文章编号:100523360(2004)0420010205注塑成型的塑料连接件设计李　树1,揣成智1,刘风芝2(1.天津科技大学,天津300222;2.太原市物产集团,山西太原030002) 摘　要:　介绍常用注塑成型连接件的材料选择、连接原理、基本类型、尺寸和形状设计要点及实际使用情况等。

关键词:　塑料连接件;连接原理;连接类型中图分类号:T Q320.662;T Q320.74 文献标识码:B 收稿日期:20042032161　前言 注射成型连接件的设计是塑料制品设计中不可缺少的内容。

它和大多数塑料注塑件一样,都是产品的组成部分,它们既可以互相组装成一个制品,也可以与其他材料的零部件组装成制品。

如果不采用塑料连接件连接,而采用金属的螺钉、销钉等连接件会使塑料制品尺寸变大且结构不合理;用带螺纹的金属嵌件作为塑料件的连接件,会给制品的成型带来困难,也不能自动化的生产制品,特别是用注塑成型的方法生产制品,此缺点更为突出,它使注塑模具的结构更为复杂,产品的成本也相应提高[1]。

而利用塑料的良好弹性,柔软性、优良的抗疲劳等特性可设计出各种实用可靠的连接件。

它们具有结构简单,安装牢固、装配容易、加工方便、不附加紧固件、价格便宜等优点,可用于仪表、仪器、家用电器等行业。

通常使用的注塑成型塑料连接件可分为两种结构形式[2]:一种为可拆卸连接;另一种为不可拆卸连接。

现主要讨论这两种连接的连接原理、连接尺寸及制品的形状设计。

2　可拆卸连接 可拆卸连接是指拆开连接件时,构成连接的所有零件都不发生破坏。

同时要求可拆卸连接的结构在使用期的工作条件下,在多次拆卸2连接后零件的相应位置和相关尺寸仍保持一定的精度。

利用塑料材料本身具有的良好弹性、韧性等特点,可设计出多种实用的可拆卸连接的塑料件。

2.1　搭接连接 搭接连接是一种允许有较大弹性形变的紧密连接方式[3]。

全部连接基本上都是在一个制品上模塑出凸台、凸耳或倒钩臂,将其插入到另一个模塑制件上相应的凹口、倒陷或孔中。

它是塑料制品中最廉价、最方便的连接方式之一,用于可拆卸连接。

下面介绍几种常用的搭接连接。

2.1.1　夹环连接 图1为夹环连接,夹环提供了柔软的没有轴向装配的连接,它允许连接处多方向自由弯折。

用于盖和底的夹环连接可在塑料件上设计凸起或沟槽来辅助准确定位。

它可以用任何柔性塑料制造,如聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯等。

图1　盖和底成一体的夹环连接2.1.2　搭扣连接 图2为搭扣连接,图中有三种不同的搭扣和孔眼形状。

主要用于塑料布和片材的搭接,所有用于注塑成型的塑料材料都可以采用这种连接方式。

2.2　卡夹连接 卡夹连接是利用塑料的弹性变形,实现两个零件1 塑料科技P LASTICS SCI.&TECH NO LOGY №4(Sum.162)August 2004图2　搭扣连接(a)圆扣;(b)插头扣;(c)带扣的快装、速拆的一种连接方法,用于可拆卸连接的场合[4]。

采用卡夹弹性连接,还可实现塑料件与其他材料制件的连接,且装配后无载荷作用,不存在蠕变和振动导致的松动现象。

制做卡夹连接件的材料大多采用聚碳酸酯、尼龙、ABS、聚甲醛等塑料,其成型的方法主要采用注塑成型。

2.2.1　悬臂卡夹连接 最常见的悬臂卡夹连接是利用一个翘曲的悬臂并使其在配件倒角处卡住,如图3所示。

由于悬臂上的凸起设计了斜坡返回角,容易拆开,倾斜角和悬臂的结构控制了相应的组装力和拆卸力。

U型悬臂梁也是常用的可拆卸连接方法,如图4所示。

装配和拆卸的变形顺序可使由于过渡弯曲而造成的破坏程度降至最低,这种连接也可达到相对大的弯曲。

2.2.2　旋转卡夹连接 图5为旋转卡夹连接,基本特征是:(1)两塑料件彼此啮合;(2)在变得坚韧过程中卡夹产生弹性力;(3)当达到最终装配位置时,两塑料件间无作用力。

