工业设计之模具设计原则

工业设计,产品设计之模具设计原则
· 分模線
· 退縮傾斜
· 肉厚
· 加強及變形防止
· 凸轂
· 孔
· 螺紋成形
為使獲得合理成形品﹐設計必需對下列之一般通則注意﹒
分模線
為使成形品能自型模中取出﹐型模必需分模﹐此部份形成線縫或細線狀分模線﹒分模線(P.L)之選定必需注意下列各點﹕
(1)﹒不得位於顯明位置上及影響形狀﹒
(2)﹒不得由此形成低陷﹒
(3)﹒應位於加工容易之位置﹒
(4)﹒應對澆口位置及形狀考慮﹒
下列所示為各种成形品之實例﹒

外緣有輥紋或及手扭等型類之物品﹐盡可能留有緣邊﹐使”毛刺”及”澆口”切除加工容易﹒ 由於軟管接頭兩端有低陷段﹐因之使用”立式分模之分模線”

電熨斗握把之复雜分模線

牙刷柄之分模線位于制品最大寬度面上﹐使成形品脫模容易﹒再者模具嵌合線与其外形曲線一致﹐加工容易﹒ 圖5(a)所示之分模線為階段形者﹐型模制作及成形品加工困難﹐圖5(b)改用直線或曲面﹐如此可使加工變為容易﹒

分模線廢邊去除困難﹒圖6(b)由於附有加強邊緣﹐使變為容易﹒
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退縮傾斜
為使成形品在型模中脫出容易﹐退縮傾斜為必需者﹒退縮傾斜視成形品之形狀﹐成形材料之類別﹐模具构造﹐表面精度﹐以及加工方向等有所不同﹐普通場合﹐适當之退縮傾斜約為1/30~1/10(2º~1º)﹐實用之最小限界為1/120(1/2º)﹒有關退縮傾尚無正确數值及計算公式﹒大多情形﹐完全依据經驗值﹐在不生妨礙之情形下﹐退縮傾斜之范轉愈大愈佳﹒

下列示各种實例﹒
(1)﹒箱盒及蓋

設H為50mm以上者

H在100mm以上者

類似淺形薄件

杯形物品之退縮傾斜﹐型穴側應較心型側略為放大﹒
(2)﹒柵格

柵格形狀﹐尺寸及柵格部全部面積之尺寸﹐使退縮傾斜量有若干差异﹒
1)﹒柵格節距(P)在4mm以下之場合﹐退縮傾斜為1/10左右﹒
2)﹒柵格段尺寸(C)較大者﹐退縮傾斜應予加大﹒
3)﹒柵格高度(H)超過8mm﹐更有上列2)所示之情形﹐將成形品可動側型穴作1/2H以下之柵格﹒
(3)﹒縱肋

大多使用於增強﹐縱肋之退縮傾斜﹐一般情形﹐側壁肉厚之尺寸A及B已經決定﹐此种場合﹐最常用以表示退縮傾斜﹒

圖9(a)示內側壁縱肋﹐圖9(b)示外側壁之加強肋﹒
A=TX(0.5~0.7)
較少凸起之場合﹐亦得适用(0.8~1.0)﹒
由於工作上限制﹐
B=1.0~1.8mm.
(4)﹒ 底肋

底肋与縱肋有相同之作用﹐應作同樣之考慮﹐決定其退縮傾斜﹒
使用最多之退縮傾斜為

較少凸起之場合﹐亦得适用(0.8~1.0)
由於工作上限制
B=1.0~1.8mm
(5)﹒凸轂

凸轂与其他成形件以及金屬件組合使用﹒圖11示用於裝接自攻螺絲之凸轂之退縮傾斜尺寸例﹒

所用之自攻螺絲為3Ø
T 2.5~3.0 3.5
D 7 7 8
D’ 6 6.5 7
t T/2或/及1.0~1.5
d 2.6
d’ 2.3
H盡可能在30mm以下

圖12示凸轂高度在30mm以上﹐應有必需強度之凸轂例﹒
此种凸轂之退縮傾斜為
(固定側)
(可動側)
固定側之退縮傾斜較可動側者為大﹒
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肉厚
肉厚以各處均一為原則﹒但由於成形品之构造﹐或成形上肉厚必需變化者﹐并且由于經濟原因亦需對肉厚作适當之必需變化﹒
決定肉厚必需考慮下列各點﹒
(1)﹒构造強度﹒
(2)﹒脫模強度﹒
(3)﹒能均勻分散沖擊作用力﹒
(4)﹒嵌合金屬件部份開裂防止(成菁材料与金屬之膨脹不同﹐收縮時發生開裂﹒)
(5)﹒穴﹑孔﹑嵌合金屬件部使用熔接加強﹒
(6)﹒薄肉部防止﹒
(7)﹒厚肉部防止﹒
(8)﹒棱銳部及肉部陰礙流動﹐應防止充填不足﹒
肉厚(t)對各种成形材料可能之充填距离(L)之值匯列於表3中﹒
表2 一般使用之肉厚范圍
材料 肉厚
聚乙烯 0.9~4.0
聚丙烯 0.6~3.5
聚醯酯 0.6~3.0
聚乙醯酯 1.5~5.0
聚苯乙烯(一般用)及丙烯睛苯乙烯(AS) 1.0~4.0
丙烯樹脂 1.5~5.0
硬質氯化聚乙烯 1.5~5.0
聚碳酸酯樹脂 1.5~5.0
醋酸纖維素 1.0~4.0
A.B.S. 1.5~4.5
表3 L/t与射出壓力之關系
材料 L/t 射出壓力(kg/cm2)
硬質氯化聚乙烯 160~120140~100110~70 1200900700
軟質氯化聚乙烯 280~200240~160 900700
聚碳酸酯樹脂 150~120130~90 1200900
聚醯酯 320~200 900
聚苯乙烯 300~260 900
聚乙烯 240~200 700
聚丙烯 140~100 500
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加強及變形防止
(1) 角隅連接半徑”R”
面与面之接合角隅有應力集中﹒為使減少變形﹐角隅應以R連接﹐使內應力分散﹐同時材料流動亦較容易﹐對突出段之強度亦屬有利﹒

