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  • AutorenbildDominykas Turčinskas

Hinterschneidungen beim Spritzgießen erklärt (+Optimierungsleitfaden)

Aktualisiert: 19. Aug. 2022

Der Spritzgießen bezieht sich auf den Herstellungsprozess, bei dem das geschmolzene Material in die Form gespritzt wird, um Teile verschiedener Formen und Größen herzustellen. Zu den Spritzgussmaterialien gehören unter anderem Metalle, Elastomere, Keramiken und in der Regel thermoplastische und duroplastische Polymere. In diesem Artikel wird sich das Thema jedoch um das Kunststoffspritzgießen drehen, insbesondere im Zusammenhang mit Hinterschneidungen beim Kunststoffspritzgießen, zusammen mit einigen Standardvokabeln, die typischerweise mit dem Gießen von Kunststoffteilen mit Hinterschneidungen verbunden sind.


Hinterschneidungen beim Spritzgießen

Vokabeln

  • Kern: Ein Vorsprung, der die Innenfläche oder das Gegenstück eines Kunststoffteils bildet - die männliche Seite des Teils.

  • Hohlraum: Ein Hohlraum, der die Außenfläche eines Kunststoffteils bildet - die weibliche Seite des Teils.

  • Trennungslinie: Die Trennebene, in der sich zwei Hälften der Spritzgussform treffen.

  • Schieberegler (Seitenschieber): Es handelt sich um eine seitliche Bewegung, die die vertikale Bewegung des Öffnens/Schließens der Form in die horizontale Richtung umwandelt.

  • Absperrung: Die Absperrungen verwenden verformte Wände, die gegen verformte Wände abdichten, so dass keine Nachbearbeitung oder Beseitigung der Funktionsgeometrie erforderlich ist.

  • Stoßstange: Die leichte Hinterschneidung in der Teilekonstruktion, die bei einer gerade gezogenen Form ohne Seiteneingriffe sicher beseitigt werden kann.

  • Entwurf: Der Entwurf ist eine Verjüngung, die während der Entwicklung der Teile auf die Flächen des Teils

  • Schmelzkerne: Schmelzkerne sind hilfreich, wenn entformbare Kerne schwer zu verwenden sind, um innere Hohlräume und Hinterschneidungen beim Spritzgießen des Teils zu formen

  • Auswerfer: Das Auswerfersystem beim Kunststoffspritzgießen wird verwendet, um die endgültigen festen Teile oder Proben mit Kraft aus der Form zu drücken und auszuwerfen.

Was ist eine Hinterschneidung beim Spritzgießen?


Hinterschneidungen können als Vorsprünge oder vertiefte Bereiche eines Teils parallel zur Trennebene einer Kunststoff-Spritzgussform bezeichnet werden, die das Auswerfen des Teils aus der Form verhindern. Es gibt mehrere Hauptarten von Hinterschneidungen, und zwar:

  1. Äußerer Hinterschnitt

  2. Bohrung

  3. Interne Hinterschneidung

  4. Radiale Hinterschneidung

  5. Gewindehinterschnitt

Äußere Hinterschneidungen befinden sich an der Außenseite des Teils, während innere Hinterschneidungen an der Innenseite des Teils verbleiben. Hinterschneidungen mit Gewinde treten auf, wenn ein Teil mit Gewinde geformt wird, und müssen in der Regel herausgeschraubt werden, um es zu entfernen. Bohrungen und radiale Hinterschneidungen entstehen, wenn Durchgangsbohrungen benötigt werden, die parallel zur Trennebene der Form angeordnet sein müssen.


Hinterschneidungen beim Spritzgießen

Hinterschneidungen können in jedem Fall geformt werden, aber sie benötigen einen seitlichen Zug oder eine seitliche Wirkung, da sie ein zusätzlicher Teil der Form sind, der sich unabhängig von den beiden Hälften bewegt. Darüber hinaus können diese Hinterschneidungen die Kosten des Formteils in die Höhe treiben, da die Kosten für die Form selbst um 15-30 % steigen, die Zykluszeit verlängert und die Komplexität der Spritzgießmaschine erhöht wird.


Zweck von Hinterschneidungen beim Kunststoffspritzgießen


Im Folgenden werden einige der allgemeinen Verwendungszwecke von Hinterschneidungen beim Kunststoffspritzgießen genannt:


  • Erstellen von Verriegelungs- oder Schnapp- und Verriegelungsmerkmalen und Erwerben von seitlichen Löchern oder Öffnungen und Anschlüssen für Tasten und Verdrahtungsmerkmale.

  • Erlangung der Kontrolle über vertikale Gewinde und Widerhaken, die in medizinischen Geräten verwendet werden, und Bereitstellung von Gewinden und kundenspezifischen Einsätzen, die nicht in der gezeichneten Linie liegen.

