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

Ein Spritzgießer kann Temperatur, Druck, Einspritzgeschwindigkeit und Abkühlzeit anpassen, und ein erfahrener Spritzgießer wird aus einem schwierigen Teil bemerkenswerte Ergebnisse erzielen. Was keine Prozesseinstellung bewirken kann, ist, dass ein dicker Vorsprung mit der gleichen Geschwindigkeit abkühlt wie die dünne Wand daneben. Das ist Geometrie, und über die Geometrie wird lange vor der Presse entschieden.

In diesem Leitfaden geht es um die Fehlervermeidung in der Konstruktionsphase: die fünf Geometrievariablen, die die meisten Formungsprobleme verursachen, die Konstruktionsursache hinter jedem häufigen Fehler, die Regeln für Rippen und Vorsprünge, bei denen die Konstruktion das Problem wirklich nicht beheben kann, und eine Überprüfungscheckliste, die vor der Freigabe eines Teils für die Fertigung durchgeführt werden muss. Zur Korrektur von Fehlern an einem bereits laufenden Werkzeug deckt unser Leitfaden zur Behebung von Formfehlern an der Presse die Prozessseite ab.

Bei den meisten Formfehlern handelt es sich in erster Linie um Designentscheidungen

Einfallstellen, Verzug, Lunker und Bindenähte werden meist als Prozessprobleme bezeichnet, weil sie dort entdeckt werden. In der Praxis sind sie typischerweise das sichtbare Ergebnis einer Geometrieentscheidung: eine Wand, deren Dicke sich abrupt ändert, ein Vorsprung, der dicker ist als die Wand, auf der er sitzt, ein Anguss, der dort positioniert ist, wo der Fluss von dünn nach dick wandern muss, oder eine Ecke ohne Radius. Eine Prozessanpassung kann die Schwere dieser Probleme verringern und sie nur selten beseitigen.

Dies ist wirtschaftlich wichtig, da Designkorrekturen vor der Werkzeugbereitstellung nahezu kostenlos und danach teuer sind. Eine Wandstärkenänderung im CAD kostet einen Nachmittag. Die gleiche Änderung nach dem Schneiden von gehärtetem Stahl bedeutet Schweißen und erneute Bearbeitung.

Die fünf Designvariablen, die die meisten Fehler verursachen

1. Gleichmäßige Wandstärke

Dies ist die Regel mit dem höchsten Hebelwirkungsgrad bei der Teilekonstruktion und wird am häufigsten gebrochen. Dicke Abschnitte kühlen langsamer ab als dünne. Wenn der dicke Bereich zuletzt abkühlt und schrumpft, zieht er Material von der Oberfläche, wodurch eine Einfallstelle entsteht, oder es bildet sich ein innerer Hohlraum, wenn die Haut bereits gefroren ist. Wenn dicke und dünne Abschnitte am selben Teil unterschiedlich schnell abkühlen, führt die unterschiedliche Schrumpfung dazu, dass das gesamte Teil durch Verzug aus der Form gebracht wird.

Halten Sie die Nennwand möglichst konstant über das Teil. Wenn für ein Design wirklich Masse in einem Bereich erforderlich ist, besteht der richtige Ansatz normalerweise darin, den dicken Abschnitt zu entkernen, statt ihn massiv zu belassen, damit die Wand gleichmäßig bleibt und die Festigkeit von der Geometrie statt von der Masse herrührt.

2. Wandübergänge

Wenn sich die Dicke ändern muss, sollte die Änderung schrittweise und nicht abrupt erfolgen. Ein Wandstärkensprung führt zu einer plötzlichen Änderung der Abkühlgeschwindigkeit und zu einer Spannungskonzentration am Übergang, die sich als Senke an der Außenfläche und als Ursache für Verzug im Teil zeigt. Wenn Sie den Übergang über eine Distanz verschmelzen, anstatt ihn schrittweise zu durchlaufen, wird der größte Teil des Effekts entfernt.

3. Torstandort

Der Anschnitt bestimmt die Richtung, in die der Kunststoff durch die Kavität fließt, und die Fließrichtung bestimmt, wo sich Schweißnähte bilden, wo sich das Teil zuletzt füllt und wie effektiv der Haltedruck die dicken Bereiche ausfüllen kann. Die Strömung sollte von dicken Abschnitten zu dünnen Abschnitten fließen, da ein Anschnitt, der einen dünnen Bereich speist, zunächst den dicken Bereich verlässt, der keinen Haltedruck mehr aufnehmen kann, was dort zu Absinken und Hohlräumen führt.

