사출 성형을 위한 플라스틱 부품 설계: 포괄적인 가이드

사출 성형의 성공은 플라스틱 부품 자체의 설계에 크게 달려 있습니다. 이 문서에서는 사출 성형을 위한 플라스틱 부품 설계에 대한 자세한 가이드를 제공하며, 주요 고려 사항, 설계 원칙 및 모범 사례를 다룹니다.

사출 성형은 용융 플라스틱 재료를 고압 하에 금형 캐비티에 주입하는 것을 포함합니다. 재료는 냉각되고 응고되어 캐비티의 모양을 갖습니다. 이 공정은 일관된 품질의 대량의 부품을 생산하는 데 이상적입니다. 주요 요소는 다음과 같습니다.

• 주입 장치: 플라스틱 소재를 녹여 주입합니다.
• 곰팡이: 부품 모양을 형성하는 두 개의 반쪽(공동과 코어)으로 구성됩니다.
• 클램핑 유닛: 사출하는 동안 금형의 절반을 함께 고정합니다.

사출 성형을 위한 플라스틱 부품 설계 가이드

벽 두께

적절한 벽 두께 사출 성형을 위한 플라스틱 부품 설계에서 기본적인 요건입니다. 벽 두께가 일정하지 않으면 싱크 마크, 공극, 응력, 뒤틀림과 같은 결함이 발생할 수 있습니다. 플라스틱이 냉각되면 수축되어 두꺼운 부분이 안쪽으로 당겨져 응력과 결함이 발생합니다.

• 재료 고려 사항: 열가소성 플라스틱의 경우 벽 두께는 일반적으로 1~6mm이며, 2~3mm가 가장 일반적입니다. 더 큰 부품은 더 두꺼운 벽이 필요할 수 있습니다. 재료 벽 두께에 대한 자세한 내용은 아래 표를 참조하십시오.
• 일률: 일관된 벽 두께는 싱크 마크 및 휘어짐과 같은 결함을 피하는 데 도움이 됩니다. 두꺼운 부분에서 얇은 부분으로 전환하는 경우 비율을 점진적으로 유지하세요. 이상적으로는 3:1까지 유지하세요.
• 갈비 살: 리브를 사용하면 벽 두께를 늘리지 않고도 부품을 강화하고 재료 사용량을 줄일 수 있으며, 이는 냉각 시간도 단축시킵니다.
• 흐름 경로: 용융된 재료가 게이트에서 부품까지 이동하는 거리는 충전 효율에 영향을 미칩니다. 벽 두께에 비해 더 긴 흐름 경로는 두께 조정이 필요할 수 있습니다.
• 더 얇은 섹션: 얇은 부분은 더 빨리 식어서 두께가 다른 부분 사이의 응력과 뒤틀림이 줄어듭니다.

플라스틱 재질	추천 벽 두께 범위(mm)
ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)	1.5 – 4.0
폴리 카보네이트 (PC)	2.0 – 4.0 (뒤틀림을 줄이기 위해 더 큰 부품의 경우 더 두꺼운 벽)
폴리 프로필렌 (PP)	1.5 – 3.5
폴리에틸렌 (PE)	1.0 – 3.0 (등급, LDPE, HDPE 등에 따라 다름)
나일론(폴리아미드)	2.0 – 4.0 (더 강한 등급은 더 얇은 벽을 허용할 수 있음)
폴리 염화 비닐 (PVC)	1.5 – 3.5 (유연한 PVC는 더 얇은 벽을 허용할 수 있음)
아크릴 (PMMA)	2.0 – 4.0 (처짐을 방지하기 위해 두꺼운 벽에 대한 지원이 필요함)
폴리스티렌 (PS)	1.5 – 3.0(HIPS는 벽이 약간 더 두꺼운 경향이 있음)
PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)	1.0 – 3.0 (일반적으로 병 및 용기에 사용됨)
PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트)	2.0~4.0(고강도, 내열성)

기울기 각도

구배 각도 금형에서 부품을 쉽게 제거할 수 있도록 하는 데 필요합니다. 이러한 각도는 금형 캐비티와 접촉하는 부품의 표면, 특히 금형 개방 방향에 적용됩니다. 이를 통해 배출 프로세스 중에 부품이나 금형 자체에 손상을 주지 않고 부품을 금형에서 쉽게 분리할 수 있습니다.

