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Leitfaden für das Kunststoffspritzgießen
DDPROTOTYPE ist ein führendes Kunststoff-Spritzguss Hersteller in China. Es dauert ungefähr 20 Minuten, um den Leitfaden für den Kunststoffspritzguss zu lesen, der auf 15 Jahren Erfahrung basiert.
Der erste Teil – Was ist Spritzguss?
Was ist Kunststoffspritzguss?Kunststoffspritzguss ist eine Fertigungstechnologie zur Massenproduktion gleicher Kunststoffteile mit hoher Toleranz. Beim Kunststoffspritzguss werden zunächst Polymerpartikel aufgeschmolzen und dann unter Druck in die Form gespritzt, in der der flüssige Kunststoff abkühlt und erstarrt. Die beim Spritzguss verwendeten Materialien sind thermoplastische Polymere, die eingefärbt oder mit anderen Additiven gefüllt werden können.
Fast alle Kunststoffteile um Sie herum werden durch Kunststoffspritzguss hergestellt: von Autoteilen über elektronische Gehäuse bis hin zu Dingen des täglichen Bedarfs. Kunststoffspritzguss ist so beliebt, weil die Kosten für ein einzelnes Kunststoffprodukt in der Massenproduktion sehr niedrig sind. Kunststoffspritzguss hat eine hohe Wiederholbarkeit und eine gute Designflexibilität. Die Hauptbeschränkungen des Spritzgießens werden normalerweise auf wirtschaftliche Faktoren zurückgeführt, da eine höhere Anfangsinvestition erforderlich ist. Darüber hinaus ist die Bearbeitungszeit vom Design bis zur Produktion sehr langsam (mindestens 3 Wochen).
Spritzgusstechnik
Heute ist das Spritzgießen in Verbraucherprodukten und technischen Anwendungen weit verbreitet. Fast alle Kunststoffartikel um Sie herum werden im Spritzgussverfahren hergestellt. Dies liegt daran, dass die Technologie dieselben Teile zu sehr niedrigen Kosten für ein einzelnes Teil und eine sehr große Menge (typischerweise 1000 bis 100000 + Einheiten) produzieren kann.
Im Vergleich zu anderen Technologien sind die Anlaufkosten beim Spritzgießen jedoch relativ hoch, hauptsächlich aufgrund der Notwendigkeit, die Form individuell anzupassen. Formen kosten zwischen 1000 und 200000 US-Dollar, abhängig von ihrer Komplexität, den Materialien (Aluminiumformen oder Stahlformen) und der Genauigkeit (Prototypen, Mittel- oder Massenproduktionsformen).
Kunststoff-Spritzgussmaterial
Alle thermoplastischen Materialien können spritzgegossen werden. Einige Arten von Silikon und anderen duroplastischen Harzen sind ebenfalls mit dem Spritzgussverfahren kompatibel. Die am häufigsten verwendeten Materialien für den Spritzguss:
Polypropylen (PP): ca. 38 % der weltweiten Produktion
Bauchmuskeln: etwa 27 % der weltweiten Produktion
PE: ca. 15 % der weltweiten Produktion
Polystyrol (PS): ca. 8 % der weltweiten Produktion
Selbst wenn wir alle anderen möglichen Herstellungstechnologien berücksichtigen, macht allein der Spritzguss dieser vier Materialien jedes Jahr mehr als 40 % aller weltweit produzierten Kunststoffteile aus!
Spritzgießmaschinen: Wie funktionieren sie?
Die Spritzgießmaschine besteht aus drei Hauptteilen: Spritzgießeinheit, Form (das Herzstück des gesamten Prozesses) und Schließ- / Auswerfeinheit. In diesem Abschnitt untersuchen wir den Zweck der einzelnen Systeme und wie sich ihre grundlegenden Betriebsmechanismen auf die Endergebnisse des Injektionsprozesses auswirken. Im Video unten kann eine große Spritzgussmaschine alle 30 Sekunden etwa 3 Kunststoffteile produzieren.
Kunststoff-Spritzguss-Video | DDPROTOTYP
Der Prozess des Kunststoffspritzgusses
Aufgabe der Spritzeinheit ist es, den Rohkunststoff aufzuschmelzen und in das Werkzeug zu leiten. Es besteht aus Trichter, Zylinder und Schneckenkolben. So funktioniert der Injektionsprozess:
1. Zuerst die Polymerpartikel trocknen und in den Trichter geben, wo sie mit Farbpigmenten oder anderen Verstärkungszusätzen gemischt werden.
2. Geben Sie die Partikel in den Zylinder, erhitzen Sie sie gleichzeitig, mischen Sie sie und bewegen Sie sie durch die Schnecke mit variabler Steigung in die Form. Die Geometrie der Schnecke und des Zylinders ist optimiert, um den Druck auf das richtige Niveau aufzubauen und das Material zu schmelzen.
3. Der Stößel bewegt sich dann nach vorne und der geschmolzene Kunststoff wird durch das Angusssystem in die Form gespritzt, das die gesamte Kavität ausfüllt. Wenn das Material abkühlt, verfestigt es sich wieder und bildet die Form der Form.
4. Abschließend öffnet sich die Form und die festen Teile werden nun durch die Hülse herausgedrückt. Schließen Sie dann die Form und wiederholen Sie den Vorgang.
Der gesamte Vorgang lässt sich sehr schnell wiederholen: Je nach Größe des Teils dauert er etwa 10 bis 180 Sekunden. Beim Ausschleusen des Teils wird es einem Förderer oder Aufnahmebehälter zugeordnet. Im Allgemeinen können Spritzgussteile ohne oder mit nur geringer Nachbearbeitung sofort verwendet werden.
Formenbau
Eine Form ist wie ein fotografisches Negativ: Ihre Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit werden direkt auf das Spritzgussteil übertragen. Formen machen in der Regel den größten Teil der Anlaufkosten des Spritzgießens aus: Bei einfacher Geometrie und relativ kleiner Produktion (1000 bis 10000 Einheiten) betragen die Kosten einer typischen Form etwa 2000 bis 5000 $, bis zu 100000 $. Geeignet für Matrize optimiert für volle Produktion (100000 oder mehr). Dies liegt an dem hohen Maß an Fachwissen, das erforderlich ist, um hochwertige Formen zu entwerfen und herzustellen, die Tausende (oder Hunderttausende) von Teilen präzise produzieren.
