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플라스틱 제품의 구조 설계를 위한 완벽한 가이드

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플라스틱 제품 구조 설계 주요 이미지

플라스틱 제품의 가장 기본적인 부분은 사실 플라스틱 제품의 구조 설계입니다. 많은 사람들이 플라스틱 제품의 구조 설계가 어렵다고 말하는데, 정확히 무엇이 어려운 것일까요?

앞서 플라스틱 제품 개발 과정에 대해 알아보았습니다. 번거로운 과정을 통해 우수한 플라스틱 제품 디자인은 변화하는 수요에 적응하고 비용을 관리할 뿐만 아니라 우수한 생산 효율을 보장해야 한다는 것을 어렵지 않게 알 수 있습니다. 또한 설계의 복잡성, 신뢰성, 정확성으로 인해 제품 구조 설계의 업무량도 상당합니다. 따라서 설계자는 뛰어난 기술 및 엔지니어링 능력, 예리한 시장 통찰력, 새로운 기술과 끊임없이 변화하는 수요에 대한 관심이 필요합니다.

변화하는 수요와 예리한 시장 통찰력은 차치하고서라도, 제품의 구조적 설계 자체도 여러 측면을 고려해야 합니다. 다음 가이드는 이러한 측면을 명확하게 짚어줍니다:

01. 벽 두께

대형 부품의 경우 구조 설계에서 벽 두께는 일반적으로 2.4~3.2mm이며, 소형 부품의 경우 약 1.0mm이며, 구체적인 치수는 제품 설계 요구 사항을 준수합니다. 벽 두께는 가능한 한 균일해야 합니다. 특수한 상황에서는 특정 영역이 약간 더 두껍거나 얇을 수 있지만, 성형 사출 제품 표면에 응력 자국이 생기지 않도록 점진적인 전환이 필요합니다(전환 크기는 제품 벽 두께의 5배 이상일 것을 권장합니다).

벽 두께 선택에 영향을 미치는 요소

a) The plastic material used. Different materials have different 수축률 and fluidity during 사출 성형를 입력하면 권장 벽 두께에 영향을 줍니다. (쉘 두께의 경우 경험적 데이터는 대략 기계의 가장 큰 치수/100mm가 될 수 있습니다.)

b) 외부의 힘이 견뎌냈습니다. 힘이 클수록 벽은 더 두꺼워야 합니다. 특별한 경우에는 금속 부품을 사용하거나 강도 검사를 실시해야 합니다.

제품의 권장 벽 두께 값은 다음과 같습니다:

플라스틱 소재최소 벽 두께소형 부품에 권장되는 벽 두께중간 크기 부품에 권장되는 벽 두께대형 부품에 권장되는 벽 두께
나일론0.450.761.52.4~3.2
PE0.61.251.62.4~3.2
PS0.751.251.63.2~5.4
PMMA0.81.52.24~6.5
PVC1.21.61.83.2~5.8
PP0.851.541.752.4~3.2
PC0.951.82.33~4.5
POM0.81.41.63.2~5.4
ABS0.812.33.2~6

c) 안전 규정. 예를 들어 내압 요구 사항(벽이 두꺼울수록 내압이 커짐), 가연성 요구 사항 등이 있습니다.

02. 갈비뼈 강화

대부분의 플라스틱 제품 구조 설계에 보강 리브가 있는 이유는 리브가 전체 벽 두께를 늘리지 않고도 강도를 높일 수 있어 대형 부품과 응력이 가해지는 부품에 특히 유용하고 제품 변형을 방지할 수 있기 때문입니다. 보강 리브의 두께는 일반적으로 전체 벽 두께의 0.5~0.75배(0.6배 미만 권장)이며, 0.75배보다 크면 제품이 수축하기 쉽습니다.