Die Position des Gates entscheidet auch darüber, wo kosmetische Beweise erscheinen. Jedes Tor hinterlässt Spuren, daher sollte der Standort nach Möglichkeit auf einer nicht kosmetischen Oberfläche liegen. Schweißnähte bilden sich dort, wo zwei Fließfronten aufeinandertreffen, typischerweise hinter Löchern und um Einsätze herum, und sie sind sowohl ein kosmetisches Zeichen als auch eine echte Schwachstelle. Die Konstruktion kann die Schweißnähte an einem Teil mit Löchern nicht beseitigen, aber die Konstruktion und die Platzierung der Anschnitte entscheiden darüber, ob sie an einer strukturell unwichtigen Stelle landen.

4. Entwurf

Formschräge ist die Verjüngung, die auf Wände in der Öffnungsrichtung der Form angewendet wird, sodass sich das Teil ohne Ziehen löst. Ohne ausreichende Formschräge schabt der Auswurf an der Oberfläche, hinterlässt Schleifspuren und im schlimmsten Fall wird das Teil beim Auswerfen belastet oder verformt.

Die Anforderungen an den Tiefgang steigen mit der Tiefe und der Oberflächenstruktur. Ein tiefes Merkmal erfordert eine stärkere Verjüngung als ein flaches, und eine strukturierte Oberfläche benötigt wesentlich mehr als eine glatte, da die Textur selbst als Hinterschneidung wirkt. Das Anwenden einer Formschräge zu einem späteren Zeitpunkt in der Konstruktion ist störend, da sich dadurch die Anschlussmaße ändern. Daher ist es am besten, die Schräge von Anfang an anzuwenden.

5. Eckradien

Scharfe Innenecken verursachen drei verschiedene Probleme. Sie konzentrieren die Spannung, was dazu führt, dass Teile im Betrieb reißen. Sie stören die Strömung und erzeugen einen Bereich, der sich ungleichmäßig füllt. Und beim Stahl erzwingen sie entweder einen Spezialschneider oder eine Funkenerosion, was die Werkzeugkosten erhöht.

Großzügige Innenradien lösen alle drei auf einmal. Ein Eckenradius, der dafür sorgt, dass die Wandstärke durch die Ecke ungefähr der der angrenzenden Wände entspricht, verhindert die lokale Dickstelle, die durch eine schlecht proportionierte Ecke entsteht.

Fehler für Fehler: die Designursache und die Designlösung

Defekt	Design-Ursache	Designkorrektur	Befassen Sie sich zuerst mit dem Design oder Prozess
Einfallstellen	Dicker Abschnitt, dicker Vorsprung oder Rippe hinter einer sichtbaren Oberfläche	Den dicken Bereich entkernen und die Rippen- und Nabendicke im Verhältnis zur Wand reduzieren	Design, es sei denn, das Teil ist bereits einheitlich
Verzug	Ungleichmäßige Wandstärke führt zu unterschiedlicher Schrumpfung und Abkühlung	Wandstärke ausgleichen, Symmetrie hinzufügen, Anschnittposition überdenken	Design, da der Prozess es selten entfernt
Kurze Aufnahmen	Dünne Abschnitte schränken den Durchfluss ein, lange Durchflusslänge, unzureichende Entlüftung	Erhöhen Sie dünne Wandabschnitte, verkürzen Sie den Strömungsweg und lassen Sie im letzten Bereich eine Entlüftung zum Füllen zu	Zuerst verarbeiten, dann entwerfen, wenn es weiterhin besteht
Blitz	Schlechte Absperrgeometrie oder eine Trennlinie auf einer komplexen Oberfläche	Vereinfachen Sie die Trennlinie und vermeiden Sie Absperrungen auf gekrümmten oder kosmetischen Oberflächen	Zuerst die Werkzeuge, dann das Design
Schweißnähte	Strömungsfronten treffen sich hinter Löchern, Einsätzen oder Hindernissen	Hindernisse verschieben oder reduzieren, Torposition so anpassen, dass die Leine in einem Bereich mit geringer Belastung landet	Design, da der Prozess nur den Schweregrad verringert
Leere	Dicke Abschnitte, in denen die Haut gefriert, bevor der Kern erstarrt	Dicke Abschnitte entkernen und eine gleichmäßige Wandung gewährleisten	Design
Jetten	Angusszuführung direkt in einen offenen Hohlraum	Positionieren Sie das Tor an einer Wand oder an einer Stelle, die den Strahl unterbricht	Design und Werkzeugbau zusammen
Schleppmarken	Unzureichender Tiefgang, insbesondere auf strukturierten oder tiefen Oberflächen	Erhöhen Sie den Tiefgang und verstärken Sie ihn dort, wo die Textur angewendet wird	Design

Die letzte Spalte ist die praktisch nützliche. Wenn die Konstruktionsursache vorherrscht, wird durch die Anpassung der Prozesseinstellungen eine vorübergehende Verbesserung erkauft und gleichzeitig Produktionszeit in Anspruch genommen, und der Fehler tritt wieder auf, wenn sich die Bedingungen ändern. Wenn die Prozessursache im Vordergrund steht, ist die Änderung der Geometrie eine kostspielige Lösung für Probleme, die von der Maschine gesteuert werden.

