压铸和注塑采用相同的广泛制造理念: 材料在压力下进入可重复使用的金属工具并形成空腔的形状. 这种相似性可能会产生误导.
例如，当成品部件必须继续表现得像金属部件时，请选择压铸, 当设计取决于结构刚度时, 传热, 电气连续性, 耐用的螺纹接头, 温度尺寸稳定性, 或僵硬的, 持续装配预载下的低蠕变载荷路径.
当聚合物行为可接受或理想时选择注射成型, 包括电气绝缘, 低质量, 耐腐蚀性, 集成夹, 模压颜色和纹理, 受控的灵活性, 或整合多个装配体特征.
当两种材料系列都能满足产品要求时, 该决定应基于几何形状必须如何改变, 过程变异出现的地方, 哪些功能需要二次操作, 设计有多成熟, 以及在项目生命周期内接受的零件的成本是多少.
将一个未更改的 CAD 模型发送给压铸商和注塑商，然后选择较低的报价并不是可靠的比较. 相同功能的产品通常需要两种不同的生产设计.
在本指南中, 压铸是指有色合金的高压压铸, 特别是铝, 锌, 和镁. 注射成型是指热塑性塑料注射成型. 比较不包括金属注射成型, 重力铸造, 热固性成型, 或液态硅橡胶成型.
从材料不能损失的功能开始
材料决策必须先于详细的模具优化.
当零件必须提供时，压铸合金可能是起始方向:
- 金属热路径或散热表面.
- 电气接地或电磁屏蔽连续性.
- 受限封装内的高刚度.
- 耐用的轴承, 定位, 或螺纹接口.
- 在指定温度下持续紧固件预紧力下的低蠕变结构载荷路径.
- 金属外部或结构负载路径.
当零件受益于以下因素时，注塑可能是更强的方向:
- 电气绝缘.
- 减少质量.
- 集成卡扣配合, 剪辑, 电缆导管, 和合规的装配功能.
- 模压颜色, 粮食, 质地, 或身份信息.
- 无需金属涂层即可抵抗环境腐蚀.
- 受控的灵活性或冲击响应.
- 多个非结构部件的合并.
这些是起始方向, 不是普遍规则. 填充工程聚合物可以弥补部分刚度或温度差距, 而不同的压铸合金提供截然不同的机械性能, 热的, 和整理行为.
将每一种物质偏好转化为服务需求:
- 工作温度和峰值温度.
- 静止的, 循环的, 和冲击载荷.
- 允许的蠕变或夹紧负载损失.
- 传热和接地要求.
- 化学, 紫外线, 火焰, 和潮湿暴露.
- 密封压力和允许泄漏.
- 装配扭矩和维修周期.
- 装饰区和允许的加工标记.
如果这些要求没有得到解决, 使用 铝和塑料零件选择指南 在比较两种成型工艺之前. 本文从下一个决定开始: 经批准的金属或聚合物方向如何改变生产设计.
相同的CAD模型必须成为两种不同的设计
机加工原型可能使用厚壁, 急剧的内部转变, 财力雄厚, 和螺纹孔，因为材料是从固体原料中去除的. 基于工具的生产需要不同的逻辑.
以下矩阵显示了相同的需求通常如何创建两种不同的设计响应.
