제품 디자인의 모따기 | 제품 디자인 시리즈

제품 디자인에서는 디테일이 제품의 성패를 좌우하는 경우가 많습니다. 사소해 보이는 디자인 요소인 모서리 수정은 실제로 중요한 역할을 합니다. 가장 일반적으로 사용되는 모서리 수정은 필렛 가공과 모따기로 나뉩니다.

필렛 및 모따기 디자인은 제품 디자이너에게 필수적인 기술 중 하나입니다. 날카로운 모서리에 비해 필렛 및 모따기 디자인은 사용자 친화적이고 시각적으로 더 부드러우며 제품의 단순함과 아름다움을 더 잘 보여줄 수 있습니다. 또한 필렛과 모따기를 창의적으로 사용하면 제품을 더욱 돋보이게 만들 수 있습니다.

오늘은 제품 디자인에서 필렛과 모따기에 대해 이야기하며, 글 끝에 필렛 이미지를 많이 첨부했습니다.

필렛과 챔퍼란 무엇인가요?

필렛은 부품의 두 곡면을 접하는 원형 표면으로 연결하는 것을 말합니다. 표준 필렛은 일반적으로 크기를 나타내기 위해 반경 값 R로 표시됩니다.

모따기는 부품의 두 곡면을 각진 표면으로 연결하는 것을 말합니다. 표준 모따기는 일반적으로 크기를 나타내는 거리 값 C로 표시되며 표준 각도는 45°입니다.

제품 디자인에서 두 가지 모두 물체의 모서리나 가장자리에 경사진 모서리를 절단하는 프로세스입니다. 이 경사진 전환은 디자인 요구 사항과 기능적 목적에 따라 직선 또는 곡선이 될 수 있습니다.

제품에서 챔퍼와 필렛의 기능

안전:

모따기와 필렛은 제품 모서리의 날카로움을 줄여 사용 중 사용자가 다치는 것을 방지할 수 있습니다. 이는 휴대용 기기나 어린이 장난감의 디자인에서 특히 중요합니다.

미학:

적절한 모따기 또는 필렛 가공을 통해 제품의 외관을 개선하고 라인을 더 매끄럽게 만들 수 있습니다.

인체공학:

휴대용 기기나 도구의 디자인에서 모따기나 필렛은 그립감을 개선하여 제품을 다루기 쉽게 만들고 사용자 경험을 향상시킬 수 있습니다.

내구성:

모따기와 필렛은 응력 집중을 줄여 해당 부위의 재료 파손 가능성을 낮추고 제품 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.

조립 간소화:

제품의 여러 부품을 서로 맞춰야 할 때 모따기와 필렛은 가이드 역할을 하여 부품이 올바르게 정렬되도록 돕고 조립 공정을 간소화하며 생산 효율성을 높일 수 있습니다.

디자인 언어의 일관성:

모따기와 필렛은 디자인 요소의 일부가 되어 둥근 모서리와 곡선과 같은 다른 특징과 통일된 스타일을 만들어 제품의 브랜드 인지도를 높일 수 있습니다.

필렛과 챔퍼의 차이점

필렛과 모따기는 모두 날카로운 모서리를 무디게 하거나 인접한 두 표면 사이에 점진적인 전환을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이 점에서 둘은 서로 바꿔 사용할 수 있습니다. 그러나 많은 애플리케이션에서 필렛과 모따기 사이에는 뚜렷한 차이점이 있습니다.

1. 처리 방법

표준 가공의 경우 수직 내부 및 외부 필렛은 쉽게 가공할 수 있지만 내부 챔퍼는 가공할 수 없습니다. 필렛은 다양한 반경 크기를 얻기 위해 특정 공구가 필요합니다(가공 공정에서 필렛 반경을 공구 반경보다 크게 하는 것이 좋습니다). 반면 모따기는 특정 크기의 공구가 필요하지 않으며, 절삭 깊이를 제어하여 다양한 크기의 모따기를 만들 수 있습니다.

수평 내부 및 외부 필렛은 특수 필렛 도구를 사용하지 않는 한 더 많은 처리 시간이 필요한 반면 모따기는 훨씬 적은 시간이 소요됩니다.

다음 사항에 유의하는 것이 중요합니다. CNC 가공필렛과 챔퍼의 처리 시간은 비슷합니다.

2. 기능

필렛과 모따기 모두 응력 집중을 줄이고 흐름을 최적화할 수 있습니다. 그러나 필렛은 연속적인 전환을 제공하는 반면 챔퍼는 선형 전환을 제공하여 모따기 후 가장자리를 남깁니다. 모따기에 비해 필렛은 응력 집중이 낮고 흐름 저항이 적기 때문에 모따기 가장자리를 추가로 모따지 않는 한 플라스틱 부품에 선호됩니다.

