塑料件结构设计实战指南

本书内容涵盖了塑料件结构设计的各个方面，包括基础知识设计原理、设计方法和设计技巧。本书详细介绍了各种塑料材料的性能特点和应用范围，可帮助读者了解不同材料的优缺点，从而根据实际需求选择合适的材料。同时，还深入探讨了塑料件结构设计的基本原则和思路，引导读者进行合理的结构设计，确保产品的性能和稳定性。

本书是为塑料件结构设计工程师和技术人员编写的设计实战指南。本书系统介绍了塑料件结构设计的基本原理和方法，并结合实战案例，详细剖析了设计过程中的关键步骤和技巧。内容涵盖材料选择、结构设计、强度与刚度分析、连接设计等方面，同时关注了制造工艺对结构设计的影响。本书注重实用性和可操作性，提供了丰富的设计图表、计算公式和实用工具，方便读者在实际工作中参考和应用。

本书可供从事塑料件设计的技术人员学习参考，也可供大专院校机械相关专业师生学习参考。

前言

第1章认识塑料

1.1塑料是什么

1.1.1高分子聚合物及其结构

1.1.2塑料的合成

1.1.3塑料的结晶性

1.1.4塑料合金

1.1.5塑料的分类

1.1.6塑料的改性

1.2塑料的力学特性

1.2.1塑料的拉伸性能

1.2.2塑料的剪切性能

1.2.3塑料的弯曲性能

1.2.4塑料的冲击性能

1.2.5塑料的硬度

1.2.6塑料的摩擦性能

1.3塑料的热性能

1.3.1热变形温度

1.3.2维卡软化温度

1.3.3熔点

1.3.4玻璃化转变温度

1.3.5长期老化温度

1.3.6热膨胀系数

1.3.7热导率

1.3.8可燃性

1.4塑料的电气性能

1.4.1塑料的表面电阻率与体积电阻率

1.4.2塑料的绝缘（介电）强度

1.4.3塑料的介电常数与损耗因数

1.4.4塑料的耐电弧性

1.4.5塑料材料的耐电起痕性能测试

1.4.6塑料材料的阻燃性能测试

1.5塑料的环境性能

1.5.1塑料的吸水性

1.5.2塑料的水解

1.5.3塑料的耐化学性

1.5.4塑料的耐候性

1.5.5塑料的阻隔性能与气体渗透率

1.6塑料的工艺性能

1.6.1塑料的收缩率

1.6.2塑料的黏度及其测量

1.6.3塑料对压力和温度的敏感性

第2章常见塑料材料的性能与选用

2.1塑料材料概述

2.2普通塑料的性能与应用

2.2.1聚乙烯（PE）

2.2.2聚丙烯（PP）

2.2.3聚氯乙烯（PVC）

2.2.4聚苯乙烯（PS）

2.2.5苯乙烯-丙烯腈（SAN）

2.2.6丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）

2.2.7K-树脂

2.2.8丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯（ASA）

2.2.9丁苯橡胶（SBR）

2.2.10聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

2.3工程塑料的性能与应用

2.3.1聚酰胺或尼龙（PA）

2.3.2聚甲醛（POM）

2.3.3PET、PBT、PEN、PCT

2.3.4聚碳酸酯（PC）

2.4特种塑料的性能与应用

2.4.1聚苯硫醚（PPS）

2.4.2热致液晶聚酯（TLCP）

2.4.3全氟聚合物（PTFE、FEP、PFA）

2.4.4聚芳醚酮（PAEK）

2.4.5聚酰胺（酰）亚胺（PAI）

2.4.6聚芳醚砜（PAES）和聚醚酰亚胺（PEI）

2.4.7半芳香族尼龙（PPA）

2.4.8聚酰亚胺（PI）

2.4.9聚苯并咪唑（PBI）

2.5生物降解塑料的性能与应用

2.5.1聚羟基脂肪酸（PHA）

2.5.2聚乳酸（PLA）

2.5.3聚丁二酸丁二醇酯（PBS）

2.6热塑性弹性体的性能与应用

2.6.1橡胶

2.6.2PVC增塑

2.6.3烯烃聚合物（TPO）

2.6.4热塑性硫化胶（TPV）

2.6.5苯乙烯类热塑性弹性体（TPS）

2.6.6热塑性聚氨酯（TPU）

2.6.7共聚多酯类热塑性弹性体（TPC）

2.6.8聚酰胺类热塑性弹性体（TPA）

2.7热固性塑料的性能与应用

2.7.1酚醛塑料（PF）

2.7.2氨基塑料（UF、MF）

2.7.3环氧塑料（EP）

2.7.4热固性不饱和聚酯（UP）

2.7.5热固性聚氨酯（PUR）

2.7.6聚二环戊二烯（PDCPD）

2.8塑料材料的选择方法

2.8.1选材过程所需的信息

2.8.2选材的基本步骤

2.8.3选材案例

第3章注射成型工艺及其对设计的影响

3.1成型工艺简介

3.1.1成型阶段

3.1.2注射速度的影响

3.1.3温度的影响

3.1.4速度/压力切换的影响

3.1.5时间的影响