두 가지 유형의 수축
두 가지 유형의 수축

외관 요구 사항(광택 표면)이 높은 플라스틱 부품의 경우 뒷면 보강 리브의 바닥 두께는 B≤0.5T를 권장합니다. 금형 설계 및 후속 공정 조정에 자신 있는 경우 B>0.56T로 설계할 수 있지만 나중에 조정하기 어려우므로 0.7T를 초과하지 않는 것이 좋습니다. 다른 플라스틱 소재에 대한 보강 리브의 두께가 반드시 B≤0.5T를 따르는 것은 아니라는 점에 유의해야 합니다.

보강 리브 두께에 대한 설계 참조(기본 벽 두께 대비)
자료최소 싱크 마크약간의 싱크 마크
PC50%66%
ABS40%60%
PC+ABS50%66%
PA30%40%
강화된 PA33%50%
PP30%40%
강화 PP33%50%

주의가 필요한 보강 설계의 측면

1. 여러 개의 보강 리브가 교차하여 연결되는 경우, 재료가 국부적으로 쌓이지 않도록 주의하고 뒷면에 수축 자국이 생기지 않도록 다음 설계 방법을 권장합니다.

구조 설계에서 철근 횡단면의 설계 유형 비교
구조 설계에서 철근 횡단면의 설계 유형 비교

2. 보강 리브를 외벽에 연결할 때는 리브가 외벽과 수직을 이루도록 하세요.

보강 리브는 외벽에 수직으로 유지됩니다.

3. 공간이 허락한다면 가파른 경사면에는 보강 리브나 보스를 설계하지 말고, 불가피한 경우 수축을 방지하는 조치를 취하세요.

싱크 마크 방지 처리
싱크 마크 방지 처리

4. 보강 리브의 두께가 주벽 두께에 비례하지 않고 매개변수와 위치를 변경할 수 없는 경우 수축 자국의 가시성을 줄이기 위해 외관을 변경하는 것을 고려하세요(이 방법은 제어하기 어려우므로 신중하게 사용해야 합니다).

싱크 마크의 가시성 감소
싱크 마크의 가시성 감소

03. 구배 각도

Plastic products require a 구배 각도 in structural design, except for those with shallow heights (such as a flat plate) or special requirements (but when side walls are large and without a draft angle, a row position is needed). The draft angle usually ranges from 0.5-5 degrees, typically around 2 degrees, but this varies based on product size, height, and shape, with the principle of ensuring smooth demolding without affecting functionality.

The draft angle for the mold cavity should generally be 0.5 degrees greater than that of the mold core to ensure the product remains in the mold core when opening. Generally, areas like shut-offs, 삽입, and kiss-offs need a draft angle.

아래 표는 다양한 소재에 대한 드래프트 각도를 권장합니다:

자료구배 각도
몰드 코어몰드 캐비티
ABS35'~1°40'~1°20′
PS30'~1°35'~1°30′
PC30’~50′35'~1°
PP25’~50′30'~1°
PE20’~45′25’~45′
PMMA30'~1°35'~1°30′
POM30'~1°35'~1°30′
PA20’~40′25’~40′
HPVC50'~1°45′50'~2°
SPV25’~50′30'~1°
CP20’~45′25’~45′
갈비일반적으로 0.5°, 최소 0.25°

주의가 필요한 구배 각도 선택의 측면

1. 표면이 광택이 있고 수축률이 낮은 고정밀 요구 사항이 있는 플라스틱 부품의 경우 0.5°와 같이 더 작은 구배 각도를 선택합니다.

2. 키가 크고 사양이 큰 경우 특정 계산에 따라 더 작은 구배 각도를 선택해야 합니다.

3. 수축률이 높은 플라스틱 부품의 경우 더 큰 각도를 선택합니다.

4. 벽이 두꺼워 금형이 더 단단히 닫히는 플라스틱 부품의 경우 구배 각도에 대한 더 큰 표준 값을 선택해야 합니다.

5. 스크래치 방지를 위해 완전 투명 부품의 구배 각도를 높여야 합니다. 일반적으로 PS 소재의 경우 구배 각도는 2.5°~3° 이상이어야 하며, ABS 및 PC 소재의 경우 1.5°~2° 이상이어야 합니다.

