聚氨酯铸造与注塑成型：可制造性设计 (DFM) 指南

发布于2022年1月10日

最初于 2022 年 1 月 10 日在 fastradius.com 上发布

可制造性设计 (DFM) 是制造易于生产、经济高效且符合严格质量标准的零件的艺术。通过将所选制造方法的实际情况融入早期设计阶段，工程师可以缩短生产时间、减少材料浪费并避免代价高昂的重新设计。

虽然注射成型和聚氨酯铸造在塑料部件的生产中都很流行，但两者都有不同的 DFM 指南。本指南分解了主要差异，帮助您确定哪种方法适合您的项目，并概述了每种方法的关键设计注意事项。

聚氨酯铸造与注塑成型

在注塑成型中，第一步是使用 CNC 加工设计和制造精密工具套件（通常为钢或铝）。模具的几何形状由零件决定，因此复杂的特征通常需要额外的元件，例如滑块、挺杆或可拆卸型芯。一旦型芯和型腔组装完毕，熔融塑料就会被注射、冷却、固化并顶出，形成成品零件。

另一方面，聚氨酯铸造从 CNC 加工或 3D 打印创建的母模开始。将模型放置在模具盒中，填充液体硅胶并固化。固化后，模具被分开，露出与零件形状相匹配的空腔。将聚氨酯树脂倒入该空腔中并在加热的真空室中固化。

这两种工艺都具有填充模具型腔的基本原理，但它们的工具、成本结构和性能特征却存在显着差异：

• 工具材料： 注塑模具通常由钢或铝制成，具有高耐用性和尺寸稳定性。聚氨酯铸造模具使用硅树脂，这种材料灵活且价格低廉，但刚性较差。
• 成本： 复杂的注塑模具可能花费数万美元，而聚氨酯铸造模具通常在数百到数千美元之间。
• 交货时间： 注塑模具的生产可能需要几个月的时间，而聚氨酯铸造模具可以在两周内准备就绪。
• 设计公差： 由于有机硅的灵活性，聚氨酯铸造公差更宽松，而注塑成型由于刚性金属模具可以实现更严格的公差。
• 功能灵活性： 聚氨酯铸造对壁厚变化和底切的容忍度更高，而注塑成型则需要仔细设计以避免脱模问题。

为大批量生产或需要严格公差和一致质量的零件选择注塑成型。一旦生产规模扩大到数千台，其前期模具投资就会得到回报。对于原型、小批量生产或快速设计迭代，聚氨酯铸造可提供速度、灵活性和成本节约。

聚氨酯铸造和注塑成型最重要的 DFM 问题

成功的 DFM 取决于三个主要参数：公差、壁厚和底切。以下是每种制造路线的最佳实践。

公差

每个过程都有固有的尺寸变化。在聚氨酯铸造​​中，硅胶模具在真空下的轻微移动可能会导致尺寸不一致，使其不适合需要严格公差的组件。注塑模具是刚性的，可以提供更精确的尺寸，但随着塑料冷却，仍然会出现轻微的收缩。工程师应设置反映所选方法功能的公差窗口，并相应地调整设计。

平衡公差不足（更便宜但风险更高）与公差过高（成本更高但可靠）至关重要。考虑零件功能、公差叠加和装配约束。如果您的设计无法满足所选方法所需的公差，请改用其他技术或重新设计以实现更宽松的公差。

壁厚

均匀的壁厚可提高零件的一致性、最佳的应力分布并减少制造缺陷。对于大多数应用来说，注塑成型通常以 1-4 毫米的壁厚为目标，同时保持整体厚度低于 5 毫米。聚氨酯铸件可以适应不同的厚度，但过度的变化可能会导致固化过程中的收缩或变形。两种工艺的最大壁厚目标均为 5mm。

底切

底切（阻碍零件顶出的特征）在刚性注塑模具中更成问题。为了缓解这种情况，制造商可能会添加滑块，创建可拆卸的型芯，或重新设计特征以与模具的分轴对齐。聚氨酯铸造的硅胶模具可以弯曲以释放底切，使其更适合复杂的几何形状。

通过在设计阶段的早期解决底切问题，您可以避免昂贵的工具修改或重新工具。

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