结构设计加强肋.doc

十大设计窍门: 共十章 By Jü rgen Hasenauer, Dieter Kü per, Jost E. Laumeyer and Ian Welsh 加强肋理想的设计为了克服壁厚大可能引起的问题,使用是一种可减少壁厚并能增加刚性的有效方法。一般来说,部件的刚性可用以下方法增强?增加壁厚; ?增大弹性模量(如加大增强纤维的含量); ?设计中考虑。如果设计用的材料不能满足所需刚性, 则应选择具有更大弹性模量的材料。简单的方法是增加塑料中增强纤维的含量。但是, 在特定壁厚下, 这种方法仅能使刚性呈线性增长。更有效的方法是使用经过优化设计的。由于惯性力矩增大, 部件的刚性便会增大。在优化的尺寸时, 不但要考虑工程设计应当考虑的问题,还应考虑与生产和外观有关的技术问题。优化的尺寸大的惯性力矩可很容易地通过设置又厚又高的来实现。但是对热塑性工程塑料, 这种方法常会产生制品表面凹痕、内部空洞和翘曲等问题。而且, 如果的高度过高, 在负荷下结构将有可能膨胀。出于这种考虑,必须在合理比例内保持的尺寸(见图 1 )。图1 为确保带的制品容易顶出,必须设计一个适当的脱模锥度(见图 2 )。图 2 防止材料堆积对于表面要求非常高的组件, 如汽车轮盖, 的尺寸是非常重要的。正确的设计可以减少组件形成表面凹痕的可能,以提高组件的质量。的底部的材料积聚在图 1 所示的圆中。这个圆的大小与的尺寸相关,应该越小越好,这样才能减小或避免凹痕。如果圆太大,可能会形成内部空洞,制品的机械性能将会非常差。减少底部的应力如果给一个有的组件以负载, 则的底部可能会产生应力。在这一部位如果没有圆弧, 可能会产生非常高的应力集中( 见图 3), 通常会导致组件的断裂和报废。补救措施是建立一个半径足够大的圆弧(图 1 ),使肋底部建立更好的应力分布。图3 但如果圆弧半径太大,也会增大上文提及的圆的直径,而导致上文已经提及的问题。图 4 在塑料设计中, 十字结构是最好的, 因为它能应付许多不同的负荷排列变化(图4)。正确设计的可承受预期应力的十字结构, 可以确保在整个制品上的应力均匀分布。在的十字交叉处形成的节点(图 5 )代表材料的积聚,但可以将节点中心挖空, 以防止产生问题。还必须注意,不要在交叉处和组件的边相交的地方形成材料积聚(图 6 )。图5 产品结构设计准则-- 加强筋篇基本设计守则加强筋在塑胶部件上是不可或缺的功能部份。加强筋有效地如『工』字铁般增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积,但没有如『工』字铁般出现倒扣难於成型的形状问题,对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑胶产品尤其适用。此外,加强筋更可充当内部流道,有助模腔充填,对帮助塑料流入部件的支节部份很大的作用。加强筋一般被放在塑胶产品的非接触面,其伸展方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向,选择加强筋的位置亦受制於一些生产上的考虑,如模腔充填、缩水及脱模等。加强筋的长度可与产品的长度一致,两端相接产品的外壁,或只占据产品部份的长度,用以局部增加产品某部份的刚性。要是加强筋没有接上产品外壁的话,末端部份亦不应突然终止,应该渐次地将高度减低,直至完结,从而减少出现困气、填充不满及烧焦痕等问题,这些问题经常发生在排气不足或封闭的位置上。加强筋一般的设计加强筋最简单的形状是一条长方形的柱体附在产品的表面上,不过为了满足一些生产上或结构上的考虑,加强筋的形状及尺寸须要改变成如以下的图一般。长方形的加强筋必须改变形状使生产更容易加强筋的两边必须加上出模角以减低脱模顶出时的摩擦力,底部相接产品的位置必须加上圆角以消除应力集过份中的现象,圆角的设计亦给与流道渐变的形状使模腔充填更为流畅。此外,底部的宽度须较相连外壁的厚度为小,产品厚度与加强筋尺寸的关系图 a说明这个要求。图中加强筋尺寸的设计虽然已按合理的比例,但当从加强筋底部与外壁相连的位置作一圆圈 R1 时,图中可见此部份相对外壁的厚度增加大约 50% ,因此,此部份出现缩水纹的机会相当大。如果将加强筋底部的宽度相对产品厚度减少一半(产品厚度与加强筋尺寸的关系图 b),相对位置厚度的增幅即减至大约 20% ,缩水纹出现的机会亦大为减少。由此引伸出使用两条或多条矮的加强筋比使用单一条高的加强筋较为优胜,但当使用多条加强筋时,加强筋之间的距离必须较相接外壁的厚度大。加强筋的形状一般是细而长,加强筋一般的设计图说明设计加强筋的基本原则。留意过厚的加强筋设计容易产生缩水纹、空穴、变形挠曲及夹水纹等问题,亦会加长生产周期,增加生产成本。产品厚度与加强筋尺寸的关系除了以上的要求,加强筋的设计亦与使用的塑胶材料有关。从生产的角度看,材料的物理特性如熔胶的黏度和缩水率对加强筋设计的影响非常大。此外,塑料的蠕动(creep) 特性从结构方面来看亦是一个重要的考虑因数。例如,