고품질 사출 성형을 위한 전문가 설계 가이드라인

사출 성형 공정은 비교적 적은 스크랩 발생과 높은 반복성으로 대량 생산에 널리 사용됩니다. 사출 성형 공정의 다재다능함은 훨씬 더 광범위한 설계 고려 사항을 요구합니다. 대부분의 설계 고려 사항은 제품 요구 사항을 설정한 후 금형에서 이루어집니다.

사출 성형 설계에 영향을 미치는 요소에는 부품 사용 방식(단일 제품 또는 조립용), 치수 및 기계적 요구 사항, 화학 물질이나 압력 같은 요소 견디는 능력 등이 있습니다. 사출 성형 설계 시 고려해야 할 중요한 팁을 아래에서 살펴보겠습니다.

1. 설계에 적합한 소재 신중히 선택하기

서로 다른 사출 성형 소재는 다양한 특성을 제공합니다. 예를 들어, 일부 소재는 다른 소재보다 더 나은 치수 안정성을 제공합니다. 마찬가지로 일부는 접착제와 더 잘 결합합니다. 소재 설계는 다음을 고려합니다: 온도, 압력, 생물학적 및 화학적 상호작용.

열가소성 수지는 크게 비정질과 반결정질로 분류됩니다. 반결정질 열가소성 수지는 더 나은 내화학성과 내전기성을 제공하는 반면, 비정질 대응 소재는 훨씬 더 치수 안정적이고 내충격성이 좋습니다. 소재 선택은 필요한 공차 수준이나 벽 두께 같은 특정 특징에 영향을 줄 수 있습니다.

	반결정질 수지	비정질 수지
장점	• 베어링, 내마모 및 구조적 응용에 우수 • 우수한 내화학성 및 내전기성 • 낮은 마찰 계수	• 접착제와 잘 결합 • 높은 치수 안정성 • 우수한 내충격성
단점	• 접착제와 결합 어려움 • 평균적인 내충격성	• 피로 및 응력 균열에 대한 낮은 저항

2. 부품 공차 고려하기

공차는 냉각 과정에서 발생하는 수축의 영향을 받습니다. PLA 같은 비정질 소재는 일반적으로 PEEK 같은 반결정질 소재보다 더 엄격한 공차를 가집니다.

엄격한 공차는 생산 비용을 높이지만, 부품이 조립에 사용되는 경우 특히 적합하거나 제대로 작동하기 위해 필요할 수 있습니다.

설계 단계에서 공급업체에 연락하여 그들이 사용하는 공차 표준을 논의하는 것을 권장합니다.

예를 들어, DIN 16901에는 다양한 소재에 대한 참고용 일반 공차 표가 있습니다. 공급업체가 이 표준을 사용하고 더 엄격한 공차나 다른 표준이 필요한 경우 2D 도면 제공을 요청할 것입니다.

3. 올바른 벽 두께 선택하기

사출 성형 설계에 적합한 벽 두께를 선택하기 위해 고려해야 할 몇 가지 핵심 사항:

• 더 얇은 벽은 사이클 타임을 단축하고 부품 비용을 낮춥니다. 많은 응용 분야에서 1.5~2.5mm 벽 두께면 충분하지만, 소재별 권장 벽 두께를 참조할 수도 있습니다.
• CNC 가공 부품과 달리 플라스틱 사출 성형 부품은 일관된 벽 두께에서 이점을 얻습니다. 한 부분이 다른 부분보다 두꺼우면 해당 위치에 싱크 마크가 나타납니다.
• 불균일한 벽 두께는 벽이 서로 다른 속도로 냉각되고 수축하므로 휨을 유발합니다. 비균일 두께가 필요한 경우 두께 변화는 공칭 벽 두께의 15%를 초과하지 않아야 하며, 고품질 부품을 위해 항상 매끄럽거나 테이퍼진 전환이 있어야 합니다.