Die Form besteht in der Regel aus Aluminium oder Stahl durch CNC-Bearbeitung und dann auf den erforderlichen Standard fertig gestellt. Zusätzlich zu den Negativteilen von Teilen haben sie auch andere Funktionen, wie das Angusssystem, das es ermöglicht, dass Materialien in die Form fließen, und der interne Wasserkühlkanal, der die Teilekühlung unterstützt und beschleunigt.
Typischer Fall – Lego-Bausteine
Legoblöcke sind eines der bekanntesten Beispiele für Spritzgussteile. Sie wurden mit Formen wie auf dem Bild hergestellt, die 120 Millionen Legosteine (15 Millionen Zyklen) produzierten, bevor sie eingestellt wurden. Lego-Bausteine werden aufgrund ihrer hohen Schlagfestigkeit und hervorragenden Plastizität aus ABS hergestellt. Jeder Stein ist perfekt gestaltet mit einer Toleranz von nur 10 Mikron (oder einem Zehntel eines Haares). Dies wird durch die Verwendung bewährter Designpraktiken erreicht, die wir im nächsten Abschnitt untersuchen werden (einheitliche Wandstärke, Entformungswinkel, Rippen, geprägter Text usw.).
Der zweite Teil – Spritzgussdesign
Es gibt mehrere Faktoren, die die Qualität des Endprodukts und die Wiederholbarkeit des Prozesses beeinflussen können. Um die Vorteile dieses Prozesses voll auszuschöpfen, müssen Designer bestimmte Designrichtlinien befolgen. In diesem Abschnitt skizzieren wir häufige Fehler beim Spritzgießen und die grundlegenden und erweiterten Richtlinien, die bei der Konstruktion von Teilen zu befolgen sind, einschließlich Empfehlungen zur Kostenminimierung.
Häufige Spritzgussfehler
Die meisten Fehler beim Spritzgießen hängen mit dem ungleichmäßigen Fließen oder der Abkühlgeschwindigkeit des geschmolzenen Materials während des Schmelzprozesses zusammen.
Hier listen wir die häufigsten Mängel bei der Konstruktion von Spritzgussteilen auf. Im nächsten Abschnitt zeigen wir Ihnen, wie Sie diese Fehler vermeiden können, indem Sie bewährte Designpraktiken befolgen.
Verziehen
Wenn einige Teile schneller abkühlen (und sich daher zusammenziehen) als andere, können sie sich aufgrund innerer Spannungen dauerhaft verbiegen. Kunststoffteile mit ungleichmäßiger Wandstärke verziehen sich am ehesten.
Schrumpfspur
Wenn das Innere eines Teils vor seiner Oberfläche erstarrt, kann auf der ursprünglich ebenen Oberfläche eine kleine Delle entstehen, die als Delle bezeichnet wird. Teile mit geringer Wandstärke oder Rippendesign schrumpfen am ehesten.
Markierungen ziehen
Wenn der Kunststoff schrumpft, übt er Druck auf die Form aus. Während des Auswerfens gleitet und kratzt die Wand des Teils an der Form, was Kratzer verursachen kann. Teile mit vertikalen Wänden (und ohne Formschräge) sind am anfälligsten für Schleifspuren.
Geflochtene Schnur
Wenn sich zwei Wasserstrahlen treffen, kann es zu kleinen Haaren wie Verfärbungen kommen. Diese Zöpfe beeinträchtigen die Ästhetik des Teils, verringern aber auch die Festigkeit des Teils. Teile mit plötzlichen Geometrieänderungen oder Löchern erzeugen mit größerer Wahrscheinlichkeit Zöpfe.
Mangel
Restluft in der Form kann den Materialfluss während des Einspritzens verhindern, was zu unvollständigen Teilen führt. Gutes Design kann die Fließfähigkeit von geschmolzenem Kunststoff verbessern. Teile mit dünnen Wänden oder schlecht gestalteten Rippen sind eher Mangelware.
Konstruktionsregeln für Spritzguss
Einer der größten Vorteile des Spritzgießens besteht darin, dass sich komplexe Geometrien leicht formen lassen, sodass ein einzelnes Teil eine Vielzahl von Funktionen erfüllen kann. Sobald die Formherstellung abgeschlossen ist, können diese komplexen Teile zu sehr geringen Kosten kopiert werden. Eine Änderung des Werkzeugdesigns in einem späteren Entwicklungsstadium kann jedoch sehr kostspielig sein, sodass Sie in erster Linie die besten Ergebnisse erzielen müssen. Bitte befolgen Sie die nachstehenden Richtlinien, um die häufigsten Fehler beim Spritzgießen zu vermeiden.
Verwenden Sie eine gleichmäßige Wandstärke
Verwenden Sie möglichst eine gleichmäßige Wandstärke über das gesamte Teil und vermeiden Sie dicke Wandabschnitte. Dies ist notwendig, da unebene Wände beim Abkühlen des geschmolzenen Materials zu Verwerfungen oder Verformungen von Teilen führen können. Wenn Sie Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken benötigen, verwenden Sie Fasen oder Verrundungen, um den Übergang so glatt wie möglich zu gestalten. Auf diese Weise fließt das Material gleichmäßiger in die Kavität und sorgt so dafür, dass die gesamte Form vollständig gefüllt wird.
