Das Spritzgussverfahren ermöglicht den Herstellern eine schnelle Herstellung von Teilen. Bei diesem Verfahren wird eine Gussform verwendet, in die ein geschmolzenes Material, eine sogenannte Schmelze, gegossen wird. Das Design dieser Gussform ist entscheidend für die optische und strukturelle Integrität des Teils. Fehler in der Konstruktion einer Gussform können zu einer Reihe von Defekten führen, darunter Verformungen, Einfallstellen und Fließlinien.
Dieser Artikel soll Herstellern helfen, schlechte Entscheidungen bei der Konstruktion von Formen zu vermeiden, die zu fehlerhaften Teilen führen, indem er einige wichtige Grundlagen für die Konstruktion von Spritzgussformen vermittelt.
Tipp Nr. 1 - Beibehaltung einer gleichmäßigen Wandstärke
Die Beherrschung der Wandstärke des Teils ist der Schlüssel zu einem hochwertigen Produktdesign. Eine uneinheitliche Wandstärke kann dazu führen, dass sich die Schmelze beim Abkühlen in eine feste Gussform verzieht. Dies führt zu Einfallstellen, die sich optisch negativ auf das Teil auswirken.
Die Beibehaltung einer gleichmäßigen Wandstärke hilft, Einfallstellen zu vermeiden. Natürlich ist es nicht immer möglich, die gleiche Wandstärke für das gesamte Teil zu verwenden. Wenn eine Wand dicker sein muss, sollte sie nicht mehr als 15 % dicker sein als die für das Teil verwendete Nennwand. Außerdem variiert die Wandstärke je nach dem für das Teil verwendeten Material. Im Folgenden sind die empfohlenen Wandstärken für die gängigsten Spritzgussmaterialien aufgeführt:
ABS: 1,143 mm - 3,556 mm
Acetal: 0,762 mm - 3,048 mm
Acryl: 0,635 mm - 12,7 mm
Flüssigkristall-Polymer: 0,762 mm - 3,048 mm
Langfaserverstärkte Kunststoffe: 1,905 mm - 27,94 mm
Nylon: 0,762 mm - 2,921 mm
Polycarbonat: 1,016 mm - 3,81 mm
Polyester: 0,635 mm - 3,175 mm
Polyethylen: 0,762 mm - 5,08 mm
Polyphenylensulfid: 0,508 mm - 4,572 mm
Polypropylen: 0,889 mm - 3,81 mm
Polystyrol: 0,889 mm - 3,81 mm
Polyurethan: 2,032 mm - 19,05 mm
Tipp Nr. 2 - Befolgen Sie die Richtlinien zur Vermeidung von Einfallstellen
Neben der Beibehaltung einer gleichmäßigen Wandstärke können die Hersteller Einfallstellen verhindern, indem sie für die richtige Platzierung von Rippen, Anschnitten und Schraubdomen sorgen. Dabei sind drei Richtlinien zu beachten:
Vermeiden Sie die Anbringung von Rippen, Anschnitten oder Schraubdomen auf der Rückseite von kosmetischen Oberflächen.
Die Basis der Rippen sollte nicht mehr als 60 % der Wandstärke betragen.
Die Höhe einer Rippe sollte nicht mehr als das Dreifache der Wandstärke betragen.
Tipp Nr. 3 - Ausgabe von Entwurfsdateien in einem geeigneten Format
Die Grundlagen der Spritzgussformkonstruktion beschränken sich nicht auf die physische Herstellung der Spritzgussform. Selbst etwas so Einfaches wie das CAD-Dateiformat, das ein Hersteller bei der Konstruktion der Gussform verwendet, kann deren Qualität beeinflussen.
Nehmen wir zum Beispiel an, ein Hersteller erstellt einen CAD-Entwurf und speichert ihn im STL-Dateiformat. Während dies für 3D-gedruckte Gussformen, die für den vorübergehenden Gebrauch bestimmt sind, in Ordnung sein mag, hat dieses Dateiformat ein Problem. Es zeigt die Oberfläche der Form als eine Reihe von Dreiecken, die miteinander verbunden sind, um polygonale Formen zu erzeugen. Daher ist dieses Dateiformat nicht ideal, wenn eine Form oder ein Teil präzise Kurven aufweist. Diese dreieckige Darstellung kann auch zu Problemen bei der Definition der Wandstärke führen.
In diesem Fall ist die Verwendung einer STEP-Datei, die mit einem CAD-Programm wie Inventor oder Solidworks erstellt wurde, aufgrund der höheren Präzision dieses Dateityps die bessere Wahl. Der Punkt ist, dass selbst eine gut entworfene Gussform unbeabsichtigte Fehler aufweisen kann, wenn ein ungeeigneter Dateityp für den Entwurf verwendet wird.
Tipp Nr. 4 - Versuchen Sie, Hinterschneidungen zu beseitigen
Der Begriff Hinterschneidung bezieht sich auf jedes Teilmerkmal, das den geraden Auswurf eines Teils an der Trennebene der Gussform verhindert. Die Verwendung von Hinterschneidungen in einer Gussform erhöht deren Komplexität, was zu einer höheren Wahrscheinlichkeit von Formteilfehlern führt.
