플라스틱 구성품 설계

Design of plastic components

사출 성형술은 오랫동안 플라스틱 부품을 만드는 가장 인기 있는 방법 중 하나이다. 그것들은 자동차 내부 부품, 전자 하우징, 가정용품, 의료 장비, 콤팩트 디스크, 심지어 집업에도 사용된다. 아래는 제조 가능성을 염두에 두고 사출 성형 부품을 설계할 때 참고할 수 있는 특정 규칙 기반 표준 지침이다.[1]

소형 사출 성형기
사출 성형 기계의 일반적인 구성 요소

기하학적 고려사항

가장 일반적인 지침은 제조가 용이하거나 더 나은 결과를 초래하는 기하학적 매개변수 사이의 다양한 관계를 명세하는 것을 말한다. 이들 중 일부는 다음과 같다.

몰드 벽 두께

균일하지 않은 벽 섹션은 금형 부분의 전쟁 페이지 및 응력에 기여할 수 있다. 너무 얇은 섹션은 취급 시 파손 가능성이 높으며, 재료의 흐름을 제한할 수 있으며, 결함이 있는 부품을 유발하는 공기를 가둘 수 있다. 반면에 벽 두께가 너무 무거우면 경화 주기가 느려지고 재료 비용이 증가하며 사이클 시간이 증가한다.

일반적으로 얇은 벽은 큰 벽보다는 작은 부품으로 더 실현 가능하다. 벽 두께의 제한 요인은 얇은 벽의 플라스틱 재질이 곰팡이가 채우기 전에 식고 굳어지는 경향이다. 재료 흐름이 짧을수록 벽은 얇아질 수 있다. 벽은 또한 균일하지 않은 수축으로부터 전장을 피하기 위해 가능한 한 두께가 균일해야 한다. 벽두께의 변화가 불가피할 때 전환은 점진적으로 이루어져야 하며 갑작스럽지 않아야 한다.

일부 플라스틱은 다른 플라스틱보다 벽 두께에 더 민감하며, 아세트 및 ABS 플라스틱은 두께가 0.12인치(3mm), 아크릴은 0.5인치(12mm), 폴리우레탄은 0.75인치(18mm), 특정 섬유 강화 플라스틱은 1인치(25mm) 이상이다. 그렇더라도 설계자는 매우 두꺼운 단면이 싱크대와 같은 외관상의 결함의 가능성을 증가시킬 수 있다는 것을 인식해야 한다.[2]

드래프트 앵글

드래프트 앵글 디자인은 플라스틱 부품을 설계할 때 중요한 요소다. 플라스틱 재질의 수축 때문에 사출 성형 부품은 노심 쪽으로 수축하는 경향이 있다. 이는 코어 표면에 높은 접촉 압력을 발생시키고 코어와 부품 사이의 마찰을 증가시켜 금형에서 부품을 배출하는 것을 어렵게 한다. 따라서 드래프트 각도는 부분 배출을 지원하도록 적절히 설계되어야 한다. 이것은 또한 사이클 시간을 줄이고 생산성을 향상시킨다. 드래프트 각도는 당김 방향을 따라 부품의 내부 및 외부 벽에 사용해야 한다.

드래프트 치수를 표시하는 드래프트 실린더의 종단 뷰

허용 가능한 최소 초안 각도는 정량화하기가 더 어렵다. 플라스틱 재료 공급자와 금형업자는 수용 가능한 가장 낮은 초안에 대한 권한이다. 대부분의 경우 면당 1도면 충분하지만 면당 2도에서 5도 사이가 바람직하다. 설계가 1도와 호환되지 않을 경우 양쪽에서 0.5도를 허용하십시오. 0.25도 같은 작은 드래프트 각도라도 아예 없는 것보다는 낫다.[3]

모서리의 반지름

너그럽게 둥근 모서리는 많은 이점을 제공한다. 부품과 공구의 응력 집중도가 낮다. 모서리가 날카로워 재료 흐름이 원활하지 않고 채우기 어려운 경향이 있어 툴링 강도를 낮추고 응력 집중을 유발한다. 반지름과 필릿이 있는 부품은 보다 경제적이고 생산하기 쉬우며, 치핑을 줄이고, 금형 구조를 단순화하며, 외관이 좋은 금형 부품에 힘을 더한다.

