Wie werden Kunststoffformteile konstruiert?

Die Entwicklung von Kunststoffformteilen in unserem Werk umfasst einen präzisen Prozess von Technik und Handwerkskunst, der sicherstellt, dass jedes Teil strenge Qualitäts- und Leistungsstandards erfüllt.

Während diese Einführung die Grundlagen der Konstruktion von Kunststoffteilen umreißt, bietet die Vertiefung der einzelnen Komponenten Einblicke in die Verbesserung der Fertigungsergebnisse. Entdecken Sie, wie die Materialauswahl und fortschrittliche Techniken für den Formenbau die Qualität der Teile und die Produktionseffizienz steigern.

Was ist die strukturelle und dimensionale Gestaltung von Kunststoffformteilen?

Das Struktur- und Maßdesign ist beim Gießen von Kunststoffteilen von entscheidender Bedeutung und beeinflusst deren Funktion, Langlebigkeit und Herstellbarkeit in verschiedenen Anwendungen.

Struktur Design

• **Werkzeuggröße:**Bei der Auslegung der Werkzeuggröße müssen Sie die Größenanforderungen des Produkts und die Schwindungsrate des Kunststoffmaterials berücksichtigen. Im Allgemeinen sollte das Werkzeug größer als das endgültige Formteil sein. Verschiedene Kunststoffmaterialien weisen unterschiedliche Schwindungsraten auf, die in der Regel zwischen 0.1% und 2% liegen.

• **Formtrennverfahren¹:**Wählen Sie das geeignete Formtrennverfahren entsprechend Geometrie und Anforderungen des Produkts. Gängige Varianten sind etwa feststehendes Oberteil mit beweglichem Unterteil, bewegliches Oberteil mit feststehendem Unterteil oder eine linke und rechte Formhälfte. Bei der Wahl sind Produktgeometrie, Fertigungsaufwand, Formaufbau, Kosten und weitere Faktoren zu berücksichtigen. Ziel sind eine störungsfreie Formtrennung und eine hohe Produktionseffizienz.

• **Kühlsystem²:**Das Kühlsystem der Form beeinflusst Qualität und Produktionseffizienz erheblich. Anordnung und Größe der Kühlwasserkanäle müssen sachgerecht ausgelegt werden. Für eine gute Kühlwirkung sollten die Kanäle möglichst nah an der Produktkontur verlaufen. Zugleich gilt es, Verzug durch ungleichmäßige Kühlung zu vermeiden, die Kühlzeit zu verkürzen und die Produktionseffizienz zu steigern.

• **Entlüftungssystem:**Bei der Konstruktion eines Werkzeugs muss das Gas berücksichtigt werden, das während des Füllens und Abkühlens des Kunststoffmaterials im Werkzeug entsteht. Es muss eine Möglichkeit zur Ableitung dieses Gases vorgesehen werden. Das Entlüftungssystem sollte so ausgelegt sein, dass Blasen, unvollständig gefüllte Teile und andere Fehler vermieden und die Produktqualität verbessert werden.

• **Trichterkonstruktion:**Die Konstruktion des Trichters sollte sinnvoll ausgelegt sein. Trichter und Düse sind so anzuordnen, dass das Kunststoffmaterial gleichmäßig in den Trichter fließt und Materialblockaden sowie Blasen an der Düse vermieden werden. Zugleich ist die Verbindung zwischen Trichter und Werkzeug so auszulegen, dass sie leicht demontiert und gereinigt werden kann.

Maßgestaltung

• **Wanddickengestaltung:**Die Wanddicke des Produkts beeinflusst Qualität und Leistung des Formteils unmittelbar. Zu dicke Wände verursachen Schwindung und Verformung; zu dünne Wände führen zu unzureichender Festigkeit. Bei der Konstruktion ist die Wanddicke entsprechend Nutzung und Anforderungen des Produkts angemessen festzulegen, um die Produktqualität zu verbessern.

• **Auslegung der Schließkraft³:**Die Schließkraft ist die zum Trennen der Form erforderliche Kraft und muss anhand von Produktgröße, Produktaufbau und Werkstoffeigenschaften bestimmt werden. Eine zu hohe Schließkraft erhöht die Anlagenbelastung. Bei zu niedriger Schließkraft lässt sich die Form nicht vollständig trennen.

