Designtipps für Spritzguss

Das Spritzgussverfahren ist in der Großserienfertigung weit verbreitet, da es vergleichsweise wenig Ausschuss produziert und eine hohe Wiederholgenauigkeit aufweist. Die Vielseitigkeit des Spritzgussverfahrens erfordert viel breitere Designüberlegungen. Die meisten Designüberlegungen werden an der Form angestellt, nachdem die Produktanforderungen festgelegt wurden.

Zu den Faktoren, die das Spritzgussdesign beeinflussen, gehören:wie das Teil verwendet wird (Einzelprodukt oder für die Montage), seine dimensionalen und mechanischen Anforderungen und seine Fähigkeit, Elementen wie Chemikalien oder Druck standzuhalten. Einige wichtige Tipps, die Sie beim Entwerfen für den Spritzguss berücksichtigen sollten, werden unten erläutert.

1. Wählen Sie sorgfältig Materialien aus, die für Ihr Design geeignet sind

Unterschiedliche Spritzgussmaterialien bieten unterschiedliche Eigenschaften. Beispielsweise bieten einige Spritzgussmaterialien eine größere Dimensionsstabilität als andere. Ebenso haften einige besser mit Klebstoffen als andere. Das Materialdesign berücksichtigt Folgendes:Temperatur, Druck, biologische und chemische Wechselwirkungen.

Thermoplastische Harze können grob in amorphe und halbkristalline eingeteilt werden. Während teilkristalline Thermoplaste eine bessere chemische und elektrische Beständigkeit bieten, sind ihre amorphen Pendants wesentlich formstabiler und schlagfester. Die Materialauswahl kann das erforderliche Toleranzniveau oder bestimmte Merkmale wie die Wandstärke beeinflussen.

	Teilkristalline Harze	Amorphe Harze
Vorteile	• Hervorragend geeignet für Lager-, Verschleiß- und Konstruktionsanwendungen • Gute chemische und elektrische Beständigkeit • Niedrigerer Reibungskoeffizient	• Gute Bindung mit Klebstoffen • Hohe Dimensionsstabilität • Gute Schlagfestigkeit
Nachteile	• Schwierig mit Klebstoffen zu verbinden • Durchschnittliche Stoßfestigkeit	• Geringe Beständigkeit gegen Ermüdung und Spannungsrisse

2. Berücksichtigen Sie die Teiletoleranz

Toleranzen werden durch die Schrumpfung beeinflusst, die während des Abkühlvorgangs auftritt. Amorphe Materialien wie PLA haben im Allgemeinen engere Toleranzen als halbkristalline Materialien wie PEEK.

Enge Toleranzen verteuern die Produktion, aber sie können notwendig sein, damit Ihr Teil richtig passt oder funktioniert, insbesondere wenn es in einer Baugruppe verwendet wird.

Wir empfehlen Ihnen, sich in der Designphase an Ihren Lieferanten zu wenden, um die von ihm verwendeten Toleranzstandards zu besprechen.

Beispielsweise enthält die DIN 16901 eine Allgemeintoleranztabelle als Referenz für verschiedene Materialien. Wenn Ihr Lieferant diesen Standard verwendet und Sie engere Toleranzen oder andere Standards benötigen, werden Sie gebeten, 2D-Zeichnungen bereitzustellen.

3. Wählen Sie die richtige Wandstärke

Es gibt einige wichtige Punkte, die Sie berücksichtigen sollten, um sicherzustellen, dass Sie die richtige Wandstärke für Ihr Spritzgussdesign auswählen:

• Dünnere Wände verkürzen die Zykluszeit und senken die Kosten Ihres Teils. Für viele Anwendungen ist eine Wandstärke von 1,5-2,5 mm ausreichend, aber Sie können sich auch auf empfohlene Wandstärken für verschiedene Materialien beziehen
• Im Gegensatz zu CNC-bearbeiteten Teilen profitieren Spritzgussteile aus Kunststoff von einer konstanten Wandstärke. Wenn ein Teil in einem Abschnitt dicker ist als in einem anderen, erscheint an dieser Stelle eine Einfallstelle.
• Ungleichmäßige Wandstärken führen ebenfalls zu Verzug, da diese Wände unterschiedlich schnell abkühlen und schrumpfen. Wenn Sie eine ungleichmäßige Dicke benötigen, sollte die Dickenänderung 15 % der Nennwanddicke nicht überschreiten und immer einen glatten oder konischen Übergang haben, um ein qualitativ hochwertiges Teil zu erzielen.

