产品设计工艺

注塑产品的设计工艺
虽然塑料之产品设计非常复杂，但总有一些基本之原理方法来减少一些成形上及产品功能上所发生的问题。

以下所探讨的是在设计上所须注意的基本细节，俾能在未来更复杂的产品设
计上有所助益。

2-3-1 壁厚(wall thickness)
通常产品必须具均匀的壁厚，如果变化不可避免，则利用转换区的方法来防止突然的变化如图2-1，且浇口位于较厚处以防止充
填不满。

不均匀的壁厚会造成严重的翘曲及尺寸控制的问题。

如果产品须要较高的强度，从成本的观点上来看，用肋(ribs)比增加壁厚要好的多。

但如果产品须要好的外观表面时，则因凹陷痕(sink marks)会在表面上产生，故须避免之。

若非得用肋不可时：则应尽量让凹陷痕出现在肋的另一面或较不显眼处。

图2-2与2-3为使壁厚均匀的一些方法，图2-2乃利用肋及浮凸物(boss)，图
2-3则为利用铸空法(cornig)使设计更好。

总之，一般的原则就是能够利用最少的壁厚，完成最终产品所
须具备的功能。

表2-2为一般热塑性树脂制品之厚度表，表2-3则为热固性塑料制品之厚度表。

切莫将产品设计成具尖锐的边角，因为其刻痕(notch)状会造成应力集中，以致减少了产品之抗冲击力。

为了保证设计在安全的
应力范围内，我们须计算每个边角的应力集中因子。

如图2-4为悬桁(cantilever)的情形下，应力集中因子对半径／壁厚之图。

为了增加边角的强度及增进充模的能力，半径必须在壁厚的25％到75％之间，通常为50％，如图2-5所示。

2-3-3 倾斜角(draft angle)
为了使产品能够轻易的从模具内顶出，外壁必须设计成具倾斜的斜角，如图2-6所示。

通常每一英吋，0.5度的倾斜角是达成有效结果所能容许之最小值。

一般而言每一英吋1度是标准的做
法。

如果产品的深度须要增加，通常每增加0.001英吋之深度，须要增加1度额外之倾斜角。

2-3-4 肋及角板(gussets)
肋及角板能够有效的增加产品之刚性与强度。

适当的利用肋与角板不仅能够节省材料，减轻重量及减短成形周期，更能消除如厚横切面所造成的成形问题。

设计肋及角板时，我们有一些基本之
原则必须遵守，如
与壁厚比较，如果肋或角板太厚的话，则可预期的会产生凹陷痕，包气、翘曲、缝合线（造成内应力）及较长的成形周期。

肋之形状最好设计成如图2-2所示，乃因用窄形之肋骨以代替大
而厚之肋骨，可减少塑料之消耗。

并且肋及角板必须被置于能够方便流动的位置，如此才能够帮助产品的充填犹如内流道之作用。

否则，常会造成最后产品有烧焦之痕迹及包气等问题。

※注：角板乃是用作于边缘的支架，以提高强度。

2-3-5 浮凸物(bosses)
浮凸物之目的是用来连接组合螺丝钉、导销、栓或迫紧(force-fits)等作用。

设计浮凸物的最重要原则为避免其无支撑物，并尽量让其与外壁或肋相连如图2-9所示：一般而言，肋外径须为圆孔直径的2至2.5倍，以保证有足够之强度。

如果肋本身即与外壁间隔相当远，则最好加上角板如图2-10所示。

图2-11及图2-12为肋靠近外壁及远离外壁时，浮凸物之设计：
图2-13为浮凸物设计之范例：
2-3-6 孔洞及铸空(holes & coring)
在塑物上开孔洞或切口可使其和其它零件组合以达成更多之功能及更具吸引力。