| 功能需求 | 压铸设计响应 | 注塑设计响应 | 危险的跨进程快捷方式 |
|---|---|---|---|
| 主墙 | 保持与流动相容的部分并避免产生热点和难以凝固的孤立重物 | 保持受控的标称壁并剔除重型截面以管理收缩和冷却 | 保留加工壁厚并仅改变材料 |
| 结构刚度 | 使用截面深度, 肋骨, 合金刚度, 曲率, 和当地金属分布 | 使用肋网络, 箱型截面, 曲率, 角撑板, 和适当的树脂硬度 | 使聚合物壁厚度均匀以模仿金属刚度 |
| 肋骨 | 平衡刚度与金属流动, 填充物, 弹射, 和局部热质量 | 肋骨的尺寸和位置以减少下沉, 通读, 收缩率差异, 和翘曲 | 将相同的肋材厚度和间距复制到两个工具中 |
| 紧固件凸台 | 回顾老板喂食, 当地群众, 空心孔, 加工通道, 和线程负载 | 用肋骨或角撑板支撑凸台，并选择自攻螺钉, 模制螺纹, 或插入 | 将高大的隔离金属凸台复制到聚合物设计中 |
| 线程数 | 形式, 机器, 轻敲, 或按精度插入螺纹, 加载, 服务, 和合金行为 | 使用模压螺纹, 自攻螺钉, 安装插件, 嵌件成型, 或根据需要压缩限制器 | 假设标称线程标注定义了生产方法 |
| 拔模和顶出 | 协调拔模与开模, 离别, 幻灯片, 喷射器, 表面饰面, 和失真风险 | 协调拔模与收缩, 质地, 核心保留, 顶出器放置, 和装饰表面 | 将一份方案草案应用于这两种工具 |
| 底切 | 使用可动型芯, 幻灯片, 设计变更, 或在检查模具访问和飞边后进行二次加工 | 使用侧面动作, 举重者, 可折叠功能, 插入物, 或适当时材料的灵活性 | 假设在一个工艺中可行的底切在另一工艺中具有相同的刀具成本 |
| 热和 EMI 功能 | 保留导电路径并定义涂层如何, 关节, 和紧固件影响它们 | 添加导电材料, 涂料, 插入物, 散热器, 或单独的金属底盘（如果需要） | 期望聚合物替代能保留未指定的金属功能 |
| 密封接口 | 审查孔隙度风险, 加工库存, 最终平整度, 粗糙度, 涂层, 和泄漏验证 | 检查成型平整度, 收缩, 翘曲, 材料蠕变, 化学暴露, 和垫片压缩 | 重复使用相同的垫片连接面和螺栓预紧力，无需重新计算 |
| 关键数据 | 确定哪些特征保持铸态，哪些特征通过二次加工创建 | 将关键尺寸与固定型腔特征相关联, 移动核心, 插入物, 和条件部分状态 | 将一个通用公差块应用于每个特征 |
| 化妆品表面 | 考虑分型线, 溢出, 顶出痕迹, 修剪, 抛光, 爆破, 电镀, 或涂层 | 门遗迹的说明, 焊接线, 顶出痕迹, 质地, 光泽度, 颜色, 和光纤通读 | 假设一个外观规范描述了两个表面 |
重要的一点不是一种几何形状更复杂. 几何结构必须将风险从每个流程控制不佳的地方转移到它控制良好的地方.
因此，有效的比较需要两个 DFM 概念:
- 围绕金属流动设计的压铸版本, 凝固, 弹射, 修剪, 和可能的机械加工.
- 围绕聚合物流动设计的注塑版本, 收缩, 冷却, 方向, 弹射, 和装配行为.
只有这些概念存在之后，模具和单位成本报价才能公平比较.
金属流动和聚合物流动留下了不同的证据
两个过程都填充一个空腔, 但它们的缺陷机理和检验证据不同.
压铸过程中会发生什么
熔融金属快速进入模具并开始在工具表面凝固. 大门设计, 跑步者平衡, 溢出放置, 排气, 适用时真空辅助, 模具温度, 局部截面质量, 和弹射定时相互作用.
NADCA 压铸概述 连接统一的墙面设计, 草稿, 鱼片, 金属流动, 排气, 冷却, 和顶出作为相关模具设计考虑因素.
取决于合金, 几何学, 工具, 和处理, 相关风险可包括:
- 夹带气体或氧化膜.
- 局部缩孔.
- 冷隔或填充不完全.
- 分型线和移动部件处的闪光.
- 凝固过程中变形, 修剪, 或弹出.
- 后续加工暴露的表面下孔隙.
视觉上完好的铸件不会自动压力密封. 密封或流体处理部件需要泄漏要求和适合其实际使用条件的检查方法.
二次加工也改变了证据. 切割原始铸件蒙皮可能会暴露在未加工表面上不可见的内部不连续性.
注塑过程中会发生什么
热塑性熔体填充型腔并开始在模具壁处凝固. 保压压力补偿部分材料收缩，直至浇口冻结, 而冷却历史和分子或纤维取向会影响释放的形状.
巴斯夫模塑件分析 说明了为什么当地的物质大众, 螺丝夹具几何形状, 底切, 浇口位置会影响压力, 收缩, 翘曲, 和纤维取向.
相关注塑风险包括:
- 不同的收缩和翘曲.
- 厚截面周围有缩痕或内部空隙.
- 短射和滞留空气烧伤.
- 流动前沿相交处的焊缝或熔合线.
- 分型线和可移动部件处的毛边.
- 与浇口相关的方向或外观缺陷.
- 纤维填充材料的方向相关收缩和强度.
