塑料螺丝柱设计与制造ppt课件

塑料螺丝柱设计与制造课程的应用与延伸12345结构设计材料熔接痕的影响残余应力的影响化学溶剂(环境应力)的影响6应力检查和退火处理7注塑常见问题导图一、结构设计合理的塑料螺丝柱结构设计，需要能承受螺钉锁入时的螺纹成型或切削的驱动扭矩，而螺孔大小对于防止螺纹剥离和螺旋脱出是至关重要的，螺柱的直径必须足够大以承受在螺纹成型或切削过程中的环向应力。如图为合理的塑料螺丝柱尺寸。配合下一页表格计算使用。由右表系数，可以根据材料种类以及螺纹直径，计算出合理的螺丝柱尺寸。同个模具换材料也容易导致螺柱开裂，之前用的PC/ABS，切换成PC。从图上看，PC 的内径系数要比PC/ABS 大0.5，需要的螺孔内径增大，原来的内径显得偏小，因此攻螺丝的时候容易产生开裂。如果螺钉尺寸太大，依照上表换算后螺柱壁厚过大，可能导致缩水，不利于外观时，使用右图确定螺柱壁厚。如果螺柱的应用场合重要，没有更好的方法可以代替进行试验。螺钉旋入螺柱时，螺柱开口端产生的应力是最大的，加入一个导入凹槽，可以减小开口端的应力，一定程度防止开裂，同时方便装配时候螺丝导向。没有导入凹槽时，螺钉旋入时候螺柱开口端产生的应力，容易引起开裂。增加一个倒角后，可以缓解开口端应力，并为螺钉提供一定的导向。增加一个凹槽后，可以更好地缓解开口端应力。二、材料塑料分为两大类，热塑性和热固性。其中我们更常用的是热塑性塑料。热塑性塑料又分为非结晶塑料(无定型塑料)、结晶塑料(半结晶塑料)以及液晶塑料，而非结晶塑料是我们最常用的塑料。右图为搜集整理出来的常用塑料归类。结晶度80%是一个界限，小于这个值，属于非结晶塑料，大于则为结晶塑料。结晶度越高，机械性能越好，但是弹性会下降。区别结晶塑料和非结晶塑料最简单的方法，就是这种塑料能不能做成透明的，可以则为非结晶塑料。右图依次为结晶塑料、非结晶塑料、液晶塑料的性能对比。包括力学性能、热性能、光学性能、耐化学溶剂性能等对比。聚合物分子量越大，大分子链间作用力和缠结程度增加，其制品抗应力开裂能力较强；聚合物分子量分布越宽，其中低分子量成分越大，容易首先形成微观撕裂，造成应力集中，便制品开裂。选取分子量大、分子量分布窄的树脂对于塑料制品，各部位的结晶结构和结晶度不同也会产生内应力。几种常见聚合物的内应力大小顺序:PPOPSFPCABSPA6PPHDPE尤其是回收的PC，相对分子质量下降，相对分子质量分布变宽，少量存在的水分、颜料、杂质、溶剂等极易引发开裂现象。分子链刚性越大，熔体粘度越高，聚合物分子链活动性差，因而对于发生的可逆高弹形变恢复性差，易产生残余内应力。例如一些分子链中含有苯环的聚合物，如PC、PPO、PPS设计塑料螺丝柱时候，要根据材料应用场景和使用情况，合理选择材料。材料太脆，材料发生降解，韧性不够。材料中掺入过多比例的水口，可能会导致材料过脆；材料的断裂伸长率过低，也容易导致螺丝柱开裂。成型温度过高时，或者烘干不够材料中含有水分，引起材料发生降解，也会使得其强度变差，导致螺丝柱的开裂。某些色母料会加剧内应力问题。三、熔接痕的影响塑料件上的熔接痕在多数情况下代表其光学和力学的薄弱点,常出现凹槽或颜色变化。凹槽多见于高度抛光的深色或透明的表面。而颜色改变则多见于具金属光泽色料的表面.右图为两种典型的熔接痕，透明件和非透明件。