图2-14为孔洞的一般类型。

全穿孔洞比半孔洞易于加工，因为前者之穿孔销可在两端寻得支撑，而后者由于只有一端获得支撑，易被熔融之塑流进入模穴时，使穿孔销偏心而造成误差。

所以，一般半穿孔之深度以不超过穿孔销直径两倍为原则。

若要加深半穿孔洞之深度则可用层次孔洞如图2-15所示。

由于塑流常会在穿孔针旁形成缝合线之故，我们可以将其先做成凹痕或小凹洞，成形后再以钻孔针予以钻孔，如此可防止缝合线造成之强度减少亦可降低模具成本如图2-16所示。

于成型大多数之热塑性塑料时，在洞壁和塑物外壁间之宽度至少要和孔洞之直径相等及孔洞与孔洞内壁间之厚度至少要和孔洞之直径相等如图2-17所示。

若为半孔洞，则其底部之壁厚至少须为其孔洞直径的1/6，否则模制后会膨胀如图2-18所示。

2-3-7 螺纹(threads)与嵌入物(inserts)
不管是外螺纹或内螺纹，皆可在模具内成型，避免了利用机械加工之麻烦。

设计内，外螺纹时，其基本规格设计须如图2-19所示。

内螺纹底部未螺纹化的直径必须等于或小于螺纹的最小直径如图
2-19(a)，A≧B。

若是外螺纹，则其底部未螺纹化的直径必须等于或大于螺纹的最大值径如图2-19(b)，B≧A。

成型螺纹必须避免具有如羽毛般的边，以免造成应力集中，使该区域强度变弱如图2-20。

用于塑料品的金属嵌入物，通常用以承担产品被磨损、撕裂的力量或用以与电气相连及装饰用。

嵌入物之类型有两种，一种为成
型前模内插入物，另一种为成型后插入物。

前者具中等或极粗的刻痕以提供足够的力量防止滑动，后者可螺纹化或是藉由热，超音波的方法来装置。

通常模制嵌入物时，我们须考虑以下几个因素：
‧插入物须能提供所需要的机械强度。

‧在所有的塑料中，塑模的嵌入物须不具挠性。

‧固定的壁厚必须围绕嵌入物之四周，以防止塑料冷却时发生裂化。

‧当插入物嵌入塑物中后，可能须要再修饰，二次加工等耗费金钱的步骤。

嵌入物必须与塑模打开或关闭的移动方向平行。

因为直角或斜角之插入物在模制时是非常困难且费成本的如图2-21所示。

不管是阴或阳之嵌入物，皆须要有一肩座，以防止塑料化合物流入螺纹中如图2-22所示，(a)不具肩座嵌入物，须避免之。

(b)为单一封合肩座。

(c)双封合肩座，此种最理想，但成本较高。

犹如孔洞设计的位置一样，插入物的位置设计方法与其大同小异。

设计插入物时除考虑机械应力外，由于嵌入物本身之高热膨胀系数，造成塑物之热应力亦须考虑。

所以当塑物冷却时，塑料会比金属收缩的还多，造成应力集中以致尔后插入物周遭龟裂。

预防的方法是，提供足够之塑料于插入物的四周或是增加嵌入物与外壁之距离。

表2-4为一些常用的塑料于嵌入物四周所须之最小厚度以避免龟裂。

2-3-8 尺寸公差(dimensional tolerance)
大部分的塑料成形品皆能维持相当紧密之尺寸公差，除了高收缩性的材料之外如PE，PP，Nylon，POM，EVA及软质PVC，其收缩率达到2％至3％，而一般热塑性制品的商业许可公差为±0.5％。

所以对于这些高收缩性材料必须指定较大之容许公差方行，因为其尺寸公差很难藉模具设计予以补救。

产品设计者在选定尺寸公差时要考虑使用之塑料材料、产品形状
及将来之使用条件等。

随着公差的严格要求，其制造加工精度与模具价格亦相对提高，所以产品设计者于图面上记入公差时，要审慎的设定适用于此公差的使用条件。

因此，产品设计者所设定之总公差应该包含了使用条件和环
境条件下的尺寸变化。