Gießtricks, die jeder Maschinenbauingenieur kennen sollte

Beim Produktdesign sind Maschinenbauer gefordert, den coolen Look eines neuen Produktes der Industriedesigner beizubehalten, alle Teile des Produkts zum Funktionieren zu bringen, und das in höchster Qualität und dabei so günstig wie möglich . Die äußeren Gehäuseteile bestehen oft aus Kunststoff, um ein glattes Aussehen zu niedrigen Kosten mit vielen versteckten Funktionsmerkmalen zu erzielen, und für die Großserienproduktion bedeutet dies spritzgegossene technische Kunststoffe. Um dies zu erreichen, wird ein Ingenieur im Laufe der Jahre eine Reihe von Tricks entwickeln, die dazu dienen, hochwertige Kunststoffformteile herzustellen, einige strategisch und andere detailliert.

In den letzten Jahren ist die Überzeugung aufgekommen, dass es ausreicht, nur einige 3D-CAD-Dateien der Außenflächen und Teile für das geformte Kunststoffgehäuse eines neuen Produktkonzepts zu erhalten, da der ausländische Werkzeug- und Spritzgießer diese Dateien dann nimmt und ein geeignetes Toleranzstudie für Abstände zwischen den Teilen, damit sie immer richtig passen, den Teilen alle Formschrägen hinzufügen, um sie sauber aus den Metallspritzgussformen zu lösen, und ein perfektes Finish sicherstellen. Dies setzt natürlich voraus, dass der Spritzguss- und Werkzeugbauer die Gedanken der Konstrukteure lesen kann, da bei diesem Ansatz weder die Details der Konstruktionsabsichten, die für die Funktionseinpassung wichtigen Merkmale, die Ausrichtungsstrategie noch die Überlegungen zur Montagereihenfolge vermittelt werden. Tatsächlich werden viele Formenbaubetriebe nur Änderungen vornehmen, um den Formfluss zu gewährleisten und Einsink- und Schrumpfverformungen zu minimieren, und dies auf eine Weise, die es ihnen erleichtert, d. h. schneller und einfacher Formzyklen, um ihre Gewinnspanne zu verbessern. Wenn die erhaltenen CAD- und Zeichnungsdateien nicht eindeutig sind, sind sie nicht verpflichtet, überarbeitete Kunststoffteile bereitzustellen die Teile richtig. Wir sehen dies für Unternehmen, die versuchen, ohne angemessene technische Prüfung oder Berücksichtigung der Absicht des Industriedesigns direkt zu einem Werkzeug-/Former-/Auftragshersteller zu gelangen, und in einigen Fällen bedeutet dies das Ende einer Neugründung. Es ist bedauerlich, da ein besser durchdachter Ansatz mit dem Wissen um einige der Fallstricke, die auftreten können, und Techniken zur Herstellung guter Teile den Weg des Produkts in die Produktion von Anfang an hätten steuern können.

Gut durchdachte 3D-Dateien und -Zeichnungen zur Kommunikation der Details und Bedürfnisse der Teile und des Produktdesigns bilden für alle Beteiligten einen „Vertrag“ der Bedürfnisse und Erwartungen der endgültigen Teile und ermöglichen einen Ort, an dem kleine Details untersucht werden können hat auf Anhieb geklappt. Dies ist wirklich der erste Gießtrick. Überlassen Sie die Detailarbeit nicht dem Ende, sondern lassen Sie die Dinge mit dem Team durchdenken, bevor Sie sie an die Hersteller weitergeben. Dies spart letztendlich Zeit und Geld und baut eine Arbeitsbeziehung mit dem Spritzgießer auf, der die ersten Produktionsteile durchläuft und abmeldet.