6. 텍스처 또는 샌드블라스팅 처리가 된 플라스틱 부품의 경우 텍스처의 깊이에 따라 구배 각도는 2°에서 5° 사이가 되어야 합니다. 텍스처가 깊을수록 구배 각도가 커져야 합니다.

04. R 코너

특별한 요구 사항이 날카로운 모서리를 지정하는 영역을 제외하고 플라스틱 제품은 일반적으로 응력 집중을 줄이고 플라스틱 흐름을 촉진하며 탈형을 용이하게 하기 위해 구조 설계에서 모서리를 둥글게 처리합니다.

1. 제품 설계에 특별한 요구 사항이 없는 경우, 전이 반경(R)은 인접한 재료 두께(t)에 따라 결정되며, 내부 모서리 반경은 일반적으로 재료 두께의 0.50~1.50배 범위이지만 최소 반경은 0.30mm 이상이어야 합니다.

좋은 코너와 나쁜 코너 디자인
좋은 코너와 나쁜 코너 구조 설계

2. 제품의 내부 및 외부 표면에 둥근 모서리를 디자인할 때는 벽 두께를 균일하게 유지합니다.

모서리를 디자인할 때 벽 두께를 균일하게 유지해야 합니다.
모서리를 디자인할 때 벽 두께를 균일하게 유지해야 합니다.

3. 플라스틱 제품의 구조 설계에서 특히 특별히 필요한 경우가 아니면 금형 절단면의 모서리가 둥근 모서리를 피하십시오. 절단면의 모서리가 둥글면 금형 제작의 난이도가 높아지고 제품 표면에 용접선이 남게 되어 외관에 영향을 미칩니다.

이별 선은 모서리가 둥글지 않아야 합니다.
이별 선은 모서리가 둥글지 않아야 합니다.

4. 제품 외부와 내부에서 만질 수 있는 표면에는 날카로운 모서리가 있어서는 안 됩니다. 필요한 경우, 휴대용 전자 제품 디자인에서 특히 중요한 손가락 베임 방지를 위해 모서리를 최소 반경 0.30mm로 모따기하세요.

긁힘을 방지하는 둥근 모서리
긁힘을 방지하는 둥근 모서리

구멍

홀은 제품 구조 설계에서 흔히 사용되며 일반적으로 원형 홀과 비원형 홀의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 구멍의 위치를 설계할 때는 플라스틱 부품의 강도를 손상시키지 않으면서 금형 가공의 어려움을 최소화하는 것이 목표가 되어야 합니다.

홀에 대한 일반적인 설계 요구 사항

치수 사양(나사 기둥의 내부 구멍 제외):

구멍의 치수 사양
구멍의 치수 사양

치수 A는 구멍 사이의 거리입니다. 구멍의 직경이 3.00mm 미만인 경우 A의 값은 D보다 크지 않은 것이 좋으며, 직경이 3.00mm를 초과하는 경우 A는 구멍 직경의 0.70배가 될 수 있습니다.

치수 B는 구멍에서 가장자리까지의 거리이며, B의 값은 D보다 크지 않은 것이 좋습니다.

구멍 지름과 깊이의 관계

치수 사양(나사 기둥의 내부 구멍 제외):

구멍 지름과 깊이의 관계
구멍 지름과 깊이의 관계

치수 A는 블라인드 홀의 깊이로, 5D를 초과하지 않는 것이 좋습니다. 일반적으로 A는 길이 대 직경 비율이 4mm를 초과하지 않는 2D 미만입니다.

D ≤ 1.5mm인 경우 A ≤ D. 블라인드 홀의 바닥 벽 두께는 1/6D 이상이어야 합니다.

치수 B는 관통 구멍의 깊이로, 10D를 초과하지 않는 것이 좋습니다.

스텝 홀

스텝 홀은 다이어그램과 같이 직경이 다른 여러 개의 동축으로 연결된 구멍으로 구성되며, 구멍의 깊이는 단일 직경의 구멍보다 더 깁니다.