除了专业的Moldflow等模流分析软件，PROE自带的Plastic Advisor，可以为结构工程师在开模前做一些简单的模流分析。图中红线为分析出来的熔接痕位置。塑料螺丝柱尽可能不要出现径向的熔接痕，如右图，否则螺柱的强度等级会有较大降低，容易开裂。可以通过调整注塑来改善，但不能完全解决。熔接痕可以通过调整注塑来改善。四、残余应力的影响残余应力是指注塑件出模后残余在制品中未松弛的各种应力之和，通常认为残余应力包括流动残余应力和热残余应力。注塑中，温度升高使得塑料外层受压应力，压力升高使得塑料外层受到拉应力，而外层的拉应力更容易使塑料表层失效，故注塑时候保压压力太大，容易应力开裂，保压压力只要能保证防止缩水的最小值。流动残余应力是熔融塑胶料填充流动过程中的剪切应力。如果这种剪切应力过大或分布不均匀，会造成尺寸变化、分子链断裂、局部残余应力过大、制品强度下降。残余热应力是由于制品收缩不均产生的内应力，不仅影响制品的力学、光学性能，而且在很大程度上决定制品的最终几何形状。右图为两种典型的应力痕，透明件和非透明件。另外残余应力的表现形式还可以为开裂、强度不足，皮层脱落（电镀、涂装产品），光学产品双折射。使用模流分析软件Moldflow，可以对残余应力进行分析和预测。如右图塑料螺丝柱。分析到达顶出温度的时间，螺丝柱先冻结，底面后冻结，在结合处产生应力，当应力足够大时，将产生应力痕。左图为原始方案的应力分布，右图为均匀冷却条件下应力分布，均匀冷却使螺丝柱根部应力集中减弱左图为原始方案，右图为加厚螺丝柱，加厚螺丝柱的方案产品应力分布更均匀，且受力位置强度增强，有利于改善开裂问题。改善应力的方法1、降低流动应力值常用方法：减小注射速度、适当增加加工温度、升高模具温度改善制品结构、增加浇口尺寸及数量等2、减小热应力值常用方法：改善制品结构、调整制品壁厚、优化设计模具冷却系统、保持模具温度均匀等五、化学溶剂(环境应力)的影响螺丝柱接触酸、油等有机溶剂时，如果材料本身不能耐这类有机溶剂，有可能引起环境应力开裂。这种接触可能来自模具表面，也可能来自搬运和装配过程。如图电磁炉螺丝柱在打螺丝 12 周后开裂，开裂的螺丝柱是随机的，裂纹方向不固定，即不全是熔接线位置，观察已经裂开的断面，内表面光滑而没有纹路，外表面有放射性纹路，推断开裂是由内部开始的，可能是来自经过防锈、去污、润滑等处理螺钉表面的化学溶剂导致螺丝柱环境应力开裂。六、应力检查和退火处理诊断方法：1、溶剂法：PS 在室温下用煤油处理。对PC、PS、聚砜、PPO等注塑制品，用四氯化硅溶剂处理，20秒内若制品开裂，说明内应力大。POM 30%盐酸溶液中浸30min。ABS 浸入冰醋酸溶液中。PP 在80下，用63%（重量百分比）的三氧化铬与水的混合物处理。HDPE 在80下，用2%的洗涤剂水溶液处理。2、仪器法：用偏振光方法可以检测制品的内应力。退火处理：有开裂倾向的塑料制品，可以用退火热处理方法来消除制品内应力，从而减小裂纹的生成。将制件放入水、甘油、矿物油、乙二醇和液体石蜡等液体介质中，或放入空气轮回烘箱中加热到指定温度，并在该温度下停留一定时间，而后缓慢冷却到室温。注意有嵌件的制品不可退火，会大大损坏制品性能和减少制品寿命，有可能在熔合纹处造成破坏、或在与嵌入物的界面处因应力松弛而产生间隙。七、注塑常见问题导图附件为归纳的一些注塑问题和解决方法，不是很完善，供参考，还请不吝赐教。谢谢观看！