  • Ausbohren von dicken und undurchdringlichen Abschnitten, die nicht durch den Kern und den Hohlraum allein gesichert sind. Dadurch wird die Gefahr des Einsinkens und Verziehens verringert.

Wie optimiert man ein Teil für das Spritzgießen (Vermeidung von Hinterschneidungen)?


Konstruieren Sie das Teil neu und verbessern Sie es, um Hinterschneidungen zu vermeiden, wann immer dies möglich ist, da sie die Komplexität der Form, die Wartung und die Gesamtkosten erhöhen. Geringfügige Änderungen an der Konstruktion des Teils können dazu helfen, Hinterschneidungen im Werkzeug zu vermeiden; es geht einfach darum, die richtige Lösung für das jeweilige Teil zu finden. Hier sind einige Methoden zur Optimierung des Teils, um Hinterschneidungen beim Spritzgießen zu vermeiden:


Bohrung zu Schlitz


eines seitlichen Mechanismus hinzugefügt werden. Die Schaffung eines Lochs oder Schlitzes in der Form ist möglich, um das Auswerfen des Teils ohne Verhaken zu erleichtern; andernfalls könnte das Teil in der Form stecken bleiben. Dabei wird berücksichtigt, dass sich das Metall in der Form durch das Loch des Teils bewegt und die Unterseite des Hinterschnitts entsprechend entwickelt.


Abstreifen

Abstreifen spritzguss

Ebenso können Abstreifhinterschneidungen von Vorteil sein, wenn das Merkmal ausreichend flexibel ist, um sich während des Auswerfens über der Form zu verformen. Bei der Verwendung von Abstreifhinterschneidungen ist darauf zu achten, dass sie sich nicht in der Nähe von Versteifungselementen (Rippen und Ecken) befinden und einen Steigungswinkel von 30-45 Grad haben. Bei Teilen, die aus faserverstärkten Kunststoffen hergestellt werden, ist von Abstreifhinterschneidungen abzuraten. Dagegen sind flexiblere Kunststoffe akzeptabel.


Verschieben einer Trennungslinie


Die einfachste Methode, einen Hinterschnitt zu bewältigen, besteht darin, die Trennebene der Form so zu verschieben, dass sie sich mit dem Teilemerkmal überschneidet, und die Winkel entsprechend zu ändern. Außerdem ist diese Anordnung für verschiedene Konstruktionen mit Hinterschneidungen auf einer Außenfläche geeignet. Die Begrenzung der Trennebene hängt vom Materialfluss, der Geometrie und anderen Merkmalen des Teils ab.


Absperrungen – Teleskopabsperrungen


Teleskopabsperrungen, auch Schiebe-Absperrungen genannt, sind eine weitere gängige Spritzgusstechnik und werden häufig zur Entwicklung von Clip- und Hakenmechanismen verwendet. Diese werden in der Regel zum Verriegeln der beiden Hälften des geformten Produkts verwendet und können in vielen Fällen dazu beitragen, dass keine Hinterschneidungen erforderlich sind. Im Wesentlichen wird das Teleskop in die eine Hälfte der Form eingearbeitet und streckt sich während des Betriebs der Form in die entgegengesetzte Seite, während es bestimmte Merkmale verschließt.


Wie geht man mit Hinterschneidungen um, nachdem das Teil vollständig optimiert ist?


Selbst wenn das Teil vollständig optimiert ist, kann es Situationen geben, in denen Hinterschneidungen unvermeidlich sind. In diesem Fall gibt es drei Möglichkeiten, wie man mit Hinterschneidungen beim Spritzgießen umgehen kann:


Handbeladene Einlagen


Ein handbeladener maschinell bearbeiteter Einlageteil wird in die Form eingebettet, um zu verhindern, dass geschmolzener Kunststoff in diese Bereiche fließt. Nach Abschluss des Zyklus wird das Teil mit den Einlagen ausgeworfen, wobei ein Bediener erforderlich ist, um sie zusammen mit dem Teil zur weiteren Verwendung herauszunehmen. Dieser manuelle Eingriff verlängert jedoch die Zykluszeit etwas, im Gegensatz zu automatisch arbeitenden Nebenprozessen.


Stoßstangen


Wenn ein leichter Hinterschnitt vorhanden ist, kann man einen unabhängigen Einlageteil herstellen, der in die Form geschraubt wird. Beim Auswerfen erstreckt sich der Kunststoff kurzzeitig über den Einlegeteil, nimmt dann aber wieder seine gewünschte Form an. Der Stoß sollte glatt sein und eine angemessene radiale Abmessung haben - die Form sollte nicht zu radikal sein - und das Material sollte so flexibel sein, dass es ohne zu reißen über den Stoß gleiten kann.