드래프트 각도에 대한 최소 요구 사항은 여러 요인에 따라 다를 수 있지만 일반적으로 0.5°~1° 범위가 최소 요구 사항으로 간주됩니다. 그러나 대부분의 경우 1.5°~2°의 드래프트 각도가 표준으로 널리 받아들여져 부품 릴리스성과 제조 효율성 간의 좋은 균형을 제공합니다. 이 범위는 부품이 저항 없이 금형에서 미끄러져 나올 수 있는 충분한 여유 공간을 제공하여 배출 중에 긁힘, 뒤틀림 또는 파손 위험을 최소화합니다.

날카로운 각도

날카로운 각도는 플라스틱 재료가 냉각되고 응고될 때 응력 집중의 위험을 증가시킬 수 있습니다. 이러한 응력 집중은 정상적인 작동 조건에서 부품의 균열, 휘어짐 또는 심지어 고장으로 이어질 수 있습니다. 또한 날카로운 각도는 싱크 마크 또는 공극을 생성할 수 있는데, 이는 표면 결함으로 부품의 미학을 손상시킬 수 있으며 구조적 무결성을 손상시킬 수 있습니다.

게다가 날카로운 각도는 사출 성형 공정 중에 플라스틱이 고르게 흐르기 어렵게 만들 수 있습니다. 이로 인해 벽 두께가 고르지 않게 되어 응력 집중이 더욱 심화되고 결함 가능성이 높아질 수 있습니다. 극단적인 경우 날카로운 각도로 인해 플라스틱이 조기에 얼어붙어 재료의 흐름이 차단되고 금형이 완전히 채워지지 않을 수도 있습니다.

이러한 문제를 완화하기 위해 설계자는 종종 날카로운 각도에 반경 또는 필렛을 통합합니다. 이러한 둥근 전환은 응력을 보다 고르게 분산시키고 균열 또는 뒤틀림 가능성을 줄입니다. 또한 성형 공정 중 플라스틱의 흐름을 개선하여 일관된 벽 두께를 보장하고 결함 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다. 더욱이 반경과 필렛은 부품의 전반적인 모양을 향상시키고 취급 및 조립을 더 쉽게 만들 수 있습니다.

사출 성형의 탑아웃 방향 및 파팅 라인

• 탑아웃 방향: 설계 프로세스 초기에 탑아웃 방향을 설정하는 것이 필수적입니다. 복잡한 코어 풀의 필요성을 최소화하고 파팅 라인의 시각적 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다. 리브, 스냅, 돌출부와 같은 피처를 탑아웃 방향에 맞춰 코어 풀을 피하고 솔기 라인을 줄이며 금형 수명을 연장합니다.
• 파팅 라인: 오른쪽 선택 분할선 미학과 기능 모두에 중요합니다. 파팅 라인은 부품의 외관과 몰드 릴리스의 용이성을 향상시켜야 합니다. 잘 배치된 파팅 라인은 눈에 띄는 이음새를 줄이고 부품의 전반적인 품질을 개선하는 데 도움이 됩니다.
• 배출력: 배출하는 동안 부품은 탑아웃 힘과 개방 힘을 모두 극복해야 합니다. 탑아웃 힘은 일반적으로 냉각 수축과 부품과 코어 사이의 마찰로 인해 훨씬 ​​더 높습니다. 과도한 배출 힘은 부품 변형, 백화, 주름 및 표면 마모를 일으킬 수 있습니다.

갈비뼈 디자인 고려 사항

리브를 추가하면 주벽과의 접합부에서 두께가 증가합니다. 이 두께는 리브 두께와 루트 반경에 의해 결정되는 최대 필렛 반경의 영향을 받습니다. 예를 들어, 기본 재료 두께가 4mm인 경우 리브 두께와 필렛 반경을 변경하면 최대 필렛 반경의 직경이 변경됩니다. 적절한 리브 설계는 표면 압입을 줄이고 부품 품질을 개선할 수 있습니다.

갈비뼈 수축 부위:

• 리브 두께: 강성을 유지하려면 리브 두께가 균형을 이루어야 합니다. 얇은 리브는 강성을 위해 높이를 높여야 하지만 압력 하에서 변형되거나 채우기가 어려울 수 있습니다. 응력 집중을 피하기 위해 리브 바닥의 반경이 너무 작아서는 안 됩니다. 일반적으로 리브 바닥 반경은 리브 두께의 최소 40%여야 합니다. 리브 두께는 기본 재료 두께의 50%~75%여야 하며, 더 높은 비율은 수축률이 낮은 재료로 제한됩니다. 리브 높이는 기본 재료 두께의 XNUMX배 미만이어야 합니다.
• 드래프트 각도 및 간격: 립은 드래프트 각도를 가져야 하며 탑아웃 방향과 일치하거나 이동식 몰드 부품을 활용해야 합니다. 립 사이의 간격은 기본 소재 두께의 두 배 이상이어야 합니다.