스텝 홀
스텝 홀

각진 구멍

홀의 축을 금형 개구부 방향과 정렬하면 코어를 당길 필요가 없습니다. 각진 홀과 복잡한 모양의 홀을 성형하는 방법의 경우, 분할 코어를 사용하여 측면 코어 당김 구조를 피할 수 있습니다.

측면 구멍 및 홈

플라스틱 제품에 측면 구멍과 홈이 있는 경우, 쉽게 탈형할 수 있도록 슬라이더 또는 측면 코어 풀링 구조를 설정해야 하므로 금형 구조가 복잡해지고 비용이 증가합니다. 이에 따라 제품 구조를 개선할 수 있습니다. 아래 그림과 같이 측면 홀이 있는 디자인(A)에서 측면 홈이 있는 디자인(B)으로 변경합니다.

측면 구멍 구조 개선
측면 구멍 구조 개선

나사 헤드 홀 디자인

아래 그림에서 볼 수 있듯이 나사 머리 구멍의 바람직한 형태는 (a)에 나와 있습니다. 구조에 (b)와 같은 형태가 필요한 경우, 구멍 표면의 균열을 방지하기 위해 테이퍼 표면이 끝면보다 0.50mm 이상 아래에 있어야 합니다.

나사 헤드 홀 디자인
나사 헤드 홀 디자인

구멍의 가장자리 구조

구멍 가장자리에 완전한 모따기 또는 반경을 디자인하는 것은 비현실적이며, 구멍 가장자리에는 최소 0.4mm의 직선 피처가 있어야 합니다.

구멍의 가장자리 구조
구멍의 가장자리 구조

보스

보스는 일반적으로 샤프트 홀 피팅을 통해 두 개의 플라스틱 제품을 조립하거나 셀프 태핑 나사를 조립하는 데 사용됩니다. 보스의 높이가 높지 않고 금형에서 이젝터 슬리브를 사용하여 이젝팅하는 경우 구배 각도가 필요하지 않을 수 있습니다. 그러나 보스의 키가 큰 경우 외부에 크로스 리브(보강재)를 추가하는 것이 일반적입니다. 이러한 크로스 리브는 일반적으로 1~2도의 구배 각도를 가지며, 상황에 따라 보스 자체에도 구배 각도가 필요할 수 있습니다.

보스가 포스트(또는 다른 보스)와 짝을 이루는 경우, 각 보스를 가공하는 동안 발생할 수 있는 위치 오차를 수용하기 위해 일반적으로 피팅 간격을 일방적으로 0.05-0.10으로 설정합니다. 셀프 태핑 나사 조립에 보스를 사용하는 경우, 나사를 단단히 고정할 수 있도록 내부 구멍이 한쪽 나사 직경보다 0.1-0.2mm 작아야 합니다. 예를 들어 M3.0 셀프 태핑 나사로 조립할 때 보스의 내부 구멍은 일반적으로 Ф2.60-2.80mm로 만들어집니다.

삽입

플라스틱 성형 공정에서 성형 중 또는 성형 후에 삽입되는 볼트, 단자 등의 금속 또는 기타 재료 부품을 통칭하여 플라스틱 부품 내 인서트라고 합니다. 인서트는 제품의 기능을 향상시키거나 장식적인 목적으로 사용될 수 있습니다.

플라스틱 부품의 인서트는 종종 패스너 또는 지지 요소로 사용됩니다. 또한 인서트는 제품 설계에 수리 용이성, 교체 용이성 또는 재사용성이 필요한 경우 일반적인 조립 방법입니다. 그러나 기능적 또는 장식적 목적에 관계없이 인서트의 사용은 최소화해야 합니다. 그 이유는 인서트를 통합하려면 추가 처리 단계가 필요하므로 생산 비용이 증가하기 때문입니다. 인서트는 일반적으로 금속으로 만들어지며 구리가 가장 일반적인 소재입니다.

인서트의 모양 및 구조 요구 사항

1. 금속 인서트는 절단 또는 스탬핑 공정을 통해 만들어지므로 제조에 도움이 되는 모양이어야 합니다.

