사출 금형의 벽 두께 설계 요구 사항은 무엇입니까?

사출 성형 부품의 벽 두께에 따라 다음이 동시에 결정됩니다.

채우기 동작: 얇은 벽은 흐름 저항이 더 높습니다. 재료는 얼기 전에 얇은 부분을 통과해야 하며, 이로 인해 얇은 벽이 채워지기 전에 게이트에서 얼마나 멀리 확장될 수 있는지가 제한됩니다.

냉각 시간: 냉각 시간은 벽 두께의 제곱에 비례합니다. 벽 두께가 두 배로 늘어나고 냉각 시간이 약 4배 증가하여 사이클 시간과 생산 경제성에 직접적인 영향을 미칩니다.

수축 및 뒤틀림: 플라스틱은 냉각되면서 수축됩니다. 두꺼운 부분은 얇은 부분보다 더 천천히 냉각되고 더 많이 수축됩니다. 두꺼운 부분과 얇은 부분이 인접해 있는 경우 수축 차등으로 인해 변형, 싱크 마크 또는 둘 다로 나타나는 내부 응력 -이 생성됩니다.

구조적 성능: 하중-지탱 기능의 경우 최소 벽 두께는 구조적 요구 사항에 따라 설정됩니다. 순수한 외관 기능의 경우 채우기 및 냉각 제약 조건에 의해 설정됩니다.

2020년에 발표된 연구고분자 공학 및 과학벽 두께 변화 -, 특히 단일 부품 내의 최대 벽 두께와 최소 벽 두께의 비율 -이 85개의 사출 성형 소비자 제품 형상 샘플에서 변형 크기에 대한 가장 강력한 단일 예측 변수라는 사실을 발견했습니다. 벽 두께 비율이 1.5:1 미만인 부품은 평균 0.12mm의 변형을 나타냈습니다. 비율이 3:1을 초과하는 부품은 평균 0.61mm의 변형을 나타내었으며 - 5배 증가했습니다.

벽 두께 권장 사항에는 각 재료 등급의 흐름 특성, 수축 동작 및 구조적 특성이 반영됩니다. 이러한 범위는 절대적인 물리적 한계가 아닌 일반적인 생산-실행 가능한 목표-를 나타냅니다.

ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)

일반적인 벽 두께: 1.2~3.5mm, 가장 일반적인 생산 범위는 1.5~2.5mm입니다.

ABS는 흐름 특성이 좋고 상대적으로 수축률(0.4~0.8%)이 낮아 다소 복잡한 형상에도 문제가 없습니다. 이는 마우스 쉘을 포함한 가전 제품 인클로저에 가장 일반적으로 사용되는 소재입니다. 1.2mm 미만의 벽도 달성 가능하지만 신중한 게이팅, 높은 주입 압력 및 정밀한 온도 관리가 필요합니다. 3.5mm 이상에서는 냉각 시간이 길어지고 반대 표면의 싱크 마크를 제거하기가 어려워집니다.

폴리프로필렌(PP)

일반적인 벽 두께:0.8~3.8mm, 구조적 소비자 부품의 경우 1.5–2.5mm가 공통입니다.

PP는 쉽게 흐르고 단순한 형상의 얇은 벽에 견딜 수 있지만 높은 수축률(등급 및 결정화도에 따라 1.0~2.5%)은 ABS보다 절대 수축률이 더 큽니다. 을 위한장난감 자동차 플라스틱 사출 금형적용 분야에서는 PP의 내충격성과 내화학성이 일반적으로 선택되지만 수축률이 높기 때문에 뒤틀림을 제어하려면 ABS보다 더 보수적인 벽 두께 균일성이 필요합니다.

나일론(PA6/PA66)

일반적인 벽 두께: 채워지지 않은 등급의 경우 0.8–3.0mm; 유리-채움 변형의 경우 1.5~4.0mm.