다양한 소재에 대한 권장 벽 두께는 다음과 같습니다:

소재	권장 벽 두께
ABS	1.143mm – 3.556mm
아세탈	0.762mm – 3.048mm
아크릴 (PMMA)	0.635mm – 12.7mm
액정 폴리머	0.762mm – 3.048mm
장섬유 강화 플라스틱	1.905mm – 27.94mm
나일론	0.762mm – 2.921mm
PC (폴리카보네이트)	1.016mm – 3.81mm
폴리에스터	0.635mm – 3.175mm
폴리에틸렌 (PE)	0.762mm – 5.08mm
폴리페닐렌 설파이드 (PSU)	0.508mm – 4.572mm
폴리프로필렌 (PP)	0.889mm – 3.81mm
폴리스티렌 (PS)	0.889mm – 3.81mm
폴리우레탄	2.032mm – 19.05mm

4. 설계에 드랩트 앵글 추가하기

CNC 가공 같은 많은 소재 제거 공정은 수직 벽을 생성할 수 있습니다. 그러나 사출 성형용 부품 설계에 수직 벽을 만들면 부품이 냉각 시 수축하면서 특히 코어 부분에서 끼이게 됩니다.

부품을 꺼내기 위해 너무 많은 힘을 가하면 이젝터 핀이나 금형이 손상될 위험이 매우 높습니다. 이 문제를 피하기 위해 부품 벽을 약간 경사지게 설계하세요. 이 경사를 드랩트라고 합니다.

설계 복잡성이 높기 때문에 드랩트는 보통 부품 설계 최종 단계에 추가됩니다. 다른 표면에는 다양한 드랩트가 필요합니다. 텍스처링된 표면이 가장 많은 드랩트를 필요로 합니다. 사출 성형에서 흔히 발견되는 표면과 최소 드랩트 앵글은 다음과 같습니다.

• '수직에 가까운' 요구 사항: 0.5°
• 가장 일반적인 상황: 1~2°
• 모든 셧오프 표면: 3°
• 가벼운 텍스처 표면: 1~3°
• 중간 텍스처 표면: 5°+

5. 특정 부품에 리브와 거셋 추가하기

특정 부품에는 리브가 필요합니다. 리브와 거셋은 부품에 추가 강도를 주고 휨, 싱크, 보이드 같은 외관 결함을 제거하는 데 도움이 됩니다. 이러한 특징은 구조적 구성 요소에 필수적입니다. 따라서 부품 두께를 늘려 강도를 높이는 것보다 리브와 거셋을 추가하는 것이 바람직합니다.

그러나 제대로 설계하지 않으면 수축을 유발할 수 있습니다. 수축은 특정 부분의 냉각 속도가 다른 부분보다 훨씬 빠를 때 발생하여 일부 섹션이 영구적으로 구부러집니다. 휨은 리브 두께를 벽 두께의 50~60% 사이로 유지하면 효과적으로 줄일 수 있습니다.

6. 부품 설계에 라디우스와 필렛 추가하기

가능한 경우 부품에 라디우스를 적용하면 날카로운 모서리가 제거되어 소재 흐름과 부품의 구조적 무결성이 개선됩니다. 날카로운 모서리는 용융 소재가 모서리를 통해 또는 모서리로 흐르도록 강제하므로 부품에 약점을 만듭니다. 날카로운 모서리가 불가피한 곳은 파팅 면이나 셧오프 면뿐입니다.

라디우스와 필렛은 둥근 모서리가 날카로운 모서리보다 이젝션 중 끼일 가능성이 적으므로 부품 이젝션에도 도움이 됩니다. 또한 날카로운 모서리는 응력 집중점을 만들어 실패할 수 있으므로 구조적으로도 권장되지 않습니다. 라디우스는 모서리의 응력을 완화하는 데 도움이 됩니다.