사출 성형의 샤프 코너 일반 설계 지침은 코너 반지름이 벽 두께의 절반 이상이어야 함을 시사한다. 날카로운 모서리는 피하고 필요할 때마다 넉넉한 필레와 반지름을 사용하는 것이 좋다. 사출 성형 중에 녹은 플라스틱은 회전이나 모서리를 이동해야 한다. 모서리가 둥글면 플라스틱 흐름이 완화되므로 엔지니어는 모든 부품의 모서리를 너그럽게 반경을 시켜야 한다. 이와는 대조적으로 안쪽 모서리가 날카로워지면 특히 냉각 과정에서 부품의 윗부분이 수축하고 자재가 모서리에 부딪힐 때 응력이 몰딩된다. 또한 플라스틱 디자인의 첫 번째 규칙, 즉 균일한 벽 두께가 준수될 것이다. 플라스틱은 잘 비례하는 코너를 돌기 때문에 면적이 증가하고 방향이 갑자기 바뀌지 않는다. 캐비티 패킹 압력이 일정하게 유지됨 이것은 포스트 몰드 전쟁 페이지에 저항할 강력하고 차원적으로 안정된 코너로 이어진다.

구멍 깊이 대 지름 비율

코어 핀은 플라스틱 부품에 구멍을 내는 데 사용된다. 구멍은 전체 부분을 통과하지 않는 블라인드 구멍보다 만들기 쉽다. 블라인드 홀은 한쪽 끝에만 지지되는 핀에 의해 생성되므로, 그러한 핀은 길지 않아야 한다. 긴 핀은 성형 시 더 많이 비껴지고 녹은 플라스틱 재질의 압력에 의해 밀린다. 구멍 깊이 대 지름 비율이 2를 넘지 않도록 권장한다.

기능 기반 규칙

갈비뼈

플라스틱 디자인의 더 좋은 예

늑골 특징은 벽두께를 더하지 않고 성형된 부분을 강화하는데 도움을 준다. 어떤 경우에는 장식적인 특징으로도 작용할 수 있다. 또한 리브는 접합 부분에 정렬을 제공하거나 어셈블리의 정지 표면을 제공한다. 그러나 갈비뼈와 같은 돌출부는 충치 충진, 환기 및 배출 문제를 일으킬 수 있다. 이런 문제들은 키가 큰 갈비뼈에 더 골칫거리가 된다. 갈비뼈는 쇼트 샷 등의 결함을 피하고 필요한 강도를 제공할 수 있도록 정확한 비율로 설계해야 한다. 굵은 갈비뼈와 깊은 갈비뼈는 각각 싱크대 자국과 충전재 문제를 일으킬 수 있다. 깊은 갈비뼈는 또한 방출 문제로 이어질 수 있다. 늑골이 너무 길거나 넓을 경우 지지 늑골이 필요할 수 있다. 큰 갈비 한 개 대신 작은 갈비를 여러 개 사용하는 것이 좋다.

  • 매개 변수에 대한 권장 값: 일반적으로 늑골 높이는 공칭 벽 두께의 2.5배에서 3배 이하로 권장된다. 마찬가지로 밑면의 늑골 두께는 공칭 벽 두께의 0.4배에서 0.6배 사이여야 한다.
  • 리브의 최소 기준 반지름: 스트레스를 줄이기 위해 늑골 밑면에 일정한 최소 반지름 값의 필릿이 제공되어야 한다. 그러나 반경이 너무 커서 두꺼운 구간이 생기지 않아야 한다. 반지름은 뾰족한 모서리와 응력 집중을 없앤다. 흐름과 냉각도 개선된다. 갈비 밑면의 모깎기 반지름은 부품의 공칭 벽 두께의 0.25배와 0.4배 사이여야 한다.
  • 갈비뼈의 드래프트 앵글: 드래프트 앵글 디자인은 플라스틱 부품을 설계할 때 중요한 요소다. 그러한 부분은 중심부로 수축하는 경향이 더 클 수 있다. 이는 코어 표면에 높은 접촉 압력을 발생시키고 코어와 부품 사이의 마찰을 증가시켜 금형에서 부품을 배출하는 것을 어렵게 한다. 따라서 드래프트 각도는 부분 배출을 지원하도록 적절히 설계되어야 한다. 이것은 또한 사이클 시간을 줄이고 생산성을 향상시킨다. 드래프트 각도는 당김 방향을 따라 부품의 내부 또는 외부 벽에 사용해야 한다. 늑골의 드래프트 각도는 1~1.5도 정도로 하는 것이 좋다. 최소 초안은 한 면당 0.5여야 한다.
  • 두 평행 늑골 사이의 간격: 성형 모델의 다양한 형상 사이의 간격 때문에 금형 벽 두께가 영향을 받는다. 갈비 같은 특징을 서로 가까이 두거나 부품 벽면 등에 두면 식기 어렵고 품질에 영향을 줄 수 있는 얇은 면적이 만들어진다. 금형 벽체가 너무 얇으면 제조도 어렵고 고온 블레이드 생성, 차동 냉각 등의 문제로 금형의 수명이 단축될 수도 있다. 늑골 사이의 간격은 공칭벽의 최소 2배 이상이어야 한다.