图5(a)下面的塑料件上有一斜面凸起的导向面,图3　带有倾斜返回角的悬臂梁可被快速压入和放出图4　U形悬臂的拆开(变形)顺序a-凸起结构;b-卡口结构图5　旋转卡夹连接1向下;2旋转;3弹簧使上面相配的塑料件沿箭头方向旋转进入凹槽,构成连接。

图5(b)为卡口状灯泡插座式结构,底部的压缩弹簧用来卡紧部件,装拆方便。

2.2.3　插扣连接 插扣连接的形式很多,它是利用机械互锁和两零件之间的摩擦力使塑料件彼此连接,图6中(a)和(b)是较典型的插扣连接。

11李　树,等　注塑成型的塑料连接件设计图6　插扣连接2.2.4　卡夹连接部分和模具的关系 使用卡夹连接非常简单并且降低了组装操作成本,但它们会使注塑模具结构变得非常复杂。

卡夹连接必须有倒角,因此增加了注塑模具的成本和模具的复杂性。

为了避免这种情况,图7所示从制件的侧壁向下延伸的悬臂钩面向外,这样容易模塑,用简单的两板式模具就能生产制品。

反之,将自锁梁上的90°钩形物面向内侧,如图8悬臂上有90°倒角,制品就不能推出,改成图9形式虽能使制品推出,但模具结构复杂很多。

图7　悬臂梁钩朝外的结构图8　不能用简单推出装置顶出制品　3　不可拆卸连接 柔性铰链和压力装配是塑料件装配方法中较特殊的两种不可拆卸连接。

柔性铰链是利用高聚物的取向和抗弯曲疲劳特性设计的。

塑料的压力连接必须考虑时间、温度和注塑件上熔合缝的影响。

此二种连接一旦拆卸,会使被连接件破损。

图9　推出悬臂的推杆1推杆;2推顶定位板;3推杆兼回程杆3.1　柔性铰链连接 两个塑料件以铰链形式连接是一种常见的组件活动连接方式[5]。

它绕着一个固定的装配轴线转动,既能阻止非转动方向的位移,又能承受上万次的弯折,有效地减少了装配零件的数目。

3.1.1　材料及成型方法 制作柔性铰链的主要材料是聚丙烯,通过注塑成型来得到柔性铰链连接。

但也可以通过热压、挤压、吹塑等方法来制造。

用聚丙烯共聚物制造的柔性铰链,可弯折上百万次。

聚氯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚乙烯也可以通过注塑等方法成型柔性铰链。

3.1.2　设计 下面以聚丙烯柔性铰链的设计为例,讨论一下设计要点。

图10为注塑铰链,图10(a )所示的铰链处最佳长度为115mm ,铰链中心处塑料厚度为0125mm ～0138mm ,长度约015mm 。

当带有铰链的塑件从模具中取出后,趁热将铰链人工弯折若干次,使铰链处的分子在外力作用下拉伸定向,以提高铰链的弯折次数,如图10(b )所示,弯折角为90°～180°。

注塑成型的柔性铰链浇口位置对铰链的质量和使用寿命有很大影响,见图11。

一般将浇口位置设在使熔体垂直于铰链的旋转轴方向上,如图11(a )所示。

塑料熔体从制品的大侧面流向小侧面,当熔体流过很薄的铰链时分子会产生流动取向,这样制成的柔性铰链弯折次数高,使用寿命长。

若在平行于旋转轴方向上开设浇口如图11(b )所示,在铰链处会出现缺料,冷接缝等流动缺陷。

柔性铰链在转动时应考虑定位,可分别在两个配21李　树,等　注塑成型的塑料连接件设计图10　聚丙烯柔性铰链图11　浇口相对于铰链位置选择1浇口;2铰链;3大侧;4小侧合的塑件上设计凸起、凹槽,弯折时相互对准。

