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押出成型 DFM 設計指南:產品開發者必懂的 5 大關鍵原則

在產品開發中,導入製造可行性設計DFM, Design for Manufacturability)是連結概念與量產的關鍵橋樑。對於採用押出成型的產品(如型材、管件、密封條)而言,在設計初期就遵循 DFM 原則,能大幅降低模具成本、縮短開發週期並顯著提升產品質量。

以下是產品開發人員在設計押出件時,必須掌握的 5 個核心原則。

1. 保持均勻一致的壁厚

這是押出設計中最重要的原則。如果產品的壁厚差異過大,較薄的部分會冷卻較快,而較厚的部分冷卻較慢。這種冷卻不均勻會產生內部應力,最終導致產品翹曲、變形或尺寸不穩定。盡可能保持整個剖面壁厚一致,是確保成品精度的首要條件。

2. 多使用圓角,避免尖銳直角

在設計中應盡量使用圓角來取代尖銳的直角。

  • 簡化模具: 尖角會增加模具加工的難度與成本,也更容易磨損。
  • 增加強度: 圓角有助於分散應力,而尖角會造成應力集中點,使產品在該處變得脆弱易裂。
  • 改善流動: 圓角能讓熔融的塑膠流動更順暢,減少模具內的阻力。

3. 了解並設定合理的公差

產品開發者必須理解,押出成型在精密度上天生就不如 CNC 加工射出成型。塑膠在冷卻過程中會收縮,要達到極度嚴苛的公差非常困難且成本高昂。在不影響功能的前提下,應盡量放寬公差範圍。在設計圖上明確標示出關鍵尺寸的公差,並與製造商充分溝通。

4. 盡可能簡化剖面設計

剖面設計越複雜,生產控制的難度就越高。過於複雜、不對稱或帶有過多中空腔體的設計,會使塑膠流動難以預測,導致壁厚不均或成品缺陷。在滿足功能需求的前提下,盡可能追求對稱、簡潔的設計,有助於提高生產良率與穩定性。

5. 早期確認材料特性

材料的選擇(如 PVC, ABS, PC 或 TPE)會直接影響設計。不同材料的流動性、收縮率、硬度與耐候性截然不同。一個適用於硬質 PVC 的設計,可能完全不適用於軟質 TPE。必須在設計初期就將材料特性納入考量,以確保設計與材料能夠完美匹配。

總結

遵循押出的 DFM 原則,能讓您的設計從一開始就站在有利的基礎上。透過均勻壁厚、使用圓角、設定合理公差、簡化設計並考量材料特性,您將能更順利地將產品投入量產,並有效控制成本。

DFM 關鍵:10 個必須遵守的塑膠射出成型設計原則

什麼是 DFM? 為什麼它能幫您省錢?

DFM (Design for Manufacturability),即可製造性設計,是產品開發中最重要、也最常被忽視的階段。

許多產品在 3D 軟體 (CAD) 中看起來很完美,但一拿到工廠估價,卻得到無法生產或成本太高的回覆。

DFM 的核心理念是:在設計階段,就充分考慮到量產時的限制與可行性。

一個好的 DFM 能幫您省下鉅額成本,因為它能:

  1. 降低模具複雜度: 避免昂貴的 滑塊斜銷 機構。
  2. 降低生產週期: 透過優化冷卻時間(例如均勻肉厚)來提高產能。
  3. 降低不良品率

10 大塑膠射出成型 DFM 設計原則

原則 1:保持均勻的肉厚

這是 DFM 的黃金法則。塑膠冷卻時會收縮,若肉厚不均,薄的區域會先冷卻固化,厚的區域則會後冷卻,並產生拉扯應力。

  • (X) 錯誤: 肉厚急遽變化。
  • (O) 正確: 盡可能保持整個零件的肉厚一致。
  • 為何重要?避免設計缺陷和產品翹曲變形。

原則 2:設定合理的拔模角

拔模角是指零件側面相對於脫模方向的一個微小角度。

  • (X) 錯誤: 垂直的側面 (0 度角),導致產品在頂出時被模具刮傷。
  • (O) 正確: 依據表面粗糙度,設定 1 至 3 度的拔模角。
  • 為何重要? 幫助產品順利脫模,避免刮痕。如果產品表面有「咬花」(Texture),尤其是紋路越粗的表面,脫模時的摩擦力就越大。因此,粗糙的表面需要比光滑面更大的拔模角(通常需要 3-5 度)才能避免刮傷。