Idealerweise sollte der Formenkonstrukteur auf Hinterschneidungen verzichten. Das ist jedoch nicht immer möglich, vor allem, wenn das Teil eine Entnahme, eine seitliche Bewegung oder eine gleitende Absperrung erfordert. In diesen Fällen kann der Hersteller hinterschnittbedingte Probleme durch die Verwendung von Durchgangskernen oder durch die Anpassung der Entformungswinkel und der Trennebene des Werkzeugs zur Erleichterung des Auswerfens abmildern.
Die Beseitigung von Hinterschneidungen ist auch eine der wichtigsten Grundlagen für Spritzgussformenbauer, die ihre Kosten senken wollen. Die Verwendung von Hinterschneidungen verursacht höhere Werkzeugkosten, da die Gussform mehr Teile benötigt.
Tipp Nr. 5 - Schräglagen hinzufügen
Die Herstellung von Teilen mit vertikalen Wänden kann beim Spritzgießen Probleme verursachen. Das Teil kann stecken bleiben, wenn es sich beim Abkühlen zusammenzieht. Dies führt dazu, dass der Hersteller mehr Kraft aufwenden muss, um das Teil auszuwerfen, was sowohl das Werkzeug als auch die Auswerferstifte der Maschine beschädigen kann.
Die Verwendung von Entformungswinkeln kann dieses Problem lösen. Mit Hilfe von Entformungswinkeln können die Hersteller die Wände eines Teils mit einer leichten Neigung gestalten, was das Auswerfen erleichtert.
Entformungswinkel werden normalerweise am Ende der Konstruktion eines Teils hinzugefügt. In der Regel beträgt der Winkel für die meisten Teile zwei Grad. Allerdings sollten alle Wände mit nahezu vertikalen Anforderungen einen Winkel von 0,5 Grad haben. Absperrflächen und Flächen mit leichter Textur benötigen einen Winkel von drei Grad, während alle Flächen mit mittlerer Textur in der Regel einen Entformungswinkel von fünf Grad oder mehr erfordern.
Tipp Nr. 6 - Designfluss von dicken zu dünnen Abschnitten
Es kann vorkommen, dass ein Hersteller Spritzgussteile mit dickeren Abschnitten entwerfen muss, die die Festigkeit und Struktur des Teils verbessern. In diesen Fällen ist es nicht möglich, eine einheitliche Wanddicke beizubehalten. Das Problem dabei ist, dass die Schmelze beim Fließen durch die Gussform an Druck und Temperatur verliert. Eine unsachgemäße Konstruktion kann dazu führen, dass die Schmelze durch einen dünnen Abschnitt in einen dicken Abschnitt fließt, was zu einer unvollständigen Füllung führt.
Eine der einfachsten Grundlagen für die Spritzgießkonstruktion, um dieses Problem zu lösen, ist die Positionierung von Anschnitten an den dickeren Abschnitten der Teilekonstruktion. Dadurch wird sichergestellt, dass die Schmelze die dicken Abschnitte füllt, bevor sie in die dünnen Abschnitte fließt, wodurch ein stabileres Teil entsteht.
Tipp Nr. 7 - Vergessen Sie nicht den Auswurf
Die Anwendung einer unangemessenen Ausstoßkraft kann das Werkzeug, das Teil und die im Spritzgießprozess verwendeten Maschinen beschädigen. Die Hersteller müssen die Ausstoßkraft über die Oberfläche des Teils ausbalancieren und dabei die Masse und Dicke berücksichtigen. Dadurch wird verhindert, dass das Teil beim Auswerfen bricht oder sich verzieht.
Außerdem muss der Hersteller berücksichtigen, dass im Falle eines kurzen Schusses der Kunststoff aus dem Anschnitt entfernt werden muss. Dieses Problem kann durch das Anbringen von Abstreifplatten oder zusätzlichen Auswerferstiften im Bereich des Anschnitts behoben werden
Tipp Nr. 8 - Anbringen von Vorsprüngen an Seitenwänden und Rippen
Ein Vorsprung ist ein zylindrisches Merkmal, das in ein Teil gegossen wird. Seine typische Funktion ist die Aufnahme eines Stifts oder einer Schraube. Hersteller können Vorsprünge für Teile verwenden, die in einer Sammlung von Teilen geliefert werden, die zusammengebaut werden müssen.
Vorsprünge sollten nicht freistehend sein. Es hat sich bewährt, Vorsprünge an Rippen oder Seitenwänden zu befestigen, um die strukturelle Integrität des Teils zu gewährleisten.
Ein freistehender Vorsprung kann leicht umknicken oder brechen, weil er nicht entsprechend abgestützt ist.
Entwerfen mit Zuversicht
Mit diesen Grundlagen für die Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen haben die Hersteller einige Anhaltspunkte, wie sie ein Werkzeug entwerfen können, das zuverlässige und hochwertige Teile produziert. Details sind bei der Konstruktion einer Gussform von entscheidender Bedeutung. Selbst kleine Konstruktionsfehler können zu optischen Mängeln und Problemen führen, die die strukturelle Integrität eines Teils beeinträchtigen.