사출 성형 결함 설계: 벽 두께, 게이트 위치 및 통풍이 싱크, 뒤틀림 및 미성형을 방지하는 방법

성형 전문가는 온도, 압력, 사출 속도 및 냉각 시간을 조절할 수 있으며, 숙련된 전문가는 어려운 부품에서도 놀라운 결과를 얻을 수 있습니다. 공정 설정으로는 두꺼운 보스가 옆의 얇은 벽과 같은 속도로 냉각되도록 할 수 없습니다. 그것은 형상이며, 형상은 프레스 훨씬 전에 결정됩니다.

이 가이드에서는 설계 단계에서의 결함 방지, 대부분의 성형 문제를 일으키는 5가지 형상 변수, 각 일반적인 결함의 설계 원인, 리브 및 보스에 대한 규칙, 설계가 실제로 문제를 해결할 수 없는 경우, 툴링을 위해 부품을 출시하기 전에 실행할 검토 체크리스트를 다룹니다. 이미 작동 중인 툴에서 결함을 수정하려면 프레스에서 성형 결함을 수정하는 가이드에서 공정 측면을 다룹니다.

대부분의 성형 결함은 설계 결정에서 시작됩니다

싱크 마크, 뒤틀림, 보이드 및 웰드 라인은 일반적으로 공정 문제로 설명되는데, 이는 발견되는 곳이기 때문입니다. 실제로는 벽 두께가 갑자기 변하거나, 벽보다 두꺼운 보스, 얇은 부분에서 두꺼운 부분으로 흐름이 이동해야 하는 게이트 위치, 또는 반경이 없는 모서리와 같은 형상 결정의 가시적인 결과입니다. 공정 조정을 통해 이러한 문제의 심각성을 줄일 수 있지만, 거의 제거하지는 못합니다.

이는 상업적으로 중요합니다. 설계 수정은 툴링 전에 거의 무료이고 이후에는 비싸기 때문입니다. CAD에서 벽 두께 변경은 반나절이면 됩니다. 경화된 강철이 절단된 후 동일한 변경은 용접 및 재가공을 의미합니다.

대부분의 결함을 일으키는 5가지 설계 변수

1. 균일한 벽 두께

이는 부품 설계에서 가장 큰 영향력을 발휘하는 규칙이며 가장 자주 위반되는 규칙입니다. 두꺼운 부분은 얇은 부분보다 느리게 냉각됩니다. 두꺼운 영역이 마지막으로 냉각되고 수축하면서 표면에서 재료를 끌어당겨 싱크 마크를 생성하거나, 피부가 이미 굳은 경우 내부 보이드가 형성됩니다. 동일한 부품에서 두꺼운 부분과 얇은 부분이 다른 속도로 냉각되면 차등 수축으로 인해 전체 부품이 뒤틀립니다.

가능한 한 부품 전체에서 공칭 벽 두께를 일정하게 유지하십시오. 설계상 한 영역에 질량이 필요한 경우, 일반적으로 두꺼운 부분을 솔리드 상태로 두는 대신 코어 아웃하여 벽을 균일하게 유지하고 강도는 부피가 아닌 형상에서 나오도록 하는 것이 좋습니다.

2. 벽 전환

두께를 변경해야 하는 경우, 변경은 갑작스럽기보다는 점진적이어야 합니다. 벽 두께의 계단은 냉각 속도의 갑작스러운 변화와 전환부의 응력 집중을 유발하여 외부 표면에 싱크로 나타나고 부품의 뒤틀림 원인이 됩니다. 계단식으로 만드는 대신 거리를 두고 전환부를 블렌딩하면 대부분의 효과가 제거됩니다.

3. 게이트 위치

게이트는 캐비티를 통해 플라스틱이 흐르는 방향을 결정하며, 흐름 방향은 웰드 라인이 형성되는 위치, 부품이 마지막으로 채워지는 위치, 그리고 유지 압력이 두꺼운 부분을 얼마나 효과적으로 채울 수 있는지를 결정합니다. 얇은 부분을 먼저 공급하는 게이트는 두꺼운 부분이 유지 압력을 받지 못하게 하여 싱크와 보이드가 보장되므로, 흐름은 두꺼운 부분에서 얇은 부분으로 이동해야 합니다.

