Beim Entwerfen von Spritzgussfehlern: Wie Wandstärke, Anschnittposition und Formschräge Einfallstellen, Verzug und Kurzschüsse verhindern

Ein Verarbeiter kann Temperatur, Druck, Einspritzgeschwindigkeit und Kühlzeit einstellen, und ein erfahrener wird bemerkenswerte Ergebnisse von einem schwierigen Teil erzielen. Was keine Prozessinstellung leisten kann, ist, dass sich ein dicker Boss genauso schnell abkühlt wie die dünne Wand daneben. Das ist Geometrie, und Geometrie wird lange vor der Presse entschieden.

Dieser Leitfaden behandelt die Fehlervermeidung in der Entwurfsphase: die fünf geometrischen Variablen, die die meisten Formprobleme verursachen, die Designursache hinter jedem gängigen Fehler, die Regeln für Rippen und Buchsen, wo das Design das Problem wirklich nicht beheben kann, und eine Checkliste zur Überprüfung, bevor ein Teil für die Werkzeugerstellung freigegeben wird. Zur Korrektur von Fehlern an einem bereits laufenden Werkzeug behandelt unser Leitfaden zur Behebung von Formfehlern an der Presse die Prozessseite.

Die meisten Formfehler sind zuerst Designentscheidungen

Senkungen, Verzug, Lunker und Schweißnähte werden normalerweise als Prozessprobleme beschrieben, da sie dort entdeckt werden. In der Praxis sind sie typischerweise das sichtbare Ergebnis einer geometrischen Entscheidung: eine Wand, die ihre Dicke abrupt ändert, eine Buchse, die dicker ist als die Wand, auf der sie sitzt, ein Anschnitt, der so positioniert ist, dass der Fluss von dünn nach dick reisen muss, oder eine Ecke ohne Radius. Prozessanpassungen können die Schwere dieser Fehler reduzieren und sie selten beseitigen.

Dies ist kommerziell wichtig, da Designkorrekturen vor der Werkzeugerstellung fast kostenlos und danach teuer sind. Eine Änderung der Wandstärke in CAD kostet einen Nachmittag. Dieselbe Änderung nach dem Schneiden von gehärtetem Stahl bedeutet Schweißen und Nachbearbeitung.

Die fünf Designvariablen, die die meisten Fehler verursachen

1. Gleichmäßige Wandstärke

Dies ist die Regel mit dem höchsten Hebel in der Teilekonstruktion und die am häufigsten gebrochene. Dicke Abschnitte kühlen langsamer als dünne. Da sich der dicke Bereich zuletzt abkühlt und schrumpft, zieht er Material von der Oberfläche ab, was zu einer Senkung führt, oder es bildet sich ein innerer Hohlraum, wenn die Haut bereits erstarrt ist. Wo sich dicke und dünne Abschnitte im selben Teil unterschiedlich schnell abkühlen, zieht die differentielle Schrumpfung das gesamte Teil aus der Form als Verzug.

Halten Sie die Nenndicke über das gesamte Teil hinweg konstant, wo immer möglich. Wo ein Design tatsächlich Masse in einem Bereich benötigt, ist der richtige Ansatz normalerweise, den dicken Abschnitt auszukernen, anstatt ihn massiv zu lassen, damit die Wand gleichmäßig bleibt und die Festigkeit von der Geometrie statt von der Masse kommt.

2. Wandübergänge

Wo die Dicke geändert werden muss, sollte die Änderung allmählich und nicht abrupt erfolgen. Eine Stufe in der Wandstärke erzeugt eine plötzliche Änderung der Kühlrate und eine Spannungskonzentration am Übergang, die sich als Senkung auf der Außenfläche und als Verzugstreiber im Teil zeigt. Das Verblenden des Übergangs über eine Distanz anstatt ihn zu stufen, beseitigt den größten Teil des Effekts.

3. Anschnittposition

Der Anschnitt bestimmt die Richtung, in der der Kunststoff durch den Hohlraum fließt, und die Fließrichtung bestimmt, wo sich Schweißnähte bilden, wo sich das Teil zuletzt füllt und wie effektiv der Nachdruck die dicken Bereiche ausfüllen kann. Der Fluss sollte von dicken zu dünnen Abschnitten fließen, da ein Anschnitt, der zuerst einen dünnen Bereich speist, den dicken Bereich unfähig macht, Nachdruck zu erhalten, was dort Senkungen und Lunker garantiert.

Die Anschnittposition bestimmt auch, wo kosmetische Spuren auftreten. Jeder Anschnitt hinterlässt eine Narbe, daher sollte die Position, wo immer möglich, auf einer nicht kosmetischen Oberfläche liegen. Schweißnähte bilden sich dort, wo zwei Flussfronten aufeinandertreffen, typischerweise hinter Löchern und um Einsätze herum, und sie sind sowohl eine kosmetische Markierung als auch eine echte Schwachstelle. Design kann Schweißnähte an einem Teil mit Löchern nicht eliminieren, aber Design plus Anschnittposition bestimmt, ob sie an einer strukturell unwichtigen Stelle landen.