登机口搬迁不仅仅是表面上的改变. 它可以改变填充压力, 流程前沿会议地点, 纤维取向, 维度运动, 以及通过成品组件的负载路径.
| 生产证据 | 压铸 | 注塑 |
|---|---|---|
| 重局部断面 | 热点, 缓慢凝固, 收缩或孔隙风险 | 缓慢冷却, 下沉, 空白, 周期时间和翘曲风险 |
| 会合流动前沿 | 冷隔或与氧化物相关的不连续性可能需要审查 | 焊缝外观和机械性能可能需要审查 |
| 分开或侧面动作 | 闪光, 不匹配, 修剪访问, 和局部耐受效应 | 闪光, 不匹配, 证人线, 和局部耐受效应 |
| 二次材料去除 | 可能会揭示地下孔隙度或改变基准结构 | 可能会暴露纤维, 去除模制表面, 或引入局部应力 |
| 释放部分形状 | 受凝固影响, 修剪, 残余应力, 和机械加工 | 受收缩影响, 冷却平衡, 方向, 和调理 |
这两种过程都不是普遍更准确或更无缺陷的. 每一个都会产生不同的风险图.
线程数, 密封件, 和精确的特征揭示了真实的路线
每个关键功能都需要一个所有者. 它必须由模具或模具创建, 可更换的刀具插件, 二次加工操作, 已安装的组件, 或最后的组装.
未决定所有权会产生看起来具有可比性但包含不同假设的报价.
螺纹和装配预载
压铸设计可以使用铸造凸台, 取芯导向孔, 机加工和螺纹孔, 或螺纹插入件. 正确的路线取决于螺纹尺寸, 合金, 订婚, 重复组装, 预载, 位置精度, 涂层, 和可用的加工通道.
注塑设计可以使用:
- 自攻螺钉和模制凸台.
- 模压螺纹.
- 热安装或超声波安装嵌件.
- 嵌件成型金属部件.
- 带螺母的贯穿螺栓.
- 夹紧负载必须绕过聚合物的压缩限制器.
金属嵌件不会自动解决接头问题. 凸台几何形状, 插入式安装, 墙壁支撑, 使用温度, 装配扭矩, 聚合物蠕变, 对裂纹敏感的化学品仍须接受审查.
密封和压力边界
对于压铸外壳, 密封方案可能包括机械加工的垫片区域, 槽, 螺纹端口, 或定位孔. 最终评估应解决:
- 孔隙度敏感区域.
- 加工深度和库存.
- 最终平整度和表面纹理.
- 涂层或转化处理.
- 紧固件样式和预紧力.
- 泄漏测试介质, 压力, 期间, 和验收标准.
对于注塑外壳, 密封面可以直接由模具生产, 但释放的几何形状仍然会受到收缩的影响, 肋骨放置, 门位置, 冷却平衡, 水分调理, 和装配负载.
长期聚合物蠕变也可以减少垫片压缩. 组装后立即通过的密封件可能需要在温度暴露或持续夹紧负载后进行额外验证.
定位, 轴承, 和对齐功能
压铸件可以使用二次加工来建立轴承孔, 螺纹图案, 密封平面, 或修整后的最终定位基准, 使用为加工设置定义的基准方案.
注塑组件可以直接从模制特征定位, 针对关键几何形状使用刀具刀片, 或结合金属衬套和定位套筒.
关键要求决不应该隐藏在广泛的标题栏容差内. 说明哪个特征建立了基准, 哪个进程创建它, 以及在什么情况下将检查该零件.
严格的公差在两种路线中的成本并不相同
公差难度并非仅由名义值决定.
包含在一个固定模具或模具部件内的尺寸与交叉的尺寸不同:
- 一条分型线.
- 移动滑梯或升降机.
- 两个独立的刀具刀片.
- 修剪操作.
- 二次加工设置.
- 聚合物熔接线或取向过渡.
- 受释放部件翘曲影响的大区域.
用于压铸, 公差策略应区分铸态几何形状和机加工的最终特征. 关键加工库存, 数据传输, 铸造运动, 夹具位置, 涂层余量, 以及检验状态都会影响最终的结果.
用于注塑成型, 尺寸能力取决于树脂等级, 填料取向, 收缩行为, 腔体位置, 浇口和包装条件, 冷却平衡, 工具温度, 零件顶出, 和成型后调节.
应用严格公差之前, 问:
- 尺寸是否直接保护贴合, 密封, 运动, 或对齐?
- 哪个死了, 模具, 滑动, 插入, 或加工操作创建它?
- 它是否穿过分型线或移动部件?
- 是否为铸态测量, 模制的, 加工后, 完成后, 或调理后?
- 检查期间适用什么温度和支撑条件?
- 功能量规能否取代几个孤立的坐标公差?
- 是否需要制程能力, 或仅个别部分符合?