나일론의 결정성 특성은 비정질 재료보다 용융 상태에서 고체 상태로 더 갑작스럽게 전환된다는 것을 의미하며, 이는 충전 거동과 수축 모두에 영향을 미칩니다. 모터 기어 본체 및 하우징과 같은 구조 부품에 흔히 사용되는 유리-강화 PA66 - -는 충전되지 않은 나일론(0.3~0.8% 대 1.0~2.0%)에 비해 수축률이 상당히 낮지만 흐름으로 인한 방향 효과에 더 민감합니다. 벽 두께 균일성은 유리- 충전 나일론 부품에서 이방성 수축을 유발하는 섬유 배향 구배를 방지하는 데 특히 중요합니다.

폴리카보네이트(PC) 및 PC/ABS 혼합물

일반적인 벽 두께: 1.0~3.5mm, 광학 또는 정밀 응용 분야의 경우 범위가 더 좁습니다.

PC는 ABS보다 흐름이 낮고 더 높은 사출 압력과 금형 온도를 요구하므로 충진을 유지하면서 벽이 실제로 얼마나 얇을 수 있는지 제한됩니다. PC의 광학 선명도 또는 충격 저항이 필요한 마우스 인클로저 또는 디스플레이 베젤의 경우 1.2mm 미만의 벽에는 신중한 게이트 배치 및 흐름 분석이 필요합니다. PC/ABS 혼합물은 비슷한 충격 성능을 지닌 순수 PC보다 흐름이 다소 더 좋으며 벽 두께가 1.5~3.0mm인 가전제품에 널리 사용됩니다.

POM(아세탈/폴리옥시메틸렌)

일반적인 벽 두께:0.8~3.0mm표준 등급의 경우.

POM은 우수한 치수 안정성과 낮은 마찰 계수로 인해 일부 기어 유형 -을 포함하여 많은 정밀 기계 부품 -에 선택되는 재료입니다. 결정질 특성으로 인해 응고 온도가 예리해집니다. 이는 얇은 벽이 빠르게 동결된다는 것을 의미하지만 게이트 동결-은 신중하게 시간을 맞춰야 함을 의미합니다. POM은 벽 두께 변화에 대한 허용치가 매우 낮습니다. POM의 수축 차등은 높은 잔류 응력을 생성하여 생산 중 눈에 띄는 뒤틀림보다는 사용 중에 균열이 발생하는 경우가 많습니다.

가장 기본적인 벽 두께 설계 규칙은 부품 전체에서 가능한 한 균일한 벽 두께를 유지하는 것입니다. 이 원칙은 다음과 같은 이유로 존재합니다.

균일한 벽은 어디에서나 동일한 속도로 냉각됩니다. - 차등 수축 없음, 내부 응력 구배 없음

균일한 벽은 모든 곳에서 유사한 흐름 저항으로 채워집니다. - 경주 추적이나 에어 트랩을 유발하는 우선적인 흐름 경로가 없습니다.-

균일한 벽은 위치-에 따른 허용량이 아닌 단일 수축 허용량으로 금형 제작자가 보상할 수 있는 예측 가능하고 일관된 수축 -을 갖습니다.

실제 목표는 가능한 경우 벽 두께 변화를 1.5:1(최대 두께 대 최소 두께)의 비율로 유지하는 것입니다. 부품의 기능적 요구 사항이 더 큰 변화를 요구하는 경우 전환을 신중하게 관리해야 합니다.

점진적 전환

예를 들어 벽 두께가 3.0mm 벽의 구조 보스에서 1.5mm의 얇은 덮개 영역으로 전환되는 경우 - 변경이 급격하지 않고 두께 차이의 3배 이상에 걸쳐 점진적으로 이루어져야 합니다. 벽 두께의 단계적 변화는 사용 중 싱크 마크, 웰드라인 및 응력 균열이 발생하기 쉬운 위치가 되는 전이 지점에 응력 집중을 생성합니다.

표준 접근 방식은 전환 영역 위에 테이퍼를 사용하는 것입니다. 3.0mm에서 1.5mm로 진행하는 경우 벽을 최소 4.5mm(3 x 1.5mm 변경) 이상 선형으로 테이퍼합니다. 이는 수축률을 단일 지점에 집중시키는 대신 전이 영역 전체에 분산시킵니다.

