plastican navoj

7
CAE DS – Injection Casing Design Plastic Threads Technical University of Gabrovo – Yordanka Atanasova Threads in plastic products can be produced in three ways: a) by direct moulding with thread punch or die; b) by placing a threaded metal insert; c) by removing chips When designing plastic products with threads produced directly in the moulding process, we should account for the shrinkage of the material during the cooling process, which is different for the different types of plastics. This should be taken into consideration when producing thread punches necessary for moulding of internal threads and the dies shaping the internal threads. Placing a thread metal insert is required in the production of plastic nuts when the screw or the bolt is made of metal or in the case of frequent screwing or unscrewing of the nut. Removing chips is a method for producing plastic threads of small diameters and high batches, which cause frequent failures of thread punches. When producing threaded plastic products, the thread profile may vary, but unless the service conditions require a different type, metric thread is recommended. Metric thread can be represented through a triangular profile having a depth Н, the crest of which has been cut at a distance Н/8, and the root is at a distance Н/4 (Fig.1). Plastic threads 1 Fig.1 The rated dimensions of the thread are: External diameter d the diameter of the round surface circumscribed round the crests of the screw turns; Internal diameter d1 is the diameter of the cylinder formed by the surfaces of the roots; How are plastic threads produced? Geometrical parameters of the thread

Transcript of plastican navoj

Page 1: plastican navoj

CAE DS – Injection Casing Design 

Plastic Threads Technical University of Gabrovo – Yordanka Atanasova 

Threads in plastic products can be produced in three ways: 

a) by direct moulding with thread punch or die; b) by placing a threaded metal insert; c) by removing chips 

 

When designing plastic products with  threads produced directly  in  the moulding process, we  should  account  for  the  shrinkage  of  the material during  the  cooling process, which  is different for the different types of plastics. This should be taken into  consideration  when  producing  thread  punches  necessary  for  moulding  of internal threads and the dies shaping the internal threads. 

Placing a thread metal insert is required in the production of plastic nuts when the screw or the bolt is made of metal or in the case of frequent screwing or unscrewing of the nut.  

Removing chips  is a method for producing plastic threads of small diameters and high batches, which cause frequent failures of thread punches.  

When producing threaded plastic products, the thread profile may vary, but unless the service conditions require a different type, metric thread is recommended. 

Metric thread can be represented through a triangular profile having a depth Н, the crest  of which  has  been  cut  at  a distance  Н/8,  and  the  root  is  at  a distance  Н/4 (Fig.1). 

 

Plastic threads ‐ 1 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.1 

 

The rated dimensions of the thread are: 

External diameter d    ‐  the diameter of  the round surface circumscribed round  the crests of the screw turns; 

Internal diameter   d1  is  the diameter of  the cylinder  formed by  the surfaces of  the roots;  

How are plastic threads produced?                Geometrical parameters of the thread   

Page 2: plastican navoj

CAE DS – Injection Casing Design 

Plastic threads ‐ 2 

Mean diameter d2  is  the diameter of  the cylinder at  the  surface of which  the  root width is equal to half of the theoretical thread pitch; 

Thread  pitch  s  is  the  distance  between  the  parallel  sides  of  two  adjacent  turns, measured along the thread axis; 

Depth of thread h is the depth of the plane‐cut rated profile formed by the output triangular profile having a depth Н; 

Angle of thread α is the apex angle at which the sides of the profile are located; 

Length of winding l is the length of contact area between the surfaces of the screw and the nut measured along the axis. For standard threaded joints l ≈ 0,8 d. 

The deviation of the actual thread profile from the rated one is limited by adopting a set of tolerances. The set of tolerances for threaded  joints  is structured  in such a way as to allow contact of surface areas only along the side parts of the turn, con‐tact in the area of thread crests or roots is ruled out. 

− Depending on the angle of thread α threads can be classified as metric threads, inch threads, pipe threads, etc.   

− The sharp profiles of metric and inch threads lead to internal stresses and lower strength. Therefore threads of pitch s less than 0.4 mm are not rec‐ommended. 

− In case of threaded products made of elastic plastics (PEHD, PELD, PP), the depth of thread should be sufficient to prevent loosening or failure of the joint. 

− The minimum allowable thread diameter for parts made of thermoplastics, such as ABS, PMMA, PE, PP, is 2,5 mm.  