Im Folgenden finden Sie die empfohlenen Wandstärken für verschiedene Materialien:

Material	Empfohlene Wandstärke
ABS	1,143 mm – 3,556 mm
Acetal	0,762 mm – 3,048 mm
Acryl (PMMA)	0,635 mm – 12,7 mm
Flüssigkristallpolymer	0,762 mm – 3,048 mm
Langfaserverstärkte Kunststoffe	1,905 mm – 27,94 mm
Nylon	0,762 mm – 2,921 mm
PC (Polycarbonat)	1,016 mm – 3,81 mm
Polyester	0,635 mm – 3,175 mm
Polyethylen (PE)	0,762 mm – 5,08 mm
Polyphenylensulfid (PSU)	0,508 mm – 4,572 mm
Polypropylen (PP)	0,889 mm – 3,81 mm
Polystyrol (PS)	0,889 mm – 3,81 mm
Polyurethan	2,032 mm – 19,05 mm

4. Fügen Sie Ihrem Design Formschrägen hinzu

Viele Materialabtragungsprozesse wie die CNC-Bearbeitung können vertikale Wände erzeugen. Das Erstellen eines Teiledesigns für den Spritzguss mit vertikalen Wänden führt jedoch dazu, dass das Teil stecken bleibt, insbesondere im Kern, da sich das Teil beim Abkühlen zusammenzieht.

Wenn zum Auswerfen des Teils zu viel Kraft aufgewendet wird, wird das Risiko einer Beschädigung der Auswerferstifte und sogar der Form sehr hoch. Gestalten Sie die Wände der Teile mit einer leichten Neigung, um dieses Problem zu vermeiden. Diese Neigung wird als Formschräge bezeichnet.

Aufgrund der hohen Komplexität, die beim Design entsteht, wird der Entwurf normalerweise in den letzten Phasen des Teiledesigns hinzugefügt. Unterschiedliche Oberflächen erfordern unterschiedliche Zugerscheinungen. Strukturierte Oberflächen erfordern die meiste Formschräge. Einige beim Spritzgießen übliche Oberflächen und ihre minimalen Entformungswinkel sind wie folgt.

• Für „nahezu vertikale“ Anforderungen:0,5°
• Häufigste Situationen:1 ~ 2°
• Alle Absperrflächen:3°
• Gesichter mit leichten Texturen:1 ~ 3°
• Gesichter mit mittleren Texturen:5°+

5. Fügen Sie bestimmten Teilen Rippen und Zwickel hinzu

Bestimmte Teile erfordern Rippen. Rippen und Zwickel verleihen den Teilen zusätzliche Festigkeit und helfen, kosmetische Mängel wie Verziehen, Einsinken und Hohlräume zu beseitigen. Diese Eigenschaften sind für Strukturbauteile unerlässlich. Daher ist es vorzuziehen, sie zu Teilen hinzuzufügen, anstatt die Dicke der Teile zu erhöhen, um die Festigkeit zu erhöhen.

Wenn dies jedoch nicht richtig ausgelegt ist, kann dies zu Schrumpfung führen. Schrumpfung tritt auf, wenn die Abkühlgeschwindigkeit bestimmter Teile viel schneller ist als andere, was zu einer dauerhaften Biegung einiger Abschnitte führt. Das Verziehen kann effektiv reduziert werden, indem die Rippendicke zwischen 50 und 60 % der Dicke der Wand gehalten wird, an der sie befestigt ist.

6. Radien und Verrundungen zum Teiledesign hinzufügen

Das Anwenden von Radien auf Teile, wenn möglich, eliminiert scharfe Ecken, was den Materialfluss und die strukturelle Integrität des Teils verbessert. Scharfe Ecken verursachen Schwächen in dem Teil, da das geschmolzene Material dazu gebracht wird, durch die Ecke oder in die Ecke zu fließen. Lediglich an Trenn- oder Absperrflächen sind scharfe Ecken unvermeidbar.

Radien und Verrundungen unterstützen auch den Teileauswurf, da abgerundete Ecken während des Auswurfs weniger wahrscheinlich hängen bleiben als scharfe Ecken. Außerdem sind scharfe Ecken auch statisch nicht ratsam, da sie zu Belastungspunkten führen, die versagen können. Radien helfen, die Spannung an den Ecken zu glätten.

Außerdem erhöht das Einbeziehen scharfer Ecken in Ihr Teil die Produktionskosten exponentiell, da dies erfordern würde, dass die Form scharfe Ecken aufweist, die nur mit sehr teuren Fertigungstechniken erreicht werden können.