그러나 나사 구멍, 위치 지정 구멍 또는 위치 지정 핀이 포함된 디자인이라면 필렛을 사용하는 것은 좋은 선택이 아닙니다. 필렛에 비해 모서리가 더 작고 날카로운 모따기는 구멍을 더 부드럽게 움직일 수 있어 조립이 더 쉬워집니다.

또한 모따기는 다음을 만들 수 있습니다. 테이퍼형 카운터 싱크를 사용할 수 없습니다.

3. 미학

미적 관점에서 필렛은 시각적으로 보기 좋은 특성으로 인해 산업 디자인에서 선호되는 경우가 많습니다. 필렛은 부드럽고 편안하며 안전함과 친밀감을 줍니다. 반면 모따기는 날카롭고 공격적인 느낌을 줍니다. 소비자 제품에는 큰 모따기를 사용하는 경우는 거의 없지만, 모따기는 특정 디테일에서 독특한 모양을 만들어 마무리 터치를 더할 수 있습니다.

디자인 요구 사항에 따라 외부 모서리에 필렛과 챔퍼를 모두 사용할 수 있습니다. 금속 가공 부품과 같이 외관이 중요하지 않은 경우 간단한 챔퍼를 선택하여 날카로운 모서리를 무디게 하여 부품 비용을 절감할 수 있습니다.

반면에 미관이 중요하고 필렛이 필요한 경우 내부 필렛의 반경 크기를 고려해야 합니다. 반경이 너무 작으면 다음과 같이 더 많은 비용과 시간이 소요되는 프로세스가 필요할 수 있습니다. EDM 또는 와이어 절단. 반경이 클수록 가공하기가 더 쉽습니다(더 큰 공구를 사용할 수 있으므로 가공 시간이 단축되고 가공 깊이가 증가합니다).

필렛과 챔퍼 중에서 선택할 때 고려해야 할 요소

구조 엔지니어는 설계에 필렛을 사용할지 모따기를 사용할지 결정할 때 종종 불확실한 상황에 직면합니다. 이러한 혼란을 피하려면 다음 사항을 고려해야 합니다:

가공 부품의 경우

처리 시간 및 비용

단순히 부상을 방지하기 위해 날카로운 모서리를 무디게 하는 것이 목표라면 모따기가 더 적은 시간이 소요되고 비용 효율이 높기 때문에 더 나은 선택입니다. 그러나 기존 밀링 대신 CNC 가공을 사용하는 경우 필렛과 모따기 사이에 큰 시간 차이는 없으며, 공구 교체로 인한 시간 차이만 있을 뿐입니다.

이러한 모서리(오목한 필렛)의 경우, 깨지기 쉽고 느린 속도로 절단되는 볼 엔드 밀과 같은 특수 공구가 필요하기 때문에 CNC 기계를 사용하여 제조하기가 특히 어렵습니다. 이로 인해 제조 비용이 증가하므로 이러한 모서리에는 필렛을 사용하지 않는 것이 가장 좋습니다. 필렛이 필요한 경우 가능한 한 큰 필렛을 사용해야 합니다.

코팅 범위

필렛은 모따기보다 코팅으로 덮기가 더 쉽습니다. 필렛은 인접한 표면으로 매끄럽고 접선 방향으로 전환되므로 모따기의 가장자리에 비해 부품이 더 두껍고 균일한 코팅에 부착될 수 있기 때문입니다.

스트레스 집중력

설계 목표가 응력 집중을 줄이는 것이라면 필렛이 더 나은 선택입니다. 필렛은 같은 크기의 챔퍼에 비해 더 넓은 표면적에 응력을 분산시킵니다.

구멍 또는 핀

나사 구멍, 위치 지정 구멍 또는 위치 지정 핀의 경우 가장자리를 모따기하는 것이 더 나은 선택입니다.

플라스틱 부품의 경우

플라스틱 부품은 기계 가공 부품과 다르게 성형되며, 특정 목적(예: 미적 디테일 또는 구조적 안내)에 사용되는 챔퍼가 있는 필렛을 선호하는 경향이 있습니다. 플라스틱 부품에서 필렛의 장점은 다음과 같습니다:

흐름성

사출 성형 공정에서 용융 수지의 유동성은 매우 중요합니다. 필렛은 흐름 저항이 적고 필렛이 클수록 충진이 용이합니다. 원래 디자인의 날카로운 모서리는 사출 중 와류로 인해 공기 유입을 유발하여 국부적인 과열과 탄 모양으로 이어질 수 있습니다. 더 큰 반경으로 최적화하면 플라스틱 용융물의 원활한 흐름을 보장합니다.