강성 강화: 모든 방향에서 균일한 강성을 위해 세로 및 가로로 직각으로 리브를 추가하는 것이 효과적입니다. 그러나 교차점에서 벽 두께가 증가하여 수축이 더 커질 수 있습니다. 일반적인 해결책은 교차점에 둥근 구멍을 추가하여 균일한 벽 두께를 만드는 것입니다.

플라스틱 부품 설계의 구멍

플라스틱 부품의 구멍은 일반적으로 조립이나 기능에 사용됩니다. 강도를 유지하고 제조를 간소화하기 위한 핵심 요소는 다음과 같습니다.

• 간격 : 인접한 구멍 사이의 거리 또는 구멍에서 가장 가까운 모서리까지의 거리는 최소한 구멍 직경과 같아야 합니다. 이는 모서리 근처의 구멍에서 균열을 방지하기 위해 매우 중요합니다. 나사산 구멍의 경우 이 거리는 일반적으로 구멍 직경의 3배 이상이어야 합니다.

구멍의 종류:

• 관통 구멍: 이것들은 블라인드 홀에 비해 더 흔하고 생산하기 쉽습니다. 구조적으로 관통 홀은 더 간단하고 몰드의 가동 또는 고정 부분에 핀을 사용하여 형성할 수 있습니다. 전자는 두 개의 짧은 캔틸레버 빔을 생성하는 반면 후자는 간단한 지지 빔을 형성하며 둘 다 최소한의 변형으로 이루어집니다.
• 막힌 구멍: 일반적으로 용융 플라스틱의 충격으로 인해 구부러질 수 있는 지지대 빔으로 형성되어 불규칙한 구멍 모양이 생깁니다. 막힌 구멍 깊이는 직경의 두 배를 초과해서는 안 되며, 직경이 1.5mm 이하인 경우 깊이는 직경을 초과해서는 안 됩니다. 수축 문제를 피하기 위해 바닥 벽 두께는 구멍 직경의 최소 XNUMX/XNUMX이어야 합니다.

측면 구멍: 측면 구멍은 종종 측면 코어를 사용하여 만들어지는데, 이는 금형 비용과 유지 관리를 증가시킬 수 있습니다. 특히 코어가 길고 파손되기 쉬운 경우 더욱 그렇습니다. 가능한 경우 설계를 개선하여 이러한 문제를 완화할 수 있습니다.

보스 디자인

보스는 조립, 물체 분리 및 다른 구성 요소 지지에 사용되는 플라스틱 부품의 벽 두께에서 돌출된 부분입니다. 중공 보스는 인서트 또는 나사산 나사를 수용할 수 있습니다. 균열 없이 압력을 견디기 위해 보스는 일반적으로 원통형 모양을 가지며, 이는 성형하기 쉽고 더 나은 기계적 성능을 제공합니다.

구조적 통합:

• 연결 : 이상적으로 보스는 고립된 원통형으로 설계되어서는 안 됩니다. 외부 벽에 연결하거나 리브와 함께 사용하여 강도를 높이고 플라스틱 재료의 흐름을 개선해야 합니다. 외부 벽과의 연결은 수축 문제를 방지하기 위해 얇은 벽 연결이어야 합니다.
• 반경 및 두께: 보스 바닥의 반경은 기본 재료 두께의 0.4~0.6배여야 합니다. 보스 벽 두께는 기본 재료 두께의 0.5~0.75배여야 합니다. 보스 상단은 나사 설치를 용이하게 하기 위해 모따기해야 하며 금형 분리를 용이하게 하기 위해 드래프트 각도를 포함해야 합니다. 이러한 요구 사항은 리브 설계의 요구 사항과 유사합니다.

셀프 태핑 나사용 나사 보스:

나사산 보스는 종종 셀프 태핑 나사로 연결됩니다. 이러한 보스의 내부 나사산은 콜드 플로우 가공을 통해 형성되며, 이는 플라스틱을 변형시키지만 절단하지는 않습니다. 나사산 보스의 크기는 나사가 전달하는 삽입력과 하중을 처리할 만큼 충분해야 합니다.

치수 및 삽입: 보스 직경은 나사 조임 중에 발생하는 원주방향 힘을 견뎌야 합니다. 일반적으로 보스의 상단은 나사의 공칭 직경보다 약간 더 큰 홈이 있어 쉽게 삽입할 수 있도록 설계됩니다. 올바른 치수를 계산하는 것은 복잡할 수 있지만 나사 공칭 직경과 재료 유형을 기반으로 하는 단순화된 추정 방법을 사용할 수 있습니다.