비-균일한 벽이 필요한 경우

일부 기능 요구 사항은 실제로 다양한 영역에서 서로 다른 벽 두께를 요구합니다. 패널 영역에서는 가벼우면서 장착 지점에서는 충격 하중을 견뎌야 하는 하우징은 구조 영역에서 반드시 더 두꺼운 벽을 갖게 됩니다. 이러한 경우:

형상이 허용하는 한 점진적으로 전환을 설계하십시오.

싱크 마크가 보일 수 있는 화장품 표면에서 떨어진 곳에 두꺼운 부분을 배치합니다.

내부 코어링(-외관이 아닌 표면의 두꺼운 부분을 비움)을 고려하여 단단한 두꺼운 부분을 보다 균일한 얇은 쉘로 변환합니다. - 이는 싱크 마크를 제어하고 구조적 성능을 저하시키지 않고 냉각 시간을 줄입니다.

장난감 자동차 부품은 다양한 벽 두께 요구 사항을 포괄합니다. 차체 패널과 대형 구조 요소는 일반적으로 내충격성(EN 71 및 ASTM F963 장난감 안전 표준에 따른 어린이용 제품의 주요 안전 고려사항)을 위해 충분히 두꺼운 1.5~2.5mm ABS 또는 PP -이며 허용 가능한 주기 시간 및 재료 비용을 위해 충분히 얇습니다.

작은 장식 기능 - 창, 그릴, 트림 디테일 -은 적절한 게이트 배치를 통해 ABS에서 0.8~1.0mm만큼 얇아질 수 있습니다. 충격을 흡수해야 하는 휠 아치와 범퍼는 일반적으로 범위의 상단인 2.0~3.0mm에 해당하는 반면, 루프 및 후드 패널은 스킨 두께를 늘리는 대신 보강 리브를 사용하여 1.5~2.0mm까지 줄일 수 있는 경우가 많습니다.

에 대한장난감 자동차 플라스틱 사출 금형, 벽 두께 설계는 해당 안전 표준의 낙하 테스트 및 충격 요구 사항을 첫 번째 제약 조건으로 고려한 다음 해당 제한 내에서 충전, 냉각 및 미적 측면을 최적화해야 합니다.

마우스 쉘 사출 금형

마우스 쉘과 같은 소비자 전자 인클로저는 일반적으로 공칭 벽 두께가 1.5~2.0mm인 ABS 또는 PC/ABS를 사용합니다. 얇은-벽 요구사항은 미적 선호도(매끄럽고 가벼운 느낌)와 부품 비용에 대한 경쟁적 압박에 의해 결정됩니다. 표면적 요구 사항인 - 고광택- 광택이 있거나 미세한- 싱크 마크가 없는 표면 질감-은 균일성에 대한 강한 압력을 가합니다. 벽 두께 변화로 인해 가시적인 표면 품질 변화가 발생하기 때문입니다.

에 대한 마우스 쉘 사출 금형,디자인 과제는 반대편 외관 표면에 싱크 마크로 나타나는 두꺼운 점을 생성하지 않고 장착 보스, 스냅 기능 및 리브 보강재를 명목상 1.5mm 벽에 통합하는 것입니다. 보스 및 리브 부착에 대한 경험 법칙은 루트의 형상 두께가 공칭 벽 두께의 60%를 초과해서는 안 된다는 것입니다-. 따라서 1.8mm 쉘 벽의 경우 리브는 베이스에서 1.1mm보다 넓어서는 안 됩니다.

모터 기어 사출 금형

기어 부품은 다양한 벽 두께 문제를 제시합니다. 톱니 단면, 허브 및 이들 사이의 웹의 구조적 요구사항은 사출 성형 규칙이 아닌 기계적 하중에 의해 결정됩니다.{0}} 금형 엔지니어의 임무는 구조적으로 결정된 이러한 형상이 선택된 재료 및 성형 공정의 제약 내에서 생산 가능하도록 하는 것입니다.-

에 대한모터 기어 사출 금형 POM 또는 PA66GF(유리-충진 나일론)에서 기어 톱니는 일반적으로 피치 원에서 1.5~3.0mm 두께이며 허브는 잠재적으로 더 두꺼울 수 있습니다. 중요한 관심사는 허브 두께와 웹 두께 사이의 비율입니다. 허브가 웹보다 훨씬 두꺼운 경우 차등 냉각으로 인해 내부 응력이 발생하여 서비스 중 허브 균열이 발생할 수 있습니다. - 생산 후 몇 달이 걸릴 수 있는 고장 모드로 인해 진단이 어려워집니다.