• **Auslegung gleitender Teile⁴:**Bei Formteilen mit Schieberstruktur müssen Position und Geometrie des Schiebers sachgerecht ausgelegt werden. Dadurch bewegt er sich leichtgängig und verklemmt oder beschädigt sich im Betrieb nicht. Außerdem sind die Abmessungen der gleitenden Teile und der Form aufeinander abzustimmen, damit die Form störungsfrei öffnet und schließt.

• **Auslegung auf Zugbelastung⁵:**Damit sich die Zugstange bei hohen Zugkräften nicht verbiegt oder bricht, muss sie richtig positioniert und geformt sein. Auch die Abmessungen von Zugstange und Form müssen aufeinander abgestimmt werden, damit die Zugbewegung ordnungsgemäß funktioniert.

Wie sieht der Design- und Entwicklungsprozess von Kunststoffformteilen aus?

Der Entwurf und die Entwicklung von Kunststoffformteilen erfordert einen systematischen Ansatz, um Effizienz, Funktionalität und Qualität in der Produktion in verschiedenen Branchen zu gewährleisten.

Ermitteln Sie die Nachfrage

Zunächst müssen Sie wissen, wofür dieses Kunststoffteil gedacht ist. Ist es ein Spielzeugteil oder ein Teil für ein Auto? Wenn Sie wissen, wofür es bestimmt ist, wissen Sie auch, welche Leistungsanforderungen Sie erfüllen müssen. Muss es stark sein? Muss es verschleißfest sein? Muss es chemisch beständig sein? Und so weiter. Gleichzeitig müssen wir auch an die besonderen Anforderungen denken, die der Kunde oder der Markt an dieses Kunststoffteil stellt. Muss es gut aussehen? Muss es eine bestimmte Farbe haben? Muss es billig sein? Und so weiter.

Skizzieren beginnen

Auf der Grundlage dessen, was der Designer mir gesagt hat, würde ich ein einfaches Kunststoffteil auf Papier oder mit einer Computersoftware skizzieren. Ich würde die Form und die ungefähre Größe des Teils darstellen. Ich würde mir zu diesem Zeitpunkt keine Sorgen machen, zu genau zu sein. Ich möchte nur die allgemeine Idee vermitteln. Ich möchte sehen, ob es so aussieht, als ob es funktionieren würde. Zum Beispiel, ob es einige Stellen gibt, an denen die Form wirklich seltsam ist und sie nicht gemacht werden kann, oder ob die Größe nicht so aussieht, als würde sie für das, wofür sie verwendet werden soll, funktionieren.

Detaillierter Entwurf

Die Skizzen werden weiter ausgearbeitet, und mit spezialisierter Konstruktionssoftware⁶ wie CAD oder ProE wird ein präzises 3D-Modell des Kunststoffteils erstellt. Dabei müssen die genauen Abmessungen, die Formdetails der einzelnen Bereiche und eine geeignete Wandstärke festgelegt werden. Außerdem ist zu berücksichtigen, wie das Kunststoffteil mit anderen Bauteilen verbunden wird, beispielsweise über Schraublöcher oder Steckverbindungen.

Gleichzeitig sollten Sie das richtige Kunststoffmaterial wählen. Verschiedene Kunststoffmaterialien haben unterschiedliche Eigenschaften. Manche sind sehr hart, manche sehr weich. Einige sind transparent, andere undurchsichtig. Wählen Sie entsprechend der Verwendung der Kunststoffteile und den Leistungsanforderungen.

Analysieren und Prüfen

Führen Sie eine Reihe von Tests mit den von Ihnen entworfenen Kunststoffteilen durch, um zu sehen, ob sie tatsächlich funktionieren. Verwenden Sie zum Beispiel eine ausgeklügelte Software, um festzustellen, ob sich das Kunststoffteil verbiegt oder bricht, wenn Sie darauf drücken, wie heiß es wird, wie gut der Kunststoff in die Form fließt usw. Wenn du Probleme feststellst, musst du zurückgehen und deinen Entwurf ändern, bis alle Tests gut ausfallen.