2. 충분한 기계적 강도(재질, 치수)가 있어야 합니다.

3. 사용 중 인서트가 빠지거나 회전하지 않도록 인서트와 플라스틱 매트릭스 사이에 적절한 결합 강도가 있어야 합니다. 인서트 표면에는 환형 홈이나 크로스해칭이 있어야 하며, 응력 집중으로 인한 손상을 방지하기 위해 날카로운 각도를 피해야 합니다. 가능하면 원형 또는 대칭 모양을 사용하여 균일한 수축을 보장해야 합니다.

4. 원형 구멍이 금형 가공에 가장 용이하므로 금형 내에서 쉽게 배치하고 배치하려면 인서트의 외부로 뻗어 있는 부분(금형에 배치되는 부품)이 원통형이어야 합니다.

5. 플래시를 방지하려면 인서트에 씰링 보스와 같은 구조가 있어야 합니다.

6. 성형 후 인서트의 스레딩, 끝면 절단, 플랜지 등 2차 가공이 용이하도록 설계해야 합니다.

구조 설계의 인서트
구조 설계에 삽입

인서트가 포함된 플라스틱 제품을 설계할 때는 인서트가 금형 내에 정확하고 안정적으로 배치될 수 있도록 하는 것이 중요합니다. 또한 인서트가 성형 부품과 견고한 연결을 형성해야 하는데, 캡슐화 재료가 너무 얇으면 어려울 수 있다는 점을 고려하는 것도 중요합니다. 또한 플라스틱이 누출되지 않도록 설계해야 합니다.

제품 표면 텍스처

플라스틱 제품의 표면은 매끄러운 표면(광택 금형 표면), 스파크 에칭(구리 EDM 가공 금형 캐비티), 다양한 패턴의 에칭 표면(패턴 표면) 및 각인 표면이 될 수 있습니다. 텍스처의 깊이가 깊거나 텍스처가 많으면 이형 저항이 증가하여 이형 각도가 그에 따라 증가해야 합니다.

텍스트 및 패턴

플라스틱 제품의 텍스트와 패턴은 돌출된 표면과 오목한 표면의 두 가지 형태로 제공됩니다. 일반적으로 두 가지 가공 방법이 있습니다. 작은 텍스트와 패턴은 금형 에칭으로, 약간 큰 텍스트와 패턴은 금형에 직접 가공하는 것입니다. 텍스트의 크기는 성형에 도움이 되고 날카로운 각도를 피해야 합니다.

1. 플라스틱 제품의 텍스트와 패턴은 금형에 오목하게 들어간 표면을 사용하여 금형 가공을 간소화하는 것이 가장 좋습니다. 구조상 표면에 돌출된 부분이 없어야 하는 경우에는 텍스트나 패턴이 위치할 오목한 영역을 일정 깊이로 만든 다음 오목한 부분 내에서 텍스트나 패턴을 올릴 수 있습니다. 이렇게 하면 구조적 요구 사항을 충족하는 동시에 금형 제작이 용이해집니다.

플라스틱 제품의 텍스트와 패턴은 표면을 돌출시키는 데 사용하는 것이 가장 좋습니다.
플라스틱 제품의 텍스트와 패턴은 표면을 돌출시키는 데 사용하는 것이 가장 좋습니다.

2. 플라스틱 제품의 경우 돌출된 텍스트와 패턴의 높이는 일반적으로 0.15~0.30mm이며, 오목한 텍스트와 패턴의 깊이는 0.15~0.25mm입니다.

3. 텍스트 크기 사양:

구조 설계의 텍스트 크기 설명
구조 설계의 텍스트 크기 설명
  • 치수 A는 텍스트 획의 너비로, 0.25mm 이상을 권장합니다.
  • 치수 B는 두 문자 사이의 간격으로, 0.40mm 이상을 권장합니다.
  • 치수 C와 D는 문자에서 가장자리까지의 거리로, 0.60mm 이상을 권장합니다.
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