Designing with Plastics

 
 
Hanser (Verlag)
  • 1. Auflage
  • |
  • erschienen am 18. März 2013
  • |
  • 100 Seiten
 
E-Book | PDF mit Wasserzeichen-DRM | Systemvoraussetzungen
978-3-446-41282-8 (ISBN)
 
'Designing with Plastics' is an indispensable tool for every engineer and designer working with plastic materials. It will assist in the development of plastic parts that are not only functional and esthetically pleasing but also manufacturable while meeting ever increasing end-use requirements.
The short but concise introduction into the specific properties of this material class focuses on the practical needs of the designer and lays the foundation for the following in-depth discussion of part design suitable for production and the intended end-use application. Numerous detailed examples highlight practical tips and rules of thumb for successful part design.
Content:
- Structure and Properties
- Properties of Generic Polymeric Materials
- Physical Properties - Characteristic Values - Test Methods and Procedures
- Geometrically Simple Structural Parts under Static Loads
- Design and Material Considerations for Parts Subjected to Mechanical Loads
- Designing for Production
- Flexing Elements
- Mechanical Fasteners
- Ribbed Structures
- Gear Wheels
- Friction Bearings
- Wheels and Rollers
  • Englisch
  • München
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  • Deutschland
  • 35,19 MB
978-3-446-41282-8 (9783446412828)
3446412824 (3446412824)
http://dx.doi.org/10.3139/9783446412828
weitere Ausgaben werden ermittelt
1 - Contents [Seite 6]
2 - 1 Market Overview [Seite 14]
2.1 - 1.1 Examples of Applications from Various Industry Sectors [Seite 17]
2.1.1 - 1.1.1 Aerospace [Seite 17]
2.1.2 - 1.1.2 Precision Engineering [Seite 20]
2.1.3 - 1.1.3 Automotive Engineering [Seite 22]
2.1.4 - 1.1.4 General Mechanical Engineering [Seite 27]
2.1.5 - 1.1.5 Design of Technical Equipment [Seite 28]
2.1.6 - 1.1.6 Construction Industry [Seite 31]
2.2 - 1.2 Forecast [Seite 35]
3 - 2 Structure and Properties [Seite 44]
3.1 - 2.1 Chemical Structure (Constitution) [Seite 44]
3.1.1 - 2.1.1 Degree of Polymerization - Relative Molecular Weight [Seite 47]
3.1.2 - 2.1.2 Homopolymerization and Copolymerization [Seite 51]
3.2 - 2.2 Intermolecular Binding Energies (Secondary Valence Bonds) [Seite 53]
3.2.1 - 2.2.1 Absorption of Water by Polyamides [Seite 54]
3.3 - 2.3 Spatial Arrangement of Atoms and Groups of Atoms in Molecules (Configuration) [Seite 60]
3.3.1 - 2.3.1 Tacticity [Seite 61]
3.3.2 - 2.3.2 Branching [Seite 61]
3.3.3 - 2.3.3 Cross-Linking [Seite 62]
3.4 - 2.4 Architecture of Polymer Systems [Seite 63]
3.4.1 - 2.4.1 Homogeneous and Heterogeneous Polymer Mixtures [Seite 63]
3.4.2 - 2.4.2 Plasticization [Seite 64]
3.4.3 - 2.4.3 Fillers and Reinforcement [Seite 64]