3.2注射成型工艺参数

3.2.1储料参数

3.2.2注射参数

3.2.3温度参数

3.2.4时间参数

3.3浇口的影响

3.3.1典型浇口形式

3.3.2浇口的位置

3.3.3浇口对加玻璃纤维材料的影响

3.4流动取向的影响

3.4.1流道及型腔中的流动速度分布及取向

3.4.2浇口附近的发散流动

3.4.3流动取向对塑料件强度的影响

3.4.4流动取向的合理应用

3.5导流与限流

3.5.1导流的应用

3.5.2限流的应用

3.5.3应用场景

3.6熔接线的影响

3.6.1熔接线的本质

3.6.2熔接线出现的场合

3.6.3熔接线的类型

3.6.4熔接线强度

3.6.5纤维增强材料对熔接性能的影响

3.6.6怎样解决熔接线问题

3.7注射成型中的收缩与变形

3.7.1影响收缩的因素

3.7.2与收缩相关的现象

第4章塑料件的一般设计

4.1壁厚的设计

4.1.1壁厚的影响

4.1.2壁厚与强度的关系

4.1.3不均匀壁厚的处理

4.1.4壁厚对注射成型工艺的影响

4.2筋的设计

4.2.1筋厚度的设计

4.2.2薄壁筋的问题

4.2.3筋与变形的关系

4.3支柱的设计

4.3.1设计原理及推荐的设计尺寸

4.3.2防止缩痕的设计建议

4.3.3与侧壁相连的设计建议

4.3.4内孔深度的设计

4.3.5考虑注射成型工艺的设计

4.3.6角撑板的设计

4.4圆角的设计

4.4.1应力集中

4.4.2从结构与工艺角度考虑圆角的设计

4.5脱模斜度

4.5.1脱模斜度与顶出力的关系

4.5.2脱模斜度与表面粗糙度的关系

4.6孔洞的设计

4.6.1选择合理的深径比

4.6.2通孔的设计

4.6.3互锁的设计

4.6.4避免错位的设计

4.7倒扣的设计

4.7.1直接脱模倒扣的设计

4.7.2避免扣位复杂模具结构的设计

4.7.3方案的取舍

4.8塑料螺纹的设计

4.8.1螺纹牙型的选择

4.8.2常见的螺纹模具结构

4.8.3螺纹尺寸结构的优化

4.9模塑文字

4.9.1字母和标识的选择

4.9.2常见的处理方法

4.10活动铰链的设计

4.10.1设计计算原理及建议

4.10.2考虑注射成型工艺的设计

4.10.3浇口位置的影响

4.11塑料轴承的设计

4.11.1轴承材料的选择

4.11.2设计计算

4.11.3合理的结构及尺寸设计

4.12塑料齿轮的设计

4.12.1齿轮材料的选择

4.12.2齿形的设计

4.12.3合理的结构及尺寸设计

4.12.4齿轮强度的计算

4.13公差的设计

4.13.1合理的公差设定

4.13.2公差软件的使用

第5章塑料受力结构件设计

5.1塑料受力结构件的影响因素

5.1.1机械载荷的类型

5.1.2塑料材料的黏弹性

5.1.3塑料材料的蠕变及应力松弛性能

5.1.4塑料材料的应力应变特性

5.1.5注射成型工艺的影响

5.2短期负载下的结构设计

5.2.1短期负载的应用场景

5.2.2塑料材料在短期负载下的性能

5.2.3短期负载的设计计算案例

5.3提高刚度的结构设计

5.3.1提高塑料件刚度的方法

5.3.2提高刚度的壁厚设计

5.3.3提高刚度和强度的加强筋设计

5.3.4弯曲扭转等复合负载下的刚度

5.4长期负载下的结构设计

5.4.1蠕变等时应力-应变曲线

5.4.2应力松弛

5.4.3疲劳性能

5.5冲击负载下的结构设计

5.5.1耐冲击的材料选择

5.5.2冲击负载需要考虑的问题

5.6热负载下的结构热应力

5.6.1材料的热膨胀性能

5.6.2热膨胀导致的应力计算及问题处理

第6章塑料件装配的设计

6.1压入装配的设计

6.1.1压配的应用场合

6.1.2轴孔脱模斜度的影响

6.1.3压配的材料性能影响

6.1.4压配的设计计算

6.2卡扣装配的设计

6.2.1卡扣的装配过程

6.2.2常见的卡扣形式

6.2.3考虑拆卸的卡扣设计

6.2.4卡扣的设计形状及受力计算

6.3紧固件装配的设计

6.3.1机械螺栓装配

6.3.2自攻螺钉装配

6.3.3推进紧固件装配

6.3.4铆接

6.4嵌件装配的设计

6.4.1模塑嵌件

6.4.2压入嵌件

6.5焊接装配的设计

6.5.1超声焊接原理及设计

6.5.2振动焊接原理及设计

6.5.3旋转焊接原理及设计

6.5.4感应焊接原理及设计

6.5.5热板焊接原理及设计

6.5.6激光焊接原理及设计

6.6粘接装配的设计

6.6.1粘接的优势与限制

6.6.2粘接的原理

6.6.3常见塑料材料的粘接性能

6.6.4粘接的表面处理

6.6.5粘接的应力分析

6.6.6粘接的结构设计

参考文献