− The minimum thread pitch depends on its diameter and is chosen accord‐ing to the data given in Table 1. 

− The rated bending radius of the thread root rn = H/6 = 0.144 s. The mini‐mum permissible bending radius rmin = H/8 = 0.108 s. To increase the strength of plastic threaded joints, bending radii lower than the rated ones should be avoided, especially when dimensioning bolts and screws. 

− The length of winding l should not exceed its diameter d more than twice. − To improve the grip, wings can be added at the thread start / l1 / and termi‐

nation / l2 /. /Fig.2/ − The height of the wing l1   at the thread start for pitch s < 0.75mm is 1.0 mm, 

for  s = 0.75 mm it is 1.5 mm and for  s >1.5 mm  it is 2.0 – 3.0 mm. The height of the wing l2 at the thread termination depends both on the pitch and the diameter of the thread. For  d < 30 mm and  s  < 1.0 mm  l2  =  2 mm ,  and for   s > 1.0 mm  l2 = 4 mm ; for  d >30 mm   l2 = 6.0 – 10.0 mm. 

− There are rules determining the minimum space between the threaded hole and the end of the part b1. It depends on the thread diameter /Fig.3 /, Table 2. To preserve the product strength, there are also norms determining the minimum space between the threaded holes b2, as well as the bottom thick‐ness b3  in the case of blind (closed) threads . 

 

 

 

 

 

  

  

  

 

  

Dimensioning  

Page 3: plastican navoj

CAE DS – Injection Casing Design 

Table 1. Thread dimensioning, mm  

Thread diameter 

External d  Mean d2 Internal d1

 

Pitch, s 

Depth of thread, h 

2,5  2,208  2,013  0,45  0,243 

3,0  2,675  2,459  0,50  0,325 

4,0  3,546  3,242  0,70  0,379 

5,0  4,480  4,134  0,80  0,433 

6,0  5,350  4,918  1,00  0,541 

8,0  7,188  6,647  1,25  0,676 

10,0  9,026  8,376  1,50  0,812 

12,0  10,863  10,106  1,75  0,947 

14,0  12,701  11,835  1,0  1,082 

18,0  16,376  15,294  2,5  1,353 

24,0  22,051  20,752  3,0  1,624 

30,0  27,727  26,211  3,5  1,894 

36,0  33,402  31,670  4,0  2,165 

42,0  39,077  37,129  4,5  2,435 

 

 

 

Plastic threads ‐ 3 

 

 

 

Fig.2 

    Table 2  

Thread diameter d, mm 

Space b1 , mm  Space b2 , mm  Thickness b3, mm 

Up to 3.0  2.0  1.3  2.0 

From 3.0 to 6.0  2.5  2.0  3.0 

From 6.0 to 10.0  3.0  2.5  3.8 

Above 10  4.3  3.8  5.0 

Page 4: plastican navoj

CAE DS – Injection Casing Design 

When the plastic parts have several threads of different diameters, to simplify the design of  the mould,  it  is recommended  that all  threads have  the same pitch. The following  requirements  have  to  be  observed  in  the  design  of  threaded  products (Table 3). 

Plastic threads ‐ 4 

 

Table 3 Design of threaded products  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Non‐technological  Technological  Note 

 

s

R

 

The  end  of  threaded products should have a wing  of  pitch  s  for improved strength 

 

 

s

 

The  end  of  the  thread should have a wing for improved strength and be without a groove  

   

The  end  of  the  thread should have a wing for improved strength and be without a groove  

 

s

 

The  end  of  the  thread in  a  blind  nut  should not reach the bottom to avoid  stress  concentra‐tion 

 

  R

1,5

 

The  end  of  the  thread in  a  cap  should  not reach  the  bottom  to avoid  stress  concentra‐tion 

 

Page 5: plastican navoj

CAE DS – Injection Casing Design 

Plastic threads ‐ 5 

 

The major  norms  refer  to metric  threads  of  diameter  from  1  to  180 mm. When producing the threads of plastic products, the crest edges of the internal and exter‐nal thread can be rounded by rimax, which is calculated using the relationships rimax = 0.054 s for s < 0.5mm, and rimax = 0.034 s + 0.02mm for s > 0.5mm. 

