고품질 사출 성형 부품을위한 설계 지침

사출 성형 부품 부품은 유사한 요소를 갖는 경향이 있습니다.   특정 두께의 벽이 있으며 일반적으로 다음 중 하나 이상이 있습니다.

• 개방 된 내부 공간

• 힘을 더하는 갈비뼈

• 표면이 교차하는 반경

• 부착 지점으로서의 보스

비용과 품질을 위해 사출 성형 부품을 설계하는 데는 몇 가지 기본 규칙이 있습니다.

• 전체적으로 균일 한 벽 두께 사용

• 공정, 재료 및 제품 요구 사항을 충족하는 최소 벽 두께를 사용합니다.

• 두꺼운 벽 부분을 대체하기 위해 리브 사용

• 반지름! 반지름! 반지름!

• 평평한 지역을 피하십시오

• 언더컷 방지

• 보스를 부착 지점으로 사용

• 성형 부품을 쉽게 제거 할 수 있도록 적절한 초안 제공

• 분할 선, 게이트 및 녹아웃 핀을 적절하게 찾습니다.

전체적으로 균일 한 벽 두께 사용

플라스틱 부품의 설계에서 균일 한 벽 두께를 목표로하는 것이 중요합니다.   동일한 부품에서 벽 두께가 다르면 부품 강성에 따라 수축이 달라 심각한 뒤틀림 및 치수 정확도 문제가 발생할 수 있습니다.

균일 한 벽 두께를 얻는 한 가지 방법은 두꺼운 벽 영역에 코어를 사용하는 것입니다. 이는 사출 성형 부품에 일반적으로 내부 공간이 열린 이유를 설명합니다. 두꺼운 벽 영역을 제거하면 보이드 형성의 위험이 방지되고 내부 응력이 감소합니다. 부품의 공극과 미세 다공성은 단면 좁아짐, 높은 내부 응력 및 경우에 따라 노치 효과로 인해 기계적 특성을 크게 감소시킵니다. 또한 휘는 경향을 최소화합니다.

그림 1.   코어를 사용하여 균일 한 벽 두께 만들기

그림 2.   두꺼운 벽에서 얇은 벽으로의 전환으로 인해 뒤틀림이 발생할 수 있음

모든 디자인이 균일 한 벽 두께로 만족할 수있는 것은 아닙니다.   벽 두께는 10 – 25 %를 넘지 않아야합니다.   더 큰 변화가 불가피한 경우, 전환은 점진적으로 이루어져야하며 폴리머는 얇은 부분으로 흘러 가야 두꺼운 부분이 잘 채워지고 응력이 최소화됩니다.

재료 축적은 균일하지 않은 벽 두께의 또 다른 예입니다.   예를 들어, 늑골 바닥에서 발생할 수 있으며 싱크 마크를 형성하는 경향이 있습니다.   이것은 재료 축적이 적은 영역이 냉각되고 굳을 때 발생합니다.    응고 중에 재료가 수축되고 재료 축적이 많은 영역에서 당겨집니다.   이것은 딤플 또는 싱크 마크를 형성하여 표면 결함으로 인해 품질이 낮은 부품을 제공합니다.   재료 축적을 방지하는 것은 허브 캡과 같이 고품질 표면 마감이 필요한 리브 구성품의 경우 특히 중요합니다. 

재료 축적 영역은 또한 공극과 미세 다공성으로 이어질 수 있습니다.   다시 말하지만, 이는 재료가 적은 주변 영역이 더 빨리 냉각되고 재료 축적이 많은 영역에서 여전히 용융 된 재료를 끌어 올 때 발생합니다.   부품의 공극과 미세 다공성은 단면 좁아짐, 높은 내부 응력 및 경우에 따라 노치 효과로 인해 기계적 특성을 크게 감소시킵니다.   또한 뒤틀리는 경향이 있습니다.

다음 그림은 리브 구성 요소 설계에서 재료 축적을 제한하기위한 지침을 보여줍니다.

그림 3.    재료 축적이 제한된 리브 디자인

공정, 재료 및 제품 요구 사항을 충족하는 최소 벽 두께 사용

벽 두께 설계는 다음과 같은 중요한 구성 요소 기능 및 비용에 영향을 미칩니다.

• 주기 시간 및 재료 비용을 통해 구성 요소 비용에 영향을 미치는 구성 요소 무게
• 금형에서 달성 가능한 유동 길이
• 성형 부품의 강성
• 공차
• 표면 마감, 뒤틀림 및 보이드 측면에서 부품 품질

벽은 부품 비용을 최소화하기 위해 기계적 무결성을 희생하지 않고 가능한 한 얇아 야합니다.   리브 및 거셋과 같은 기능을 사용하여 얇은 벽 영역의 강성을 높일 수 있습니다 (다음 섹션 참조).