또한 부품 설계에 날카로운 모서리를 포함하면 매우 비싼 제조 기술로만 달성할 수 있는 날카로운 모서리가 금형에 필요하므로 생산 비용이 기하급수적으로 증가합니다.

인접 벽 두께의 최소 0.5배 내부 라디우스, 1.5배 외부 라디우스를 추가하세요.

7. 언더컷 피하고 가능한 경우 슬롯 제공하기

스냅 핏은 언더컷을 통해 구현됩니다. 두 절반으로 구성된 스트레이트 풀 금형은 가장 단순한 설계지만, 언더컷 특징이 있는 부품 제조에는 적합하지 않습니다. 이는 CNC로 그런 금형을 가공하기 어렵고 이젝션 시 소재가 끼일 경향이 있기 때문입니다.

언더컷은 보통 사이드 코어로 생성됩니다. 그러나 사이드 코어는 툴링 비용을 크게 증가시킵니다. 다행히 사이드 코어 없이 언더컷 기능을 달성하는 설계 팁이 있습니다. 한 가지 방법은 슬롯을 도입하는 것입니다.

이를 패스스루 코어라고도 합니다. 또 다른 방법은 파팅 라인을 조정하거나 이동하는 것입니다. 이때 드랩트 앵글도 적절히 조정해야 합니다. 파팅 라인 이동은 부품 외부에 있는 언더컷에 가장 적합합니다.

스트리핑 언더컷(범프 오프)도 사용할 수 있습니다. 그러나 부품이 금형에서 이젝션될 때 변형되고 팽창할 만큼 충분히 유연한 경우에만 이 기능을 사용하세요.

충분한 간격도 주세요: 범프 오프는 효과적인 이젝션을 위해 30°~45° 리드 앵글이 있어야 합니다. 이 모든 고가의 사이드 코어 대안은 부품의 상당한 재설계를 필요로 합니다. 부품 재설계가 기능에 영향을 줄 수 있어 불가능한 경우, 슬라이딩 사이드 액션과 코어를 사용하여 언더컷을 처리해야 합니다.

이 특징들은 금형이 닫힐 때 슬라이드 인하고 열릴 때 슬라이드 아웃합니다. 사이드 코어는 수직으로 움직여야 하며 적절한 드랩트 앵글이 있어야 합니다.

8. 보스를 측면 벽이나 리브에 부착하기

보스는 인서트, 셀프 태핑 나사, 핀을 수용하여 부품을 조립하거나 장착하기 위해 플라스틱 부품에 성형된 원통형 스탠드오프입니다.

보스의 외경(OD)은 셀프 태핑 응용 분야에서 나사 직경의 2.5배여야 합니다.

보스는 독립형이어서는 안 됩니다. 항상 보스를 측면 벽이나 바닥에 리브나 거셋으로 부착하세요. 두께는 전체 부품 두께의 60%를 초과하지 않아야 부품 외부에서 보이는 싱크 마크를 최소화할 수 있습니다.

예를 들어, 외부 벽이 3mm인 부품은 내부 리브가 1.7mm를 넘지 않아야 합니다.

9. 게이팅: 시각적으로 중요한 표면에서 자국이 없어야 할 부분 강조하기

사출 성형을 사용하여 부품을 적절히 설계하고 제조하려면 제조업체가 처음부터 외관 측면에서 요구 사항을 이해하는 것이 중요합니다.

툴 메이커가 고려해야 할 핵심 포인트 중 하나는 게이트 위치입니다. 게이트는 용융 소재가 금형으로 들어가는 진입 섹션입니다. 툴 메이커는 게이트 유형을 선택하고 잠재적 품질 문제를 최소화하기 위해 전략적으로 배치해야 합니다.

게이트는 게이트 베스티지나 부품이 게이팅되었음을 나타내는 시각적 표시를 남깁니다(미묘하더라도).

그렇기 때문에 미적 및 기능적 요구 사항과 게이팅하지 않아야 할 위치를 공급업체에 알리는 것을 권장합니다.

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