3 Schlüsselkomponenten sauberer, funktionaler Spritzgussdesigns

Spritzgießen ist ein beliebtes Fertigungsverfahren für die Massenproduktion identischer Kunststoffteile mit guten Toleranzen. Dabei werden thermoplastische Flakes oder Pellets aufgeschmolzen und in eine Form gespritzt. Sobald das thermoplastische Material abkühlt und aushärtet, heben Auswerferstifte das fertige Teil aus der Form. Viele der Verbraucherprodukte, die Menschen täglich verwenden, sind spritzgegossen, von Telefonladegeräten über Autoteile bis hin zu Lego®-Steinen.

Sobald die Form hergestellt ist, haben Ingenieure die Möglichkeit, komplexe Teile zu sehr niedrigen Stückkosten konsistent zu reproduzieren. Daher ist die Perfektionierung der Formenbauprozesse von entscheidender Bedeutung. Hier ist ein Crashkurs zur Optimierung des Designs eines Spritzgussteils – plus Tipps und Tricks für Produktdesigner.

Drei Tipps und Best Practices für das Design von Spritzgussformen

Spritzgussteile können komplexe Geometrien aufweisen und bieten Produktdesignern ein hohes Maß an Designflexibilität. Der einzige Vorbehalt besteht darin, dass Produktteams ihre Teile gemäß den spezifischen Anforderungen des Spritzgießens konstruieren müssen.

Es ist sehr schwierig, Designanpassungen vorzunehmen, nachdem das Teil bereits hergestellt wurde. Daher müssen Produktdesigner das Kunststoffteil perfekt für den Spritzguss entwerfen, um das Risiko von Problemen mit der Werkzeugkonstruktion zu verringern, die besten Ergebnisse zu erzielen und die Kosten zu senken. Um saubere, funktionale Teile zu entwerfen, beginnen Sie mit diesen drei Best Practices für das Spritzgussdesign:

1. Gleichmäßige Wandstärken einhalten

Die wichtigste Regel bei der Konstruktion von Spritzgussteilen ist die Verwaltung der Dicke der Form. Ungleichmäßige Wände können dazu führen, dass sich das Teil beim Abkühlen des thermoplastischen Materials verzieht oder Einfallstellen entstehen. Die empfohlenen Wandstärken variieren je nach verwendetem Kunststoff. Beispielsweise hat Polyurethan (PUR) eine empfohlene Wandstärke von 0,080 Zoll bis 0,750 Zoll, während Polystyrol (PS) einen viel kleineren Bereich von 0,035 Zoll bis 0,150 Zoll hat. Eine gute Faustregel ist, die Wandstärke einer beliebigen Form zwischen 1,2 mm und 3 mm zu halten.

Wenn das Teil so konstruiert ist, dass es unterschiedliche Dicken enthält, sollten Produktdesigner den Übergang zwischen ihnen so glatt wie möglich gestalten. Dadurch wird sichergestellt, dass der geschmolzene Kunststoff gleichmäßig in den Formhohlraum fließt. Eine Fase oder Verrundung, die dreimal so lang ist wie der Dickenunterschied, sollte ausreichen.

Dicke Abschnitte in einem Spritzgussdesign können Verwerfungen, Einsinkungen und andere Defekte verursachen, aber manchmal sind sie für komplexe Geometrien notwendig. Produktdesigner können dickere Abschnitte in ihre Formen einbauen und dabei Wanddickenbeschränkungen einhalten, indem sie diese Abschnitte aushöhlen. Das Einfügen von Rippen in das Teil verstärkt die Hohlprofile und sorgt für Steifigkeit.

Die Rippendicke variiert je nach verwendetem Thermoplast, aber die Rippen sollten immer weniger als zwei Drittel der Hauptwanddicke betragen. Eine zu dicke Rippe führt zu Einfallstellen auf der Außenfläche.

2. Eliminieren Sie Hinterschnitte, die nicht designkritisch sind

Hinterschnitte sind Merkmale, die verhindern, dass das Spritzgussteil sauber und ohne strukturelle Beschädigung aus der Form ausgeworfen wird. Hinterschneidungen können in einer Vielzahl von Formen auftreten – Löcher, Hohlräume oder Bereiche, in denen die Ausrichtung nicht senkrecht zur Trennlinie der Form ist. Das Beste für einen Produktdesigner ist es, Unterschnitte ganz zu vermeiden. Sie machen das Spritzgussdesign immer teurer, komplizierter und arbeitsintensiver als nötig.