Designregeln für Rippen, Buckel und Zwickel

Rippen und Vorsprünge sind die häufigste Ursache für selbst verursachte Einfallstellen, da beide Masse an einer ansonsten gleichmäßigen Wand anbringen.

Halten Sie die Rippendicke auf einen Bruchteil der angrenzenden Wand und nicht auf diesen Wert. Eine Rippe, die so dick ist wie die Wand, erzeugt eine dicke Verbindung und eine Einfallstelle auf der gegenüberliegenden Seite.
Geben Sie den Rippen mehr Zug, damit sie sich sauber lösen. Beachten Sie dabei, dass eine hohe Rippe eine stärkere Verjüngung benötigt als eine kurze.
Platzieren Sie die Rippen ausreichend, anstatt sie zu drängen, da eng beieinander liegende Rippen die Strömung einschränken und die Kühlung des Stahls zwischen ihnen erschweren.
Verwenden Sie mehrere flachere Rippen anstelle einer tiefen, wenn es auf Steifheit ankommt, da die Tiefe das Füllen und Auswerfen erschwert.
Entkernen Sie die Vorsprünge, anstatt sie massiv zu belassen, sodass die Wandstärke der Vorsprünge mit der Nennwand übereinstimmt.
Stützen Sie hohe Vorsprünge mit Zwickeln, anstatt den Durchmesser des Vorsprünges zu vergrößern, wodurch wieder ein dickerer Abschnitt entstehen würde.
Radius die Basis jeder Rippe und jedes Vorsprungs, wodurch die Spannungskonzentration verringert wird, ohne dass eine dicke Verbindung entsteht, sofern die Proportionen stimmen.

Unser Leitfaden zu Rippen- und Zwickel-Designrichtlinien behandelt die Proportionen und Abstände im Detail, einschließlich der Wechselwirkungen des Rippendesigns mit der Steifigkeit, die das Teil tatsächlich benötigt.

Wo Design das Problem nicht beheben kann

Manche Probleme sind wirklich keine geometrischen Probleme, und es ist Zeitverschwendung, sie als Konstruktionsfehler zu behandeln.

Spreizungen und Oberflächenstreifen aufgrund von Feuchtigkeit in hygroskopischen Harzen wie Polycarbonat und Nylon sind ein Trocknungsproblem an der Druckmaschine und kein Konstruktionsproblem.
Brandflecken im letzten zu füllenden Bereich sind in der Regel ein Entlüftungsproblem im Werkzeug oder ein Problem mit der Einspritzgeschwindigkeit an der Maschine.
Maßabweichungen während eines Produktionslaufs spiegeln im Allgemeinen Prozessschwankungen oder die Steuerung der Werkzeugtemperatur wider und nicht die Teilegeometrie.
Verunreinigungen und Farbstreifen sind Probleme bei der Materialhandhabung.
Ein Blitz an einem Werkzeug, das zuvor sauber gelaufen ist, weist auf Werkzeugverschleiß oder Klemmkraft hin, nicht auf eine Konstruktionsänderung.

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 ein, unabhängig davon, wie sorgfältig das Teil entworfen wurde. Deshalb sollten Material und Geometrie gemeinsam festgelegt werden. In unserem Vergleich von Spritzgussmaterialien erfahren Sie, wie sich das Schrumpfverhalten bei gängigen Harzen unterscheidet und was dies für die Toleranzerwartungen bedeutet.

Eine Checkliste zur Designüberprüfung vor der Freigabe für den Werkzeugbau

Führen Sie dies aus, bevor das Tool zitiert wird. Die Bearbeitung jedes Artikels im CAD ist kostengünstig und die Bearbeitung in Stahl teuer.

Ist die Nennwandstärke über das Bauteil hinweg konstant und ist jede Abweichung davon bewusst und gerechtfertigt?
Sind alle Dickenübergänge fließend und nicht abgestuft?
Werden dicke Abschnitte entkernt und nicht massiv belassen?
Ist die Rippendicke proportional zur angrenzenden Wand und nicht dazu passend?
Werden die Vorsprünge durch Zwickel und nicht durch zusätzlichen Durchmesser gestützt?
Verfügt jede Oberfläche in Richtung der Formöffnung über eine Formschräge, mit zusätzlicher Formschräge, wenn die Textur angegeben ist?
Haben Innenecken einen Radius, der die Wandstärke über die Ecke hinweg annähernd konstant hält?
Wurde eine Anschnittposition vereinbart und verläuft die Strömung von dicken zu dünnen Abschnitten?
Wo bilden sich Schweißnähte und ist diese Stelle strukturell belastet oder besteht eine kosmetische Anforderung?
Gibt es Hinterschnitte, die Schieber oder Heber erfordern, und werden die zusätzlichen Werkzeugkosten akzeptiert oder kann das Merkmal neu gestaltet werden?
Entspricht die Auswahl des Harzes aufgrund seines Schrumpfverhaltens den Toleranzerwartungen in der Zeichnung?
Welche Oberflächen sind kosmetisch und wurde die Trennfuge von ihnen ferngehalten?