사출 성형 부품 설계에서 가장 중요한 원칙 중 하나는 구조적 강성을 추가하기 위해 벽 두께를 늘리는 대신 기하학적 특징을 사용하는 것입니다. 리브가 있는 부품은 두께가 증가한 동등한 평면 벽 부품보다{1}}무게 및 강성{3}}대-사이클-시간 비율이 훨씬 더 좋습니다.-

표준 리브 디자인 규칙

베이스의 리브 두께: 공칭 벽 두께의 40~60%(반대 표면의 싱크 마크 방지)

리브 높이: 공칭 벽 두께의 최대 3배

리브 간격: 인접한 리브 사이의 공칭 벽 두께의 최소 2배

리브 측면의 구배: 최소 0.5도, 바람직하게는 1도

2.0mm 벽 단면의 경우 이는 리브의 베이스 두께가 0.8~1.2mm이고 높이는 6.0mm를 넘지 않아야 하며 최소 4.0mm 간격을 두어야 함을 의미합니다.

나사 장착을 위한 보스 디자인

나사 또는 압입-인서트 -를 수용하는 보스 - 원통형 형상은 국부적인 두꺼운 단면을 생성하기 때문에 싱크 마크와 용접선의 일반적인 원인입니다. 표준 지침:

보스 외경: 공칭 벽 두께의 2배 이하

보스 벽 두께: 공칭 벽의 40~60%

가능하면 보스 베이스를 가장 가까운 벽에 거싯해야 합니다. - 이렇게 하면 보스 부착 하중이 더 많은 재료에 분산되고 싱크 마크 위험이 줄어듭니다.

코너 보강용 거셋 플레이트

두 개의 벽이 모서리에서 만나고 추가 강성이 필요한 경우 거셋 플레이트는 벽 두께를 추가하지 않고도 보강을 제공합니다. 거셋은 리브와 동일한 두께 규칙(공칭 벽의 40-60%)을 따라야 하며 응력 집중을 방지하기 위해 베이스에 적절한 필렛 반경이 있어야 합니다.

적절한 벽 두께로 설계하는 경제적 사례는 간단합니다. 냉각 시간은 벽 두께의 제곱에 비례하므로 벽 두께를 3.0mm에서 2.0mm로 줄이면 - 33% 감소 - 냉각 시간이 약 56% 줄어듭니다. 24시간 연중무휴로 대량 생산되는 금형의 경우 이는 생산 경제성에 있어서 획기적인 차이입니다.

실제 예를 들어, 벽 두께가 3.0mm인 차체 패널을 생산하는 장난감 자동차 플라스틱 사출 금형의 사이클 시간은 35초일 수 있으며, 그 중 22초는 냉각입니다. 2.0mm로 줄이면 냉각 시간이 약 10초로 줄어들고 총 사이클 시간은 약 23초입니다. - 설계 단계에서 구현하는 데 비용이 전혀 들지 않지만 도구 제작 후 적용할 경우 도구 재작업이 필요한 설계 변경으로 인해 처리량이 34% 향상되었습니다.

이것이 벽 두께를 명시적으로 다루는 DFM(제조 가능성을 위한 설계) 검토가 매우 중요한 이유입니다. 설계 단계에서는 변경이 자유롭고 툴링이 절단된 후에는 비용이 많이 듭니다.

고분자 공학 및 과학(2020): 벽 두께 비율(최대:최소)은 85개의 소비자 사출 성형 부품에서 변형에 대한 가장 강력한 단일 예측 변수였습니다. 1.5:1 미만의 비율은 평균 0.12mm의 뒤틀림을 나타냅니다. 3:1 이상은 평균 0.61mm - 5배의 차이입니다.

고분자공학저널(2019): 리브-대- 벽 두께 비율을 75%에서 50%로 줄이면 테스트한 모든 형상에서 ABS 부품의 반대쪽 외관 표면에 있는 싱크 마크가 제거되었으며, 비율을 50%에서 80%로 늘리면 모든 경우에 눈에 띄는 싱크 마크가 생성되었습니다.