Für die meisten Materialien ist eine Wandstärke zwischen 1.2 mm und 3 mm ein sicherer Wert. Die folgende Tabelle fasst die spezifischen empfohlenen Wandstärken für einige der gebräuchlichsten Injektionsmaterialien zusammen:
Material | Empfohlene Wandstärke [mm] | Empfohlene Wandstärke [Zoll] |
Polypropylen (PP) | 0.8 - 3.8 mm | 0.03 "- 0.15" |
ABS | 1.2 - 3.5 mm | 0.045 "- 0.14" |
Polyethylen (PE) | 0.8 - 3.0 mm | 0.03 "- 0.12" |
Polystyrol (PS) | 1.0 - 4.0 mm | 0.04 "- 0.155" |
Polyurethan (PUR) | 2.0 - 20.0 mm | 0.08 "- 0.785" |
Nylon (PA6) | 0.8 - 3.0 mm | 0.03 "- 0.12" |
Polycarbonat (PC) | 1.0 - 4.0 mm | 0.04 "- 0.16" |
PC / ABS | 1.2 - 3.5 mm | 0.045 "- 0.14" |
POM (Delrin) | 0.8 - 3.0 mm | 0.03 "- 0.12" |
PEEK | 1.0 - 3.0 mm | 0.04 "- 0.12" |
Silikon | 1.0 - 10.0 mm | 0.04 "- 0.40" |
Für beste Ergebnisse:
Verwenden Sie eine gleichmäßige Wandstärke innerhalb der empfohlenen Werte. Wenn Sie eine andere Dicke benötigen, verwenden Sie eine Fase oder Verrundung mit dem 3-fachen Dickenunterschied, um den Übergang zu glätten
Ein dickeres Teil
Dickere Abschnitte können verschiedene Defekte verursachen, einschließlich Verziehen und Einsinken. Sie müssen die maximale Dicke aller Teile des Designs auf den empfohlenen Wert begrenzen, indem Sie sie hohl machen. Um die Festigkeit des Hohlkörpers zu verbessern, verwenden Sie bitte die Struktur mit gleicher Festigkeit und Steifigkeit, aber reduzierter Wandstärke. Sorgfältig konstruierte Teile mit Hohlprofilen sind wie folgt:
Rippen können auch verwendet werden, um die Steifigkeit von horizontalen Abschnitten zu erhöhen, ohne ihre Dicke zu erhöhen. Beachten Sie, dass die Wandstärken weiterhin gelten. Eine Überschreitung der empfohlenen Rippendicke kann zu Schrumpfspuren führen.
Für beste Ergebnisse:
Hohlen Sie den dickeren Teil aus und verwenden Sie Rippen, um die Festigkeit und Steifigkeit der Teile zu verbessern
Die maximale Dicke der Designrippe beträgt das 0.5-fache der Wanddicke
Die maximale Höhe der Designrippe entspricht der 3-fachen Wandstärke
Fügen Sie einen sanften Übergang hinzu
Empfohlen: 3 × Wanddickenunterschied
Teile mit unterschiedlichen Wandstärken lassen sich manchmal nicht vermeiden. Verwenden Sie in diesen Fällen Fasen oder Verrundungen, um den Übergang so glatt wie möglich zu gestalten. Ebenso muss der Boden vertikaler Elemente (wie Rippen, Vorsprünge, Schnappverschluss) immer kreisförmig sein.
Runden Sie alle Kanten ab
Auch für Kanten gelten einheitliche Wandstärkengrenzen: Übergänge müssen möglichst glatt sein, um einen guten Materialfluss zu gewährleisten.
Für Innenkanten muss der Radius sein mindestens 0.5 mal die Wandstärke. Fügen Sie für die Außenkante einen Radius hinzu, der dem Innenradius plus der Wandstärke entspricht. So stellen Sie sicher, dass die Wandstärke überall gleichmäßig ist, auch an den Ecken. Außerdem können scharfe Ecken zu einer Spannungskonzentration führen, was zu einer Verdünnung des Teils führt.
Für beste Ergebnisse:
Fügen Sie gleich ein Filet hinzu 0.5 mal die Wandstärke bis zur Innenecke
Fügen Sie gleich ein Filet hinzu 1.5 mal die Wandstärke bis zur Außenecke
Formschräge hinzufügen
Um das Entformen der Teile aus der Form zu erleichtern, müssen an allen vertikalen Wänden Entformungswinkel angebracht werden. Durch die hohe Reibung mit der Schalung während des Entschalvorgangs weist die Wand ohne Formschräge Schleifspuren an der Oberfläche auf. Es wird ein minimaler Formschrägewinkel von 2° empfohlen. Höhere Merkmale sollten einen größeren Formschrägewinkel verwenden (bis zu 50°).
Eine gute Faustregel ist, den Entformungswinkel alle 1 mm um 25 Grad zu erhöhen. Fügen Sie beispielsweise einem Merkmal mit einer Höhe von 30 mm einen Formschrägewinkel von 75 Grad hinzu. Wenn das Teil eine raue Oberflächenbeschaffenheit hat, sollte ein großer Entformungswinkel verwendet werden. Erfahrungsgemäß sollten die obigen Berechnungsergebnisse um 10 bis 20 Grad erhöht werden. Denken Sie daran, dass Rippen auch Formschrägen benötigen. Beachten Sie, dass durch Vergrößern des Winkels die Dicke der Oberseite der Rippen verringert wird, stellen Sie sicher, dass Ihr Design die empfohlene Mindestwandstärke erfüllt.
Für beste Ergebnisse:
Fügen Sie allen vertikalen Wänden einen Formschrägewinkel von mindestens 20 Grad hinzu
Erhöhen Sie bei Merkmalen über 50 mm den Formschrägewinkel alle 1 mm um 25 Grad
Erhöhen Sie bei Teilen mit strukturierter Oberfläche den Formschrägewinkel um 1-2o
Unterer Schnitt
Der einfachste Ziehstein (Geradziehstein) besteht aus zwei Hälften. Merkmale mit Hinterschneidungen, wie z. B. Zähne für Gewinde oder Haken für Schnappverbindungen, dürfen nicht mit einem Geradziehwerkzeug hergestellt werden. Dies liegt daran, dass die Matrize nicht CNC-bearbeitet werden kann oder weil das Material verhindert, dass das Teil platzt. Der Gewindezahn oder der Haken einer Schnappverbindung ist ein Beispiel für einen Hinterschnitt.
Hier sind einige Ideen, die Ihnen beim Umgang mit Unterschnitt helfen können:
Vermeiden Sie eine Unterspülung durch Sperrung des Flusses
Die vollständige Vermeidung von Unterschnitten kann die beste Option sein. Das Unterschneiden erhöht immer die Kosten, die Komplexität und die Wartungsanforderungen der Matrize. Cleveres Redesign eliminiert normalerweise Unterschnitte. Das Abschneiden ist eine nützliche Technik zum Unterschneiden des Innenbereichs (für Schnappverschluss) oder der Seite (für Loch oder Griff) eines Teils.