3.5 - 2.5 Morphology (Supermolecular Structures) [Seite 67]
3.5.1 - 2.5.1 Amorphous Microstructure [Seite 67]
3.5.2 - 2.5.2 Crystalline Microstructure [Seite 68]
3.5.3 - 2.5.3 Anisotropy [Seite 73]
3.6 - 2.6 Thermomechanical Ranges [Seite 77]
3.6.1 - 2.6.1 Thermoplastics with Amorphous Structure [Seite 77]
3.6.2 - 2.6.2 Thermoplastics with Semicrystalline Structure [Seite 79]
3.6.3 - 2.6.3 Elastomers [Seite 80]
3.6.4 - 2.6.4 Thermosets [Seite 80]
4 - 3 Brief Description of the Properties of Generic Polymeric Materials [Seite 84]
4.1 - 3.1 Thermoplastics [Seite 84]
4.1.1 - 3.1.1 Polymer Blends [Seite 93]
4.1.2 - 3.1.2 Functional Polymers [Seite 96]
4.2 - 3.2 Elastomers [Seite 101]
4.3 - 3.3 Thermosets [Seite 103]
4.4 - 3.4 Fibrous Reinforcements [Seite 107]
4.4.1 - 3.4.1 Glass Fibers [Seite 108]
4.4.2 - 3.4.2 Carbon Fibers [Seite 110]
4.4.3 - 3.4.3 Aramid Fibers [Seite 110]
4.4.4 - 3.4.4 Metal Fibers, Whiskers, and Ceramic Fibers [Seite 110]
5 - 4 Physical Properties - Characteristic Values - Test Methods and Procedures [Seite 114]
5.1 - 4.1 Deformation Behavior under Uniaxial Dynamic Tensile Stress (Stress-Strain Experiments) [Seite 114]
5.1.1 - 4.1.1 Molecular Deformation and Fracture Mechanisms [Seite 114]
5.1.2 - 4.1.2 Characteristic Stress-Strain Curves [Seite 116]
5.1.3 - 4.1.3 Determination of Stress-Strain Diagrams and Characteristic Properties of Materials [Seite 117]
5.1.4 - 4.1.4 Effects of Temperature, Time, and Humidity on Stress-Strain Curves [Seite 120]
5.1.5 - 4.1.5 Mathematical Description of Stress-Strain Curves [Seite 122]
5.2 - 4.2 Deformation Behavior under Uniaxial, Long-Term, Static Tensile Loads (Tensile Creep Testing) [Seite 124]
5.2.1 - 4.2.1 Mathematical Description of Creep Curves [Seite 126]
5.3 - 4.3 Toughness and Impact Resistance [Seite 128]
5.3.1 - 4.3.1 Determination of Tensile Stress-Strain Toughness [Seite 129]
5.3.2 - 4.3.2 Determination of Toughness by Flexural Impact Test [Seite 129]
5.3.3 - 4.3.3 Penetration or Dart Drop Impact Test [Seite 132]
5.4 - 4.4 Behavior under Cyclic Loads [Seite 133]
5.4.1 - 4.4.1 Determination of Characteristic Features of Fatigue [Seite 135]
5.5 - 4.5 Poisson's Ratio [Seite 138]
5.6 - 4.6 Thermal Properties [Seite 140]
5.6.1 - 4.6.1 Thermal Expansion [Seite 140]
5.6.2 - 4.6.2 Dimensional Stability [Seite 142]
5.6.3 - 4.6.3 Heat Aging [Seite 145]
5.6.4 - 4.6.4 Summary Analysis of the Effects of Temperature [Seite 149]
5.7 - 4.7 Tribological Properties [Seite 149]
5.7.1 - 4.7.1 Fundamentals [Seite 151]
5.7.2 - 4.7.2 Friction and Wear in Mated Polymer and Steel Surfaces [Seite 158]
5.7.3 - 4.7.3 Friction and Wear in Mated Pairs of Polymeric Materials [Seite 169]
5.7.4 - 4.7.5 Effect of Additives on Friction and Wear Properties [Seite 171]
5.7.5 - 4.7.6 Stick-Slip [Seite 178]
5.7.6 - 4.7.7 Jet Erosion [Seite 181]