当二次加工是路线的一部分时, 这 CNC加工公差指南 有助于将功能加工要求与更广泛的铸造或成型公差结构分开.
目录公差表无法证明特定功能在特定工具中仍然有效. 能力必须与实际几何形状相关, 材料, 工具布局, 处理窗口, 及检验方法.
模具成本是对冻结设计的承诺
两种工艺均可支持高产量, 但模具成本高于原始模具或冲模的报价.
压铸工具包可能涉及:
- 模块和型腔镶件.
- 固定芯和移动芯.
- 滑块和可更换的磨损部件.
- 跑步者, 门, 溢出, 和通风系统.
- 冷却回路和喷射器.
- 修剪或辅助夹具.
- 机械加工, 泄漏测试, 和检验夹具.
注塑模具包可能涉及:
- 型腔和型芯结构.
- 冷流道或热流道系统.
- 幻灯片, 举重者, 插入物, 和旋松机构.
- 冷却回路和喷射系统.
- 质地, 抛光, 和化妆品控制.
- 嵌件装载或成型后自动化.
- 检查及装配治具.
因此，模具将产品归入一个材料系列, 收缩假设, 分手策略, 门禁系统, 弹出布局, 和特征架构.
在工具发布之前进行的设计更改可能只需要 CAD 工作. 钢材切割后的相同变化可能需要焊接, 刀片更换, 幻灯片修改, 重新纹理化, 重新验证, 或者一个全新的工具.
不存在压铸或注塑自动变得更便宜的通用生产量. 更有用的比较是:
生命周期单位成本= (工装 + 工具更改 + 验证 + 维护) ÷ 终生接受数量 + 零件生产 + 二次操作 + 检查 + 质量风险 + 集会
“接受的生命周期数量”比预测数量更重要. 废料, 变体, 工程变更, 备用工具, 维护中断, 报废需求可以改变分母.
因此，报价单应明确:
- 年度和终生数量.
- 产品型号数量.
- 预计设计冻结日期.
- 工具所有权和维护责任.
- 计划刀具寿命和可更换部件.
- 抽样和批准阶段.
- 二次加工和精加工.
- 检查和工艺能力要求.
- 包装及组装范围.
对于聚合物路线, 这些决定应该在发布之前解决 注塑模具服务, 因为后期的变化可能影响的不仅仅是可见的空腔几何形状.
原型证据是特定于流程的
CNC 加工或 3D 打印原型可以回答有价值的问题:
- 该零件是否适合装配体?
- 是否有连接器, 紧固件, 工具, 并且双手能够到达所需区域?
- 信封是否与邻近部件发生干扰?
- 近似的刚度或质量是否可以接受?
- 最初的热或电概念是否有效?
- 产品可以组装和维修吗?
它无法完全再现生产过程证据.
机加工铝原型不会显示压铸孔隙率, 流动前沿行为, 修剪失真, 门遗迹, 顶出痕迹, 或通过铸造表面进行机械加工的效果.
机加工或印刷的聚合物原型不会自动再现成型收缩, 焊接线, 纤维取向, 门相关应力, 表面纹理, 喷射证据, 或生产树脂的条件行为.
| 验证问题 | 压铸取样应考虑 | 注塑取样应考虑 |
|---|---|---|
| 填写证据 | 填充不完整, 冷隔, 溢出和排气行为, 闪光, 孔隙度敏感区域 | 短镜头, 烧伤, 焊接线, 门性能, 闪光, 和包装响应 |
| 发布尺寸 | 脱模后形状, 修剪, 稳定化, 加工, 并指定整理 | 脱模后形状, 冷却, 调理, 插入式安装, 并指定整理 |
| 关键接口 | 加工基准, 密封面, 线程, 钻孔, 涂层, 和泄漏性能 | 老板们, 插入物, 卡扣配合, 密封, 翘曲, 蠕变敏感接头, 和美容区 |
| 表面验收 | 分型线, 顶出痕迹, 修剪, 加工见证, 爆破, 电镀, 或涂层 | 城门遗迹, 顶出痕迹, 质地, 光泽度, 颜色, 下沉, 焊接线, 和光纤通读 |
| 功能测试 | 加载, 扭矩, 热路径, 接地, 压力完整性, 和装配配合（如适用） | 加载, 扭矩, 插入保留, 快速循环, 化学相容性, 蠕变, 和装配配合（如适用） |
并非每个项目都需要每个测试. 验证计划应根据实际失败后果来选择.
第一个样品也不能证明生产过程稳定. 批准应使用预期材料, 预期的工具配置, 所需的二次操作, 和商定的检验条件.