보스

플라스틱의 기본 설계 요소인 Boss는 일반적으로 원통형이며 장착 고정장치, 위치점, 보강 형상 또는 스페이서로 사용된다. 서비스 조건에서 보스는 종종 구성 요소의 다른 부분에서 만나지 않는 하중의 대상이 된다.

  • 보스의 최소 반지름: 보스의 베이스에 넉넉한 반지름을 제공하여 힘을 얻고, 금형에서 부품을 쉽게 제거할 수 있도록 넉넉한 드래프트를 제공하십시오. 일정한 최소 반경 값의 필릿은 상사의 베이스에 제공되어야 스트레스를 줄일 수 있다. 명목벽과 상사의 기저부의 교차점은 일반적으로 스트레스를 받으며, 반지름이 제공되지 않을 경우 응력 집중도가 증가한다. 또한 두툼한 구간을 피하기 위해 상사 밑바닥의 반지름이 최대값을 초과해서는 안 된다. 두목의 반지름은 주형에서 쉽게 떼어낼 수 있도록 힘과 넉넉한 드래프트를 제공한다. 상사의 기저부 반지름은 공칭벽두께의 0.25~0.5배 정도로 하는 것이 좋다.
  • 보스 높이 대 외경 비율: 초안이 포함된 키 큰 상사는 그 기지에 물질적 질량과 두꺼운 부분을 생성할 것이다. 또한 코어 핀은 냉각이 어렵고 사이클 시간을 연장할 수 있으며 코어 구멍에 치수적으로 영향을 미칠 수 있다. 상사의 키는 외경의 3배 이하로 하는 것이 좋다.
레고 블록과 같은 플라스틱 부품에 보스 특징
  • 보스 끝의 최소 반지름: 보스는 구성 요소의 공칭 벽 두께에 추가된 형상으로 보통 기계적 조립을 용이하게 하기 위해 사용된다. 서비스 조건에서 보스는 종종 구성 요소의 다른 부분에서 만나지 않는 하중의 대상이 된다. 스트레스를 줄이기 위해 상사 끝에서 일정한 최소 반경 값의 필릿을 제공해야 한다.
  • 보스의 벽 두께: 상사의 벽두께는 명목벽의 60% 미만이 되어야 침몰을 최소화할 수 있다. 단, 상사가 눈에 보이는 곳에 있지 않을 경우 벽두께를 높여 나사로 인한 응력 증가를 허용할 수 있다. 보스의 벽두께는 재료에 따라 공칭 벽두께의 0.6배 정도여야 한다.
  • 보스 구멍 베이스 반지름: 상사는 부착 및 조립을 위한 포인트로서 많은 부분 설계에서 사용을 찾는다. 가장 일반적인 다양성은 나사, 나사산 삽입물 또는 기타 유형의 고정 하드웨어를 수신하도록 설계된 구멍이 있는 원통형 투영으로 구성된다. 코어 핀에 반지름을 제공하면 뾰족한 모서리를 피하는 데 도움이 된다. 이것은 성형에도 도움이 될 뿐만 아니라 스트레스 집중도 감소시킨다. 상사의 구멍 베이스 반지름은 공칭 벽두께의 0.25~0.5배 정도로 하는 것이 좋다.
  • 보스 내경 및 외경의 최소 초안: 상사의 외경에 알맞은 초안은 곰팡이로부터 쉽게 빠져 나갈 수 있도록 도와준다. 금형에서 쉽게 철수할 수 있도록 상사의 벽면에 초안이 필요하다. 이와 유사하게 설계 시 고정 장치와의 적절한 체결을 위해 보스 ID에 최소 테이퍼가 필요할 수 있다. 금형에서 쉽게 철수할 수 있도록 상사의 벽면에 초안이 필요하다. 상사의 외부 표면의 최소 초안은 0.5도 이상이어야 하며, 내부 표면의 경우 0.25도 이상이어야 한다.
  • 보스 간 간격: 상사들이 서로 매우 가깝게 배치될 때, 그것은 식히기 어렵고 품질과 생산성에 영향을 줄 수 있는 얇은 영역을 만드는 결과를 낳는다. 또한 금형 벽체가 너무 얇으면 제조가 매우 어렵고 뜨거운 블레이드 생성, 차동 냉각 등의 문제로 금형의 수명이 단축되는 경우가 많다. 보스 사이의 간격은 공칭 벽 두께의 2배 이상이어야 한다.
  • 독립 실행형 보스: 상사와 다른 두꺼운 부분은 코스로 처리되어야 한다. 사장님을 옆벽에 붙이는 것은 좋은 습관이다. 이 경우 재료 흐름이 균일하고 부품에 추가 부하 분배를 제공한다. 보다 나은 경직성과 물질적 흐름을 위해 일반 지침은 보스를 가장 가까운 측면벽에 연결해야 한다고 제안한다.
디자인에 언더컷이 있으면 금형에서 몰드 제품을 제거하기가 어려울 수 있다.

