03086 toc

VII

Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V
1 Introduction and Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Oversimplification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Is Injection Molding the Right Choice for this Product? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 The Injection Molding Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4.1 The Right Machine for the Mold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 The Injection Mold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5.1 What Is an Injection Mold? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5.2 Elements of an Injection Mold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 The Plastic Product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 The Product Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2 Product Drawings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.1 Product Shape: How Can the Product Best Be Molded? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.2 Parting Line (P/L) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.3 Side Cores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Accuracy and Tolerances Required . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.1 General and Specific Tolerances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.2 Are Special Fits with Matching Products Required? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.3 Tolerances for the Filling Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.4 Stacking of Products and Free Dispensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.5 Mismatch (Deliberate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 Tolerances, Mold Alignment, and Mold Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5 Heat Expansion, Alignment, and Mold Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.6 Surface Finish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.6.1 Finish of Molding Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.6.2 Texturing of Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.6.3 Fitting Surfaces of Mold Parts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7 Engravings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7.1 Engravings Versus Applied Labels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7.2 Two-Color and Two-Material Engraving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.7.3 Depth of Engravings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32


VIII

Contents

2.7.4 Font Style and Size of Artwork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.7.5 Polarity of Engraving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.7.6 Are the Locations Selected for Engraving Practical? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.7.7 Engravings in the Walls and Bottoms of Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8 General Appearance of the Product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.8.1 Flatness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.8.2 Sinks and Voids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.8.3 Witness Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.8.4 Weld Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.8.5 Surface Defects (Flow Marks, Splay, Record Grooves, Haze, Jetting, Hooks,
and Ripples) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.8.6 Identification of the Molded Piece . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.9 Product Strength Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.9.1 Gate Location to Increase Product Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.10 Special Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.10.1 Holes and Counter Bores for Assembly Screws or Rivets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.10.2 Hinges and Snaps for Assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3 Cost Factors Affecting Productivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.1 Where Will the Mold Be Operated? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.1.1 Condition of Ambient (Shop) Air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2 Coolant Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.1 Is the Coolant Supply Large Enough for the Planned Mold? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.2 Is the Cooling Water Clean? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3 Power Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.4 Will the Mold Run in a Variety of Machines or a Single Machine? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.5 Is the Mold Planned to Run in a Newly Created Operation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.6 Projected Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.6.1 Making Prototype or Experimental Molds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.6.2 Production Molds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.7 Forecasting the Cycle Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.7.1 Type of Plastic Molded . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.7.2 Wall Thickness of Product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.7.3 Mold Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.7.4 Efficiency of Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.7.5 Venting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.7.6 Effect of Molding Machine on Cycle Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.7.7 Ejection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.7.8 Ambient Temperatures and Humidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94


Contents

3.7.9 Comparing Molding Cycles of the Same Product in New Molds . . . . . . . . . . . . . . 94
3.8 Number of Cavities Required . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.8.1 Available Operating Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.8.2 The Minimum Number of Cavities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.8.3 Machine Hour Cost per Unit Molded . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.8.4 Mold Cost per Unit Molded . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.8.5 Calculation of the Required Clamp Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.8.6 Shot Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8.7 Plasticizing Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8.8 Preferred (Practical) Number of Cavities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8.9 Business Decisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.8.10 Preliminary Estimate of Product Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4 Mold Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.1 Selection of an Appropriate Mold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.1.1 Dedicated Mold, Universal Mold Shoe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.1.2 “One-Product” Molds or “Family” Molds? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.1.3 Where to Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.1.4 Gate Size and Runner Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.1.5 Hot Runner Molds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.1.6 Single Cavity Molds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.1.7 Two and More Cavities, Cold or Hot Runner Molds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.1.8 Single- or Multi-Level Molds? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4.1.9 Semi or Fully Automatic Operation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4.1.10 Insert Molding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
4.2 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5 Mold Cost, Mold Price and Delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.1 Mold Cost and Records . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.1.1 Spare Parts for the Mold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.1.2 The Basic Elements of the Mold Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.1.3 Cost of the Preparation of a Mold Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.2 Overhead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.3 Mold Price . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
5.3.1 Risk Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.4 Mold Cost Is Absorbed by the Molder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.5 Arriving at Mold Cost and Delivery Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.5.1 Calculating the Mold Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.5.2 Estimating the Mold Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

IX


X

Contents

5.5.3 “Guesstimating” the Mold Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
5.5.4 “Ball Parking” the Mold Price . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
5.5.5 Mold Price Catalogue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
5.6 The Quotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5.6.1 Delivery Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5.6.2 Confirmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
5.7 In-House Mold Making Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6 Warranties, Patents, and Ethical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.1 Warranties and Guaranties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.1.1 Guaranteed Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.1.2 Guaranteed Shrinkage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.1.3 Guaranteed Cycle Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.1.4 Guaranteed Delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.2 Patents and Ethical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.2.1 Patents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
6.2.2 Ethical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Appendix 1: Suggested Contents of a Mold Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Appendix 2: Mold Set-up Guide Blank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Appendix 3: Example of Light-Weighting a Product and Increasing Productivity . . . . . . . . 197
Appendix 4: Buying a Mold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

Appendix 5: Suggested Format of a Confirmation of Order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Appendix 6: Molding Properties of Injection-Grade Plastics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Appendix 7: General Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Appendix 8: Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Appendix 9: Thermal Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Appendix 10: Typical Mold Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
Appendix 11: What Characterizes a Good, High-production Mold? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
Appendix 12: Advice for the Mold Designer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Appendix 13: Surface Finishes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229