Mach es nicht glänzend! Das ist wirklich der Trick, um das gesamte Team bereits in den frühen Industrial Design-Phasen der Produktentwicklung einzubeziehen, noch bevor der Maschinenbau im Detail beginnen kann. Oftmals kann das gleiche Produktdesign mit kleinen Änderungen erreicht werden, die große Kopfschmerzen oder spätere Kosten vermeiden. Muss die Seitenwand des Teils mit einer Höhe von 18 Zoll wirklich um 0,080 Zoll mit einem Radius von 628 Zoll gewölbt werden? Dies kann ohne Bedenken erfolgen, es kann das Rendering in der grafisch erzeugten Beleuchtung besser aussehen lassen, aber es muss im 3D-CAD und Werkzeug erfasst werden, um das echte Kunststoffteil herzustellen. Dieses Merkmal kann beim Endprodukt völlig unbemerkt bleiben, erschwert jedoch die Herstellung und Prüfung der im Werkzeug geformten Schlüsselmontagemerkmale. Auf der anderen Seite gibt es eine Kehrseite; ein Design mit der schlichten, flachen, großen Platte mit glänzendem Finish. Dabei muss möglicherweise eine leichte Krümmung vorhanden sein, um die Vorderseite nach außen zu biegen, um zu verhindern, dass die fertige Seite nach innen herabhängt oder Ölkannen nach innen kippen, auch wenn sie beim Herauskommen aus der Form kein Problem mit Verziehen hat oder wenn die Teil kann einige Ladevorgänge oder Benutzerkontakt erfordern, dann kann es von diesem Formular profitieren, um ein qualitativ hochwertiges Aussehen im Laufe der Zeit zu gewährleisten.

Andere industrielle Designmerkmale können auf einem Computerbildschirm vergrößert gut aussehen, aber die kleine einzigartige charakteristische Erhebung in der Lünette des Produkts, die eine Hebeaktion von 4000 USD im Formwerkzeug erfordert und möglicherweise nie bemerkt wird, wenn das Produkt zu Hause ins Regal gestellt wird , darf den Wert des Produkts nicht erhöhen. Ein solches Charaktermerkmal kann nur vom Aussehen eines Produkts ablenken. Die richtige Dimensionierung des Teils und der Funktion, die Betrachtung der Passform und aller Produktanforderungen und ob die Funktionen wirklich zum Produkt beitragen, kann verhindern, dass etwas, das auf dem Computerbildschirm gut aussieht, Probleme bei der Herstellung und Freigabe eines Produkts verursacht. Tatsächlich werden viele Funktionen wie diese, die ohne weitere Überlegungen hinzugefügt werden, um ein abwechslungsreiches Aussehen zu erhalten, weggelassen und schaffen es nicht in die Produktion. Die Industriedesigner und Maschinenbauer sollten frühzeitig gemeinsam an den Zielen Funktion, Herstellbarkeit, Kosten und Optik arbeiten. Es ist in Ordnung, ein glänzendes Finish zu haben. Denken Sie jedoch daran, dass es während des gesamten Prozesses etwas mehr Arbeit erfordert.

Verstecke diese Lücke von Teil zu Teil! Kunststoffteile gut zu formen ist nicht einfach, noch ist es nicht einfach, einen Zusammenbau dieser Kunststoffteile herzustellen, die mit Leichtigkeit eng zusammenpassen, um das sauber aussehende Produkt zu erzeugen, das in den Original-Renderings gezeigt wurde. Das Versprechen günstiger Teilekosten kann verschwinden, wenn sich das Kunststoffteil nach dem Einspritzzyklus verzieht oder verzieht. Dies kann verschiedene Gründe haben, einschließlich der Teilegeometrie, Variationen in der Wandstärke, Prozessabläufe während des Formens, einschließlich der Zykluszeit, und kann letztendlich die Kosten für Kühlvorrichtungen nach dem Formen erfordern. Bei vielen komplexen Teilen treten diese Probleme bis zu einem gewissen Grad auf, und einige Teile und Konstruktionsanforderungen erfordern zusätzliche Kosten für Vorrichtungen, aber für die meisten anderen sind Vorrichtungen aufgrund schlechter Designüberlegungen nur ein zusätzlicher Schritt und zusätzliche Kosten. Da viele Teile, insbesondere dünne Teile oder solche mit unterschiedlichen Querschnitten, bis zu einem gewissen Grad mit Verzug zu kämpfen haben, wird es einen großen Beitrag leisten, während des detaillierten industriellen Konstruktions- und Konstruktionszyklus zusätzliche Gedanken über das Teiledesign und die Anpassung zwischen den Teilen zu machen, um ein gutes Ergebnis zu erzielen aussehendes Produkt pünktlich fertig. Dies erfordert möglicherweise eine genaue Betrachtung von Montagedetails, internen Merkmalen wie Rippen und Lippen eines Kunststoffteils, die in ein anderes greifen, um sie relativ zueinander zu positionieren, und das Verbergen potenzieller Fehlausrichtungen.

