Leitfaden für die Konstruktion von Spritzgussteilen: 12 bewährte Verfahren

Designleitfaden für Spritzguss

Spritzgießen ist eine effiziente Methode zur Herstellung großer Stückzahlen mit gleichbleibender Qualität und geringeren Stückkosten. Dabei wird das geschmolzene Polymer in den Formhohlraum eingespritzt und erstarrt dort zur gewünschten Form.

Obwohl die Spritzgusstechnik viele Vorteile bietet, ist eine DFM-konforme Zeichnung für die Verarbeitung unerlässlich. Die Teilekonstruktion beeinflusst direkt die Herstellbarkeit des Werkzeugs, die Komplexität des Werkzeugbaus, das Projektbudget, die Lieferzeit und Oberflächenfehler. 

Dieser Leitfaden zur Spritzgusskonstruktion erläutert 12 bewährte Verfahren zur DFM-Optimierung, darunter Wandstärke, Rippen, Vorsprünge, Entformungswinkel, scharfe Ecken, Trennlinie, Auswerferstifte und Angusskanal.  

Lass uns loslegen! 

1. Materialauswahl für Spritzgussteile

Eine Vielzahl thermoplastischer Polymere kann im Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Es ist unerlässlich, das Material vor der detaillierten Konstruktion des Bauteils auszuwählen. 

Ermitteln Sie daher die Anwendungsanforderungen, wie z. B. Festigkeit, Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Umgebungsbedingungen usw., und wählen Sie das Material entsprechend aus.

Obwohl es über 100 Materialoptionen gibt, schauen wir uns in der folgenden Tabelle einige der am häufigsten verwendeten Polymere an.

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2. Wandstärke des Formteils

Spritzgussdicke

Die Wandstärke ist ein grundlegender Konstruktionsparameter für Spritzgussteile. Sie bestimmt Festigkeit, Steifigkeit und weitere Eigenschaften. Eine ungeeignete Wandstärke führt außerdem zu Verformungen und ungleichmäßiger Kühlung.

Nominale Wandstärke

Die Nenndicke, üblicherweise mit „t“ bezeichnet, ist der im Design festgelegte Dickenwert des Formteils, der über die gesamte Geometrie hinweg einheitlich ist. Beispielsweise bedeutet eine Nenndicke von 3 mm, dass das Teil gleichmäßig dicker ist (t = 3).

Materialart und Dickenwert

Die Spanne zwischen minimaler und maximaler Dicke variiert je nach Materialart. Dies liegt daran, dass jeder Thermoplast unterschiedliche Fließfähigkeit, Viskosität und andere Eigenschaften aufweist. 

Dickere Bauteile lassen sich aus Materialien wie PPSU, PBT und PEEK fertigen. Bei Materialien wie ABS, PMMA und PC ist die zulässige Dicke hingegen geringer.  

Die folgende Tabelle gibt den empfohlenen Dickenbereich für das Spritzgießen verschiedener Polymere an.

3. Gleichmäßigkeit der Dicke und Übergang

Dickenübergang von Formteilen

Eine weitere Richtlinie für die Konstruktion von Spritzgussteilen betrifft die gleichmäßige Wandstärke über die gesamte Geometrie. Dies ist wichtig für effizientes Füllen, Abkühlen und die Vermeidung von Fehlern. Falls Spritzgussteile Abschnitte mit variierender Wandstärke aufweisen, sollten geeignete Übergänge verwendet werden. 

Die Übergänge zwischen den Bereichen mit unterschiedlichen Wandstärken lassen sich durch sanftes Verblenden optimieren, um eine bessere Spannungsverteilung und strukturelle Integrität der Spritzgussteile zu gewährleisten. Zusätzlich können Sie auch Merkmale wie Abrundungen und Fasen verwenden.

4. Ecken mit den richtigen Radien abrunden

Design mit abgerundeten Ecken

Scharfe Ecken können die hohe strukturelle Festigkeit und die einfache Formenherstellung beeinträchtigen. Sind die Ecken scharf und spitz, konzentrieren sie die Spannung und erschweren die Bearbeitung einer tiefen Kavität in der Form. Verwenden Sie daher abgerundete Ecken. 

Innenradien (Ri) = 0.5 x Nenndicke (t)

Äußere Radien (Re) = Innere Radien (Ri) + Nenndicke (t)

5. Entformungsschräge

Der Entformungswinkel ist ein weiterer Faktor, der bei der Einhaltung der Konstruktionsrichtlinien für Spritzgussteile berücksichtigt werden muss. Es handelt sich dabei um einen kleinen, sich verjüngenden Winkel an der vertikalen Wand des zu konstruierenden Teils. 

Das Hinzufügen eines Entlüftungswinkels ist entscheidend für ein problemloses Auswerfen, eine kürzere Abkühlzeit und die Vermeidung von Beschädigungen. 