Fügen Sie Innenradien mit mindestens dem 0,5-fachen der Dicke der angrenzenden Wand und Außenradien mit dem 1,5-fachen der Größe hinzu.

7. Vermeiden Sie Hinterschneidungen und sehen Sie nach Möglichkeit Schlitze vor

Schnappverbindungen sind durch Hinterschneidungen erhältlich. Das Straight-Pull-Werkzeug, das aus zwei Hälften besteht und die einfachste Konstruktion ist, ist nicht geeignet, um Teile mit hinterschnittenen Merkmalen herzustellen. Dies liegt an der Schwierigkeit, eine solche Form mit CNC zu bearbeiten, und der Tendenz des Materials, beim Auswerfen hängen zu bleiben.

Hinterschneidungen werden in der Regel mit Seitenkernen erzeugt. Seitenkerne erhöhen jedoch die Werkzeugkosten erheblich. Glücklicherweise gibt es einige Designtipps, um die Funktion eines Hinterschnitts ohne Verwendung von Seitenkernen zu erreichen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, stattdessen einen Schlitz einzuführen.

Dies wird auch als Durchgangskern bezeichnet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Trennlinie des Teils anzupassen oder zu verschieben. Passen Sie dabei auch den Formschrägewinkel entsprechend an. Das Verschieben der Trennlinien eignet sich am besten für Hinterschnitte, die sich auf der Außenseite des Teils befinden.

Sie können auch Abisolierhinterschnitte verwenden, die auch als Bump-Offs bezeichnet werden. Verwenden Sie diese Funktion jedoch nur, wenn das Teil flexibel genug ist, um sich beim Auswerfen aus der Form zu verformen und auszudehnen.

Geben Sie außerdem genügend Freiraum :Bump-Offs müssen einen Steigungswinkel von 30° bis 45° für einen effektiven Auswurf haben. All diese Alternativen zu teuren Seitenkernen erfordern eine erhebliche Neukonstruktion des Teils. Wenn die Neukonstruktion eines Teils nicht möglich ist, weil dies möglicherweise die Funktionalität des Teils beeinträchtigt, müssen Sie gleitende Seitenaktionen und Kerne verwenden, um mit Hinterschneidungen fertig zu werden.

Diese Merkmale gleiten hinein, wenn sich die Form schließt, und gleiten heraus, wenn sie sich öffnet. Die Seitenkerne müssen sich rechtwinklig bewegen und entsprechende Formschrägen aufweisen.

8. Bossen an Seitenwänden oder Rippen anbringen

Vorsprünge sind zylindrische Abstandshalter, die in ein Kunststoffteil eingegossen sind, um einen Einsatz, eine selbstschneidende Schraube oder einen Stift für die Montage oder Montage von Teilen aufzunehmen.

Der Außendurchmesser (OD) des Ansatzes sollte das 2,5-fache des Schraubendurchmessers für selbstschneidende Anwendungen betragen.

Chefs sollten nicht freistehend sein. Befestigen Sie Nocken immer mit Rippen oder Knoten an einer Seitenwand oder am Boden. Ihre Dicke sollte 60 % der Gesamtdicke des Teils nicht überschreiten, um sichtbare Einfallstellen an der Außenseite des Teils zu minimieren.

Beispielsweise sollte ein Teil mit einer Außenwand von 3 mm Innenrippen haben, die nicht dicker als 1,7 mm sind.

9. Gating:Heben Sie optisch wichtige Flächen an Ihrem Teil hervor, wo keine Markierungen sein dürfen

Um Ihr Teil im Spritzguss richtig zu konstruieren und herzustellen, ist es wichtig, dass der Hersteller von Anfang an versteht, welche Anforderungen Sie an das Erscheinungsbild haben.

Ein wichtiger Punkt, den der Werkzeughersteller berücksichtigen muss, ist die Position des Anschnitts. Tore sind Eintrittsabschnitte, durch die das geschmolzene Material in die Form eintritt. Der Werkzeughersteller muss die Art der Anschnitte auswählen und sie strategisch positionieren, um potenzielle Qualitätsprobleme zu minimieren.

Anschnitte hinterlassen auch Anschnittspuren oder einen visuellen Hinweis darauf, dass der Teil mit einem Anschnitt versehen wurde – selbst wenn er subtil ist.

Aus diesem Grund empfehlen wir, Ihren Lieferanten über alle ästhetischen und funktionalen Anforderungen zu informieren und zu definieren, wo nicht gegatet werden soll.

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