原則 3:避免尖銳的內角 (Use Radii)

塑膠流體不喜歡尖銳的轉角。尖角會阻礙流動,並在成品上產生巨大的應力集中。

  • (X) 錯誤: 零件內側有 90 度尖角 (R=0)。
  • (O) 正確: 增加圓角 (R 角)。建議的內 R 角至少是肉厚的 0.5 倍 (R ≥ 0.5T)。
  • 為何重要? 避免應力集中導致產品脆裂,並有助於塑膠充填。

原則 4:正確設計「肋」

當您需要增加產品強度時,首選不是加厚,而是加肋

  • (X) 錯誤: 肋的根部太厚,導致其對應的外觀面產生縮水
  • (O) 正確: 肋的厚度應為主要肉厚的 50% – 60% (Rib Thickness ≈ 0.6T)。
  • 為何重要? 以最少的材料達到最大的結構強度,同時避免外觀缺陷。

原則 5:正確設計「柱」

「柱」(或稱螺絲柱) 用於鎖固螺絲或組裝定位。

  • (X) 錯誤: 柱子直接連到外牆,或柱子本身是實心厚肉。
  • (O) 正確: 柱子應透過與側壁相連,且柱子根部厚度需遵守原則 4,以避免縮水。
  • 為何重要? 確保螺絲鎖固的強度,並防止外觀面出現縮水凹陷。

原則 6:盡可能避免倒鉤

倒鉤是指任何妨礙零件垂直脫模的特徵,例如側面的孔、卡榫或凹槽。

  • (X) 錯誤: 隨意設計卡榫。
  • (O) 正確: 重新審視設計,是否能透過開孔更改開模方向來消除倒鉤。
  • 為何重要? 這是模具成本的最大殺手。處理倒鉤需要複雜機構,會使模具成本飆升。

原則 7:考量澆口位置

澆口是塑膠進入模腔的入口。它的位置會決定產品的一切。

  • (X) 錯誤: 將澆口設在薄弱的結構上,或顯眼的外觀面。
  • (O) 正確: 將澆口設在產品最厚、最強壯、且最不影響外觀的地方。
  • 為何重要?澆口位置會影響結合線的位置、翹曲方向,並在產品上留下一個永久的澆口痕跡。

原則 8:預測並管理結合線

當兩股 (或多股) 塑膠流在模腔中相遇時,會形成一條「結合線」。

  • (X) 錯誤: 讓結合線出現在產品承受應力的地方 (如卡榫根部)。
  • (O) 正確: 透過更改澆口位置,將結合線推到不影響功能或外觀的區域。
  • 為何重要? 結合線是產品上最脆弱的地方,強度僅有原料的 60-80%,且會影響外觀。

原則 9:材料的選擇

DFM 不只是形狀設計,也包含材料。

  • (X) 錯誤: 設計完成後才隨便挑選材料。
  • (O) 正確: 材料百科
  • 為何重要? 不同的塑膠有不同的收縮率。例如 PA (尼龍) 收縮率高,PC 收縮率低,模具必須根據指定材料來精密加工。

原則 10:文字與 Logo 的設計

在產品上添加文字或 Logo 時,凸字比凹字更好。

  • (X) 錯誤: 在產品上設計凹字。(這代表要在「模具」上做出「凸字」,加工困難且易磨損)。
  • (O) 正確: 在產品上設計凸字。(這代表在「模具」上是凹字,可直接用 CNC 或 EDM 加工出來)。
  • 為何重要? 凸字的模具加工成本更低,且模具壽命更長。