Es ist nicht garantiert, dass ein Teil, das alle zwölf Prüfungen besteht, perfekt geformt wird, aber es beseitigt die durch die Geometrie verursachten Fehler und hinterlässt beim Spritzgießer Probleme, die durch die Prozesssteuerung tatsächlich gelöst werden können.

Testen Sie den Entwurf, bevor Sie die Werkzeuge festlegen

Die Designprüfung erfasst, worauf ein Prüfer achten muss. Die physische Validierung erledigt den Rest. Der Bau von Prototypenteilen vor der Bereitstellung von Produktionswerkzeugen offenbart Passform- und Funktionsprobleme, während Änderungen noch kostengünstig sind, und wenn die Geometrie ungewiss ist, beweist ein Werkzeug in geringer Stückzahl das Design im realen Prozess, bevor gehärteter Stahl geschnitten wird.

Es lohnt sich, klarzustellen, was jede Validierungsroute beweist. Bearbeitete oder gedruckte Prototypen überprüfen die Passform, den Zusammenbau und viele funktionale Anforderungen, sie reproduzieren jedoch nicht das Fließ-, Packungs- und Schrumpfverhalten eines Formteils. Wenn es um Senken, Verzug oder die Position der Schweißnaht geht, kann nur ein geformtes Muster die Lösung finden, weshalb es Brückenwerkzeuge gibt. Unsere Prototypenvalidierung vor dem Werkzeugbau deckt beide Wege ab.

Elite Mould Tech liefert Design-Feedback für die Fertigung während der Angebotserstellung für seine Kunststoffspritzguss-Dienstleistungen und weist auf Probleme mit der Wandstärke, Formschräge, Rippenanteil und Anschnittposition hin, während noch Änderungen gezeichnet werden. Senden Sie ein Teilemodell an Elite Mold Tech für eine Entwurfsprüfung, bevor die Werkzeuge bereitgestellt werden, und nicht für eine Fehlerbesprechung nach den ersten Schüssen.

Häufig gestellte Fragen

F: Was verursacht Einfallstellen in Spritzgussteilen?

A: Dicke Abschnitte kühlen langsamer ab als die umgebende Wand. Da der dicke Bereich zuletzt schrumpft, zieht er Material von der Oberfläche nach innen. Die häufigste Ursache sind Rippen und Noppen, die im Verhältnis zur angrenzenden Wand zu dick sind.

F: Kann eine Prozessanpassung den Verzug beheben?

A: Es kann den Schweregrad verringern, beseitigt ihn jedoch selten. Verzug entsteht durch ungleichmäßige Schrumpfung im gesamten Teil, die durch Wandstärkenschwankungen und Abkühlungsunterschiede verursacht wird. Der Wandstärkenausgleich bekämpft eher die Ursache als das Symptom.

F: Wie viel Formschräge benötigt ein Spritzgussteil?

A: Das hängt von der Tiefe und der Oberflächenbeschaffenheit ab. Tiefere Merkmale erfordern eine stärkere Verjüngung, und strukturierte Oberflächen erfordern deutlich mehr als glatte, da sich die Textur wie eine Hinterschneidung verhält. Wenden Sie die Formschräge frühzeitig an, da sich durch das späte Hinzufügen die Passmaße ändern.

F: Sind Bindenähte immer ein Defekt?

A: Sie sind bei Teilen mit Löchern oder Einsätzen unvermeidlich, da die Fließfronten irgendwo zusammentreffen müssen. Sie werden zu einem Defekt, wenn sie auf einer kosmetischen Oberfläche oder in einem Bereich mit struktureller Belastung landen. Die Torposition bestimmt, wo sie sich bilden.

F: Sollte ich einen Formfehler zuerst durch Design oder Prozess beheben?

A: Identifizieren Sie, welche Ursache vorherrscht. Einfallstellen, Hohlräume, Verzug und Schleifspuren sind in der Regel geometriebedingt und sollten bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Kurze Schüsse, Spreiz- und Brandflecken sind in der Regel prozess- oder werkzeugbedingt und sollten in der Druckmaschine behoben werden.