將產品量產的方法有很多,如果產品是以塑膠製成時,可以使用的製程包括:
鑄造(Casting)
壓縮成形(Compression Molding)
擠型(Extrusion)
焊接(Welding)
發泡成型(Foaming)
射出成型(Injection Molding)
旋轉模製 (Rotational Molding)
熱壓成型(Thermoforming)
本文介紹塑膠射出成型的基本設計原則,以便日後可以節省時間與成本,希望對開發者有所幫助!
什麼是塑膠射出成型?
射出成型是將熔融塑料注射到金屬模具,以製造產品的技術。模具會拆為上下兩部分:A、B件,當塑料注入固化後將兩個部件分開、去除後,就可以得到下圖中黃色的塑膠零件。
而有什麼是在射出成型時需要注意的事項?
拔模角度
模具設計時需要有拔模角度,才能讓零件從模具中順利抽出。如果沒有拔模角度,零件就會在拆模具時因為摩擦而產生阻力,甚至無法脫模。所以零件內、外部都需要設計拔模角。
零件的模具越深的話,建議拔膜角度也要加大,基本原則是每英吋要有 1 度的拔模角,如果沒有足夠的拔模角度,會導致零件上有側面刮痕或是產生模具頂針留下的痕跡。
倒角
零件倒角具有許多功能,一來是更好脫模、二來是在塑膠射出成型時,塑料流動會更順暢,最重要的是它可以減少模具費用,且防止應力集中產生裂紋。
注意事項:倒角處要保持相同肉厚。假設內部半徑為 1/2 厚度,則外部半徑就應該要為 3 倍的 1/2 厚。
脱模死角/倒勾
倒勾會讓模具無法順利脫模,其影響不亞於缺少脫磨角時的影響。它會因為設計而出現在任何位置,如果設計上必須設計凹、凸角,就必須透過模具設計與滑塊來配合生產。
需要注意的是模具設計與拆件上會為了解決倒勾問題而增加成本,所以應該在設計時盡量避免。
實心 VS 薄殼
塑膠在模具冷卻時會收縮,當零件是薄殼而非實心,有助於減少塑膠的收縮或變形,並且降低材料成本。薄殼方式有很多種,下面是一種維持球狀的方法:
縮痕
縮痕是塑膠表面的凸起或是下凹處,這些縮痕是由許多原因引起的:
- 零件壁厚不一致(也可能導致氣泡)
- 轉彎處的半徑差
- 補強肋的肉厚
- 尖角
- 零件沒有脫殼
補強肋
補強肋的功用是讓零件有額外支撐,主要是用於以下兩種狀況:
1.零件有 90 度直角的相接處
2.零件太長、太大,導致壁厚有可能容易斷裂。
而支撐肋最好是沿著延伸的壁面做支撐,如下圖:
需要注意的是設計補強肋時,除了要考慮脫模角和主要壁厚以外,支撐肋也不能超過相連主結構的 1/3 厚度。
零件連接法
產品通常由兩個以上的零件組成,這些零件可以透過安裝凸轂、彈簧鉤、螺絲來接在一起。常見的方法是利用自攻螺絲和凸轂來鎖緊,或是對齊唇部及溝槽來接合。
在設計零件接合時,要記得文章前面提到的原則,包含拔模角、薄殼零件和補強肋等等。
分模線
分模線是兩個模具相交的位置,而在零件成品上形成一條看得到、也摸得到的突起線,但如果當分模線是在成品邊緣時,它的存在感就可以降到最低。因此在設計零件時也要記得規劃分模線位置。
頂針
頂針負責將成品零件從模具施加外力推出,但是它會在成品上留下痕跡,而且無法消除,所以設計時要審慎思考它的位置。
澆口位置和物料流動方向
除了頂針位置和分模線,澆口位置也很重要,澆口是熔融塑料進入模具時,零件腔體的地方。而零件冷卻後,澆口會留下痕跡,有些即使經過後加工處理也會有痕跡。
澆口的位置會考慮幾個因素:
- 在成品上不明顯的位置;
- 不會影響到其他零件的位置;
- 物料能均勻地流過零件;
- 或是綜合考量以上因素。
材料選擇和厚度考量
零件材料會根據產品功能、產品的使用環境以及設計者的偏好來選擇,有柔性、剛性、堅固和脆性,它會影響到使用者感覺、成品外觀和操作方式。不同材料會影響到設計,像是補強肋的數量、肉厚的厚薄度等。
建議肉厚
以上為塑膠射出成型時必須遵守的基本原則,也稱作 DFM (可製造設計),建議在整個產品設計過程中製作檢查表,以節省成本與時間。
本文作者為 jayconsystems,加點製造經授權同意轉載編譯,原文著作所屬 jayconsystems。
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