Hier einige Beispiele, wie ein Spritzgussteil umgestaltet werden kann, um einen Hinterschnitt zu vermeiden: Grundsätzlich wird im Bereich des Hinterschnitts Material entfernt und das Problem somit vollständig beseitigt.
Trennlinie verschieben
Der einfachste Weg, mit Unterschnitt umzugehen, besteht darin, die Trennlinie der Matrize so zu verschieben, dass sie sich schneidet.
Diese Lösung eignet sich für viele Designs mit Hinterschneidungen an der Außenfläche. Vergessen Sie nicht, den Entwurf entsprechend anzupassen.
Abisolieren Hinterschnitt (Strahlen) verwenden
Wenn Merkmale flexibel genug sind, um sich während des Auswerfens auf der Form zu verformen, kann ein Schälhinterschnitt (auch bekannt als Höcker) verwendet werden. Der Abisolierhinterschnitt dient zum Einbringen von Gewinden in die Kappe.
Hinterschnitt kann nur verwendet werden, wenn:
- Ausbrechhinterschnitte müssen von Verstärkungsmerkmalen wie Ecken und Rippen entfernt sein.
-Der Steigungswinkel des Hinterschnitts muss 30 bis 45 Grad betragen.
-Spritzgussteile müssen Platz haben und flexibel genug sein, um sich auszudehnen und zu verformen.
Es wird empfohlen, das Abschälen des Hinterschnitts von Teilen aus GFK zu vermeiden. Im Allgemeinen können flexible Kunststoffe wie PP, HDPE oder Nylon (PA) einer Unterätzung von bis zu 5 % des Durchmessers standhalten.
Gleitpaar und Kern
Wenn es nicht möglich ist, das Spritzgussteil umzugestalten, um seitliche Aussparungen zu vermeiden, verwenden Sie gleitende Seiteneffekte und Kerne.
Ein Seitenkern ist ein Einsatz, der hineingleitet, wenn die Form geschlossen wird, und herausgleitet, bevor die Form geöffnet wird. Denken Sie daran, dass diese Mechanismen die Kosten und die Komplexität der Form erhöhen.
Beachten Sie beim Entwerfen von Hilfsaktionen die folgenden Richtlinien:
-Der Kernel muss Platz zum Ein- und Ausfahren haben. Das bedeutet, dass sich das Merkmal auf der anderen Seite des Teils befinden muss.
-Die Seitenaktion muss sich vertikal bewegen. Das Bewegen in einem anderen Winkel als 90° ist komplexer und erhöht die Kosten und die Vorlaufzeit.
- Vergessen Sie nicht, den Formschrägewinkel zu erhöhen. Denken Sie wie gewohnt über Ihr Design nach und berücksichtigen Sie die Bewegung des Side-Action-Kerns.
Gemeinsame Designmerkmale
In diesen praktischen Leitfäden erfahren Sie, wie Sie die häufigsten Merkmale konstruieren, die bei Spritzgussteilen anzutreffen sind. Verwenden Sie sie, um die Funktionalität des Designs zu verbessern und gleichzeitig die grundlegenden Designregeln einzuhalten.
Verbindungselemente mit Gewinde (Vorsprünge und Einsätze)
Es gibt drei Möglichkeiten, einem Spritzgussteil ein Befestigungselement hinzuzufügen: ein Gewinde direkt auf dem Teil zu konstruieren, einen Vorsprung hinzuzufügen, der die Schraube fixieren kann, oder einen Gewindeeinsatz einzufügen.
Es ist möglich, das Gewinde direkt auf dem Teil zu modellieren, aber dies wird nicht empfohlen, da die Zähne des Gewindes von Natur aus hinterschnitten sind, was die Komplexität und die Kosten der Form stark erhöht (wir werden im späteren Teil noch einen Hinterschnitt einführen). . Ein Beispiel für ein Spritzgussteil mit Gewinde ist die Kappe. Vorsprünge sind in Spritzgussteilen sehr verbreitet und werden als Befestigungs- oder Montagepunkte verwendet. Sie bestehen aus zylindrischen Vorsprüngen mit Löchern, die dazu bestimmt sind, Schrauben, Gewindeeinsätze oder andere Arten von Befestigungs- und Montageteilen aufzunehmen. Eine gute Möglichkeit, sich einen Boss vorzustellen, besteht darin, die Rippen selbst zu umkreisen. Der Nocken dient als Verbindungs- oder Befestigungspunkt (in Kombination mit einer Blechschraube oder einem Gewindeeinsatz).
Wenn ein Ansatz als Befestigungspunkt verwendet wird, muss der Außendurchmesser des Ansatzes das Doppelte des Nenndurchmessers der Schraube oder des Einsatzes und sein Innendurchmesser gleich dem Durchmesser des Schraubenkerns sein. Selbst wenn nicht die gesamte Tiefe benötigt wird, sollten sich die Löcher im Vorsprung bis zur unteren Wandebene erstrecken, um eine gleichmäßige Wandstärke über das gesamte Merkmal hinweg beizubehalten. Fügen Sie Fasen hinzu, um das Einsetzen von Schrauben oder Einsätzen zu erleichtern.
Für beste Ergebnisse:
Vermeiden Sie, dass das Design in den Boss der Hauptwand übergeht
Rippen oder Ansatz an der Hauptwand befestigen
Verwenden Sie für Naben mit Klingen einen Außendurchmesser, der doppelt so groß ist wie die Nenngröße der Klinge
Fadenzahl
Metall-Gewindeeinsätze können Kunststoff-Spritzgussteilen hinzugefügt werden, um dauerhafte Gewindelöcher für Befestigungselemente wie Maschinenschrauben bereitzustellen. Der Einsatz von Inserts hat den Vorteil, dass viele Montage- und Demontagezyklen möglich sind. Der Plug-In wird mittels Thermo-, Ultraschall- oder Einpressen in das Spritzgussteil eingebaut. Um den Vorsprung zu konstruieren, der das Gewinde-Plug-In hält, verwenden Sie ähnliche Richtlinien wie oben, mit dem Durchmesser des Plug-In als Richtmaß.
