塑膠設計基礎觀念-塑膠牆壁厚度

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自工業革命以來,塑膠射出的工藝已經持續發展了六~七十年以上,說實在的,以現今的電腦輔助繪圖,想要設計出一件好的塑膠零件,其實不難,但無論科技怎麼發展,你還是得掌握到一些塑膠的基本物理特性與原理,也才不會畫出模具廠及塑膠射出機做不出來的 3D 圖檔。

一般來說,塑膠零件在設計模具射出的時候,需要考慮塑膠零件的牆壁厚度、合模線或分模線的位置、不可有倒角或死角、一定角度以上的脫模角度…等。本篇文章會先討論塑膠件的牆壁厚度。







塑膠零件的牆壁厚度

塑膠在射出成型機中會被高溫融化,以液體的型態被注射並填滿模具內的每個角落,再等待或使用冷卻系統來促使液態塑膠凝固變回固態的塑膠後成型。所以塑膠在模具內必須以流體力學的角度來思考其特性,想像水流在流經不同深淺的地方時流速會有所不同,流經轉彎處容易出現漩渦,所以塑膠零件的牆壁厚度的設計最好要均勻一致,甚至是一直線,不要有任何的轉折,也不要有任何的阻擋物,否則塑膠的表面就容易出現變形、凹陷、包風、及應力殘留等問題。

但要達到上述的要求簡直是天方夜譚,不可能實現,所以回到現實面後,比較合乎使用需求的設計,應該是盡量保持零件各處的厚度一致,既使有厚度的變化,最好也要緩慢改變,遇到有轉折或阻擋物時,應該製作圓角(radius),以利塑膠流動的順暢。另外,注膠口的位置最好設計在牆壁較厚的一端,這樣可以利用注膠口壓力比較大的特性來注滿較厚的牆壁。

下面的圖形說明當塑膠牆壁不一時該如何設計可以減少射出的問題。

第一個圖形不但有塑膠厚度不均的問題,注膠口(Gate)還設計在牆壁厚度較小的一端,這樣容易造成牆壁較大的部份有射不飽料,甚至缺料的問題。

第二個圖形雖然也有塑膠厚度不均的問題,但這個設計已經把注膠口(Gate)的位置設計在牆壁較厚的一端,而且在厚度改變的地方給予緩慢的厚度變化,算是比上一個圖形的設計有了改善,但還可以更好。

第三個圖形在塑膠牆壁較厚的地方偷了一點肉,讓塑膠牆壁的整個肉厚趨向一致,而且還在轉彎處設計圓角(radius)來順暢塑膠的流動,這麼一來注膠口(Gate)的位置就沒有麼麼多的限制,而且還可以省小一點點塑膠料的原料。

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一般來說,我們在設計對非強化塑膠(unreinforce resin)的壁厚會定在0.5mm~5.0mm之間;而對於強化塑膠(reinforce resin)的厚度則大約定在0.7mm~3.0mm之間,這是因為強化塑膠會摻雜玻璃纖維(Glass Fiber)以致流動性比較差的緣故,所以其肉厚的範圍會比較小。

塑膠肉厚如果太厚了會容易出現凹陷或縮水的問題,太薄了則會有填充不足或射不飽的問題,上述的尺寸大小只是個建議值,詳細的尺寸範圍還是要參考塑膠粒廠商所提供的規格為準。

下表是更多的機構設計範例,這些範例也可以在大部分的塑膠參考書上取得。

原來的不良設計 建議的設計-1 建議的設計-2
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塑膠壁厚設計時的考慮重點:


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