스냅핏 연결

스냅핏 연결은 플라스틱 부품을 조립하는 편리하고 비용 효율적이며 친환경적인 방법을 제공합니다. 이러한 연결은 성형 과정에서 형성되므로 나사와 같은 추가 패스너가 필요 없습니다. 조립은 부품을 스냅하여 수행되므로 프로세스가 간소화됩니다.

스냅핏 메커니즘: 스냅핏 메커니즘은 한 구성 요소의 돌출된 부분을 다른 구성 요소의 장애물 위로 밀어 넣는 것을 포함합니다. 이 프로세스에는 탄성 변형이 필요합니다. 장애물을 제거하면 부품이 원래 모양으로 돌아와 구성 요소를 함께 잠급니다.

각도와 계산:

• 임계 각도: 스냅핏 디자인에서 중요한 두 가지 각도는 수축 각도와 진입 각도입니다. 일반적으로 수축 각도가 클수록 연결이 더 강해집니다. 수축 각도가 90도에 가까워지면 스냅핏이 영구적으로 됩니다.

스냅핏 계산:

• 최대 처짐: 균일한 단면을 가진 스냅핏의 경우 최대 허용 처짐(Y)은 다음을 사용하여 계산할 수 있습니다.

이 공식은 변형이 스냅핏 후크 내에서만 발생한다고 가정합니다. 스냅핏 근처의 일부 변형은 안전 요소로 간주될 수 있습니다.

• 처짐에 필요한 힘: 처짐 Y를 생성하는 데 필요한 힘(P)은 다음과 같습니다.

• 조립군: 조립력(W)은 다음을 사용하여 추정할 수 있습니다.

탈착식 스냅핏의 경우에도 동일한 공식을 사용하며 각도 a를 각도 b로 대체합니다.

다음 표는 다양한 재료를 기반으로 계산된 계수를 제공합니다.

소스	(이자형)(%)	평점	마찰 계수
PS	2	3.0	0.3
ABS	2	2.1	0.2
SAN	2	3.6	0.3
PMMA	2	2.9	0.4
LDPE	5	0.2	0.3
HDPE	4	1.2	0.3
PP	4	1.3	0.3
PA	3	1.2	0.1
POM	4	2.6	0.4
PC	2	2.8	0.4

링 스냅핏 연결: 링 스냅핏은 링의 내부 돌출부를 사용하여 샤프트의 홈과 맞물립니다. 릴리스 각도에 따라 릴리스 가능하거나 릴리스 불가능할 수 있습니다. 링은 삽입 및 제거 시 탄성적으로 확장되며 일반적으로 탄성이 좋은 소재로 만들어집니다.

• 최대 투사 크기: 링 돌출부의 최대 크기는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

어디에 S 디자인 스트레스는 v 푸아송 비는 E 탄성계수이며, K 기하 계수는 다음과 같습니다.

• 팽창력: 슬리브의 확장에 필요한 힘(P)은 다음을 사용하여 계산할 수 있습니다.

어디에 μ 마찰계수입니다.

간섭 맞춤

간섭 맞춤은 일반적으로 구멍과 샤프트를 연결하여 토크와 기타 힘을 효과적으로 전달하는 데 사용됩니다. 이 방법은 직접적이고 안정적인 연결을 제공합니다. 그러나 적절한 간섭 맞춤을 달성하는 것이 중요합니다. 간섭이 부족하면 신뢰할 수 없는 연결이 발생할 수 있고, 과도한 간섭은 조립을 어렵게 만들고 균열 위험을 증가시킬 수 있기 때문입니다.

주요 고려 사항 : 간섭 맞춤을 설계할 때는 구멍과 샤프트의 허용 오차와 작업 온도를 모두 고려하는 것이 필수적입니다. 온도 변화가 간섭 맞춤에 상당한 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.

일반적인 관행:

• 표면 강화: 특히 금속 샤프트의 경우 안정적인 연결을 보장하기 위해 종종 결합 샤프트에 널링이나 홈과 같은 기능이 추가됩니다.
• 간섭 맞춤에 대한 일반 공식:

어디에 S 디자인 스트레스는 v 푸아송 비는 E 탄성계수이며, K 기하학적 계수는 다음과 같이 계산됩니다.

• 조립력 계산:

여기서 μ는 마찰 계수이고 l은 결합 길이입니다.