게이트 위치는 미적 증거가 나타나는 위치도 결정합니다. 모든 게이트는 흔적을 남기므로, 가능한 한 미적이지 않은 표면에 위치해야 합니다. 웰드 라인은 두 개의 흐름 전선이 만나는 곳, 일반적으로 구멍 뒤와 인서트 주변에서 형성되며, 미적 표시이자 실제 약점입니다. 설계로는 구멍이 있는 부품에서 웰드 라인을 제거할 수 없지만, 설계와 게이트 배치를 통해 구조적으로 중요하지 않은 곳에 착륙하는지 여부를 결정할 수 있습니다.

4. 구배

구배는 금형이 열리는 방향으로 벽에 적용되는 테이퍼로, 부품이 끌림 없이 분리됩니다. 충분한 구배가 없으면 이젝션이 표면을 긁어내어 드래그 마크를 남기고, 더 심한 경우에는 분리 중에 부품에 응력을 주거나 왜곡시킵니다.

구배 요구 사항은 깊이와 표면 질감에 따라 증가합니다. 깊은 특징은 얕은 특징보다 더 많은 테이퍼가 필요하며, 질감 표면은 질감 자체가 언더컷 역할을 하기 때문에 매끄러운 표면보다 훨씬 더 많은 테이퍼가 필요합니다. 설계 후반에 구배를 적용하면 결합 치수가 변경되므로 설계 초기에 적용하는 것이 가장 좋습니다.

5. 모서리 반경

날카로운 내부 모서리는 세 가지 별도의 문제를 야기합니다. 응력을 집중시켜 서비스 중에 부품이 균열되는 곳입니다. 흐름을 방해하여 불균일하게 채워지는 영역을 생성합니다. 그리고 강철에서는 특수 커터 또는 EDM 작업이 필요하므로 툴링 비용이 증가합니다.

넉넉한 내부 반경은 세 가지 문제를 한 번에 해결합니다. 모서리를 통해 벽 두께를 인접 벽과 거의 동일하게 유지하는 모서리 반경은 잘못 비례된 모서리가 만드는 국부적인 두꺼운 부분을 방지합니다.

결함별: 설계 원인 및 설계 수정

마지막 열은 실용적으로 유용한 열입니다. 설계 원인이 지배적일 때, 공정 설정을 조정하면 일시적인 개선을 얻지만 생산 시간을 소비하고, 조건이 벗어나면 결함이 다시 나타납니다. 공정 원인이 지배적일 때, 형상을 변경하는 것은 기계 설정이 처리하는 것을 해결하기 위한 비싼 방법입니다.

리브, 보스 및 거싯 설계 규칙

리브와 보스는 자체 유발 싱크 마크의 가장 일반적인 원인입니다. 둘 다 그렇지 않은 벽에 질량을 부착하기 때문입니다.

• 리브 두께를 인접 벽과 같게 하는 대신 그 일부로 유지하십시오. 벽과 같은 두께의 리브는 두꺼운 접합부를 만들고 반대쪽 면에 싱크 마크를 만듭니다.
• 리브에 구배를 추가하여 깨끗하게 분리되도록 하십시오. 키가 큰 리브는 짧은 리브보다 더 많은 테이퍼가 필요하다는 것을 기억하십시오.
• 리브를 crowding하지 않고 적절하게 간격을 두십시오. 촘촘하게 배치된 리브는 흐름을 제한하고 그 사이의 강철에서 냉각을 복잡하게 만들기 때문입니다.
• 강성이 목적이라면 깊은 리브 하나 대신 여러 개의 얕은 리브를 사용하십시오. 깊이는 채우기와 이젝션에 어려움을 더하기 때문입니다.
• 보스를 솔리드 상태로 두는 대신 코어 아웃하여 보스 벽 두께가 공칭 벽과 일치하도록 하십시오.
• 키가 큰 보스는 보스 직경을 늘리는 대신 거싯으로 지지하십시오. 그러면 두꺼운 부분이 다시 도입될 것입니다.
• 모든 리브와 보스의 밑면에 반경을 적용하여 응력 집중을 줄이면서 비례가 올바르면 두꺼운 접합부를 만들지 않도록 하십시오.

리브 및 거싯 설계 지침 가이드에서 비례와 간격을 자세히 다루며, 리브 설계가 부품에 실제로 필요한 강성과 어떻게 상호 작용하는지 포함합니다.

설계로 해결할 수 없는 경우

일부 문제는 실제로 형상이 아니며, 설계 결함으로 취급하면 시간을 낭비합니다.