Herstellung der Form

Nach der Konstruktion eines Kunststoffteils wird für die Serienfertigung eine Form benötigt. Der Formkonstrukteur legt anhand der Teilezeichnung den Formaufbau fest, darunter die Kavität, in der das Kunststoffteil entsteht, den Anschnitt, durch den die Schmelze eintritt, und das Kühlsystem zur schnellen Erstarrung. Anschließend fertigt ein Betrieb die Form anhand der Formkonstruktionszeichnung[^7]. Dieser Prozess erfordert hohe Präzision, weil die Formqualität die Qualität des Kunststoffteils unmittelbar bestimmt.

Versuchsform

Wenn die Form fertig ist, wird sie zunächst auf der Spritzgießmaschine getestet. Man erhitzt das Kunststoffmaterial, schmilzt es, spritzt es mit der Spritzgießmaschine in den Formhohlraum und öffnet die Form, nachdem der Kunststoff abgekühlt und erstarrt ist, und entnimmt die Kunststoffteile.

Man prüft, ob die Kunststoffteile mit dem Entwurf übereinstimmen, ob es keine Fehler gibt, wie z. B. eine nicht glatte Oberfläche, Blasen, eine ungenaue Größe usw. Wenn es ein Problem gibt, müssen Sie die Form oder die Parameter des Einspritzverfahrens (wie Temperatur, Druck, Einspritzgeschwindigkeit usw.) anpassen, und dann versuchen Sie die Form erneut, bis Sie ein zufriedenstellendes Kunststoffteil herstellen.

Massenproduktion

Sobald Sie Ihre Form erfolgreich getestet haben, können Sie mit der Massenproduktion von Kunststoffteilen beginnen. Während der Produktion müssen Sie die Qualität der Produktion streng kontrollieren und regelmäßig die Größe, das Aussehen und die Leistung der Kunststoffteile überprüfen, um sicherzustellen, dass jedes Produkt den Anforderungen entspricht.

Qualitätskontrolle und -verbesserung

Qualitätsprüfungen sind für Kunststoffteile erforderlich. Verwenden Sie verschiedene Methoden (z. B. Messung der Abmessungen, Prüfung der Festigkeit, Prüfung des Aussehens usw.), um herauszufinden, welche Produkte nicht den Normen entsprechen. Achten Sie auch auf Rückmeldungen von Kunden und Probleme, die während der Produktion auftreten. Verbessern Sie das Design oder den Produktionsprozess für Kunststoffteile, damit die Qualität immer besser wird.

Was sind die wichtigsten Punkte bei der Gestaltung von Kunststoff-Formteilen?

Bei der Konstruktion von Kunststoffformteilen müssen Funktionalität, Herstellbarkeit, Materialauswahl und Kosteneffizienz in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen, um eine hochwertige Produktion und Leistung zu gewährleisten.

Loch

Die Löcher sollten so einfach wie möglich sein, im Allgemeinen rund. Das Loch sollte in der gleichen Richtung wie die Formöffnungsrichtung liegen, um ein Ziehen des Kerns zu vermeiden. Wenn das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Lochs größer als 2 ist, sollte die Entformungsschräge eingestellt werden.

Zu diesem Zeitpunkt sollte der Durchmesser des Lochs anhand des kleinen Durchmessers (der größten Festkörpergröße) berechnet werden. Das L/D-Verhältnis von Sacklöchern beträgt im Allgemeinen nicht mehr als 4. Der Abstand zwischen dem Loch und dem Rand des Produkts ist im Allgemeinen größer als die Lochgröße.

Abgerundete Ecken

Wenn die abgerundeten Ecken zu klein sind, kann das Produkt aufgrund von Spannungskonzentration reißen. Wenn die abgerundeten Ecken zu klein sind, kann der Formhohlraum aufgrund der Spannungskonzentration reißen. Die Einstellung einer angemessenen abgerundeten Ecke kann auch die

Verschiedene abgerundete Ecken können zu einer Verschiebung der Trennlinien führen, so dass verschiedene abgerundete oder gereinigte Ecken in Abhängigkeit von der tatsächlichen Situation ausgewählt werden sollten. Kennzeichnung

Produktkennzeichnung ist in der Regel auf der inneren Oberfläche des Produkts ist relativ flach, und die erhabene Form, wählen Sie die normale Richtung und die Formung Richtung Lineal kann im Einklang mit dem Gesicht der Kennzeichnung, können Sie vermeiden, Strapazen.

