證模塑過程中加壓和保壓期間流道暢通
熔合線
在充模過程中，當溶體流動前鋒與某些后續部分分離或匯合時就形成熔合線。
注塑制件的表面，熔合線的特征通常是肉眼可以看到的，他不僅影響美觀而且熔合線的局部機械強度明顯低于熔合線以外的其他部分，這對于承受動態負荷的制件來說應引起高度重視，由于焊接區域存在斷裂問題，因此在設計結構時必須特別注意。造成熔合線的產生的原因有以下：
A 不完善的分子纏繞/擴散
B 凍結的分子取向
C 熔結表面V形缺口的存在
E 熔接界面處外來物質或較大空障的存在
因此設計者要盡可能使流程縮短以提高焊接的強度，因為這樣可在熔接處形成合適的溶體溫度和型腔壓力。熔合線的外觀與流峰的特定匯合角度有關，如果采取熔接角度為120~150度時，熔合線便消失了。
注塑成型制件的收縮和翹曲
注塑成型工藝一般用于制造尺寸公差要求較高的制件。但是許多塑料的模壓收縮率較大，而且模壓收縮在各個方向上并不總是相同的。如果塑料材料表現出各向異性的收縮行為，型腔尺寸設計就不再是一個簡單的“按比例”增加的過程。同時各向異性收縮將導致一定程度的制作翹曲或內應力。
影響塑料制件尺寸的因素主要要以下幾種：
1、材料因素 無定性材料或半結晶材料、填料或增強劑含量及吸收水分的程度。
2、制件幾何形狀 公稱壁厚、壁厚變化、制件的總體尺寸、抗收縮性和斜度。
3、模具因素 澆口的位置、壁厚變化、流道系統、模具冷卻系統的設計、模具公差、頂出系統的設計和模具的彈性形變。
4、工藝因素 熔體溫度及其均一性，成型溫度及其均一性，充填、加壓以及保壓壓力，填充、加壓以及保壓時間，制件頂出溫度，合模力，成型后定型/退火。
塑件壁厚
塑料成型工藝對制件壁厚有一定的限制，而塑件的厚度應滿足強度、結構、重量、剛性及裝配等各項使用要求，因此合理地選擇塑件壁厚是十分重要的。
從原則上講，在滿足使用要求外，塑件的壁厚應均勻一致，壁厚均勻一致有利于消除或減小塑件內應力，防止塑件翹曲變形或裂紋，亦可節省原材料和縮短成形時間。
塑件壁厚與流程有密切關系 但我公司主要是藥包材所以設計到流程考慮較少。
2）線性模塑收縮率
模塑收縮率的值本質上是熱應變值，因此在設計制件尺寸時要考慮型腔尺寸、收縮率與制件尺寸之間的關系：
型腔尺寸=制件尺寸/（1-模塑收縮率）
（模塑收縮率可用實驗測得。單位是in/in）.
是否能夠達到注射成型制件的整體公差要求在很大程度上取決于能否正確預測收縮值的能力。
冷卻與固化
在大多數情況下，制件冷卻在模塑周期和制件生產過程中所占的時間較多。模塑制件冷卻和再固化的速率受制件結構、模具、材料等諸多因素的影響，其中結構上則設計到壁厚等，作為設計者則可以確定制件壁厚或材料的改變對制件冷卻的額時間從而對產品成本的影響。
制件頂出
在注塑過程的最后階段，模具開啟，制件從模具中頂出。最理想的情況應當是，制件順利的脫落型腔或型芯，整個頂出過程不給模塑制件造成任何損壞和變形。
塑料制件加工過程的難易程度是由設計者決定的，因此在設計制件時必須考慮到脫模問題。影響頂出難易程度及與頂出相關的模具造價方面的塑料制件設計因素主要有：斜度或錐度；表面光潔度；美觀要求；倒角或孔的存在；頂出系統的固定或移動部分；分型線的位置。
1）脫模斜度
脫模斜度指平行于模具啟閉方向塑件壁面的傾斜度，也泛指側抽芯方向，如果塑件結構不允許，就要在模具上留有相應的工藝斜度，其所取的值必須在塑件的制造公差范圍內，但最小不能小于10度。
脫模斜度因成型塑料的種類、收縮率的大小、塑件的幾何形狀和厚度、模具的結構、表面粗糙度及加工方法、模塑的工藝條件等因素有關，PP/PE脫模斜度10~1度。
2）、倒角和孔洞
避免側面凹凸 塑料制品壁側面上局部凹凸，模塑制品模具通常需采用對開式凹槽，側向抽芯、側向滑塊等抽芯機構，模具結構復雜，設計、制造費用大，且模塑周期長，因此，無特殊需要的情況下，設計塑料制件應盡量避免側面凹凸。
3、圓角
在塑料制品內外表面的交接轉折處，以及三個壁面結合處轉角都應設計成圓角過渡，以便物料流動和消除應力集中，從而保證制品外觀和內在質量，增加制品的強度，也有利于延長模具的使用壽命。
理想的內圓角半徑應是壁厚的1/4以上。制件內形邊緣處的最小允許圓弧半徑PS1.0~1.5。
4、螺紋設計
螺紋是用于塑料制品的緊固或與裝配零件連接的一種常見形式。
設計螺紋必須遵循的規則:
三、塑件尺寸精度
影響塑件尺寸精度的因素甚多，且十分復雜，但主要有以下因素 :
1）材料因素的影響
收縮率是影響塑件制件尺寸精度的最基本、最重要的因素。熱固性塑料，通常比熱塑性塑料的收縮波動范圍小，一般為0.4%~0.5%，而熱塑性塑料竟達2%。
2）模具因素的影響
3）設計因素的影響
遵循塑件設計原則，合理確定其幾何結構，正確選擇塑件材料，充分考慮塑件成型工藝性，必要時可增設加強肋、金屬嵌件等，已將低塑件的收縮率，借以提高塑件的尺寸精度穩定性。
4）工藝因素的影響
影響塑件尺寸公差的因素極其復雜，這就結合合理塑件公差帶來困難。通常是借助于塑件尺寸公差標準，作為確定其尺寸精度等級標準。
四、嵌件與塑料牢固連接的問題
1、為了使嵌件牢固，嵌件表面必須設計有適當的伏陷物。
2、金屬嵌件嵌入部分的圓角，應有倒角。
3、嵌件嵌入的深度應大于突起部分的高度
4、嵌件嵌入制品的角度應稍低于制品厚度
5、外螺紋的嵌件應在無螺紋部分與模具配合
6、嵌件在模具內的固定部分采用間隙配合
7、桿形嵌件的自由高度應不超過其定位部分直徑的兩倍。