Selbst wenn die Teile ohne allzu viele Probleme geformt werden, ist es wichtig, dass das Design so durchdacht war, dass die Montage der Teile keine Passungsabweichungen aufweist oder zusätzliche Zeit beim Zusammenbau erfordert, um die richtige Passform zu erreichen, um ein Qualitätsprodukt für die Herstellung zu produzieren die Zielkosten. An dieser Stelle muss berücksichtigt werden, dass eine mögliche Fehlausrichtung nicht in den Mittelpunkt Ihres Produktdesigns gestellt wird. Dies soll nicht heißen, alle Charakterlinien über mehrere Teile hinweg zu vermeiden oder die Konstruktion glatt sitzender Gehäuse zu vermeiden, aber es ist von Anfang an Anstrengungen erforderlich, um zu überlegen, was für eine kostengünstige Produktion angemessen ist, und eine Strategie zu entwickeln, um die Teilepassung auszurichten zwischen den Teilen mit Merkmalen in den Gegenstücken. Wenn, nachdem die gesamte Konstruktion abgeschlossen ist, die Werkzeugvorrichtungen entworfen, Linie-zu-Linie-Passungen vereinbart wurden und der Hersteller zurückkommt und weitere 0,03 Zoll Slope bei der Teilepassungsausrichtung und weitere 5 USD pro Teil verlangt, können einige Konstruktionen stark überarbeitet werden. arbeitete daran, nur den gesamten Teil des Produktdesigns zu entfernen, um Passungsprobleme und Kosten zu vermeiden. Eine so späte Änderung durch den Spritzgießer sieht oft als „ergänzt“ aus, und das lässt das Design- und Engineering-Team schlecht aussehen, als ob sie nicht zusammengearbeitet hätten, um die Herausforderungen zu berücksichtigen, und der Kunde hat diesen Preis nicht mehr Aussehen, von dem sie dachten, dass sie es vor 5 Monaten bekommen würden, und dies hätte durch eine umfassendere Betrachtung des gesamten Prozesses frühzeitig vermieden werden können.

Mach es nicht schon wieder glänzend! Jedes Produkt wird seine Außenhaut haben und moderne Produkte werden mit einem abgestimmten Look immer schlanker. Um jedoch die Passung des Teils zu verbessern, weist das Innere eines Teils, wie gerade beschrieben, eine Reihe von Rippen und Vorsprüngen auf, die die Dinge miteinander verbinden, sowie interne Teile montieren und eine Struktur bereitstellen. In jedem dieser Fälle erfordern diese inneren Merkmale auf der Haut des Produkts normalerweise eine gewisse Festigkeit, können es sich jedoch oft nicht leisten, viel Kunststoffvolumen zu verbrauchen, nicht so sehr aufgrund von Materialkosten oder Gewicht, sondern weil man lokal dicke Querschnitte vermeiden möchte aus spritzgegossenem Material, das mit anderen Geschwindigkeiten abkühlt als die umgebende dünnere Haut. Dies kann zu Einsenkungen in der gegenüberliegenden Wand oder Außenfläche des Teils führen, und selbst wenn das Problem nicht zu dramatisch ist, kann es zu Krümmungen der glatten Außenflächen kommen, die Glanzpunkte erfassen können, die nicht richtig aussehen, und die Bemühungen, das Produkt glatt zu machen, zunichte machen können . Glänzende Oberflächen sind schlimmer als strukturierte Oberflächen, die Fehler verbergen, aber dies ist nur eine Herausforderung, die mit dem Gebiet des Produktdesigns einhergeht. Hier sind einige Maschinenbautricks, die nicht immer allgemein bekannt sind oder von allen Ingenieuren oder Spritzgießern geteilt werden:

• Breite Ausrichtungslaschen oder Rippen können in viele skelettierte Rippen gebrochen werden
• Bei Schraubnaben können diese an der Innenseite einer Teilwand um den Boden einer Nabe herum eingeschlitzt werden, wodurch an der Basis ein Graben entsteht, wodurch die Materialmenge in diesem Bereich reduziert wird. Wenn die Bohrung des Nabenlochs tiefer ist als die Nabe hoch ist, kann die Außenwand des Teils außerdem lokal auf 30 Prozent der Nennwanddicke dünner gemacht und das Risiko des Einsinkens oder Errötens an der Außenfläche effektiv verringert werden.
• Bei Rippen reduziert die selektive Reduzierung des Zugs an langen Rippen, um sie oben auf einer brauchbaren Dicke und unten nicht zu dick zu halten, die Wahrscheinlichkeit von Einfallstellen auf der gegenüberliegenden Seite. Minimierung der Innenrippenbildung kann durchgeführt werden, aber Innenrippen sind oft erforderlich, um ein Teil zu verstärken, und die Rippen helfen beim Fließen des Kunststoffs durch das Teil während des Formens.
• Ecken, an denen geformte Gehäusewände aufeinandertreffen, können von Kernen oder Kerben profitieren, die die effektive diagonale Materialstärke in diesem Bereich des Teils reduzieren, was nicht nur zu Rötungen auf der Außenfläche führen kann, sondern auch dazu führen kann, dass sich die Gehäusewände nach innen biegen, was die Passform beeinträchtigt zu anderen Teilen.
• Das Entkernen von dicken Abschnitten oder Übergängen kann im Allgemeinen frühzeitig während der Layoutplanung und durch die Nutzung von 3D-CAD-Werkzeugen zum Identifizieren dicker Abschnitte und zum Entkernen erfolgen, noch bevor der Kunststoffwerkzeuger seine erste Formflussanalyse durchführt, die im Entwicklungszyklus nicht vertröstet werden.
• Beachten Sie diese Spritzgusstipps auch bei Prototypen, da bei gegossenen Prototypen bei einigen der oben genannten Punkte ähnliche oder noch schlimmere Probleme bei der Herstellung auftreten können.
• Obwohl Wandstärke und Kernbildung keine Hemmschwelle für den 3D-Druck sind, profitiert der gesamte Designprozess, wenn die endgültigen Teile geformt werden sollen, wenn die Endfertigungsmethode berücksichtigt wird, wodurch die Geometrie des 3D-gedruckten Prototyps ähnlicher wird das letzte Teil, und dies spart auch 3D-gedrucktes Material und verhindert klumpige untergehärtete Abschnitte in Ihren 3D-gedruckten Teilen.

Diese Tipps zum Formen und zur Teilekonstruktion gelten nicht nur für den Spritzgussprozess, da andere Prozesse, wie Strukturschaum, die vorgeben, Einfallstellen auszuräumen, tatsächlich immer noch Einschränkungen bei dünneren und dickeren Abschnitten haben und schwierig zu bekommen sein können ein Former, der sich auf die kosmetische Qualität eines Strukturschaumteils einlässt, ohne dass dieselben Spritzgussprobleme vollständig berücksichtigt werden.

Diese Überlegungen und Tipps zum Design von Kunststoffteilen sollten frühzeitig mit dem Spritzguss- und Werkzeughersteller des Projekts besprochen werden. Wenn sie nicht verstehen, was von ihnen verlangt wird, verwenden Sie zunächst die CAD-Tools, um Beispiele zu demonstrieren, worüber gesprochen wird. Wenn sie es immer noch nicht verstehen, ist es vielleicht am besten, so schnell wie möglich einen anderen Formenbau auszuwählen.

Wenden Sie also gerne einige dieser schmutzigen kleinen Tricks und Teamstrategien an, um glattere und kostengünstigere Kunststoffteile für Ihr nächstes Produktdesign zu gewährleisten. Letztendlich ist es ein Schritt hin zu eleganter gestalteten Teilen, die zu besseren Produktergebnissen führen, und Sie und Ihr Team können Ihre eigene Trickkiste für zukünftige Produktentwicklungen bauen.