Präzision von Spritzgussteilen; aufgrund der ungleichmäßigen und unsicheren Schrumpfung während des Spritzgießens ist die Präzision von Spritzgussteilen natürlich geringer als die von Metallteilen, und die entsprechenden Toleranzanforderungen sollten in Übereinstimmung mit der Norm (OSJ1372-1978) gewählt werden.

Einsätze

Man kann Einsätze in Spritzgussteile einbauen, um sie stärker, härter und genauer zu machen und um kleine Gewindelöcher (Vorsprünge) in sie einzubringen, aus welchem Grund auch immer. Dadurch wird das Teil auch teurer. Einsätze bestehen in der Regel aus Messing, können aber auch aus anderen Metallen oder Kunststoff hergestellt werden. Einsätze, die in das Kunststoffteil eingegossen werden, sollten so gestaltet sein, dass sie sich nicht drehen oder herausziehen lassen.

Zum Beispiel: Rändelungen, Löcher, Hinterschneidungen, Abflachungen, Schultern, usw. Einsätze, die um den Kunststoff herum liegen, sollten dicker sein, damit der Kunststoff nicht bricht. Wenn Sie einen Einsatz entwerfen, müssen Sie überlegen, wie er in der Form gehalten wird (Löcher, Stifte, Magnete usw.).

Formtrennung Neigung

Eine gute Entformungsneigung kann das Ziehen der Produkthaare verhindern. Die Neigung der Form sollte mehr als 0,5 Grad für glatte Oberflächen, mehr als 1 Grad für fein strukturierte Oberflächen und mehr als 1,5 Grad für grob strukturierte Oberflächen betragen. Eine gute Entformungsneigung kann die Verletzung der Produktoberseite vermeiden.

Beim Entwurf von Produkten mit tiefer Hohlraumstruktur sollte die Neigung der Außenfläche geringer sein als die Neigung der Innenfläche, um sicherzustellen, dass der Kern der Form beim Spritzgießen nicht abweicht, um eine gleichmäßige Wandstärke des Produkts zu erhalten und um die Festigkeit der Materialdichte des offenen Teils des Produkts zu gewährleisten.

Wanddicke

Verschiedene Kunststoffe haben eine bestimmte Wandstärke, im Allgemeinen 0,5 bis 4 mm. Wenn die Wandstärke mehr als 4 mm beträgt, kommt es zu einer übermäßigen Abkühlungszeit, was zu Schrumpfung und anderen Problemen führt. Sie sollten eine Änderung der Produktstruktur in Betracht ziehen. Ungleiche Wandstärken führen zu Oberflächeneindrücken. Ungleiche Wandstärken führen zu Luftlöchern und Schmelzspuren.

Verstärkung

Die richtige Verwendung von Verstärkungen kann das Produkt steifer machen und Verformungen verringern. Die Dicke der Bewehrung sollte weniger als 1/3 der Wanddicke des Produkts betragen, da es sonst zu Oberflächeneindrücken kommt. Die Neigung einer Seite des Bewehrungsstabs sollte mehr als 1,5° betragen, um Verletzungen von oben zu vermeiden.

Einteiliges Scharnier

Durch die Nutzung der Zähigkeit des PP-Materials kann das Scharnier so gestaltet werden, dass es in das Produkt integriert werden kann. Die Größe der als Scharnier verwendeten Folie sollte weniger als 0,5 mm betragen und gleichmäßig gehalten werden. Beim Spritzgießen eines einteiligen Scharniers kann der Anschnitt nur auf einer Seite des Scharniers gestaltet werden.

Spritzgießen mit Gasdruckunterstützung

Das gasunterstützte Spritzgießen kann Produkte steifer und verformungsärmer machen. Dieses Verfahren hilft, Schwindung zu vermeiden. Durch Gasinnendruck-Spritzgießen⁷ lassen sich Rohstoffe sparen und Kühlzeiten verkürzen.

Richtung der Formöffnung und Trennebene

Bei der Konstruktion eines Spritzgussprodukts sollten die Öffnungsrichtung der Form und die Trennebene bereits zu Beginn des Konstruktionsprozesses festgelegt werden. Dies trägt dazu bei, den Bedarf an komplexen Kernzugmechanismen zu minimieren und negative Auswirkungen der Trennlinie auf das Aussehen des Produkts zu vermeiden.