4. Entformungsschräge

Die Entformungsschräge ist die Verjüngung, die auf Wände in der Richtung angewendet wird, in der sich die Form öffnet, damit sich das Teil ohne Ziehen löst. Ohne ausreichende Entformungsschräge kratzt das Auswerfen die Oberfläche und hinterlässt Schleifspuren, und in schlimmeren Fällen werden Spannungen erzeugt oder das Teil während des Lösens verzogen.

Die Anforderungen an die Entformungsschräge steigen mit der Tiefe und der Oberflächentextur. Ein tiefes Merkmal benötigt mehr Verjüngung als ein flaches, und eine texturierte Oberfläche benötigt erheblich mehr als eine glatte, da die Textur selbst als Hinterschneidung wirkt. Das Anbringen der Entformungsschräge spät im Design ist störend, da es passende Abmessungen verändert, daher ist es am besten, sie von Anfang an anzuwenden.

5. Eckradien

Scharfe Innenecken verursachen drei separate Probleme. Sie konzentrieren Spannungen, was dazu führt, dass Teile im Gebrauch reißen. Sie stören den Fluss und erzeugen einen Bereich, der sich ungleichmäßig füllt. Und im Stahl erzwingen sie entweder einen Spezialfräser oder eine Erodierbearbeitung, was die Werkzeugkosten erhöht.

Großzügige Innenecken lösen alle drei gleichzeitig. Ein Eckradius, der die Wandstärke in der Ecke ungefähr gleich den angrenzenden Wänden hält, verhindert die lokale dicke Stelle, die eine schlecht proportionierte Ecke erzeugt.

Fehler für Fehler: Designursache und Designkorrektur

Die letzte Spalte ist die praktisch nützliche. Wo die Designursache dominiert, kauft die Anpassung von Prozesseinstellungen eine vorübergehende Verbesserung, während Produktionszeit verbraucht wird, und der Fehler kehrt zurück, wenn sich die Bedingungen ändern. Wo die Prozessursache dominiert, ist die Änderung der Geometrie ein teurer Weg, um etwas zu lösen, das eine Maschineneinstellung handhabt.

Regeln für Rippen-, Buchsen- und Verstärkungsdesign

Rippen und Buchsen sind die häufigste Quelle für selbstverschuldete Senkungen, da beide Masse an eine ansonsten gleichmäßige Wand anbringen.

• Halten Sie die Rippendicke als Bruchteil der angrenzenden Wand und nicht als gleich zu ihr. Eine Rippe, die so dick ist wie die Wand, erzeugt eine dicke Verbindung und eine Senkung auf der gegenüberliegenden Fläche.
• Fügen Sie Rippen eine Entformungsschräge hinzu, damit sie sich sauber lösen, und denken Sie daran, dass eine hohe Rippe mehr Verjüngung benötigt als eine kurze.
• Rippen ausreichend beabstanden, anstatt sie zu überfüllen, da eng beabstandete Rippen den Fluss einschränken und die Kühlung im Stahl zwischen ihnen erschweren.
• Verwenden Sie mehrere flachere Rippen anstelle einer tiefen, wenn Steifigkeit das Ziel ist, da Tiefe die Füll- und Auswurffähigkeit erschwert.
• Kernen Sie Buchsen aus, anstatt sie massiv zu lassen, damit die Buchsenwanddicke der Nenndicke entspricht.
• Stützen Sie hohe Buchsen mit Verstärkungen ab, anstatt den Buchsendurchmesser zu erhöhen, was den dicken Abschnitt wieder einführen würde.
• Radiusieren Sie die Basis jeder Rippe und Buchse, was die Spannungskonzentration reduziert, ohne eine dicke Verbindung zu erzeugen, wenn die Proportionen stimmen.

Unser Leitfaden zu Richtlinien für Rippen- und Verstärkungsdesign behandelt Proportionen und Abstände im Detail, einschließlich der Wechselwirkung zwischen Rippendesign und der tatsächlich benötigten Steifigkeit des Teils.

Wo Design nicht helfen kann

Einige Probleme sind wirklich keine Geometrie, und sie als Designfehler zu behandeln, verschwendet Zeit.