Dennoch gibt es ein paar Designtricks, um Hinterschnitte zu handhaben. Die einfachste Art, eine Hinterschneidung zu beheben, besteht darin, die Trennlinie der Form so zu verschieben, dass sie sich mit der Hinterschneidung schneidet. Dieser Tipp gilt jedoch nur für Designs mit Hinterschneidungen an der Außenseite der Form.

Bumpoffs oder abstreifende Hinterschneidungen sind eine Option, wenn das Merkmal und das Material flexibel genug sind, um sich während des Auswerfens über der Form auszudehnen und zu verformen. Der Bumpoff sollte weit von den Stützstrukturen der Form entfernt sein und einen Steigungswinkel zwischen 30 und 45 Grad haben.

Als letztes Mittel können Seitenbewegungen oder Heber Hinterschneidungen beheben, wenn die Form nicht neu gestaltet werden kann, um Hinterschneidungen zu vermeiden. Side-Action-Kerne sind senkrechte Einsätze, die beim Öffnen und Schließen in die Form hinein- und herausgleiten. Diese Mechanismen erhöhen die Kosten und die Komplexität erheblich. Selbst bei diesen Lösungen wäre es für Designer angebracht, Unterschnitte ganz zu vermeiden und Unterschnitte während der Prototypenerstellung zu eliminieren.

3. Entwurf, Entwurf, Entwurf

Entformungswinkel sind Konstruktionsüberlegungen, die es einfacher machen, ein spritzgegossenes Teil sauber aus der Form auszuwerfen. Das mag nach einem unwesentlichen Konstruktionsmerkmal klingen, aber Entwürfe sind entscheidend für die Herstellung funktionsfähiger Spritzgussteile. Entwürfe tragen dazu bei, dass das Teil bei der Freigabe nicht beschädigt wird, senken die Produktionskosten, beschleunigen die Produktionszeiten, gewährleisten eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit und bieten eine Reihe weiterer Vorteile. Ohne Formschrägen riskieren Produktteams, ihre teuren Formen zu beschädigen und eine große Anzahl von Ausschussteilen zu produzieren.

Entwürfe sollten früh im Designprozess berücksichtigt werden. Entformungswinkel variieren je nach einer Reihe von Faktoren im Zusammenhang mit dem Teil, einschließlich Wandstärke, Wandtiefe, Material und allen anwendbaren Schrumpfraten, Texturen oder Auswurfanforderungen. Es ist am besten, so viel Formschräge wie möglich anzuwenden. Produktdesigner sollten zu Beginn ein Grad Formschräge pro Zoll Hohlraumtiefe berücksichtigen und die oben genannten Faktoren nach Bedarf anpassen.

Auch wenn es so aussieht, als könnte die Formschräge die Leistung des Teils negativ beeinflussen, ist es immer besser, Formschräge zu haben, als keine Formschräge zu haben. Teile können im Allgemeinen mit einer Formschräge von mindestens 0,25 Grad konstruiert werden, aber die kleinstmögliche Formschräge hängt von der einzigartigen Geometrie und dem Material des Teils ab.

Holen Sie sich Hilfe von den Designexperten

Diese kurze Liste kratzt nur an der Oberfläche der wichtigsten Designüberlegungen für Spritzgussteile. Produktteams müssen auch Faktoren wie Trennlinien, Angussdesign, Angussposition und mehr berücksichtigen. Der beste Weg zur Optimierung von Teiledesigns im Hinblick auf Kosteneffizienz, Produktionszeit und Effizienz ist die Zusammenarbeit mit einem Fertigungsexperten, der während des gesamten Designprozesses wichtige Ratschläge geben kann.

Die Design- und Konstruktionsexperten von Fast Radius können Ihnen helfen, häufige Schwachstellen im Formenbau zu lösen, aktuelle Designs neu zu optimieren oder etwas völlig Neues zu schaffen. Wir können Ihnen dabei helfen, Ihren Entwicklungszyklus um bis zu 90 % zu verkürzen und Ihre Markteinführungszeit für jedes Produkt zu verkürzen. Lassen Sie uns neue Dinge möglich machen – kontaktieren Sie uns noch heute.

Weitere Informationen rund um das Spritzgießen finden Sie in den entsprechenden Blog-Artikeln im Ressourcenzentrum von Fast Radius.

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