Für beste Ergebnisse:
Vermeiden Sie Gewinde direkt am Formteil hinzuzufügen
Konstruktionsnabe, Außendurchmesser gleich dem 2-fachen Nenndurchmesser der Schraube oder des Einsatzes
Fügen Sie am Rand des Gewindes eine Freigabe von 0.8 mm hinzu
Verwenden Sie Gewinde mit einer Steigung von mehr als 0.8 mm (32 Windungen pro Zoll)
Trapez- oder Stützgewinde verwenden
So arbeiten Sie am besten mit erstellten Hinterschnitten:
Verwenden Sie Gewinde mit einer Steigung von mehr als 0.8 mm (32 Windungen pro Zoll)
Platzieren Sie es bei Außengewinden entlang der Trennlinie
Rippe
Wenn die maximal empfohlene Wandstärke nicht ausreicht, um die funktionellen Anforderungen des Teils zu erfüllen, können Versteifungen verwendet werden, um seine Steifigkeit zu verbessern.
Beim Entwerfen von Rippen:
● Verwenden Sie eine Dicke, die dem 0.5-fachen der Hauptwanddicke entspricht
● definierte Höhe kleiner als 3 x Rippendicke
● Verwenden Sie Fundamentrundungen mit einem Radius von mehr als 1 / 4 x Rippendicke
● Entformungswinkel von mindestens 0.25 ° – 0.5 ° hinzufügen
● fügen Sie eine Minute hinzu. Der Abstand zwischen den Rippen und der Wand beträgt 4 x die Dicke der Rippen
Schnappverbindung
Schnappverschluss ist eine sehr einfache, wirtschaftliche und schnelle Möglichkeit, zwei Teile ohne Befestigungselemente oder Werkzeuge zu verbinden. Es gibt viele Gestaltungsmöglichkeiten für Schnappverbindungen. Erfahrungsgemäß hängt die Durchbiegung des Knickgelenks hauptsächlich von seiner Länge und der zulässigen Kraft ab, die auf seine Breite aufgebracht werden kann (weil seine Dicke mehr oder weniger von der Wandstärke des Teils bestimmt wird). In ähnlicher Weise ist eine Schnappverbindung ein weiteres Beispiel für eine Hinterschneidung.
Das gebräuchlichste Design eines Bajonettverschlusses (als Kragarm-Bajonettverschluss bezeichnet) wird gezeigt. Erhöhen Sie wie bei den Rippen die Formschräge an der Steckverbindung und verwenden Sie eine Wandstärke, die das 0.5-fache der Mindestwandstärke beträgt.
Es ist ein großes Thema, das spezielle Kriterium der Schnappverbindung zu entwerfen, das den Rahmen dieser Arbeit sprengen würde.
Für beste Ergebnisse:
Fügen Sie einen Formschrägewinkel an der vertikalen Wand der Schnappverbindung hinzu
Die Dicke des konstruierten Schnappverschlusses ist größer als das 0.5-fache der Wandstärke
Passen Sie seine Breite und Länge an, um seine Durchbiegung und zulässige Kraft zu kontrollieren
Lebendes Scharnier
Ein bewegliches Scharnier ist eine Kunststofffolie, die zwei Teile eines Teils verbindet und sie biegt und biegt. Typischerweise werden diese Scharniere in massenproduzierte Behälter wie Plastikflaschen eingebaut. Das gut konstruierte bewegliche Scharnier kann bis zu einer Million Zyklen ohne Ausfall überstehen. Das für das Spritzgießen des beweglichen Scharniers verwendete Material muss flexibel sein. Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) sind die ideale Wahl für Verbraucheranwendungen, und Nylon (PA) ist die ideale Wahl für technische Anwendungen.
Gut gestaltete Scharniere sind unten dargestellt. Zwischen 0.20 und 0.35 mm des empfohlenen Mindestdickenbereichs für Scharniere, was zu einer haltbareren und höheren Dicke führt. Verwenden Sie vor der Massenproduktion CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck, um das bewegliche Scharnier zu prototypisieren, um die für Ihre Anwendung am besten geeignete Geometrie und Steifigkeit zu bestimmen. Fügen Sie eine große Anzahl von Verrundungen hinzu und entwerfen Sie eine Schulter mit gleichmäßiger Wandstärke als Hauptkörper des Teils, um den Materialfluss in der Form zu verbessern und die Spannungen zu minimieren. Teilen Sie Scharniere, die größer als 150 mm sind, in zwei (oder mehr), um die Lebensdauer zu verlängern.
Für beste Ergebnisse:
Designscharnierstärke zwischen 0.20 und 0.35 mm
Wählen Sie flexibles Material (PP, PE oder PA) für Teile mit beweglichen Scharnieren
Verwenden Sie eine Schulter, deren Dicke gleich der Dicke der Hauptwand ist
Möglichst filetieren
Gequetschte Rippen
Das Quetschen einer Rippe ist ein kleines hervorstechendes Merkmal, das sich verformt, wenn verschiedene Komponenten zusammengedrückt werden, um Reibung zu erzeugen und ihre Position sicherzustellen. Kompressionsstäbe können eine wirtschaftliche Alternative zur Herstellung von Löchern mit hoher Toleranz für eine enge Passung sein. Sie werden normalerweise zur Aufnahme von Lagern oder Wellen und anderen Presssitzanwendungen verwendet.
Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel eines Teils mit extrudierten Rippen. Drei Extrusionsrippen werden empfohlen, um eine gute Ausrichtung zu gewährleisten. Die empfohlene Höhe/Radius jeder Rippe beträgt 2 mm. Fügen Sie mindestens 0.25 mm Übermaß zwischen der Extrusionsrippe und dem installierten Teil hinzu. Aufgrund des geringen Kontakts mit der Oberfläche der Matrize kann die Rippe ohne Rippe gestaltet werden.