6 - 5 Calculations for Structures under Mechanical Load - Examples of Geometrically Simple Structural Parts under Static Loads [Seite 188]
6.1 - 5.1 Specific Materials and Processing Problems [Seite 188]
6.1.1 - 5.1.1 Deformation Behavior under Uniaxial Dynamic Tensile Stress [Seite 188]
6.2 - 5.2 Determination of Strength [Seite 190]
6.2.1 - 5.2.1 Basic Procedure for Structural Part Design [Seite 190]
6.2.2 - 5.2.2 Uniaxial State of Stress [Seite 195]
6.2.3 - 5.2.3 Multiaxial State of Stress [Seite 197]
6.3 - 5.3 Calculation of Strains and Deformations [Seite 203]
6.3.1 - 5.3.1 Linear Elastic Behavior [Seite 203]
6.3.2 - 5.3.2 Nonlinear Elastic Behavior [Seite 204]
6.4 - 5.4 Analysis of Stress and Deformation in Structures under Flexural Loads with the Aid of a Simple FE Approach [Seite 209]
6.5 - 5.5 Calculation of Structural Parts Subjected to Impact Loads [Seite 211]
6.6 - 5.6 Structural Design of Fiber-Composite Structures [Seite 212]
6.6.1 - 5.6.1 Mechanical Properties of Laminates [Seite 213]
6.6.2 - 5.6.2 Methods of Calculation [Seite 218]
6.7 - 5.7 Computer-Aided Development [Seite 220]
6.7.1 - 5.7.1 Computer-Aided Design (CAD) [Seite 220]
6.7.2 - 5.7.2 Rapid Prototyping [Seite 221]
6.7.3 - 5.7.3 Rapid Tooling [Seite 223]
7 - 6 Design and Material Considerations for Parts Subjected to Mechanical Loads [Seite 226]
7.1 - 6.1 Flexible Structures [Seite 226]
7.1.1 - 6.1.1 Modulus of Elasticity [Seite 226]
7.1.2 - 6.1.2 Design Geometry - Moment of Inertia [Seite 227]
7.1.3 - 6.1.3 Load-Geometry Interactions [Seite 228]
7.2 - 6.2 Flexurally Rigid Structures [Seite 231]
7.3 - 6.3 Flexurally Flexible, Torsionally Rigid Structures [Seite 233]
7.4 - 6.4 Flexurally Rigid, Torsionally Flexible Structures [Seite 234]
7.5 - 6.5 Torsion-Resistant, Torsionally Rigid Structures [Seite 234]
7.6 - 6.6 Flexurally and Torsionally Rigid Structures [Seite 237]
7.7 - 6.7 Torsionally Flexible Structures [Seite 238]
7.8 - 6.8 Tension-Proof, Tensionally Rigid and Torsionally Flexible Structures [Seite 238]
7.9 - 6.9 High Shear-Strength, Shear-Resistant Structures [Seite 239]
7.10 - 6.10 Pressure-Yielding and Compression-Resistant Structures [Seite 240]
7.11 - 6.11 Multifunctional Structures [Seite 242]
7.12 - 6.12 Thermal Expansion and Thermal Stress [Seite 243]
7.13 - 6.13 Universal Joints [Seite 248]
8 - 7 Designing for Production [Seite 252]
8.1 - 7.1 Mold Filling [Seite 252]
8.1.1 - 7.1.1 Simulation of the Filling Operation [Seite 254]
8.1.2 - 7.1.2 Causes of Orientation in Moldings [Seite 256]
8.1.3 - 7.1.3 Causes for Formation of Weld Lines and Air Pockets [Seite 265]
8.2 - 7.2 Cooling and Solidification [Seite 274]
8.2.1 - 7.2.1 Cooling Rate [Seite 274]
8.2.2 - 7.2.2 Changes in Dimensions and Tolerances [Seite 277]
8.2.3 - 7.2.3 Warpage [Seite 284]