• 폴리카보네이트 및 나일론과 같은 흡습성 수지의 수분으로 인한 스플레이 및 표면 줄무늬는 프레스에서의 건조 문제이지 설계 문제가 아닙니다.
• 마지막 채워지는 영역의 연소 마크는 일반적으로 툴의 벤트 문제 또는 기계의 사출 속도 문제입니다.
• 생산 실행 전반에 걸친 치수 드리프트는 일반적으로 부품 형상이 아닌 공정 변동 또는 툴 온도 제어를 반영합니다.
• 오염 및 색상 줄무늬는 재료 취급 문제입니다.
• 이전에 깨끗하게 작동하던 툴의 플래시는 설계 변경이 아닌 툴 마모 또는 클램프 힘을 나타냅니다.

재료가 아닌 형상이 제약인 범주도 있습니다. 높은 수축률 수지는 부품이 얼마나 신중하게 설계되었는지에 관계없이 더 쉽게 뒤틀리고 공차를 덜 유지하므로, 재료와 형상은 함께 결정되어야 합니다. 사출 성형 재료 비교에서 일반 수지에 따른 수축 거동의 차이와 공차 기대치에 대한 의미를 다룹니다.

툴링을 위해 부품을 출시하기 전 설계 검토 체크리스트

툴 견적 전에 이것을 실행하십시오. 모든 항목은 CAD에서 처리하는 데 저렴하고 강철에서 처리하는 데 비쌉니다.

1. 공칭 벽 두께가 부품 전체에서 일정하며, 이를 벗어나는 모든 것은 의도적이고 정당화되었습니까?
2. 모든 두께 전환이 계단식이 아닌 블렌딩되었습니까?
3. 두꺼운 부분은 솔리드 상태로 두는 대신 코어 아웃되었습니까?
4. 리브 두께가 일치하는 대신 인접 벽에 비례하여 조정되었습니까?
5. 보스는 직경을 늘리는 대신 코어 아웃되고 거싯으로 지지되었습니까?
6. 금형 개방 방향의 모든 표면에 구배가 있고, 질감이 지정된 곳에는 추가 구배가 있습니까?
7. 내부 모서리에 벽 두께를 모서리를 통해 거의 일정하게 유지하는 반경이 있습니까?
8. 게이트 위치가 합의되었으며, 흐름이 두꺼운 부분에서 얇은 부분으로 흐릅니까?
9. 웰드 라인이 어디에 형성될 것이며, 해당 위치가 구조적 하중 또는 미적 요구 사항을 가지고 있습니까?
10. 슬라이드 또는 리프터가 필요한 언더컷이 있으며, 추가 툴링 비용이 수락되었거나 기능을 재설계하여 제거할 수 있습니까?
11. 수지 선택이 수축 거동을 고려할 때 도면의 공차 기대치와 일치합니까?
12. 어떤 표면이 미적이며, 분할선이 그 표면에서 벗어났습니까?

이 12가지 항목을 모두 통과한 부품이 완벽하게 성형된다는 보장은 없지만, 형상으로 인한 결함은 제거되고 프레스 제어로 실제로 해결할 수 있는 문제만 남게 됩니다.

툴링을 커밋하기 전에 설계 증명

설계 검토는 검토자가 찾으려는 것을 파악합니다. 물리적 검증은 나머지를 파악합니다. 생산 툴링을 커밋하기 전에 프로토타입 부품을 제작하면 변경이 여전히 저렴할 때 적합성 및 기능 문제를 발견할 수 있으며, 형상이 불확실한 경우 저용량 툴은 경화된 강철을 절단하기 전에 실제 공정에서 설계를 증명합니다.

각 검증 경로가 무엇을 증명하는지 명확히 하는 것이 좋습니다. 가공 또는 인쇄된 프로토타입은 적합성, 조립 및 많은 기능 요구 사항을 확인하지만, 성형 부품의 흐름, 패킹 및 수축 거동을 재현하지는 않습니다. 싱크, 뒤틀림 또는 웰드 라인 위치에 대한 우려가 있는 경우, 성형 샘플만이 답을 제공하므로 브릿지 툴링이 존재합니다. 툴링 전 프로토타입 검증 서비스는 두 경로를 모두 다룹니다.

Elite Mold Tech는 견적 시 제조를 위한 설계 피드백을 플라스틱 사출 성형 서비스에서 제공하며, 아직 도면 변경 중일 때 벽 두께, 구배, 리브 비례 및 게이트 위치 문제를 표시합니다. 툴링을 커밋하기 전에 설계 검토를 위해 Elite Mold Tech에 부품 모델을 보내십시오. 첫 번째 샷 이후의 결함 논의 대신.

자주 묻는 질문