플라스틱 부품의 강도

용융된 폴리머가 날카로운 모서리 위로 흐르면 전단이 발생하여 폴리머 사슬이 끊어집니다. 폴리머 사슬이 짧아지면 평균 분자량이 낮아져 플라스틱 부품의 강도와 성능이 저하됩니다. 작은 반경을 추가하면 흐름에 도움이 되고 전단을 방지할 수 있습니다.

스트레스 집중력

피로 파괴는 주로 응력 집중 지점과 부품 표면에서 균열 전파로 인해 발생합니다. 모서리와 같이 단면 치수가 급격하게 변하는 위치에서는 충분히 큰 필렛을 사용해야 합니다. 관련 곡선에서 볼 수 있듯이 유효 응력 집중 계수는 반경이 증가함에 따라 급격히 감소합니다. 필렛은 응력을 더 넓은 표면에 분산시켜 응력을 받는 부품의 빠른 변형이나 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다. 이는 특히 다음과 같은 소재에 해당됩니다. 폴리카보네이트성형 조건이 부적절하거나 부품 구조가 불합리한 경우 응력 균열이 발생하기 쉽습니다.

금형 가공의 용이성 및 금형 강도 향상

플라스틱 부품에 필렛을 설계하면 해당 금형 부품에도 필렛이 생기므로 금형의 강도가 높아집니다. 이렇게 하면 담금질 또는 사용 중 응력 집중으로 인한 균열을 방지하여 금형 강도를 향상시킬 수 있습니다.

전극 마모율 감소

금형 가공에서 데드 코너(공구가 닿지 않는 곳)와 같은 영역에는 전극(일반적으로 구리 공구로 알려진)이 필요한 방전 가공(EDM)이 사용됩니다. 전극의 날카로운 모서리와 모서리는 평평한 부분보다 방전 중에 더 빨리 마모됩니다. 그 결과 실제 가공된 데드 코너에는 설계와 다르게 작은 필렛(약 0.2)이 생깁니다. 구조에 영향을 미치지 않도록 이 점을 고려해야 합니다. 플라스틱 부품의 데드 코너에 필렛을 설계하면 전극 마모가 감소하고 최종 가공된 필렛이 설계와 거의 일치합니다.

필렛 설계의 원리

1. 모서리에서 균일한 벽 두께 보장

균일한 벽 두께를 유지하려면 모서리의 외부 반경 𝑅은 내부 반경 𝑟에 벽 두께 𝑡를 더한 값과 같아야 합니다. 최소 내부 반경은 0.5mm 이상일 것을 권장합니다. 모따기의 경우 절대적으로 균일한 벽 두께를 유지하려면 외부 모따기를 벽 두께 𝑡만큼 오프셋하여 내부 모따기를 형성해야 합니다.

2. 필렛 설계를 통한 금형 가공 촉진

파팅 라인의 필렛은 금형 구성을 복잡하게 만듭니다. 파팅 라인 필렛에서는 캐비티를 금형의 다른 절반으로 옮겨야 하므로 가공 비용이 증가하고 플라스틱 부품의 외관에 영향을 주는 파팅 라인이 생길 수 있습니다. 따라서 꼭 필요한 경우가 아니라면 파팅 라인의 필렛은 피해야 합니다.

다음 이미지에서 작은 필렛이 있는 원래 디자인의 절단면은 가공과 후속 연마가 복잡합니다. 최적화된 디자인은 절단면 필렛을 제거합니다.

또한 금형 캐비티와 코어가 만나 부품에 구멍이나 기타 피처를 형성할 때마다 이러한 문제가 발생하므로 설계 시 고려해야 합니다.

3. 필렛 디자인으로 플라스틱 부품의 시각적 결함 방지

리브, 나사 보스, 주벽에 연결된 스냅과 같은 내부 구조물의 경우 필렛을 신중하게 고려해야 합니다. 이러한 부위에 필렛을 사용하면 소재가 국부적으로 두꺼워져 표면 싱크 자국이 생길 수 있습니다. 강도를 위해 필렛이 필요한 경우 필렛하기 전에 먼저 소재를 줄여야 합니다. 예를 들어, 나사 보스에서 재료를 줄이는 일반적인 방법은 "크레이터" 모양을 만드는 것입니다.

4. 필렛 설계를 위한 소프트웨어 작업

1). 구조 설계에서 마지막에 필렛 추가하기

• 혜택 1: 소프트웨어의 전반적인 모델링 속도를 향상시킵니다.
• 혜택 2: 드래프트 앵글 생성 시 필렛을 제거하는 번거로움을 피할 수 있습니다.

2). 하나의 명령으로 모든 필렛을 만들지 마세요. 나중에 쉽게 수정할 수 있도록 필렛을 유형별 또는 균일한 크기별로 그룹화하세요.

3). '전체 필렛'을 유연하게 사용하기

다양한 필렛 및 모따기 디자인 갤러리