Für beste Ergebnisse:
Fügen Sie eine Mindestüberdeckung von 0.25 mm zwischen der extrudierten Rippe und der Komponente hinzu
Fügen Sie der vertikalen Wand der extrudierten Rippen keine Formschräge hinzu
Wörter und Symbole
Text ist ein sehr häufiges Merkmal, das für Logos, Etiketten, Warnungen, Diagramme und Beschreibungen verwendet werden kann, wodurch die Kosten für das Einfügen oder Malen von Etiketten gespart werden.
Wählen Sie beim Hinzufügen von Text Relieftext auf dem Gravurtext aus, da die CNC-Bearbeitung auf der Form einfacher und somit wirtschaftlicher ist.
Darüber hinaus sorgt eine Anhebung des Textes um 0.5 mm über der Teileoberfläche dafür, dass die Buchstaben gut lesbar sind. Wir empfehlen, dass Sie fette, runde Schriftarten mit gleichmäßiger Linienstärke und Größe von 20 Pfund oder mehr wählen.
Für beste Ergebnisse:
Verwenden Sie geprägten Text (Höhe 0.5 mm) anstelle von graviertem Text
Verwenden Sie eine gleichmäßig dicke Schrift mit einer Schriftgröße von mindestens 20 Punkt
Text senkrecht zur Trennlinie ausrichten
Verwenden Sie eine Höhe (oder Tiefe) von mehr als 0.5 mm
Toleranzbereich
Beim Spritzgießen werden normalerweise Teile mit einer Toleranz von ± 0.500 mm (0.020 Zoll) hergestellt.
In einigen Fällen sind engere Toleranzen machbar (so niedrig wie ± 0.125 mm – oder sogar ± 0.025 mm), aber sie können die Kosten erheblich erhöhen.
Ziehen Sie bei der Kleinserienfertigung (< 10000 Einheiten) die Verwendung von Hilfsoperationen wie Bohren in Betracht, um die Genauigkeit zu verbessern. Dies gewährleistet die korrekte Interferenz des Teils mit anderen Teilen oder Einsätzen (z. B. bei Verwendung von Presspassungen).
Der dritte Teil – Injektionsmaterial
Spritzguss ist mit einer Vielzahl von Kunststoffen kompatibel. In diesem Abschnitt erfahren Sie mehr über die Hauptmerkmale der beliebtesten Materialien. Wir werden auch die standardmäßige Oberflächenbeschaffenheit besprechen, die auf Spritzgussteile aufgebracht werden kann.
Injektionsmaterial
Alle Thermoplaste können spritzgegossen werden. Auch einige Duroplaste und Flüssigsilikone sind mit dem Spritzgussverfahren kompatibel. Sie können auch mit Fasern, Gummipartikeln, Mineralien oder Flammschutzmitteln verstärkt werden, um ihre physikalischen Eigenschaften zu verändern. Beispielsweise können Glasfasern mit Partikeln in einem Verhältnis von 10 %, 15 % oder 30 % gemischt werden, damit Teile eine höhere Steifigkeit aufweisen.
Das üblicherweise verwendete Additiv zur Verbesserung der Steifigkeit von Spritzgussteilen ist Glasfaser. Glasfasern können mit Zuschlägen in einem Verhältnis von 10 %, 15 % oder 30 % gemischt werden, was zu unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften führt. Sie können der Mischung einen Farbstoff (in einem Verhältnis von etwa 3%) hinzufügen, um eine Vielzahl von farbigen Teilen zu erstellen. Zu den Standardfarben gehören Rot, Grün, Gelb, Blau, Schwarz und Weiß, die gemischt werden können, um unterschiedliche Schatten zu erzeugen.
Oberflächenvorbereitung und SPI-Standards
Die Oberflächenbehandlung kann verwendet werden, um den Spritzgussteilen ein gewisses Aussehen oder Gefühl zu verleihen. Neben kosmetischen Zwecken kann die Oberflächenbehandlung auch technischen Anforderungen gerecht werden. Beispielsweise kann die durchschnittliche Oberflächenrauheit (RA) die Lebensdauer von Gleitteilen (z. B. Gleitlagern) stark beeinflussen. Spritzteile müssen in der Regel nicht nachbearbeitet werden, das Werkzeug selbst kann jedoch unterschiedliche Veredelungsgrade vornehmen. Beachten Sie, dass raue Oberflächen während des Auswerfens die Reibung zwischen dem Teil und der Form erhöhen, sodass ein größerer Entformungswinkel erforderlich ist.
Endziel | Beschreibung | SPI-Standards* |
Glänzendes Finish | Die Form wird zuerst geglättet und dann mit einem Diamantschwabbel poliert, was zu einem spiegelähnlichen Finish führt. | A-1 |
seidenmattes Finish | Die Form wird mit feinkörnigem Sandpapier geglättet, was zu einer feinen Oberflächenbeschaffenheit führt. | B-1 |
Mattiert | Die Form wird mit feinem Steinmehl geglättet, wobei alle Bearbeitungsspuren entfernt werden. | C-1 |
Strukturiertes Finish | Die Form wird zuerst mit feinem Steinmehl geglättet und dann sandgestrahlt, wodurch eine strukturierte Oberfläche entsteht. | D-1 Wuppertal |
Oberfläche wie bearbeitet | Die Form wird nach Ermessen des Maschinisten fertiggestellt. Werkzeugspuren sind sichtbar. | - |
Endziel | Beschreibung | SPI-Standards* |
Glänzendes Finish | Die Form wird zuerst geglättet und dann mit einem Diamantschwabbel poliert, was zu einem spiegelähnlichen Finish führt. | A-1 |
seidenmattes Finish | Die Form wird mit feinkörnigem Sandpapier geglättet, was zu einer feinen Oberflächenbeschaffenheit führt. | B-1 |
Mattiert | Die Form wird mit feinem Steinmehl geglättet, wobei alle Bearbeitungsspuren entfernt werden. | C-1 |
Strukturiertes Finish | Die Form wird zuerst mit feinem Steinmehl geglättet und dann sandgestrahlt, wodurch eine strukturierte Oberfläche entsteht. | D-1 Wuppertal |
Oberfläche wie bearbeitet | Die Form wird nach Ermessen des Maschinisten fertiggestellt. Werkzeugspuren sind sichtbar. | - |
Beachten Sie bei der Auswahl eines glatten Finishs die folgenden hilfreichen Tipps:
Formoberfläche mit Hochglanz ist nicht gleich fertiges Produkt mit Hochglanz. Sie wird weitgehend von anderen Faktoren beeinflusst, wie z. B. dem verwendeten Kunststoffharz, den Formgebungsbedingungen und dem Formdesign. Beispielsweise produziert ABS Teile mit einem höheren Glanz als PP.