• 재료 및 포아송 비:

자재	포아송의 비율
ABS	0.38
PMMA (아크릴)	0.4
LDPE(저밀도 폴리에틸렌)	0.49
HDPE(고밀도 폴리에틸렌)	0.47
폴리 프로필렌 (PP)	0.43
폴리 카보네이트 (PC)	0.45
PVC	0.42
POM(폴리옥시메틸렌)	0.42
PPS(폴리페닐렌 설파이드)	0.41
강철	0.38

대체 결합 방법: 간섭 맞춤 외에도 플라스틱 부품을 접합하는 다른 방법으로는 핫멜트, 용접, 초음파 용접 등이 있습니다.

플라스틱 부품 설계의 반경

부품에 내부 반경이 있지만 날카로운 외부 모서리가 있는 경우 굽힘 주변 영역이 다른 섹션보다 두꺼워져 수축 문제가 발생합니다. 이를 해결하려면 내부 및 외부 모서리를 모두 둥글게 만들어 균일한 벽 두께를 얻어야 합니다. 이 경우 외부 반경은 내부 반경과 기본 벽 두께의 합이어야 합니다.

캔틸레버 스냅핏의 경우, 캔틸레버는 구부러져 제자리에 맞아야 합니다. 반경(R)이 너무 작으면 과도한 응력 집중으로 이어져 굽힘 중에 부품이 파손되기 쉽습니다. 반대로 R이 너무 크면 수축 자국과 틈이 생길 수 있습니다. 따라서 반경과 벽 두께의 비율은 0.2~0.6 사이로 유지해야 하며 이상적인 값은 0.5 정도입니다.

플라스틱 부품 설계의 게이트 및 이젝터 핀

게이트와 이젝터 핀은 성형 공정에서 중요한 구성 요소로, 플라스틱 수지를 금형에 전략적으로 투입하고 완성된 부품을 금형에서 효과적으로 배출할 수 있도록 합니다. 가공을 준비하기 전에 다양한 게이트 유형과 위치를 이해하는 것이 필수적입니다.

게이트 유형:

• 핀 게이트: 일반적으로 사용되며 러너에서 부품 표면까지 가늘어져서 열 발산을 허용하고 뒤틀림을 최소화합니다. 수동으로 제거해야 하며 작은 자국이 남습니다.
• 서브 게이트: 눈에 보이는 흔적을 줄이는 터널 및 백 게이트를 포함합니다. 터널 게이트는 부품 중앙에서 들어오는 반면 백 게이트는 부품 주변에 핀을 사용하여 장식적인 그림자를 남길 수 있습니다.
• 핫팁 게이트: 균형 잡힌 충전과 최소한의 낭비에 이상적입니다. 미적으로 만족스럽고 구덩이 또는 로고 주변에 숨길 수 있습니다.
• 직접 게이트: 더 크고 덜 매력적이며, 유리 함량이 높은 재료나 2차 가공이 필요한 부품에 사용됩니다. 수동으로 제거하기 어렵습니다.

성공적인 사출 성형 설계를 위한 모범 사례

1. 협력 금형 제작자: 금형 설계자 및 제조업체와 긴밀히 협력하여 설계가 실현 가능하고 비용 효율적인지 확인합니다.
2. 효율성을 위한 설계 최적화: 재료 낭비를 줄이고, 사이클 시간을 최소화하고, 부품 배출을 용이하게 하는 데 중점을 둡니다.
3. 지속적인 개선: 프로토타입과 초기 생산에서 얻은 피드백을 활용하여 설계를 개선하여 성능과 비용 효율성을 개선합니다.

BOYI에서 전문적인 디자인 지원을 받으세요!

소규모 배치에서 대규모 배치로의 여정을 간소화하세요 사출 성형 BOYI와 함께. 귀하의 요구 사항을 보내주시면 2시간 이내에 당사 엔지니어가 무료 DFM 견적을 제공합니다. 기다리지 말고 오늘 바로 매끄럽고 효율적인 플라스틱 부품 설계를 경험하세요. 지금 바로 문의하여 시작하세요! 당사의 지식이 풍부한 애플리케이션 엔지니어 중 한 명에게 문의하세요. [이메일 보호]

맺음말

사출 성형을 위한 플라스틱 부품을 설계하려면 설계 원리와 제조 공정에 대한 깊은 이해가 필요합니다. 재료 특성, 벽 두께, 드래프트 각도 및 기타 주요 요소를 고려함으로써 설계자는 기능적이고 미적으로 만족스러울 뿐만 아니라 생산 비용 효율적인 부품을 만들 수 있습니다. 모범 사례를 따르고 일반적인 함정을 피하면 성공적인 사출 성형 부품과 효율적인 제조 공정으로 이어질 것입니다.

FAQ