첨단 제조 기술 국제 저널(2021): 가전제품 인클로저 부품의 벽 두께를 3.0mm에서 2.0mm로 줄이면 자재 비용이 29%, 주기 시간이 38%, 변형이 47% 감소합니다. - 이는 얇은 벽 설계가 적절하게 실행될 경우 세 가지 주요 생산 지표가 모두 동시에 향상된다는 사실을 확인합니다.-

한 장난감 제조업체는 상세한 ABS 본체 쉘을 갖춘 1:18 크기의 다이{2}}모조 모형 차량으로 구성된 새로운 라인을 개발하고 있었습니다. 초기 부품 설계의 공칭 벽 두께는 패널 영역의 1.2mm부터 구조적 장착 지점의 4.5mm까지 다양했습니다. - 이 비율은 Sunhingstones DFM 검토에서 즉시 표시한 3.75:1 비율입니다.

4.5mm 장착 지점은 눈에 보이는 반대편 표면에 큰 싱크 마크를 생성했고, 두꺼운 부분을 적절하게 냉각할 수 있도록 사이클 시간은 58초로 실행되었으며, 루프 패널의 뒤틀림은 0.3mm 평탄도 사양을 초과했습니다.

최적화 프로그램에는 세 가지 변경 사항이 포함되었습니다.

두꺼운 장착 지점은 아래쪽부터 내부적으로 코어 처리되어 보스 높이와 구조적 기능을 유지하면서 유효 벽 두께를 4.5mm에서 2.2mm로 줄였습니다.

2.2mm 보스 존에서 1.5mm 패널 존으로의 전환은 원래의 급격한 단계가 아닌 8mm 이상 단계적으로 이루어졌습니다.

패널 두께를 1.8mm에서 1.5mm로 줄임으로써 손실된 구조적 강성을 복원하기 위해 두 개의 추가 보강 리브(두께 0.8mm, 높이 4.5mm)를 지붕 패널에 추가했습니다.

결과: 사이클 시간이 58초에서 31초로 단축되고 외관 표면의 싱크 마크가 제거되었으며 지붕 패널 뒤틀림이 0.18mm(사양 내)로 감소했습니다. 부품당 재료 중량이 14% 감소하여 단위 경제성이 더욱 향상되었습니다. 이제 금형은 벽-두께-관련 결함에 대한 0차원 비{6}}부적합으로 전체 볼륨에서 실행됩니다.

제품 설계 단계에서 선택한 벽 두께에 따라 금형이 생산하는 모든 부품의 주기 시간, 부품 비용, 치수 품질 및 외관 성능이 결정됩니다. 설계 단계에서 최적화하는 데 비용이 저렴하고 툴링이 완료된 후 수정하는 데 비용이 많이 듭니다. 기본 사항을 올바르게 설정하세요. - 재료의 적절한 범위 내에서 일정한 벽 두께-, 단계적 전환, 강성을 위해 두꺼운 섹션 대신 리브 - 그리고 금형이 처음부터 잘 작동합니다.

Sunhingstones에서 모든 새로운 금형 프로젝트는 벽 두께 비율, 리브 및 보스 비율, 충전 경로 형상을 명시적으로 평가하는 DFM 검토로 시작됩니다. 우리의 경험은 정밀 기어 및 기계 부품 금형, 가전제품 인클로저, 대용량 장난감 및 소비자 제품 툴링에 걸쳐 있습니다.-

지금 연락하세요

브랄라, JG제조 가능성 핸드북을 위한 설계, 2판. 맥그로-힐, 1998.

말로이, RA사출 성형을 위한 플라스틱 부품 설계: 소개. 한저 출판사, 1994.

Beaumont, JP 외.성공적인 사출 성형: 프로세스, 설계 및 시뮬레이션. 한저 출판사, 2002.

김, HS 외. "사출 성형 소비재 제품의 뒤틀림에 대한 벽 두께 변화율의 영향."고분자 공학 및 과학, 2020.

Xu, G.et al. "ABS 사출 성형 부품의 리브-대-벽 두께 비율과 싱크 마크 형성."고분자공학저널, 2019.