Schieberegler, seitliche Schieberegler und Kerne (abgewinkelter Stiftschieber)


Eine senkrechte Schieberegulierung ist für runde und hohle Teile geeignet, und die Form wird horizontal entlang der Längsachse des Teils geteilt. Nach Beginn des Formgebungszyklus schließen sich die Formhälften. Die seitliche Schieberegulierung gleitet auf einem abgewinkelten Stift durch hydraulische Aktuatoren mit der gleichen Geschwindigkeit, um gleichzeitig korrekt positioniert zu werden. Wenn der Formgebungszyklus endet und sich die Form öffnet, gleitet die seitliche Schieberegulierung mit der gleichen Geschwindigkeit auf dem abgewinkelten Stift, bis die seitliche Schieberegulierung ausreichend zurückgezogen ist, damit sich der Hinterschnitt beim Auswerfen vom Teil lösen kann.


Einfallende Kerne


Einfallende Kerne spritzguss

Einfallende Kerne sind eine alternative Methode zur Herstellung von Kunststoffteilen mit inneren Hinterschneidungen. Diese Kerne werden mit flexiblen Elementen segmentiert, die während des ersten Auswurfs nach innen kollabieren und dabei den inneren Hinterschnitt freigeben. Nach dem Kollabieren wird das Teil in der zweiten Phase des Auswerfens leicht aus dem Kern herausgeschoben. Ähnlich wie bei nicht schraubbaren Werkzeugen können mit Hilfe von Einfallkernen Verschlüsse und Fittings mit Gewinde hergestellt werden. Im Gegensatz zu Ausdrehwerkzeugen können die Einfallkerne jedoch auch Teile mit inneren Merkmalen wie O-Ring-Nuten, Vertiefungen und Löcher in der Seitenwand eines Teils herstellen. Letztlich entfällt damit die Notwendigkeit einer externen seitliche Schieberegulierung.


Einfallende Kerne sind als vorgefertigte ,, Rohlinge ’’ in verschiedenen Größen erhältlich. Größere Standardkerne haben Durchmesser von 25 mm bis 90 mm und bieten einen Einfalltiefe von 1,20-3,75 mm pro Seite, was sich auf die zulässige Tiefe des Hinterschnitts bezieht. Kleinere Kerne mit Durchmessern von 13-24 mm sind ebenfalls erhältlich, wobei die Einfalltiefe 1,32-1,50 mm pro Seite beträgt. Diese kleineren ,, Mini-Kerne ’’ können nur verwendet werden, wenn das Gewinde oder der Hinterschnitt unterbrochen ist - nicht durchgehend über 360°.


Verlorene oder Schmelzkernformen


Mehrere Verfahren können die Herstellung hochkomplexer Teile ermöglichen. So können z. B. Teile mit großen inneren Hinterschneidungen, die sich mit Hilfe herkömmlicher Spritzgusstechnologien nicht lösen lassen, mit dem Schmelzkernverfahren hergestellt werden. Mit dem Schmelzkernverfahren werden in der Regel verschiedene Teile hergestellt, darunter Ventile, Tennisschläger, Pumpen und Ansaugrohre für Kraftfahrzeuge. Obwohl das Verfahren kapitalintensiv ist, lassen sich damit komplexe Teile in einem Arbeitsgang herstellen. Schließlich entfallen die Kosten- und Qualitätsprobleme von Sekundärprozessen.

Das Schmelzkernformen beginnt mit dem Einlegen eines Druck- oder Schwerkraftguss-Metallkerns in die Spritzgießform. Der Rest des Prozesses läuft wie üblich ab, das bedeutet, dass sich das Werkzeug schließt und das Kunststoffteil auf den Gießkern gegossen wird. Wenn sich die Form öffnet, werden der Kern und das Teil gemeinsam ausgeworfen. Ein nachgebildeter Kern wird für den nächsten Zyklus in das Werkzeug geladen. Nach dem Gießen wird der Kern, bei dem es sich in der Regel um eine Metalllegierung mit niedrigem Schmelzpunkt handelt, vom Kunststoffteil abgeschmolzen. Das Schmelzen kann mit verschiedenen Methoden erfolgen. Es wird jedoch die Methode der induktiven Erwärmung mit heißer Flüssigkeit gewählt, da der Kern schnell aufgelöst werden kann und das Oxidationspotenzial des Metalls minimiert wird.


Das Metallkernschmelzen kann durch verschiedene Methoden erreicht werden, insbesondere durch:


  • Zirkulation von heißer Flüssigkeit durch den Kern (bei Hohlkernen).

  • Eintauchen des Teils und des Kerns in ein Bad mit heißer Flüssigkeit (Schwimmbadmethode).

  • Induktive Erwärmung (führt wahrscheinlich zur Oxidation des Metalls).

  • Induktive Erwärmung in einer heißen Flüssigkeit.


Nach dem Schmelzen des Kerns werden die Teile mit Hilfe von Metalldetektoren geprüft, um eine vollständige Verschmelzung sicherzustellen. Anschließend wird die Metalllegierung umgegossen, um temporäre Kerne für nachfolgende Gusszyklen herzustellen.

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