언더컷 검출

제작이 용이하도록 언더컷을 피해야 한다. 언더컷은 일반적으로 금형 비용과 복잡성을 가중시키는 제조 메커니즘을 추가로 필요로 한다. 또한, 부품은 구부러지고 변형될 여지가 있어야 한다. 교묘한 부품 설계 또는 사소한 설계 양보로 언더컷에 대한 복잡한 메커니즘을 제거할 수 있다. 언더컷은 금형을 하역하는 데 추가 시간이 필요할 수 있다. 부품의 언더컷은 가급적 피하는 것이 좋다.

필릿

날카로운 모서리는 공기의 끼임, 공극, 싱크 표시 등을 일으키기 쉬운 농도를 증가시켜 플라스틱 부품의 구조적 무결성을 약화시킨다. 가능하면 항상 라디아를 사용하여 제거해야 한다. 내부 반지름은 두께의 최소 1배 이상이어야 한다. 모서리에서 제안된 내부 반지름은 재료 두께의 0.5배, 외부 반지름은 재료 두께의 1.5배이다. 부품 설계가 허용되는 경우 더 큰 반지름을 사용해야 한다.

플라스틱 구성요소를 위한 필릿 설계

구멍

  • 구멍은 슬라이드에 만들 수 있지만 용접 라인이 생성될 수 있다.
  • 2개의 구멍 또는 구멍과 측면부 사이의 최소 간격은 구멍의 직경과 같아야 한다.
  • 구멍은 압력을 최소화하기 위해 부품 가장자리에서 직경의 최소 3배 거리에 위치해야 한다.
  • 구멍을 내는 코어 핀은 양쪽 끝에 지지할 수 있고 구부러질 가능성이 낮기 때문에 블라인드 구멍보다 투과 구멍이 선호된다.
  • 접히는 코어 핀이 필요한 측면의 구멍보다 부품 하단의 구멍이 낫다.
  • 블라인드 구멍의 깊이는 직경의 2배를 넘지 않아야 한다.
  • 깊은 블라인드 홀의 깊이를 증가시키기 위해 단계를 사용해야 한다.
  • 관통 구멍의 경우 부품의 절단 부분은 지름이 작은 핀의 길이를 단축할 수 있다.
  • 코어 핀 대신 겹침 및 간격띄우기 금형 공동 투영을 사용하여 다이 분할 선과 평행한 구멍(금형 이동 방향에 수직)을 생성하십시오.

[4]

참조

  1. ^ "DFMPro for Injection Molding".
  2. ^ "Protomold:Design tips for Rapid Injection Molding".
  3. ^ "Custom Tips for Injection Molding".
  4. ^ Greene, Joseph. "Mold requirements".