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什麼是吹脹比?控制中空成型壁厚與強度的黃金法則

你的瓶子為何一摔就破?

為什麼您的中空瓶罐在墜落測試時,總是從角落破裂?為什麼產品的壁厚如此不均勻,有些地方厚、有些地方卻薄如蟬翼?

答案很可能就藏在可製造性設計 DFM 階段一個最關鍵、卻常被忽視的參數:吹脹比。

什麼是吹脹比

吹脹比是一個簡單的數學比例,用來描述塑膠在模具中被拉伸的程度。

其定義是:模具型腔的最大直徑 ÷ 型胚或瓶胚的原始直徑。

這是一個黃金法則,因為它直接決定了材料被拉伸的極限。一個 1:1 的比例代表材料幾乎沒有拉伸;而一個 4:1 的比例,則代表材料的表面積被迫延展了數倍。

關鍵一:吹脹比如何決定壁厚與強度

吹脹比與壁厚成絕對的反比關係。

比例越高,代表型胚需要被拉伸得越薄,才能填滿整個模腔。這會導致兩個直接的後果:

  1. 整體壁厚變薄: 過高的吹脹比會使產品整體的平均壁厚不足。
  2. 壁厚嚴重不均: 塑膠在吹脹時,會優先填滿距離最近的區域。這導致瓶身(吹脹比小)的壁厚,遠大於瓶底角落(吹脹比最大)的壁厚。

這就是為什麼瓶罐的角落會一摔就破,因為它們通常是吹脹比最大的區域,壁厚也是成品上最薄、最脆弱的點。

關鍵二:吹脹比如何決定成型可行性

每種塑膠材料的物理拉伸能力都有其極限。

如果 DFM 階段設計的吹脹比過大,超出了材料的物理延展極限,熔融的型胚在吹氣過程中就會直接破裂,導致生產失敗。

專業建議: 優秀的製造商會建議將吹脹比控制在一個安全的範圍內,例如 3:1 或 2:1,具體取決於材料、產品形狀與壁厚要求。

如何優化吹脹比的設計?

  1. DFM 階段: 避免設計又寬又扁的瓶身、卻搭配極窄小的瓶頸,這會造成局部的吹脹比過大。
  2. 製程改善: 對於擠出中空成型,可以導入型胚編程,動態調整擠出型胚的厚度,預先在拉伸量大的區域提供更多材料,以補償高吹脹比帶來的過度薄化。

什麼是助拉成型?這是解決真空成型深度拉伸的關鍵

真空成型深度拉伸的天然限制

在真空成型製程中,最棘手的問題之一就是深度拉伸。當您試圖製作一個較深的盒子或外殼時,會發生一個不可避免的物理現象:

塑膠板材最先接觸模具的頂面或邊緣會停止拉伸,保持原始厚度;但側壁與底部的角落則會被這股拉力極度拉伸,變得像紙一樣薄。這會嚴重影響產品的結構強度與耐用性。

為了解決這個根本問題,助拉成型技術應運而生。

什麼是助拉成型?

助拉成型並不是一種獨立的成型方式,而是在真空成型機台上加裝的一套輔助裝置。

它通常是一個由耐熱材料製成、形狀類似產品內腔的栓塞或柱塞。

其核心作用是在抽真空之前,先以純機械方式將加熱軟化的塑膠板材預先推入模穴的深處,將材料做一次預分配。

助拉的運作原理 (三步驟)

助拉的介入,改變了材料的拉伸時機與分佈。

步驟一:板材加熱

如同標準的真空成型,塑膠板材被均勻加熱至理想的可塑狀態。

步驟二:助拉裝置下壓 (關鍵步驟)

在抽真空之前,助拉裝置從板材上方下降,將軟化的板材預先推擠並拉伸到模穴的深處。這一步能將更多材料預分配到底部與角落。

步驟三:啟動真空成型

助拉裝置停在定位後,真空系統立刻啟動,將已經被預拉伸過的板材完全吸附並貼合於模具的最終表面。

助拉成型的核心優勢

1. 大幅改善壁厚均勻度

這是最大的優勢。它解決了傳統真空成型角落過薄、頂部過厚的致命缺陷,使成品整體的強度更一致、更可靠。

2. 允許製造更深的產品

有了助拉,就能挑戰過去無法實現的深度拉伸比,製造出更深、更複雜的零件,拓展了真空成型的應用範圍。

3. 降低材料成本

由於壁厚更均勻,您可以使用更薄的起始板材來達到相同的最薄處強度要求,這能顯著降低量產時的材料成本。

何時需要使用助拉成型?

