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避免应力集中

注塑加工制件中的孔是受力薄弱部位,制件中的孔是受力薄弱部位,通过在孔的周围增加厚度来实现强度的补偿,也可以看作是加强筋在刚性设计方面的运用。在制件中设计金属嵌件,可以提高塑料制件局部或整体的强度。蜂窝夹层结构刚性的设计效果最好,其缺点主要是工艺上比较复杂,成本和价格较高。
 
在动态载荷作用下,应力集中对材料的破坏远远大于静态载荷条件下所造成的破坏。因此产品设计中,避免应力集中应是一条基本的准则。导致应力集中现象的应力可以是来自外部的载荷,也可以是来自制品内部因多种因素而形成的内应力。从产品设计角度考虑,避免应力集中最直接最有效的方法就是在拐角、菱边、凹槽等轮廓过渡与厚薄交接处采用圆弧过渡。
 
增加制件刚度最经济的办法,可能是在制件受力方向采用加强筋。它可以在不增加制件壁厚的情况下,就使制件的强度和刚度得到较大的改善,因此在塑料制件设计中得到广泛的运用。容器、箱体一类制件采用加强筋来增加刚性是屡见不鲜的。将加强筋设计在容器的转角部位,可以加强转角部位的强度。
 
圆弧的半径如何确定,由于多数的壁近似于经典的悬臂结构,因此可对不同的壁厚和圆角半径计算出应力集中系数,塑料制件在进行螺纹设计时,特别要注意到,尖锐的螺纹线也是严重的应力集中源,因此螺纹的齿形改成圆弧形就比较好。此外,无论是内螺纹还是外螺纹,在螺纹的起始部分和尾端部分都应留有一定高度的不带螺纹的台阶,也多是基于这方面的考虑。
 
圆角设计不仅可以避免应力集中的危险,提高制品抗负荷能力,而且大大改善了塑料熔体在模腔内的流动性,同时流线型的过渡也增加了制品的外观可视性。当然并不是要求制件上所有的尖角都要改成圆角,总是有例外的情况,在制件的某些部位,如分型面,模具的型芯和型腔配合处就只能采用尖角。因此既要重视这些原则在产品设计实践中的运用,也要考虑到具体的情况。
 
局部产生的很大应力对于表观应力之比称作应力集中系数。所有的材料都有一个应力集中问题,塑料是对缺口和尖角之类比较敏感的材料,自然受应力集中的影响更甚。应力集中对注塑加工塑件最直接的危害是降低使用性能,缩短正常的使用寿命。因为在应力作用下,这些部位会逐渐产生微细裂纹,随后逐步扩展到大的裂纹,而裂纹的不断延伸终将导致制件的损坏。
 
对于可能因外载和自重引起变形、翘曲、蠕变的产品来说,加强产品的刚性是必须考虑到的。有刚性要求的产品,首先从材料方面要有所选择,在材料确定之后,我们可以通过产品的外形和结构的设计,使产品的刚性得到加强。薄壳状的平板制件,将其表面设计成波纹形、瓦楞形、球形、抛物面,其刚度比同样重量的平板要高的多。
 
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