설계 단계 초기에 제안 된 벽 두께가 원하는 재료와 공정으로 달성 될 수 있는지 평가하는 것이 중요합니다.   사출 성형을위한 설계를 평가할 때 벽 두께에 대한 유동 경로의 비율은 금형 채우기에 중요한 영향을 미칩니다.   긴 유동 경로가 낮은 벽 두께와 결합되는 경우 상대적으로 용융 점도가 낮은 폴리머를 사용해야합니다.   사출 성형 부품의 일반적인 벽 두께는 일반적으로 0.030 인치 ~ 0.190 인치입니다.   이것은 재료 선택에 크게 의존합니다.

표 1.   다양한 열가소성 수지의 일반적인 공칭 두께
아크릴로 니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS)	0.045 – 0.140
아세탈	0.030 – 0.120
아크릴	0.025 – 0.150
액정 폴리머	0.008 – 0.120
장 섬유 강화 플라스틱	0.075 – 1.000
나일론	0.010 – 0.115
폴리 카보네이트	0.040 – 0.150
폴리 에스터	0.025 – 0.125
폴리에틸렌	0.030 ~ 0.200
폴리 페닐 렌 설파이드	0.020 – 0.180
폴리 프로필렌	0.025 – 0.150
폴리스티렌	0.035 – 0.150
폴리 우레탄	0.080 – 0.750
폴리 염화 비닐	0.040 – 0.150

리브를 사용하여 두꺼운 벽 섹션 대체
종종 금속 구성 요소 설계에서 벽 두께를 증가시켜 비용에 대한 영향을 제한하면서 강성을 개선합니다.   이는 금속 부품 비용의 주요 동인이 될 수있는 가공 비용이 재료 비용이 일정하게 유지되는 동안 크게 변하지 않기 때문에 사실입니다. 

높은 강성이 필요한 플라스틱 설계의 경우 더 나은 접근 방식은 단면의 관성 모멘트를 높이기 위해 리브 또는 기타 단면 형상을 사용하는 것입니다.   이는 보이드 및 미세 다공성의 위험을 최소화하여 부품의 품질을 향상시킬뿐만 아니라 재료 함량과 사이클 시간을 줄여 부품 비용을 낮 춥니 다. 

여러 개의 균일 한 간격의 리브는 일반적으로 하나의 큰 리브보다 하중을 더 잘 분산시킵니다.   베이스에서 리브의 두께는 일반적으로 인접한 벽의 절반이지만 구조적 무결성이 외관보다 중요하거나 수지에 수축이 거의없는 경우 벽의 두께와 같을 수 있습니다.   리브 높이는   일반적으로 벽 두께의 2.5 ~ 3 배입니다.

그림 4.   리브 디자인 예

그림 5.   재료 축적을 최소화하기위한 리브 디자인

 갈비뼈가 힘을 추가하는 가장 일반적인 방법이지만 힘을 추가 할 수있는 다른 기능도 있습니다.   거싯 (작은 삼각형 갈비뼈), 주름 및 크라운입니다.

그림 6.   구성 요소 강성을 높이는 기능

반지름! 반지름! 반지름!

성형 후 플라스틱이 수축됨에 따라 날카로운 모서리에 축적되는 응력은 높은 하중이나 충격으로 인해 고장을 일으킬 수 있습니다.   이를 방지하려면 리브, 보스, 측벽 및 기타 기능이 연결되는 모서리에 넉넉한 반경을 사용하십시오.   내부 코너 반경은 응력에 따라 달라집니다.   응력이없는 영역에서 반경은 0.005 인치만큼 작을 수 있지만 부하가 높은 영역은 0.020 인치 이상의 반경을 가져야합니다.   외부 모서리의 반경은 일정한 단면을 보장하기 위해 내부 모서리의 반경에 벽 두께를 더한 값과 같아야합니다.

그림 7a.   갈비뼈의 날카로운 모서리에서 응력 집중 형성

그림 7b.   코너 반경으로 응력 집중 감소

평평한 지역을 피하십시오

넓고 평평한 영역은 뒤 틀리기 쉽습니다.   설계에 평평한 영역이 필요한 경우 가능하면 강성을 추가하기 위해 밑면에 리브를 추가하는 것이 좋습니다.   강성을 높이기위한 다른 옵션으로는 거셋 (작은 삼각형 리브), 주름 및 크라우 닝이 있습니다.   평평한 영역이 필요한 경우 수축이 적은 다른 재료를 평가하여 뒤틀림 수준을 줄일 수 있습니다.

언더컷 방지

언더컷은 금형의 복잡성과 비용 증가를 통해 부품 비용을 증가시킵니다.   언더컷은 일반적으로 부품을 몰드에서 제거 할 수 없기 때문에 피쳐를 생성하기 위해 별도의 코어 및 캠 동작이 필요합니다.   가능하면 언더컷을 제거하거나 아래 표시된 것과 같은 저렴한 금형 설계를 사용하십시오.

