Grundlagen des Spritzgießdesigns

Spritzgießen ist eine kritische Fertigungstechnologie, mit der Tausende von Teilen in Massenproduktion hergestellt werden können. Daher benötigt ein Ingenieur oder Konstrukteur, der diese Technologie nutzen möchte, grundlegende Kenntnisse, um sie voll ausschöpfen zu können. Dieser Artikel wird Ihnen dabei helfen. 

So funktioniert der Spritzguss

Das Spritzgießen ist ein Massenfertigungsverfahren, bei dem geschmolzener Kunststoff in die gewünschte geometrische Form gebracht wird. Dieses Verfahren eignet sich am besten für die Massenproduktion, da es äußerst effizient und wiederholbar ist. Es ermöglicht die Herstellung komplexer Formen mit einem hohen Maß an Präzision bei minimalem Ausschuss und ist daher sehr vielseitig und in großem Maßstab kostengünstig.

Eine Spritzgießmaschine besteht aus mehreren wichtigen Komponenten:

• Hopper: Sie versorgt die Maschine mit Kunststoffgranulat, um eine gleichmäßige Versorgung mit Material zum Schmelzen und Einspritzen zu gewährleisten. Sie enthält häufig eine Trocknungseinheit, um die Feuchtigkeit aus dem Kunststoffgranulat zu entfernen, da sie zu Mängeln im Endprodukt führen kann.

• Lauf und Schraube: Im Zylinder befindet sich eine Schnecke, die sich um ihre Länge dreht, um den Kunststoff zu schmelzen und zu homogenisieren und dann den geschmolzenen Kunststoff in die Form zu spritzen. Die Konfiguration und die Drehung der Schnecke sind entscheidend für das Erreichen geeigneter Temperaturen, bei denen das Material schmilzt, und für hervorragende Fließeigenschaften.

• Schimmel: Dies ist das Teil, das die Form des letzten Teils bestimmt und normalerweise aus Stahl oder Aluminium besteht. Es kann einkavitär sein, d. h. ein Teil pro Zyklus, oder mehrkavitär, d. h. es werden viele Teile hergestellt. Stahl ist verschleißfester und das Material der Wahl für große Teile, während Aluminium preiswerter ist.

• Feststelleinheit: Die Schließeinheit hält die beiden Werkzeughälften während des Einspritzens der Schmelze und des Abkühlens zusammen. Sie übt eine sehr hohe Kraft aus, um zu verhindern, dass geschmolzener Kunststoff aus der Form austritt.

Auswahl des Materials

Auswahl eines geeigneten Materials ist eine der wichtigsten Entscheidungen im Spritzgießprozess.

Im Allgemeinen werden drei Materialien mit charakteristischen Eigenschaften zur Herstellung von Formteilen verwendet: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere.

Bei der Auswahl des Materials sollten Faktoren wie die folgenden berücksichtigt werden:

• Mechanische Eigenschaften: Dazu gehören Zugfestigkeit, Flexibilität und Härte, um die funktionalen Anforderungen des Teils zu erfüllen.
• Thermische Eigenschaften: Die Schmelztemperatur und die Wärmeleitfähigkeit eines Materials sind von entscheidender Bedeutung für den Formgebungsprozess und die daraus resultierende Leistung eines Formteils in der Anwendungsumgebung.
• Kosten: Materialkosten und Leistung müssen in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen, um die Rentabilität des Produkts zu erhalten.

Die Kenntnis der Fließeigenschaften des ausgewählten Materials kann dabei helfen, ein Teil zu entwerfen, das die Form richtig ausfüllt und die beabsichtigten Eigenschaften beibehält.

Sie sind sich nicht sicher, welches Material Sie wählen sollen? Unsere Ingenieure können helfen das für Ihr Budget am besten geeignete Material zu bestimmen.

Wichtige Designüberlegungen

• Wanddicke: Die Erzielung einer gleichmäßigen Dicke der Wände ist von entscheidender Bedeutung. Verformungen und gleichmäßige Abkühlung führen zu einer besseren Dimensionsstabilität und strukturellen Integrität des Teils.

• Rippen und Zwickel: Sie sorgen für zusätzliche Steifigkeit und höhere Festigkeit, während sie nur einen minimalen Beitrag zur Erhöhung der Dicke leisten, ein Grund für die Reduzierung von Material und Zykluszeit im Prozess. Eine geeignete Konstruktion von Rippen und Zwickeln erleichtert die Gewichtsreduzierung an der optimalen Stelle und verbessert die Leistung insgesamt.

• Entwurfswinkel: Wenn Merkmale rechtwinklig zusammenkommen sollen, helfen kleine Entformungswinkel, dass sich die Teile leichter aus der Form lösen. Dies reduziert mögliche Schäden und verkürzt die Zykluszeit.

• Filets und Radien: Die Übergänge zwischen den Oberflächen sollten so glatt wie möglich gestaltet werden. Eine geringere Spannungskonzentration verbessert die Festigkeit des Teils und erhöht seine Lebensdauer. Belastungspunkte und potenzielles Versagen: Sie sollten scharfe Ecken vermeiden.

• Formenbau: Die Form ist das Herzstück des Spritzgießverfahrens. Allerdings ist sie auch recht teuer; manche Formen kosten je nach Komplexität und verwendetem Material Tausende von Euro.

Qualitätskontrolle

Hohe Qualität kann in einem Spritzgießverfahren durch Folgendes gewährleistet werden:

• Visuelle Inspektion hilft bei der Identifizierung von Oberflächenfehlern. Betroffen sind Kratzer, Oberflächen sowie Farb- und Gratabweichungen.

• Dimensionale Messung: Physikalische geometrische Merkmale werden bestimmt. Dabei wird mit Hilfe von Messschiebern, CMM-Geräten und optischen Komparatoren überprüft, ob ein Teil dem vorgeschlagenen Entwurf entspricht.

• Mechanische Prüfung: Misst und gewährleistet die Festigkeit eines Teils. In den meisten Fällen wird die Prüfung mit dem Zugversuch, dem Schlagversuch und dem Ermüdungstest durchgeführt.

Das Ingenieurteam von MakerVerse prüft jedes Teil visuell. Zusätzliche Berichte über Dimensionsmessungen und mechanische Tests sind je nach Bedarf verfügbar.

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Jeder Ingenieur und Designer, der hochwertige Teile effizient herstellen möchte, muss die Grundlagen des Spritzgussdesigns erlernen. Eine On-Demand-Fertigungsplattform wie MakerVerse hilft, diesen Prozess zu rationalisieren.

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