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塑料容器结构设计中

2021-08-18 来源:绍兴机械信息网

塑料容器结构设计(中)

三、 注射、 压制和压铸成型塑料容器结构

1壁厚

塑料包装容器的壁厚设计十分重要,它根据容器的用途、强度、配合、结构和重量的要求以及成型时的流动性、变形、硬化、顶出方式等情况来决定,尤其是要决定能满足性能要求的最经济的壁厚。因此不仅应该知道塑料的性质,而且要考虑成型条件。

常用热固性塑料,小型件壁厚取1.6~2.5mm;大型件取3.2~8.0mm;布基酚醛塑料等流动性差的应取较大值,但也要小于10.0mm;脆性塑料如矿物充填的酚醛塑料壁厚不小于3.2mm;热塑性塑料容易制成薄壁容器,壁厚能达0.25mm,但设计时一般不小于0.6~0.9mm,常取2.0~4.0mm。

如果壁厚过大,不仅造成原料浪费,而且增加了冷却时间,影响了产品质量(如出现气泡、缩孔、翘曲等缺陷)。

塑料容器除了要有必要的厚度外,还要求壁厚比较均匀,不要出现过厚或过薄的现象,否则由于收缩不均匀,造成应力集中而出现裂纹和变形等缺陷。图5~图9中,(a)为错误的设计,(b)为改进后的设计。当然任何塑料容器要达到壁厚完全一致是不可能的。如果塑料结构必须有厚度不均匀时,应采取平缓过渡以避免突变。壁厚不均会引起变形,其不均匀度有一定比例,如热固性塑料连接处厚度比为1∶3~1∶5,热塑性塑料连接处厚度比为1∶1.2~1∶1.5。

一般决定塑料容器壁厚时,必须考虑以下因素:结构强度,脱模强度,对冲击力的分散性,嵌件处破裂情况。孔窗嵌件处产生的熔接痕强度,薄壁烧焦程度、厚壁处发生塌坑情况和因流动性而造成的充料不足等。

除上述之外,还必须考虑壁厚与加强筋、凸台的关系。容器壁厚的强度不足时要设置加强筋,或由于结构的特定要求而设计其他用途的筋或者设置凸台。如果壁厚与筋同壁厚的关系不正确,易出现缩孔现象。图10所示为壁厚与加强筋、凸台之间的关系。

2防变形结构

防变形结构可以采用改善容器形状的办法。例如在不影响使用的前提下,将矩型容器的四侧壁均设计成向外凸出的弧形,使变形时不易觉察到。当然,增加侧壁和边缘刚性的方法很多。图11是箱型容器侧壁为防止内翘曲而进行的带状增强;图12是容器边缘的设计,并以此来增加刚性和减少变形。

对于箱型容器等最应注意的是其底部,这一部分是大平面,从强度及防止变形上考虑,除了设置加强筋外,还可以将底部制成波形、棱锥体,或在底部制成圆角凸起形状,均可以分散应力,如图13所示。

当底部很大时,增大转折处圆角的半径值或设计成阶梯形,也能有效地防止变形,如图14所示。薄壁容器的底或盖,如制成球面或拱曲面,也可以取得良好的效果。如图15所示。两面相交的尖角部分由于内应力集中,在受力或受冲击振动时会发生破裂,甚至在脱模过程中由于模塑内应力而开裂。为了减少其变形,角隅处要做成圆角,以分散应力。同时圆角的可改善塑料的充模特性,使其容易流动,并制得完整无缺的制品。另外,塑料制品的圆角,也使得模具型腔对应部位亦呈圆角,从而增加了模具的坚固性。

实践证明,单靠增加壁厚的方法来提高容器的强度,是不正确的,因为易产生缩孔和凹痕。因此也可以采用加强筋以改善容器结构的方法。加强筋除了增强容器的强度和刚度外,还可以改善塑料成型时的流动情况(尤其加强筋是沿塑料流向时)。加强筋的布置应避免或减少塑料局部集中,否则会产生缩孔或气泡。如图16所示;加强筋的布置应考虑料流方向,即应使加强筋的方向与料流方向一致,否则会搅乱料流,从而降低塑料的韧性。如图17所示;加 强筋必须有足够的斜度,筋的底部应呈圆弧过渡。图18所示为典型加强筋的正确形状和比例。