8.3 - 7.3 Demolding [Seite 290]
8.3.1 - 7.3.1 Draft [Seite 293]
8.3.2 - 7.3.2 Demolding of Undercuts [Seite 293]
8.3.3 - 7.3.3 Avoidance of Undercuts [Seite 298]
8.4 - 7.4 Sandwich Molding (Co-Injection Molding) [Seite 302]
8.4.1 - 7.4.1 Two-Color Injection Molding [Seite 302]
8.4.2 - 7.4.2 Rigid-Flexible Combinations [Seite 306]
8.4.3 - 7.4.3 Gas Injection Technology (GIT) [Seite 312]
8.4.4 - 7.4.5 External Gas Pressure Technology [Seite 316]
9 - 8 Flexing Elements [Seite 324]
9.1 - 8.1 Snap-Fit Joints [Seite 324]
9.1.1 - 8.1.1 Snap-Fit Beams [Seite 330]
9.1.2 - 8.1.2 Torsional Snap-Fit Joints [Seite 338]
9.1.3 - 8.1.3 Annular Snap-Fit Joints [Seite 340]
9.1.4 - 8.1.4 Segmented Annular Snap-Fit Joints [Seite 344]
9.2 - 8.2 Elastic Elements [Seite 348]
9.2.1 - 8.2.1 Elastic Thermoplastic Materials [Seite 348]
9.2.2 - 8.2.2 Springs Made of Fiber-Plastic Composites (Glass-Fiber and Carbon-Fiber Reinforced Plastic) [Seite 355]
9.3 - 8.3 Integral Hinges and Integral Joints [Seite 358]
9.3.1 - 8.3.1 Manufacture of Integral Hinges and Integral Joints [Seite 359]
9.3.2 - 8.3.2 Design [Seite 362]
9.3.3 - 8.3.3 Materials [Seite 363]
9.3.4 - 8.3.4 Integral Hinge Design Calculations [Seite 363]
9.3.5 - 8.3.5 Applications with Integral Hinges [Seite 368]
10 - 9 Mechanical Fasteners [Seite 378]
10.1 - 9.1 Molded Threads and Threads Produced by Machining [Seite 379]
10.1.1 - 9.1.1 Screws and Bolts Made of Polymeric Material [Seite 379]
10.1.2 - 9.1.2 Injection-Molded, Blow-Molded, and Machined Threads [Seite 381]
10.2 - 9.2 Threaded Inserts [Seite 381]
10.2.1 - 9.2.1 Encapsulated Threaded Inserts [Seite 381]
10.2.2 - 9.2.2 Threaded Inserts Embedded by Ultrasound [Seite 381]
10.2.3 - 9.2.3 Press-In Threaded Inserts [Seite 382]
10.2.4 - 9.2.4 Expansion Inserts [Seite 383]
10.2.5 - 9.2.5 Screw-In Inserts [Seite 383]
10.2.6 - 9.2.6 Inserts Made of Polymeric Materials [Seite 384]
10.2.7 - 9.2.7 Comparative Evaluation of the Various Inserts [Seite 384]
10.2.8 - 9.2.8 Behavior under Dynamic Loads [Seite 387]
10.3 - 9.3 Self-Threading Screws [Seite 387]
10.3.1 - 9.3.1 Screw Shapes and Geometries [Seite 388]
10.3.2 - 9.3.2 Design of the Screw Boss [Seite 390]
10.3.3 - 9.3.3 Calculation of Key Variables in a Self-Threading Screw Joint [Seite 394]
11 - 10 Ribbed Structures [Seite 400]
11.1 - 10.1 Comparison with Other Methods of Reinforcement [Seite 400]
11.1.1 - 10.1.1 Increasing the Modulus of Elasticity [Seite 400]
11.1.2 - 10.1.2 Increasing Wall Thickness [Seite 401]
11.1.3 - 10.1.3 Crimps and Corrugations [Seite 402]
11.2 - 10.2 General Considerations in Ribbed Structures [Seite 403]
11.2.1 - 10.2.1 Rib Height [Seite 403]
11.2.2 - 10.2.2 Rib Position [Seite 404]
11.2.3 - 10.2.3 Number of Ribs (Consumption of Material) [Seite 406]
11.2.4 - 10.2.4 Support [Seite 408]