R/T在0.3以下﹐應力激劇增加﹐0.8以是几無應力集中效應﹒

圖14(a)內面角隅以肉厚之1/2作R連接﹐能將應力集中減少﹐此种場合肉厚增加1/3﹒圖14(b)外棱面以肉厚之1.5倍作R連接﹐為最佳之情況﹒
(2) 變化肉厚及形狀
此种方法大多使用於對側壁之邊緣之剛性﹒此除對變形增強強度外﹐尚有使肉厚及收縮有均一之效果﹐此外﹐於材料流動不良之場合﹐此种增強之意義﹐僅用於使材料流動改善﹒

圖15為在箱之側壁作帶狀增強之例﹐圖16為同樣之箱﹐側壁有變形防止效果之方法﹒圖17為箱邊緣之各种增強例﹒

平面部最易翹曲﹐為減少此种變形﹐在平面都周邊﹐如圖18所示﹐設置凹槽或波形槽以增強之﹒

一項最需注意之點為底部﹒底部平面上經由波形槽(圖19(a)),凹入形(圖19(b))﹐底周邊以R連接(圖19(c))﹐使應力分散﹐以增強強度﹐防止變形﹒

底部大之場合﹐周邊接合R放大(圖20(b))﹐或設置效果較大之分層底部(圖20(c))﹒
(3) 加裝增強肋
增強肋之效果為不增加肉厚厚度而持有剛性及強度﹐在廣平面之場合﹐亦用以防止翹曲﹒

圖21(a)為對壁(A)作用厚度之增強肋場合﹐增強肋根圓之面積約增加5%﹐產生縮陷﹒圖21(b)之增強肋厚為壁厚之1/2場合﹐增強肋根圓面積約增加20%﹐不致產生縮陷﹒由於此點﹐与其加厚增強肋之厚度﹐不如增加其數量﹐再者﹐增強肋間不間隔盡可能在壁厚之4倍以上﹒在必要時﹐增強肋之厚度得為壁厚之50%~80%以上﹒
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凸轂
凸轂為穴之增強及組合時之嵌入﹐并有适當之高度﹐用以契合﹒此与增強相同﹐肉厚過厚成為縮陷之原因﹒
凸轂轂筒過高﹐由於空气聚集﹐容易引起气孔及充填不足﹐應盡量予以避免﹒如必需有高轂部者﹐則應在凸轂之側面設置增強肋﹐使材料流動成為容易﹐并可用為增強件﹒

圖22所示之凸轂亦為底座﹐設置於內側﹒亦為底座場合﹐如圖所示﹐凸轂凸出於座面0.3~0.5為佳﹒

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孔
孔為成形品上所必需者﹐良好之位置可得良好之使用﹒孔在成形品上經由熔合留出者﹐為強度減弱之主要原因﹐必需注意下列各點﹒
(1) 孔与孔間之距离取用孔徑之兩倍以上﹒

(2) 孔之周邊肉厚加厚﹒

(3) 孔与制品邊緣之距离符合孔徑之3倍以上﹒

(4) 与成形材料流動向成直角之未穿孔﹐孔徑在1.5mm以下之場合﹐型心銷有彎曲之虞﹐孔深(L)不能達到孔徑(D)之兩倍﹒

(5) 与突出銷配合孔﹐上下孔間有偏心之虞者﹐則可將任何一側之孔放大﹒

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螺紋成形
适用JIS標准之公制螺紋﹐惠氏螺紋﹐但亦得應用其他特型螺紋﹐所有螺紋之配合公差為能配合﹐為重要之事項﹒
下列各點必需充份注意﹒
(1) 避免使用每吋32紋(螺距0.75mm)以下之螺紋﹒
(2) 長螺紋由於收縮關系﹐螺距發生差异﹐應避免使用﹒
(3) 避免使用於公差小於收縮量之場合﹒
(4) 螺紋配合徑需有0.1~0.4左右之間隙﹒
(5) 螺紋段必需有1/15~1/25之退縮傾斜﹒
(6) 圖31(b)﹐圖32(b)薄緣及切通之型模工作﹐對使用壽命不适當﹒使用圖(a)較佳﹒

(7) 組合件旋裝進入方向應如”矢”標所示﹒圖31(a),圖32(a).
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