312　压力装配连接 圆柱形压力装配连接是利用被连接塑料件的圆轴和孔的弹性变形加压装配后保持坚固在一起的特性,具有成型简单、能承受一定扭矩的优点而被广泛使用在塑料件轴与孔的连接中。

塑料件的压力装配连接一般是不可拆的。

常用的塑料材料为聚酰胺、ABS 、聚甲醛等,主要是采用注塑成型的方法来成型。

图12所示为压力装配连接,图中右边为实心轴,轴径略大于图左边的孔径,通过压力装配达到连接的目的。

这种连接弹性比小,压应力高,因此要求模塑的塑料件的制造精度高,轴与孔的配合应有严格的公差,也不能有脱模斜度。

为增加其弹性比,降低塑料件的制造精度,可采用空心轴。

由于采用压力装配连接后,在轴与孔间存在着接触压应力,使它们相互坚固在一起。

实际上压力装配连接是机械零件上的过盈配合在塑料连接件的应用。

图12　压力装配连接压力装配连接具有两种失效形式,一种是轴上压应力超过轴材料的屈服应力,轴将破裂;一种是套孔上的拉伸应力超过该材料的拉伸屈服极限,则套孔被胀破。

由于塑料压缩强度较高,因此轴损坏的可能性很小。

常见的失效形式是套孔周向应力超过材料拉伸强度而破裂,即在轴与套孔之间过盈量过大时的装配连接。

而过盈量过小时,使装配连接强度不足,可靠性差。

这个难点可通过改变塑料件连接部分的形状来改善,如在塑料件轴上开槽,增大抗扭力矩,使塑料材料蠕变时,材料流入沟槽内,这样可使连接强度变小的趋势减慢;又如将套孔做成异形,以轴孔在装配时变形来代替圆孔的均匀扩张变形,这样弹性比减小,应力下降,制造公差可放宽。

4　塑料连接件常见问题和解决措施 大多数的塑料连接件都是单件设计的,往往由于设计欠周密以致在使用中常出现下列问题:(1)装配零件不能准确定位;(2)所需装配力太大,费时、费力、甚至达不到连接要求;(3)弹性元件破裂;(4)连接不可靠;(5)有些结构会导致模具制造困难和成本提高。

要克服上述问题,其措施如下:(1)全面考虑和选择塑料连接件类型和形状;(2)正确选择弹性部件的弹性比率;(3)根据所用材料允许的应力和弹性极限来设计连接部件凸起物的高度;(4)规定倒角和回程角来得到希望的快装力和拆卸力。

参考文献:1　申开智.塑料成型模具[M].北京:中国轻工业出版社,2002.31李　树,等　注塑成型的塑料连接件设计2　唐志玉,徐佩弦.塑料制品设计师指南[M].北京:国防工业出版社,1993.3　钱志屏.塑料制品设计与制造[M].上海:同济大学出版社, 1993.4　罗伯特A.马洛伊著.赵树高,等译.塑料注塑制件设计[M].北京:化学工业出版社,2000.5　Paul A.T res著.任冬云,等译.塑料零件装配设计[M].北京:化学工业出版社,2002.Design of Plastic F astening Piece by I njection MoldingLI Shu1,CHUAI Cheng2zhi1,LI U Feng2zhi2(1.T ianjin University of Science&T echnology,T ianjin300222,China;2.T aiyuan City Products G roup,T aiyuan030002,China) Abstract:　It introduced the design of plastic fastening piece by injection m oulding,including the material selection,fas2 tening principles,basic types,and the key points of dimensions and shape as well as the applications of fastenings.K ey w ords:　Plastic fastenings;Fastening principle;Fastening type简讯智能塑料线美国专家研制成一种能够自动捆成线团的塑料材料,利用它制成的塑料线可用作手术缝合线和医疗植入物。