11.3 - 10.3 Design Rules for Injection-Molded Ribs [Seite 409]
11.3.1 - 10.3.1 Rib Thickness [Seite 409]
11.3.2 - 10.3.2 Cooling Time [Seite 410]
11.3.3 - 10.3.3 Injection Direction [Seite 411]
11.3.4 - 10.3.4 Rib Intersection Points (Nodes) [Seite 413]
11.4 - 10.4 Design Rules for Ribs Produced by Gas-Assist Molding Methods [Seite 414]
11.5 - 10.5 Design Rules for Blow-Molded Ribs and Corrugations [Seite 416]
11.5.1 - 10.5.1 Blow-Molded Corrugations [Seite 416]
11.5.2 - 10.5.2 Blow-Molded Ribs [Seite 418]
11.6 - 10.6 Design Rules for Compression-Molded Ribs [Seite 419]
11.6.1 - 10.6.1 Manual Processing (Hand Lay-Up Process) [Seite 419]
11.6.2 - 10.6.2 Compression Molding [Seite 420]
12 - 11 Gear Wheels [Seite 424]
12.1 - 11.1 Calculation of the Tooth and Tooth Face Temperatures in Spur Gears [Seite 426]
12.1.1 - 11.1.1 Blok's Flash Temperature Hypothesis [Seite 427]
12.1.2 - 11.1.2 Takanashi Method for Calculating Temperature [Seite 427]
12.1.3 - 11.1.3 Hachmann and Strickle Method for Calculating Temperature [Seite 429]
12.1.4 - 11.1.4 Comparison of Methods of Calculating Temperature [Seite 431]
12.1.5 - 11.1.5 Optimized Temperature Calculation [Seite 432]
12.2 - 11.2 Calculation of Load-Bearing Capacity [Seite 437]
12.2.1 - 11.2.1 Tooth Damage [Seite 438]
12.2.2 - 11.2.2 General Parameters [Seite 439]
12.2.3 - 11.2.3 Calculation of the Load-Bearing Capacity of the Tooth Base [Seite 440]
12.2.4 - 11.2.4 Calculation of the Load-Bearing Capacity of the Tooth Flank [Seite 447]
12.2.5 - 11.2.5 Calculation of Tooth Deformation [Seite 453]
12.3 - 11.3 Design [Seite 455]
12.3.1 - 11.3.1 Injection Molding [Seite 455]
12.3.2 - 11.3.2 Production of Gears by Machining [Seite 459]
12.3.3 - 11.3.3 Shaft-Hub Joints [Seite 460]
13 - 12 Friction Bearings [Seite 472]
13.1 - 12.1 Friction Bearing Damage [Seite 474]
13.2 - 12.2 Calculation of Load-Bearing Capacity for Bearings [Seite 476]
13.2.1 - 12.2.1 Calculation of Mean Bearing Temperature [Seite 476]
13.2.2 - 12.2.2 Calculation of Temperature of Sliding Surface [Seite 479]
13.2.3 - 12.2.3 Static Load-Bearing Capacity [Seite 479]
13.2.4 - 12.2.4 Dynamic Load-Bearing Capacity [Seite 488]
13.3 - 12.3 Bearing Design [Seite 491]
13.3.1 - 12.3.1 Bearing Clearance [Seite 491]
13.3.2 - 12.3.2 Bearing Wall Thickness [Seite 493]
13.3.3 - 12.3.3 Bearing Production [Seite 494]
13.3.4 - 12.3.4 Design Examples of Bearings [Seite 494]
14 - 13 Wheels and Rollers [Seite 498]
14.1 - 13.1 Roller Damage [Seite 499]
14.2 - 13.2 Calculation of Load-Bearing Capacity [Seite 501]
14.2.1 - 13.2.1 Pressure Parameter as an Approximate Design Limit [Seite 501]
14.2.2 - 13.2.2 Deformation of Rollers under Static Load [Seite 505]
14.2.3 - 13.2.3 Rollers under Dynamic Load [Seite 511]
15 - Index [Seite 522]

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