• Splay und Oberflächenstreifenbildung durch Feuchtigkeit in hygroskopischen Harzen wie Polycarbonat und Nylon sind ein Trocknungsproblem an der Presse, kein Designproblem.
• Brandflecken im zuletzt gefüllten Bereich sind normalerweise ein Entlüftungsproblem im Werkzeug oder ein Problem mit der Einspritzgeschwindigkeit an der Maschine.
• Dimensionsschwankungen über einen Produktionslauf hinweg spiegeln im Allgemeinen Prozessschwankungen oder Werkzeugtemperaturkontrolle wider und nicht die Teilegeometrie.
• Kontamination und Farbstreifenbildung sind Probleme bei der Materialhandhabung.
• Grat an einem Werkzeug, das zuvor sauber lief, deutet auf Werkzeugverschleiß oder Klemmkraft hin, nicht auf eine Designänderung.

Es gibt auch eine Kategorie, in der das Material und nicht die Geometrie die Einschränkung darstellt. Harze mit hoher Schrumpfung verziehen sich leichter und halten Toleranzen schlechter, unabhängig davon, wie sorgfältig das Teil entworfen wurde. Deshalb sollten Material und Geometrie zusammen entschieden werden. Unser Vergleich von Spritzgussmaterialien behandelt, wie sich das Schrumpfungsverhalten bei gängigen Harzen unterscheidet und was das für Toleranzerwartungen bedeutet.

Eine Designüberprüfungs-Checkliste vor der Freigabe für die Werkzeugerstellung

Führen Sie dies durch, bevor das Werkzeug angeboten wird. Jeder Punkt ist in CAD kostengünstig zu beheben und in Stahl teuer.

1. Ist die Nenndicke über das gesamte Teil konstant, und ist jede Abweichung davon beabsichtigt und gerechtfertigt?
2. Sind alle Dickenübergänge verblendet und nicht gestuft?
3. Sind dicke Abschnitte ausgekernt und nicht massiv gelassen?
4. Ist die Rippendicke im Verhältnis zur angrenzenden Wand proportioniert und nicht gleich zu ihr?
5. Sind Buchsen ausgekernt und durch Verstärkungen gestützt und nicht durch zusätzlichen Durchmesser?
6. Hat jede Oberfläche in Richtung der Formöffnung eine Entformungsschräge, mit zusätzlicher Entformungsschräge, wo Textur spezifiziert ist?
7. Tragen Innenecken einen Radius, der die Wandstärke in der Ecke ungefähr konstant hält?
8. Wurde eine Anschnittposition vereinbart, und fließt der Fluss von dicken zu dünnen Abschnitten?
9. Wo werden Schweißnähte entstehen, und trägt diese Position eine strukturelle Last oder eine kosmetische Anforderung?
10. Gibt es Hinterschneidungen, die Schieber oder Kerne erfordern, und werden die zusätzlichen Werkzeugkosten akzeptiert oder kann das Merkmal neu entworfen werden?
11. Entspricht die Harzauswahl den Toleranzerwartungen auf der Zeichnung, unter Berücksichtigung ihres Schrumpfungsverhaltens?
12. Welche Oberflächen sind kosmetisch, und wurde die Trennlinie von ihnen ferngehalten?

Ein Teil, das alle zwölf Punkte besteht, ist nicht garantiert perfekt zu formen, aber es beseitigt die Fehler, die die Geometrie verursacht, und überlässt dem Verarbeiter Probleme, die die Prozesskontrolle tatsächlich lösen kann.

Nachweis des Designs vor der Festlegung der Werkzeugerstellung

Die Designprüfung erfasst, wonach ein Prüfer sucht. Die physische Validierung erfasst den Rest. Der Bau von Prototypenteilen, bevor die Produktionswerkzeuge festgelegt werden, deckt Pass- und Funktionsprobleme auf, während Änderungen noch günstig sind, und wo die Geometrie unsicher ist, beweist ein Werkzeug mit geringem Volumen das Design im realen Prozess, bevor gehärteter Stahl geschnitten wird.

Es ist wichtig, klar zu sagen, was jede Validierungsroute beweist. Bearbeitete oder gedruckte Prototypen verifizieren Passform, Montage und viele funktionale Anforderungen, aber sie reproduzieren nicht das Fluss-, Füll- und Schrumpfungsverhalten eines geformten Teils. Wo die Sorge um Senkungen, Verzug oder die Position von Schweißnähten besteht, ist nur eine geformte Probe die Antwort, weshalb Brückenwerkzeuge existieren. Unsere Prototypenvalidierung vor der Werkzeugerstellung behandelt beide Routen.

Elite Mold Tech bietet Feedback zur Fertigungskonstruktion während der Angebotserstellung für seine Kunststoffspritzgussservices und kennzeichnet Probleme mit Wandstärke, Entformungsschräge, Rippenproportionen und Anschnittposition, solange es sich noch um Zeichnungsänderungen handelt. Senden Sie ein Teilmodell an Elite Mold Tech für eine Designprüfung, bevor die Werkzeugerstellung festgelegt wird, anstatt einer Fehlerdiskussion nach den ersten Schüssen.

Häufig gestellte Fragen