使用两个询价, 没有一幅中性图画
功能需求可以共享, 但每个过程都需要自己的制造定义.
| 询价字段 | 压铸询价必须定义 | 注塑成型询价必须定义 |
|---|---|---|
| 材料 | 合金牌号, 所需属性, 整理条件, 以及任何压力完整性要求 | 精确的树脂等级, 填料, 颜色, 紫外线或火焰要求, 调理状态, 和重磨限制（如果适用） |
| 功能优先级 | 刚性, 热路径, 接地, 结构荷载, 密封, 线程, 和使用温度 | 绝缘, 大量的, 灵活性, 蠕变极限, 捕捉行为, 化学物质, 外貌, 和使用温度 |
| 依赖工具的证据 | 可接受的分型线, 盖茨, 溢出, 顶出痕迹, 修剪, 幻灯片, 和核心地点 | 可接受的登机门, 焊接线, 顶出痕迹, 分型线, 幻灯片, 举重者, 质地, 和核心地点 |
| 精密特性 | 铸态尺寸与机加工尺寸, 加工库存, 数据传输, 和最终检验状态 | 成型尺寸, 移动核心关系, 插入位置, 收缩假设, 和条件检查状态 |
| 螺纹和刀片 | 投掷, 有核的, 敲击的, machined, 或插入螺纹路线 | 模压螺纹, 自攻螺钉, 安装插件, 嵌件成型, 贯穿螺栓, 或压缩限制器 |
| 密封 | 孔隙度敏感区, 加工, 表面纹理, 涂层, 泄漏介质, 试验压力, 和接受 | 垫片土地, 翘曲, 表面纹理, 钳位负载, 蠕变, 化学暴露, 和条件状态 |
| 次要工作 | 修剪, 去毛刺, 加工, 爆破, 涂层, 电镀, 浸渍, 集会, 并按要求进行检查 | 去浇口, 插入式安装, 装饰, 涂层, 焊接, 集会, 调理, 并按要求进行检查 |
| 外貌 | 装饰区和可接受的分离, 流动, 修剪, 喷射器, 加工, 并整理证据 | 装饰区和可接受的登机口, 熔接线, 下沉, 喷射器, 光泽度, 颜色, 和纹理变化 |
| 质量证据 | 取样阶段, 维度报告, 功能测试, 泄漏测试, 物证, 及能力要求 | 取样阶段, 维度报告, 功能测试, 树脂证据, 外观标准, 及能力要求 |
| 商业假设 | 年产量和终生产量, 变体, 刀具寿命, 维护, 备用刀片, 设计变更, 和所有权 | 年产量和终生产量, 腔, 变体, 刀具寿命, 维护, 设计变更, 自动化, 和所有权 |
供应商无法仅通过通用 STEP 文件来解决这些决策.
模型应附有绘图或受控需求文件，用于标识关键功能, 允许的过程证据, final inspection state, 和验证职责.
两个特定于流程的询价可能会产生两种截然不同的几何形状. 这是有效比较的标志，而不是未能一致地引用原始模型.
决定: 选择您可以控制的生产风险
选择压铸作为起始路线时:
- 产品必须保持金属刚度, 传热, 接地, 屏蔽, 或耐用的承重接口.
- 二次加工可以经济地建立关键基准, 钻孔, 密封面, 和线程.
- 团队可以控制金属流动, 凝固, 孔隙度敏感区, 修剪, 和整理.
- 预期的数量和设计成熟度证明了工具承诺的合理性.
选择注塑成型作为起始路线时:
- 该产品可以用热塑性树脂满足其使用要求.
- 低质量, 绝缘, 集成夹, 模压纹理, 耐腐蚀性, 或组件整合提供有意义的价值.
- 团队可以重新设计受控墙周围的部分, 聚合物流动, 收缩, 冷却, 蠕变, 和装配行为.
- 预期的产量和设计成熟度证明了模具和验证计划的合理性.
当两种材料都不能执行所有功能时，请考虑采用混合架构. 例子包括:
- 带注塑盖的压铸底盘.
- 带有金属散热器的聚合物外壳.
- 带有螺纹或定位嵌件的模制部件.
- 带有聚合物电缆导管的压铸结构框架, 密封, 或绝缘特性.
最后的决定不应该问, “哪种工艺更好?” 应该问:
哪种材料必须执行每种功能, 哪个过程可以创建所需的几何形状, 以及哪些生产风险是可以衡量和控制的?
进行有用的制造审查, 提供 3D 模型并绘图以及候选材料, 年产量和终生产量, 关键数据, 装配扭矩, 密封要求, 热或电功能, 美容区, 和预期的验证状态.