Eine feinere Oberflächenbeschaffenheit erfordert einen höheren Materialeinsatz in der Form. Um eine sehr feine Politur zu erreichen, wird Werkzeugstahl mit der höchsten Härte benötigt. Dies wirkt sich auf die Gesamtkosten (Materialkosten, Bearbeitungszeit und Nachbearbeitungszeit) aus.
Der vierte Teil – Das Geheimnis der Kostensenkung
Erfahren Sie mehr über die wichtigsten Kostentreiber beim Spritzgießen und mögliche Designtechniken, die Ihnen helfen, Kosten zu senken und Ihr Projekt im Rahmen des Budgets zu halten.
Kostentreiber beim Spritzgießen. Die maximalen Kosten beim Spritzgießen betragen:
Die Formkosten werden durch die Gesamtkosten der Formkonstruktion und -verarbeitung bestimmt.
Die Materialkosten hängen von der Menge der verwendeten Materialien und deren Preis pro Kilogramm ab.
Die Produktionskosten hängen von der Gesamtzeit der Verwendung der Spritzgießmaschine ab.
Die Formkosten sind konstant (zwischen 1000 und 5000 US-Dollar). Diese Kosten sind unabhängig von der Gesamtzahl der hergestellten Teile, während die Material- und Produktionskosten von der Produktion abhängig sind.
Bei kleineren Produkten (1000 bis 10000 Stück) haben die Werkzeugkosten den größten Einfluss auf die Gesamtkosten (ca. 50-70 %). Daher lohnt es sich, das Design entsprechend zu ändern, um den Herstellungsprozess (und seine Kosten) der Form zu vereinfachen.
Bei der Massenproduktion (mehr als 10000 bis 100000 Stück) wird der Anteil der Werkzeugkosten an den Gesamtkosten durch die Material- und Fertigungskosten gedeckt. Daher sollte sich Ihre Hauptkonstruktionsarbeit auf die Minimierung des Volumenteils und der Formzykluszeit konzentrieren.
Hier haben wir einige Tipps zusammengestellt, die Ihnen helfen, die Kosten Ihres Injektionsprojekts zu minimieren.
Tipp 1: Bleiben Sie beim geraden Ziehstein
Seitlich wirkende Kerne und andere In-Mould-Mechanismen erhöhen die Formkosten um 15 % bis 30 %. Dies bedeutet, dass die minimalen zusätzlichen Kosten für die Form etwa 1000 bis 1500 US-Dollar betragen.
Im vorherigen Abschnitt haben wir die Methode zum Umgang mit Unterschnitt untersucht. Um Ihre Produktion im Rahmen des Budgets zu halten, vermeiden Sie die Verwendung von Nebenwirkungskernen und anderen Mechanismen, es sei denn, dies ist absolut notwendig.
Tipp 2: Spritzteile umgestalten, um Unterschnitte zu vermeiden
Unterschnitt erhöht immer die Kosten und die Komplexität sowie die Wartung der Form. Cleveres Redesign eliminiert normalerweise Unterschnitte.
Tipp 3: Spritzteile kleiner machen
Kleinere Teile können schneller geformt werden, was zu einer höheren Produktion und niedrigeren Teilekosten führt. Kleinere Teile reduzieren auch Materialkosten und Werkzeugpreise.
Tipp 4: Installieren Sie mehrere Teile in einer Form
Wie wir im letzten Abschnitt gesehen haben, besteht die erste Scheinprüfung darin, mehrere Teile in derselben Form zusammenzubauen. In der ersten Probeprüfung können 6 bis 8 identische Teile in das gleiche Werkzeug eingebaut werden, wodurch die Gesamtproduktionszeit um etwa 80 % reduziert wird.
Die erste Scheinprüfung kann in derselben Form mit anderer Geometrie durchgeführt werden. Dies ist eine großartige Lösung, um die Gesamtkosten der Montage zu reduzieren.
Dies ist eine fortschrittliche Technologie:
In einigen Fällen ist der Körper der beiden Teile der Baugruppe gleich. Mit etwas kreativem Design können Sie Verriegelungspunkte oder Scharniere in symmetrischen Positionen erstellen, um das Teil im Wesentlichen widerzuspiegeln. Auf diese Weise kann dieselbe Form zur Herstellung von zwei Halbformen verwendet werden, wodurch die Formkosten um die Hälfte reduziert werden.
Tipp 5: Vermeiden Sie kleine Details
Um die Form mit kleinen Details herzustellen, benötigt sie eine längere Bearbeitungszeit und Endbearbeitungszeit. Text ist ein Beispiel, und es kann sogar eine spezielle Bearbeitungstechnologie wie EDM erfordern, was zu höheren Kosten führt.
Tipp 6: Verwenden Sie ein minderwertiges Finish
Üblicherweise wird das Oberflächenbehandlungsmittel von Hand auf die Form aufgetragen, was insbesondere bei fortgeschrittener Oberflächenbehandlung ein teurer Prozess sein kann. Wenn Ihre Teile nicht für kosmetische Zwecke bestimmt sind, verwenden Sie keine teuren hochwertigen Oberflächenbehandlungen.
Tipp 7: Minimieren Sie das Teilevolumen, indem Sie die Wandstärke reduzieren
Das Reduzieren der Wandstärke eines Teils ist der beste Weg, um das Volumen des Teils zu minimieren. Dies bedeutet nicht nur einen geringeren Materialverbrauch, sondern beschleunigt auch den Spritzgießzyklus erheblich.
Beispielsweise kann durch die Reduzierung der Wandstärke von 3 mm auf 2 mm die Zykluszeit um 50 % bis 75 % reduziert werden.