The shape of the root of the external thread can be rounded or flat. When designing the moulding service,  it  is the rounding or  the plane at a distance of H/6 = 0.144s from the profile crest that is primary.  

The following rules are applied for the main dimensions of threaded plastic prod‐ucts: 

− the diameters and pitches should correspond to the data given in Table 1; − for diameters less than 4 mm the pitch should not be less than 0.45 mm, for 

diameters greater than 16 mm the pitch should not be less than 0.5 mm, for diameters greater than 18 mm it should not be less than 0.75mm and for di‐ameters greater than 36 mm it should not be less than l mm; 

− for diameters from  3 to 8mm the use of particularly great pitches is permis‐sible (Table 4). These norms are valid both for plastic‐metal joints and for plastic‐plastic joints. 

    

 Non‐technological  Technological  Note 

M12x1

M16x1,5

M12x1

M16x1

   

Multiple threads  should have  the  same  pitch  for easy ejection 

 

   

Threads  should  be positioned  outside  the product outline to avoid deformations  

 

   

Threads  should  be positioned  outside    the thickened  places  to avoid deformations  

 

Page 6: plastican navoj

CAE DS – Injection Casing Design 

Plastic threads ‐ 6 

The tolerances for thread diameters refer to the normal  length of winding N or to the entire length of the thread, if it is less than the normal length of winding. 

Two types of fits are used in threaded plastic joints – slide fits and fits with guaran‐teed clearance. 

In  the  case  of  external  threads  the  fit  is produced  in  the  basic  hole  system with deviation H/g or in the basic shaft system with deviations G/h (Η and G are margin tolerances for internal thread).  

Any  combinations  of margin  tolerances  are permissible  for  internal  and  external threads, but the same degree of accuracy is preferred. 

 

Table 4 Plastic threads of particularly great pitches 

Diameter, mm 

External d  Mean d2 Internal d1

 

Pitch, s,mm 

Depth of thread, h, mm 

3.0  2.480  2.134  0.80  0.433 

4.0  3.350  2.918  1.00  0.541 

5.0  4.026  3.376  1.50  0.812 

6.0  5.026  4.376  1.50  0.812 

8.0  7.026  6.376  1.50  0.812 

 

The margin  tolerance width  is determined according  to  the accuracy chosen. The length of winding also has to be taken into account when choosing the fit — short M, normal N or long L. 

The margin tolerances for internal and external threads correspond to three degrees of accuracy — medium, rough and very rough (Table 5). For lengths of winding M and L the use of additional margin tolerances is allowed (Table 6). 

Table 5 Margin tolerances of threaded products 

Margin tolerances  Degree of accu‐

racy  Screws  Nuts 

Medium  6h 6g  6H 6G 

Rough  8h 8g  7H 7G 

Very rough  10h 8h  9Н 8Н 

 

 

 

 

Tolerances and fits for threaded plastic products     

Page 7: plastican navoj

CAE DS – Injection Casing Design 

Table 6 Additional margin tolerances for threaded products depending on the length of winding 

Length of winding 

M  L 

Margin tolerances 

Plastic threads ‐ 7 

Degree of accuracy 

Screws  Nuts  Screws  Nuts 

Medium  ‐  ‐  7h6h  7g6g  7H 7G 

Rough  7h6h  7g6g  6H 6G  9h8h  9g8g  8H 9G 

Very rough  9h8h  9g8g  8H 8G  ‐  ‐ 

 

The accuracy of threads produced by injection moulding or pressing from materials exhibiting  different  shrinkage  can  be  determined  using  diagrams  drawn  out  of experience. The degrees of accuracy shown in these diagrams can be achieved when there  are  certain  ratios  in  shrinkage  variations,  length  of winding  and  diameter provided the thread punches and dies are produced with pitches that are corrected using average shrinkage. If the threads are produced in moulds with rated (uncor‐rected) pitches, the desired degrees of accuracy can be achieved only if the length of winding is reduced, because for great lengths the thread accuracy is reduced due to shrinkage of  the material along  the axis. Strength  is also  reduced. To achieve  the same strength of the turns as the strength of the product walls, the length of wind‐ing must be optimal. Taking into account the shrinkage, the admissible number of turns n can be determined using the formula 

max2SSmn Δ=  

where т is the number of turns;  ΔS— variations in plastic shrinkage; Smax — maximum plastic shrinkage.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 Accuracy of threaded joints