一個簡單的判斷法則是檢視拉伸比,也就是零件的深度與其開口寬度的比例。

專業經驗判斷: 當拉伸比大於 1:1 時,例如一個 10 公分寬、10 公分深的盒子,厚薄不均的問題就會非常明顯。此時,導入助拉成型是確保品質的必要手段。

對於拉伸比大於 2:1 的極限設計,助拉更是唯一的解決方案。

真空成型 DFM-7 個避免量產失敗的關鍵設計原則

什麼是 DFM? 為什麼它能幫您省錢?

DFM 即 Design for Manufacturability(可製造性設計)。在真空成型領域,DFM 甚至比射出成型更為重要。

一個在 3D 軟體中看似完美的設計,若沒有遵循 DFM 原則,在實際開模生產時,極可能發生拉伸破裂、角落過薄、表面刮傷、或成品卡死在模具上的災難。

真空成型的 DFM 是在產品設計階段就導入製造思維,確保產品能被高效、穩定且低成本地生產出來。在開模前花時間優化 DFM,是省下未來鉅額模具修改費與不良品成本的最佳途徑。

7 大真空成型 DFM 設計原則

您在發布文章時,強烈建議為以下每個原則都配上正確與錯誤的對比圖例。

原則一:設定足夠的拔模角

這是真空成型 DFM 的第一金科玉律,絕對必要。拔模角是零件側面相對於脫模方向的傾斜角度。
專業解析: 塑膠板材冷卻時會收縮並緊緊包住模具。如果沒有拔模角,成品會被牢牢卡住,強行頂出會導致產品變形、刮傷或模具損壞。

  • 建議: 所有垂直面至少應設定 3 度拔模角。
  • 表面咬花: 如果產品表面有咬花紋理,摩擦力更大,拔模角應增加到 5 度甚至 7 度以上。

原則二:R 角必須圓滑 Radii

塑膠板材不喜歡尖銳的轉角。
專業解析: 當軟化的板材被拉伸時,如果遇到 90 度尖角,該處的材料會被極度拉伸,導致厚度變得極薄,甚至直接破裂。同時,尖銳的內角也是應力集中點,使成品在受到輕微撞擊時就從角落開裂。

  • 建議: 所有內外轉角都應盡可能設計圓滑的 R 角。R 角半徑至少應等於 1 倍的材料厚度。

原則三:管理拉伸比

拉伸比是指零件的深度與其開口寬度的比例。
專業解析: 這直接決定了壁厚的均勻度。一個又深又窄的盒子,其底部和角落的材料會來自於最初的一小塊板材,導致該處被拉得非常薄,失去結構強度。

  • 建議: 拉伸比不宜過大,通常建議控制在 2:1 以內。若必須進行深度拉伸,可能需要使用更厚的板材,或改用壓力成型。

原則四:嚴格避免倒鉤

倒鉤是指任何阻礙零件從單一方向垂直脫模的特徵,例如側面的凹槽、卡榫或內勾。
專業解析: 在單面模具的真空成型中,倒鉤會導致成品 100% 卡死在模具上。雖然射出成型可用滑塊解決,但真空成型模具通常不具備此類複雜結構。設計時必須確保所有特徵都能從單一方向順利脫模。

原則五:公模成型 vs 母模成型

您的產品細節要放在哪一面,決定了模具的製作方式。 專業解析:

  • 母模成型: 板材被吸入凹模中。優點是產品的外觀面細節最清晰,尺寸精確,適用於外殼。
  • 公模成型: 板材包覆在凸模上。優點是產品的內表面細節最清晰,適用於托盤或內襯。
  • 這兩種方式會顯著影響壁厚的分佈,公模成型的底部角落最薄,而母模成型的頂部邊緣最薄。

原則六:正確設計肋與表面特徵

您不能像射出成型那樣設計薄薄的加強肋。
專業解析: 真空成型的肋必須是寬且圓滑的,並且嚴格遵守拔模角規則。過窄或過高的肋,其頂部會因拉伸而變得極薄或破裂。同理,Logo 或文字也應設計成寬大、圓滑的凸起或凹陷,避免尖銳線條。

原則七:孔洞應由二次加工完成

切勿試圖在模具上直接成型出精密的孔洞。
專業解析: 熱成型無法製造出垂直於表面的乾淨孔洞。所有精確的孔位、開口和最終的產品輪廓,都應在 DFM 階段就預留定位特徵,並在成型後透過 5 軸 CNC 裁切或沖壓來完成。