Eine dünnere Wand bedeutet, dass die Form schneller gefüllt werden kann. Noch wichtiger ist, dass dünnere Teile schneller abkühlen und aushärten. Denken Sie daran, dass im Leerlauf der Maschine etwa die Hälfte des Spritzgießzyklus für die Aushärtung des Teils aufgewendet wird.
Es muss darauf geachtet werden, die Steifigkeit des Teils nicht zu stark zu reduzieren, da sonst seine mechanischen Eigenschaften reduziert werden. Rippen an kritischen Stellen können verwendet werden, um die Steifigkeit zu erhöhen.
Tipp 8: Zweitbetrieb berücksichtigen
Bei Kleinserienfertigung (weniger als 1000 Teile) kann es kostengünstiger sein, Hilfsoperationen zur Fertigstellung von Spritzgussteilen einzusetzen. So können Sie beispielsweise nach dem Umformen ein Loch bohren, anstatt eine teure Form mit Seitenkern zu verwenden.
Der fünfte Teil – Starten Sie die Injektion
Wenn Ihr Design fertig und für den Spritzguss optimiert ist, was ist der nächste Schritt? In diesem Abschnitt führen wir Sie durch die Schritte, die erforderlich sind, um mit der Spritzgussfertigung zu beginnen.
Schritt 1: Fangen Sie klein an und bauen Sie schnell einen Prototypen
Bevor Sie eine teure Spritzgussform verwenden, erstellen und testen Sie zunächst den funktionalen Prototyp des Designs.
Dieser Schritt ist entscheidend für eine erfolgreiche Produkteinführung. So können Konstruktionsfehler frühzeitig erkannt werden und der Änderungsaufwand bleibt gering.
Es gibt drei Prototyplösungen:
1. 3D-Druck (mit SLS, SLA oder Materialspray)
2. Verarbeitung der numerischen Steuerung aus Kunststoff
3. Kleinserien-Spritzguss mit 3D-Druckform
Diese Prozesse können realistische Prototypen für Formen und Funktionen erstellen, die dem endgültigen geformten Produkt sehr ähnlich sehen.
Verwenden Sie die folgenden Informationen als schnellen Vergleichsleitfaden, um die für Ihre Anwendung am besten geeignete Lösung zu ermitteln.
3D Druck Prototyp
Mindestmenge: 1
Typische Kosten: 20 $ bis 100 $ pro Teil
Lieferzeit: 2-5 Tagen
Optimiertes Design für den Spritzguss für einfachen 3D-Druck
Niedrigste Kosten, schnellste Turnaround-Prototypenlösung
Nicht jedes Injektionsmaterial kann für den 3D-Druck verwendet werden
3D-Druckteile sind 30-50 % schwächer als Spritzgussteile
Prototyp der CNC-Bearbeitung
Mindestmenge: 1
Typische Kosten: 100 $ bis 500 $ pro Teil
Lieferzeit: 5-10 Tagen
Materialeigenschaften sind die gleichen wie bei Spritzgussteilen
Hervorragende Präzision und Verarbeitung
Das Design muss möglicherweise geändert werden, da andere Designbeschränkungen gelten
Teurer als 3D-Druck, längere Lieferzeit
Spritzguss mit geringem Volumen
Mindestmenge: 10-100 Teile,
Typische Kosten: $1000 – $4000
Lieferzeit: 5-10 Tage,
Der realistischste Prototyp mit realistischen Materialeigenschaften
Simulation des tatsächlichen Prozesses und des Werkzeugdesigns
Die teuerste Prototyplösung
Geringere Verfügbarkeit als CNC- oder 3D-Druck
Schritt 2: „Inbetriebnahme“ durchführen (500-10000 Teile)
Nachdem das Design abgeschlossen ist, kann mit dem Spritzgießen durch eine kleine Anzahl von Tests begonnen werden.
Die Mindestbestellmenge für Spritzguss beträgt 500 Stück. Bei diesen Stückzahlen wird die Matrize in der Regel per Aluminium-CNC bearbeitet. Aluminiumformen sind relativ einfach herzustellen und kosten weniger (ab etwa 3000 bis 5000 US-Dollar), können jedoch 5000 bis 10000 Einspritzzyklen standhalten.
In diesem Stadium liegen die typischen Kosten des Teils zwischen 1 und 5 US-Dollar, abhängig von der Geometrie des Designs und dem ausgewählten Material. Die typische Lieferzeit für solche Bestellungen beträgt 6-8 Wochen.
Teile, die mit einer „Pilot“-Aluminiummatrize hergestellt wurden, haben dieselben physikalischen Eigenschaften und dieselbe Präzision wie Teile, die mit einer „Massenproduktion“-Werkzeugstahlmatrize hergestellt wurden.
Schritt 3: Produktionsumfang erweitern (mehr als 100000 Teile)
Wenn eine große Anzahl identischer Teile (10000 bis 100000 + Einheiten) hergestellt werden, sind spezielle Spritzwerkzeuge erforderlich.
Für diese Volumina wird die Form aus Werkzeugstahl durch CNC-Bearbeitung hergestellt, der Millionen von Spritzgießzyklen standhält. Sie sind außerdem mit fortschrittlichen Funktionen wie heißen Spitzentüren und komplexen Kühlkanälen ausgestattet, um die Produktionsgeschwindigkeit zu maximieren.
Aufgrund der Komplexität des Formdesigns und der Herstellung liegen die typischen Stückkosten in dieser Phase zwischen einigen Cent und einem Dollar, und die typische Lieferzeit beträgt 4-6 Monate.
Bei DDPROTOTYPE können Sie Spritzgussprodukte einfach, schnell und wettbewerbsfähig auslagern. Wenn Sie Ihr Design auf ddprototype hochladen, wird unser Maschinist alle potenziellen Designprobleme für die Herstellbarkeitsanalyse vor Produktionsbeginn erkennen und Ihnen so schnell wie möglich ein Angebot unterbreiten. Auf diese Weise können Sie sicherstellen, dass Sie für Ihre Spritzgussteile immer den wettbewerbsfähigsten Preis am Markt mit der schnellsten Umschlagszeit erzielen.
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