Schauen wir uns die Regeln für den Entlastungswinkel bei zwei verschiedenen Modellen an. Oberflächenveredelung von Spritzgussteilen: glatt und strukturiert. 

Des Weiteren müssen Sie Folgendes berücksichtigen: Polymerart, Teilegeometrie, Werkzeugkonstruktion und Werkzeugoberflächenbeschaffenheit bei der Wahl des Tiefgangwinkels.

6. Rippchen hinzufügen

Rippendesign im Spritzgussverfahren

Rippen sind strukturelle Verstärkungselemente an Spritzgussteilen. Sie sind dünne, vertikale Abschnitte, die von der Teileoberfläche abstehen. Die Rippen müssen korrekt dimensioniert werden, und die Verrundung an ihrem unteren Ende muss berücksichtigt werden. 

Schauen wir uns die Best Practices für das Rippendesign beim Spritzgießen in der folgenden Tabelle an. 

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7. Bosse

Boss-Funktionen 

Ansatzstellen sind wichtige Merkmale von Spritzgussteilen zur Aufnahme von Ausrichtungseinsätzen, Stiften und Befestigungselementen. Sie zeichnen sich durch vertikal erhöhte Strukturen aus, die typischerweise kreisförmig oder rohrförmig sind.

Sie müssen die Positionen der Befestigungspunkte mit geeigneten Durchmessern und Stärken sorgfältig auswählen. 

Im Folgenden werden die Gestaltungsregeln für Bosse in der Tabelle aufgeführt.

8. Teiletoleranzen

Korrekte Toleranzen sind besonders wichtig für die Montage von Bauteilen im Spritzgussverfahren, d. h. wenn die Teile später zu einem Endprodukt zusammengefügt werden. Andernfalls kommt es zu Maßungenauigkeiten, Passungsfehlern und Ausrichtungsfehlern. Zu große Toleranzen hingegen erhöhen die Kosten und die Produktionszeit der Form. 

Legen Sie daher die folgenden Toleranzen in Ihrer Spritzgussteilkonstruktion fest.

• Dimensional (Dicke, Länge, Höhe usw.) 
• Ebenheit und Parallelität 
• Konzentrizität 
• Passungstoleranz (Spiel und Überdeckung) 
•  Schrumpftoleranz 
• Lochgröße, falls vorhanden. 

9. Trennlinie

Trennlinie

Das Trennlinie Die Trennlinie erleichtert das Öffnen der Form und befindet sich typischerweise, wenn auch nicht zwingend, in der Mitte des Formbodens. Eine korrekte Trennlinie ist entscheidend für ein einfaches Öffnen der Form, reduziert die Komplexität der Formkonstruktion, vermeidet das Risiko von Graten und senkt die Formkosten. 

Drei wichtige Konstruktionsrichtlinien für die Trennlinie beim Spritzgießen sind:

• Die Trennlinie sollte an Kanten und scharfen Ecken beibehalten werden. 

• Gestalten Sie sie so gerade und flach wie möglich.

• Positionieren Sie sie nicht entlang des spannungsreichen Abschnitts des Bauteils. 

10 Spritzgießtor

Arten von Spritzguss-Anschnitten 

Art, Größe und Position der Angüsse sind entscheidende Faktoren bei der Platzierung der Angussöffnungen an der Form. Für kleine und einfache Formen genügt ein einziger Anguss, während für komplexe und große Spritzgussteile mehrere Angüsse erforderlich sein können.

Designer bevorzugen Anschnitte nahe der Trennlinie, aber nicht immer. Der überstehende Teil entlang des Anschnitts lässt sich nach dem Formen leicht kürzen. 

Die folgende Tabelle bietet einen Überblick über bewährte Verfahren beim Spritzgießen hinsichtlich Angussart und -platzierung.  

11. Auswerferstifte

Auswerferstifte für Spritzguss Es handelt sich um massive zylindrische Stifte im Inneren der Form, die parallel zur Trennebene angeordnet sind. Sie dienen dazu, das Formteil nach Abschluss der Erstarrung aus dem Formhohlraum zu entnehmen.

Falsche Stiftgröße und Einbauposition führen zu Teileklemmung, Oberflächenfehlern und Beschädigungen. 

Hier sind einige wichtige Konstruktionsregeln für Spritzgussteile hinsichtlich Auswerferstiften und Auswerferkraft;

• Positionieren Sie die Auswerferstifte an den dickeren, nicht kosmetischen Abschnitten und vermeiden Sie deren Anbringung in der Nähe der Gleitschienen. 
• Wählen Sie die erforderliche Anzahl von Stiften, um die Auswurflast gleichmäßig zu verteilen. 
• Ein ausreichender Abstand ist erforderlich, typischerweise 0.02 bis 0.05 mm. 

12. Überlegungen zum Umspritzen

Umspritzteil

Das Umspritzen ist eine Variante des Spritzgießens, bei der Mehrkomponententeile durch Einlegen vorgefertigter Einsätze in den Formhohlraum geformt werden. Nach dem Einspritzen des zweiten Materials verbindet sich dieses mit dem Einsatz und bildet nach dem Erstarren ein einzelnes Bauteil.

