塑膠生產小教室(3) – 認識射出成型的模型設計

塑膠生產小教室(3) – 認識射出成型的模型設計

對於不同形狀的塑膠產品批量生產而言,射出成型是一項有效且快速的生產方式。
然而,要生產出一個完善的塑膠產品,好的模具設計是決定成品好壞的一大關鍵。
正所謂「七分模具,三分工藝」,對於射出成型而言,模具和射出機都對最終產品質量有著很大的影響
,甚至模具相較於射出機對成品的影響還要來得更多。

射出成型模具的設計

射出模具的結構是由射出機的類型和成型產品而定,而每副模具都是以動模和定模所組成。
動模會安裝在射出機的移動版上,而定模則安裝在射出機的固定板。
當注入塑料時,射出機會將動模與定模閉合而形成一個完整的模腔。待塑料冷卻成型後,模具會再次分開,
並由脫模結構頂出成型件,再重複循環以上過程。每副模具的構造會因不同產品形狀而有所不同,
這時如果對產品與模具設計沒有充分了解,就難以做出優良的塑膠產品。
要製造出優質的塑膠產品,在設計時應該考慮以下幾點:

模具的拔模角度

在製造塑膠產品時,模具的每個細節都有可能成為導致產品成敗的重要關鍵。
為了使成型品順利從模具中抽出,拔模角度是模具在設計與製造上不可忽略的細節。
如果沒有拔模角度,成型品脫模時就會產生阻力,甚至造成無法成功脫模。
如果模具越深,就需要更大的拔模角度,
基本來說為一英寸要增加1度的拔模角度。當拔模角度不足,脫模時就很有可能使成品出現刮痕或產生嚴重的頂針痕跡。

圓角代替尖角

為了使成品擁有一致的肉厚,製作模具會考慮到圓角設計。將尖角改圓除了可以讓成品更好脫模,
在塑膠成型時也能讓塑料流動得更順暢。此外,這種設計還可以降低產品的製造成本,
並由於減少了應立即中,使產品在製造時不易產生裂紋,使其更加耐用。
為了讓成品保持相同肉厚,通常圓角設計採用外部半徑為內部半徑的3倍左右。

避免出現死角和倒勾

如果模具在設計或製造時產生死角或倒勾,會讓成品在脫模時變得更加困難,
並可能產生表面刮痕等影響,
因此在模具設計時盡量避免模具出現死角與倒勾。
此外,在製造模具時也應盡量避免為了解決死角與倒勾問題,

反而導致在模具設計與拆件中增加成本。如果再製造產品時需設計凹、凸角,就必須搭配模具設計與滑塊來生產。

內部可採用薄殼設計

想必大家都知道熱漲冷縮原理,當你在設計塑膠產品時也應該考慮到這一點。
產品內部採用薄殼設計可有效避免產品冷卻時造成的收縮或是變形,
並且相較於實心的產品,薄殼設計更能夠節省多餘的製造成本。另外,所需的形狀太長或太大時,

可藉由增加強肋使產品有額外的支撐,以解決易斷裂的問題。
在增加強肋時,應考慮脫模角與主要肉厚,並且不超過相連主結構的1/3厚度。

 

 使用適當的材質肉厚

當設計產品時會依照使用的需求以及使用者的偏好選擇適當的材質,這些塑膠材質依據它們的柔性、剛性、堅固、脆度等特性
而影響不同的肉厚設計。如果肉厚太薄或太厚,則可能會導致成品不良、坍塌、或是縮痕等情況。
這邊提供了各種材質的厚度建議,你可藉由參考這份表格來避免發生無可挽回的悲劇。

塑膠材質

建議厚度 (英寸)

ABS

0.045 - 0.140

Acetal

0.030 - 0.120

Acrylic

0.025 - 0.500

Liquid Crystal Polymer

0.030 - 0.120

Long-fiber reinforced plastics

0.075 - 1.000

Nylon

0.030 - 0.115

Polycarbonate

0.040 - 0.150

Polyester

0.025 - 0.125

Polyethylene

0.030 - 0.200

Polypropylene Sulfide

0.020 - 0.180

Polypropylene

0.025 - 0.150

Polystyrene

0.035 - 0.150

Polyurethane

0.080 - 0.750

產品製造的細節與改善

當你在使用塑膠產品時可能會發現,這些產品的表面上通常會有分模線、澆口位置,和一些頂針的痕跡,
這些都是在製造過程中是不可避免的情況。然而,為了讓產品更加美觀,製造商通常會巧妙地將這些痕跡隱藏在比較不明顯的位置,
或者是進行二次加工將其移除。在設計這些位置時,須符合塑料能均勻流動並填滿整個模腔,
並且考量它們是否影響到產品的使用、或是會影響其他的零件。

在設計模具時可藉由遵循這些原則讓最終的產品獲得改善,它們被稱為可製造設計 (DFM)
除了在這裡列出來的幾種方式之外,塑膠產品的設計仍有許多需要考量的因素,
例如模具的製造成本、改善澆入方式、減少脫模時間…等,此外,也有許多廠商會以自己多年的經驗,
發展出各種不同的設計方式。透過檢查表的紀錄並改善,也能讓你節省掉多餘的成本與時間。