그림 8.   저비용 Snap-Fit 금형 설계

부착 지점에 보스 사용

이제 구성 요소가 최소 벽 두께로 설계되었으므로 나사와 같은 패스너를 지원하기 위해 추가 재료를 추가해야합니다.   보스는 공칭 벽보다 두껍지 않아야하며 횡력에 대응하기 위해 거싯으로 강화할 수 있습니다.

그림 9.   권장 보스 디자인

성형 부품을 쉽게 제거 할 수 있도록 적절한 초안 제공

금형 도구가 부품을 쉽게 열고 배출 할 수 있도록 부품을 설계해야합니다. 이것은 대부분 테이퍼링 리브, 보스 및 기타 요소에 의해 수행됩니다. 테이퍼 (또는 드래프트)는 측면 당 최소 0.5도 여야하지만 측면 당 1.5 ~ 3 도가 더 일반적입니다. 구배는 또한 몰드 표면 핀에 따라 달라지며 0.001 인치의 텍스처 깊이마다 측면 당 최소 1 도씩 증가합니다. 1도 드래프트는 길이 인치당 0.017 인치 테이퍼를 생성합니다.

초안 설계가 정확하지 않으면 부품이 인출 중 손상되어 불량률이 증가 할 수 있습니다.   분할 스프레이 또는 몰드 코팅 사용과 같은 특수 처리 단계를 사용해야 할 수도 있습니다.   제품 수율이 감소하고 추가 처리 단계 및 재료를 사용하면 프로세스 비용이 증가합니다.

일반적인 초안 값은 다음 그림에 설명되어 있습니다.

 

그림 10.   일반적인 초안 값

 분할 선, 게이트 및 녹아웃 핀을 적절하게 찾습니다.

파팅 라인, 게이트 및 노하우 핀의 위치는 툴링 비용과 부품의 품질 수준에 큰 영향을 미칩니다.

분할 선은 도구 절반이 함께 모이는 구성 요소의 선입니다. 중요한면을 가로 지르는 파팅 라인은 플래시를 제거하기 위해 2 차 작업이 필요할 수 있습니다. 공차가 엄격한 형상을 교차하는 분할 선은 금형 불일치로 인해 수율이 감소 할 수 있습니다. 파팅 라인은 부품 표면의 돌출부로 눈에 띄기 때문에 슬라이딩 표면에 위치해서는 안됩니다. 마찬가지로, "범프"또는 불일치로 인해 씰 형태가 완전히 접촉하지 못하도록하는 씰링 표면에 분할 선을 배치해서는 안됩니다.

게이트 위치는 부품 품질에 중요한 역할을합니다.   충전 동작, 최종 부품 치수, 수축, 뒤틀림, 기계적 특성 수준 및 표면 품질에 영향을줍니다. 

그림 11.    부적절한 게이팅으로 인해 재료 공백이 발생할 수 있음

웰드 라인은 둘 이상의 용융 스트림이 금형에 모일 때 형성됩니다.   예를 들어 용융물이 코어 주위로 흐르거나 구성 요소가 여러 영역에서 게이트되는 경우에 발생합니다.   웰드 라인은 종종 표면 결함으로 보입니다.   분할 선 및 녹아웃 핀과 같은 게이트는 부품 표면에 눈에 띄는 자국을 남깁니다.   따라서 게이팅은 표면 품질이 중요한 영역에서 시각적 결함이 형성되는 것을 방지하도록 설계되어야합니다.

그림 12.   웰드 라인 결함

 기본 게이팅 설계 원칙은 다음과 같습니다.

• 스트레스가 심한 영역에서 부품을 게이트하지 마십시오.
• 웰드 라인 방지 또는 최소화
• 스트레스를 많이받는 영역에 웰드 라인을 남기지 마십시오.
• 강화 플라스틱으로 게이트 위치에 따라 부품 뒤틀림 결정
• 적절한 통풍구를 제공하여 공기가 갇히지 않도록하십시오.

대부분의 사출 성형 부품에는 유사한 기능 (벽, 리브, 반경, 보스)이 있기 때문에 여기에 제시된 설계 지침을 대부분의 사출 성형 부품에 사용할 수 있습니다.   그러나 특정 애플리케이션에 필요한 품질 수준은 다를 수 있으며 이러한 일반 지침을 무시해야합니다.   적절한 금형 설계와 함께 적절한 부품 설계는 비용을 낮추고 부품 품질을 높이며 나중에 개발 단계에서 비용이 많이 드는 설계 변경을 최소화 할 수 있습니다.

 

원본 : www.mem50212.com/MDME/MEMmods/MEM09011B-Design-Concepts/7757C-Eng-Des-Concepts/Plastic%20Part%20Design/Design%20Guidelines%20For%20Quality%20Injection%20Molded%20Components.htm?epik=dj0yJnU9ZVRvVFEtdUJWbllGd0NrOTVhdEw4Y28yRWp2NFV0NVImcD0wJm49RzE4UXVhYnZCSUV3RGM0bnlHWW05dyZ0PUFBQUFBR0FXVHNB