Sobald Sie wissen, in welche Richtung sich die Form öffnet, können Sie die Verstärkungen, Klammern, Rippen und anderen Merkmale so gestalten, dass sie so weit wie möglich mit der Öffnungsrichtung der Form übereinstimmen. So können Sie Hinterschneidungen vermeiden, Stricklinien reduzieren und die Lebensdauer der Form verlängern. Wenn sich die Form für das Teil beispielsweise in X-Richtung öffnet und Sie ein Merkmal konstruieren, das sich in Y-Richtung öffnet, müssen Sie dies in der Zeichnung vermerken. Sobald Sie wissen, in welche Richtung sich die Form öffnet, können Sie die beste Trennlinie wählen, damit das Teil optimal aussieht und funktioniert.

Mechanismus der Kernentnahme aus der Spritzgussform und deren Vermeidung

Kann das Formteil nicht störungsfrei in Entformungsrichtung entformt werden, muss ein Kernzugmechanismus⁸ vorgesehen werden. Ein Kernzug ermöglicht komplexe Produktstrukturen, kann jedoch Bindenähte, Schwindung und andere Fehler verursachen. Zudem erhöht er die Formkosten und kann die Standzeit verkürzen.

Design von Spritzguss-Produkten, wie keine besonderen Anforderungen, versuchen, den Kern Struktur zu vermeiden. Wie die Richtung des Lochs axiale und Sehne, um die Richtung der Form, die Verwendung von Hohlraum Kern berühren durch und andere Methoden.

Schweißen (Heizelementschweißen, Ultraschallschweißen, Vibrationsschweißen)

Schweißen macht Verbindungen stärker. Schweißen kann das Produktdesign erleichtern.

Angemessene Berücksichtigung des Widerspruchs zwischen Prozess- und Produktleistung

Bei der Entwicklung spritzgegossener Produkte muss man sich Gedanken darüber machen, wie das Produkt aussieht, wie es funktioniert und wie es hergestellt wird. Manchmal muss man ein wenig von der Herstellung aufgeben, um ein wirklich gutes Aussehen oder eine wirklich gute Leistung zu erhalten.

Was sind die häufigsten Fehler bei der Konstruktion von Kunststoff-Formteilen?

Bei der Konstruktion von Kunststoffformteilen muss man auf Details achten, um Fehler zu vermeiden, die sich auf die Funktionalität und Herstellbarkeit auswirken können.

Die Wahl des falschen Materials

Ein weiterer Fehler, den viele machen, ist die Wahl des richtigen Materials. Man sollte das Material danach auswählen, wo das Teil eingesetzt werden soll. Wenn es im Freien verwendet wird, muss es mit UV-Stabilisatoren versehen werden, damit es nicht bricht. Wenn es sich um ein tragendes Teil handelt, muss es mit Füllstoffen wie Glasfasern gefüllt werden, damit es stabiler wird. Wenn es sich um ein Teil handelt, das auf etwas gleiten soll, müssen Sie ihm Zusatzstoffe wie Schmiermittel zufügen.

Ungleiche Wanddicke

Unterschiedliche Wandquerschnitte sind bei der Konstruktion von Teilen üblich und können beim Gießen zu unerwarteten Teileigenschaften führen. Für Kunststoffe ist es schwierig, zwischen ungleichen Wandstärken zu fließen und überzugehen.

Dicke Wandquerschnitte führen zu unterschiedlicher Schrumpfung, was zu einem Verzug des Teils führen kann. Versuchen Sie, die Wandstärken zumindest im Anschnittbereich dicker und am Ende der Füllung dünner zu machen. Streben Sie eine Wandstärke von 0,080-0,120 Zoll an und verwenden Sie Rippen- und Winkelverstrebungsplatten bei der Teilekonstruktion.

Keine Hinzufügung der Formzugneigung

Sie benötigen einen Auszugskonus in Ihrer Form, um das Kunststoffteil aus der Form zu bekommen. Der Kunststoff schrumpft normalerweise zur Mitte des Teils hin. Wenn Sie keinen Auszugskonus haben, bleibt das Teil in der Form hängen und kommt nicht richtig heraus. Wenn möglich, setzen Sie auf jeder Seite einen Entnahmekegel von 1° ein. Jede Entformungsschräge hilft, das Teil herauszubekommen.