Folgende Schlüsselfaktoren sind zu berücksichtigen: Überformungsdesign.

• Materialverträglichkeit des Einsatzes und des Formkunststoffs
• Verriegelungen oder andere Mechanismen zur Haftung  
• Dickenkontrolle und Unterstützung für Mehrkomponenten-Spritzguss 

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Oberflächenveredelung für Spritzgussteile

Die Oberflächenbearbeitung ist entscheidend für Glätte, individuelle Textur und ansprechende Optik. Berücksichtigen Sie beim Design der Teile den Entformungswinkel, falls griffige Oberflächenstrukturen verwendet werden sollen. 

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die gängigen Oberflächenbehandlungen;

Bei ProleanTech können wir die genannten Oberflächenveredelungen sowie viele weitere erzielen. Wir bieten folgende Oberflächenveredelungsverfahren an:

• Kugelstrahlen
• Polieren
• Chemisches Ätzen 
• Diamantpolieren usw.

5 Qualitätskontrollsysteme für Spritzguss 

Qualitätskontrolle Systeme gewährleisten eine gleichbleibende Qualität der Formteile und dienen als Instrumente zur Sicherstellung der Einhaltung branchenspezifischer Vorgaben. Gängige Systeme sind wissenschaftliches Spritzgießen, Erstmusterprüfung (FAI), Produktionsprozessfreigabe (PPAP), statistische Prozesskontrolle (SPC) und die Qualifizierung nach ISO 13485. 

• Wissenschaftliches Formen: Zur Kontrolle gleichbleibender Formgebungsvariablen über Produktionszyklen hinweg. 
• Erstmusterprüfung (FAI): Erste Inspektionen/Messungen zur Überprüfung der Abmessungen
• Produktionsteil-Freigabeprozess (PPAP): Ein gut formatiertes Dokument mit Nachweis der Einhaltung spezifischer Branchenstandards.
• Statistische Prozesskontrolle (SPC): Überwachung und Erkennung von Abweichungen über die Formgebungszyklen hinweg mit statistischen Methoden. 
• ISO 13485: Überprüfung jedes einzelnen Fertigungsschritts. 

Wie beeinflusst das Design die Kosten beim Spritzgießen?

Die Konstruktion von Spritzgussteilen hat direkten Einfluss auf die Produktionskosten. Erstens erhöhen komplexe Konstruktionen mit Hinterschneidungen und tiefen Kavitäten die Produktionskosten. Kosten für FormwerkzeugeEin weiterer Faktor ist ZykluszeitTeile mit größerer oder ungleichmäßiger Wandstärke verringern die Produktionsgeschwindigkeit.

Auf der anderen Seite, spezialisierte Prozesse Verfahren wie Inserting und Overmolding reduzieren den Montageaufwand beim Spritzgießen und tragen zur Kostensenkung bei.

Weitere Designrichtlinien für Spritzgussteile, die die Kosten beeinflussen, sind Toleranzen, Angussart und -platzierung sowie die Teilekonsolidierung.

Laden Sie Ihr Spritzgussdesign für DFM-Feedback hoch.

Vor der Werkzeugherstellung und der Produktion im Spritzgussverfahren muss Ihr Entwurf einer detaillierten Design for Manufacturing (DFM)-Analyse und Optimierungsanpassungen unterzogen werden. 

Ein kleiner Fehler im DFM-Prozess kann zu Produktionsfehlern, Funktionsstörungen, langsameren Zyklen und zum Scheitern des Projekts führen. Insbesondere die Modifizierung von Werkzeugen ist nach der Fertigung kostspieliger und zeitaufwändiger.

Bei ProleanTech erhalten Sie detailliertes DFM-Feedback für Ihre Spritzgussteilkonstruktion. Unsere Ingenieure prüfen Ihre Konstruktion und geben Ihnen Empfehlungen zu Angusslage, Anlaufstellenrisiko, Auswerferstiften, Kavitätentiefe und Fließfähigkeit sowie weiteren Faktoren.

Laden Sie also Ihr Design auf unsere Online-Plattform hoch für Spritzgussservice um DFM-Feedback und eine genaue Kostenschätzung zu erhalten. 

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Summieren

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Einhaltung der Konstruktionsrichtlinien für das Spritzgießen nicht nur die Herstellbarkeit gewährleistet, sondern auch die strukturelle Integrität, Festigkeit, Zykluszeit, Produktionseffizienz und Kosten des Bauteils verbessert und die Fehlerquote minimiert. Darüber hinaus DFM-Richtlinien Die Vorgehensweise kann je nach Hersteller variieren. Nutzen Sie daher die in diesem Artikel beschriebenen Regeln und Vorgehensweisen und kontaktieren Sie Ihren Hersteller, um weitere Optimierungsmöglichkeiten zu besprechen.