以容器整个底面作支承面是不合理的,因为稍微翘曲或变形就会使容器底部不平。常以凸出的底脚(三点或四点)或凸边来作支承面,其凸起高度常取0.3~0.5mm。如图19所示。当容器底部有加强筋时,应使加强筋与支承面之间相差0.5mm的高度。如图20所示。

3工艺性结构

塑料在模具中成型,为了将塑料从模具中取出,模具分开的面对模具来讲叫分型面,对塑件来讲叫分型线。分型线的位置有垂直于开模方向的,用平行于开模方向的,也有倾斜于开模方向的。分型线有直线、折线和曲线等,如图21所示。

分型线的位置直接影响模具加工和使用难易程度以及制品的外观尺寸精度。因此,除了必须开设在塑件断面轮廓最大的地方,才能 使塑件顺利地从型腔中脱出来,还应尽力做到:分型线要设在塑件表面看不到的地方。如图22所示;分型线要便于模具加工。如图23所示;分型线必须设置在溢边易于处理的部位。如图24所示。

由于塑料在冷却时的收缩,会使塑料成型品紧包在阳模或型芯上。为了方便塑件从模具中取出,与脱模方向平行的塑件表面,都应具有合理的脱模斜度。如果脱模斜度过小,则脱模困难;如果斜度过大,会影响塑件的尺寸精度。其大小因塑件形状、材料种类、模具结构以及加工方法而异。其结构如图25和26所示。

4容器的局部结构

铰链:用聚丙烯塑料制作带盖包装容器,可以将盖、盒及薄膜铰链一次注塑成型,成为链体结构。其铰链的厚度因容器大小而异,但最厚不得大于0.5mm,而且厚度要均匀。如图27所示。

孔与侧凹:孔使塑件上有熔接孔,它会削弱其强度,因此其结构设计时周边要加厚;孔与孔的间距宜取孔径的2倍;孔和塑件端部的间距最好在孔径的3倍以上。如图28所示。

对于与塑料流动方向垂直的盲孔,当孔径D<1.5mm时,型芯有弯曲的危险,因此深度(L)最好不超过孔径(D)的2倍。如图29a所示。盲孔深度与孔径关系详见表1;两颗芯对接的通孔,上下孔有偏心的可能,所以要将其中一个孔加大。如图29b所示。

侧孔与侧凹成型时会造成模具结构的复杂化,且模具成本会显著增加。因此设计时要尽量避免侧孔或侧凹,达到简化模具结构,提高塑件质量的目的。如图30a所示带侧孔容器,可以改成图30b的形状,就可以使模具结构简化;如图31和图32所示结构,改进后都可以使成型简化。

嵌件:在成型过程中,为增强塑件的强度和刚度,有时在包装容器上加上金属或非金属嵌件。由于嵌件容器会降低生产效率,使生产过程不易实现自动化,因此要尽量避免设计嵌件或者采用后装配。嵌件设计要尽量做到嵌件材料和周围塑料材料的膨胀系数接近;嵌件周围料层不宜太簿;嵌件尽可能设计成圆形或对称形状;嵌件要避免尖角,转角处应设计成圆角;小型圆柱形嵌件可采用开槽或滚花结构(如图33所示)。金属嵌件周期料层壁厚见表2。

螺纹:塑料包装容器的螺纹在模塑中直接成型,精度要求不高,螺牙断面为圆形或梯形。这样既不影响塑料的脱模,也不会降低塑料的使用寿命。螺纹设计如图34和图35所示。

5外观结构

塑料包装容器上的文字、符号与花纹有三种形式:凸字、凹字。如图36所示。其要求是:凸出高度不小于0.2mm;宽度不小于0.3mm,一般以0.8mm为宜;两线间距不少于0.4mm;凹凸字边框可比文字字体高出0.3mm以上;字体和符号的脱模斜度大于10°。塑料瓶盖周边上凹凸纹或半圆凸纹结构尺寸见表3和表4。表中符号意义详见图37和图38所示。

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