Unnötige Depressionen

Aufgrund der Komplexität der heutigen Teilekonstruktionen werden Vertiefungen zwar vorgesehen, aber oft übersehen. Vertiefungen in der Form müssen behoben werden, bevor das Teil freigegeben wird, da es sonst beschädigt wird. Es gibt viele Möglichkeiten, Vertiefungen bei der Handhabung von Formen durch Kerndesign, Schieber, Kerne oder Heber zu behandeln. Eine einfache Regel für die Konstruktion: Dellen + komplexe Formen = höhere Kosten.

Ausgenommen Filetierradien

Bei der Konstruktion von Teilen werden Verrundungsradien oft vergessen. Aber sie sind wichtig, denn sie machen das Teil stabiler. Ein Radius reduziert Spannungskonzentrationen und Brüche in Kunststoffteilen. Außerdem sieht das Teil dadurch besser aus und verringert die Verletzungsgefahr bei der Handhabung.

Schlussfolgerung

Bei der Gestaltung von Kunststoffformteilen müssen sowohl die Struktur als auch die Abmessungen berücksichtigt werden. Bei der Struktur muss man sich Gedanken über die Größe der Form machen, wie man die Teile trennt, wie man die Form kühlt, wie man die Luft aus der Form herausbekommt und wie man den Kunststoff in die Form bringt. All diese Dinge sind wichtig, um sicherzustellen, dass das Teil effizient geformt werden kann und dass es gut ist.

Bei der Bemaßung müssen Sie Wandstärke⁹, erforderliche Schließkraft, Führung der gleitenden Teile und Bruchsicherheit berücksichtigen. All diese Faktoren sind wichtig, damit das Teil sich nicht verformt und die geforderte Qualität erreicht.

Der Konstruktionsprozess umfasst Anforderungsanalyse, Skizzierung, Detailkonstruktion, Formenbau, Formerprobung und Serienfertigung. Qualitätssicherung und kontinuierliche Verbesserung stehen dabei im Mittelpunkt. Häufige Konstruktionsfehler sind eine ungeeignete Werkstoffwahl, ungleichmäßige Wandstärken und fehlende Entformungsschrägen. Sie sind zu vermeiden, um Kosten zu senken und die Qualität der Endprodukte zu steigern. Eine umfassende Übersicht finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zu Spritzgussformen.

1. Die Kenntnis verschiedener Formtrennverfahren kann Ihre Konstruktionseffizienz und Produktqualität verbessern. ↩

2. Die Untersuchung des Einflusses von Kühlsystemen hilft Ihnen, Produktionseffizienz und Produktqualität zu optimieren. ↩

3. Kenntnisse zur Auslegung der Schließkraft sind entscheidend für eine wirksame Formtrennung und eine lange Anlagenlebensdauer. ↩

4. Bewährte Verfahren für die Auslegung gleitender Teile können Funktion und Haltbarkeit Ihrer Kunststoffkomponenten verbessern. ↩

5. Wirksame Strategien zur Auslegung auf Zugbelastung verhindern Ausfälle und verbessern die Belastbarkeit Ihrer Kunststoffteile. ↩

6. Die Wahl der besten Konstruktionssoftware kann Ihren Konstruktionsprozess straffen und die Genauigkeit bei der Erstellung von Kunststoffteilen verbessern. ↩

7. Gasunterstütztes Spritzgießen kann die Produktqualität verbessern und Kosten senken. Entdecken Sie seine Vorteile, um Ihren Fertigungsprozess zu optimieren. ↩

8. Erfahren Sie mehr über Mechanismen zur Kernentformung, um häufige Fallstricke bei der Werkzeugkonstruktion zu vermeiden und die Produktionseffizienz zu steigern. Dieses Wissen ist für den Erfolg unerlässlich. ↩

9. Erfahren Sie alles Wissenswerte über das Dünnwandspritzgießverfahren: Dünnwandspritzgießen ist ein Verfahren zur Herstellung dünner Kunststoffteile. ↩

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