Zijwaartse kernen
Verschillende factoren kunnen de prestaties van spuitgietmatrijzen beïnvloeden. Oudere matrijzen kunnen bijvoorbeeld andere zijwaartse kerntrekkers hebben dan tegenwoordig vereist is.
Nieuwe spuitgietparameters, verschillende materialen en glasvereisten kunnen de prestaties van de matrijs ook negatief beïnvloeden. Dit kan leiden tot kernen die buigen, uitzetten of bewegen.
Zijwaartse kernen maken het matrijsontwerp complexer en duurder. In tegenstelling tot kernen met sleuven moeten zijwaartse kernen loodrecht op de matrijsas worden verplaatst, dus moet het gereedschap uit de as van de matrijs worden verplaatst.
Dit maakt de kunststofspuitgietmatrijs complexer, waardoor de kosten en doorlooptijd toenemen. Bovendien moeten ontwerpers lossingshoeken in het ontwerp opnemen om de zijactie mogelijk te maken.
Een ander type matrijsontwerp heeft kernen die verwijderd en vervangen kunnen worden. De meeste mallen hebben twee zijden: een “A”-zijde voor de cosmetische buitenkant van het onderdeel en een “B”-zijde voor de interne onderdelen.
De eerste is meestal glad en vrij van overhangen en is het eenvoudigst te ontwerpen. De laatste is meestal complexer en vereist intrekbare kernen en inzetstukken aan de zijkant.
Een voorbeeld van een side-action kern zie je in de afbeelding hieronder. Deze wordt gebruikt om een behuizing voor afstandsbediening te maken.
Deze mal heeft een kern met zijwaartse werking die een luchtopening en uitwerppennen bevat. Met dit matrijsontwerp kunnen verschillende soorten kunststof producten worden gemaakt.
Een hoogwaardige kern met zijmechanisme heeft veel voorspanning en maakt hydraulische druk van nul psi mogelijk. Het is ook essentieel dat de kern groot genoeg is om de krachten van het kunststofspuitgietproces op te nemen.
Koude injectie-eenheid
Spuitgietmatrijzen worden op een van twee manieren gemaakt. De traditionele methode maakt gebruik van standaard verspaning en EDM-technologie. CNC-verspaning kan efficiënter zijn en matrijzen met nauwkeurigere details produceren.
De kosten van een mal hangen af van het aantal caviteiten en de complexiteit van het ontwerp.
Minder holtes betekent minder gereedschapwerk, terwijl extra details de prijs verhogen. De kosten hangen ook af van de oppervlakteafwerking.
Bij het ontwerpen van een matrijs houdt de ontwerper rekening met het aantal functies dat erin moet worden opgenomen. Voor spuitgietprocessen zijn meerdere stappen nodig, van ontwerp tot productie.
Een daarvan is het ontwerpen van een mal waarin de gesmolten kunststofonderdelen worden geplaatst. Een andere belangrijke stap in het spuitgietproces is het maken van de kern.
De mal moet worden ontworpen met een kern die groot genoeg is voor alle functies die erin worden gegoten.
Als de matrijs eenmaal ontworpen is, moet hij grondig getest worden om er zeker van te zijn dat het ontwerp geschikt is voor het kunststof onderdeel.
Ook moet er een prototype van worden gemaakt voordat de matrijs voor productie kan worden gebruikt. Spuitgietmatrijzen kunnen worden vervaardigd met conventionele verspaning, computergestuurde (CNC) bewerking en vonkerosie.
De thermoplastische grondstof wordt met behulp van een heen en weer bewegende schroef in een verwarmd vat gevoerd. De warmte veroorzaakt een chemische reactie die de Van der Waals krachten in de grondstof verzwakt.
Dit leidt tot meer ruimte tussen de moleculen, waardoor de viscositeit afneemt. De gesmolten kunststof komt dan via een runnersysteem in de matrijsholte terecht.
Zodra het is afgekoeld, heeft het plastic de gewenste vorm. Vervolgens wordt een uitwerppen gebruikt om het plastic uit de mal te duwen.
Spuitgietcycli kunnen worden gemaakt van de meeste soorten polymeren. Deze materialen omvatten thermoplasten, thermoharders en elastomeren. Sinds 1995 is het aantal beschikbare materialen met ongeveer 750 per jaar toegenomen.
Tegenwoordig zijn er meer dan 18.000 materialen beschikbaar, waaronder veel legeringen van eerder ontwikkelde materialen. De materiaalkeuze is gebaseerd op de kosten, sterkte en functie van het eindproduct.
Recht-trek schimmel
Kunststof spuitgietmatrijzen met rechte lossing zijn ideaal voor de productie van grote aantallen onderdelen. Met een spuitmond onder hoge druk wordt kunststof in een matrijs geïnjecteerd.
De mal is meestal gemaakt van staal of aluminium. De twee helften worden bij elkaar gehouden door hydraulische of mechanische klemmen.
De holte bevat gesmolten kunststof. Het uitwerpmechanisme van de mal voorkomt dat het onderdeel vast komt te zitten of kromtrekt.
De recht-trekmatrijs is de meest eenvoudige matrijs. Het ontwerp is eenvoudig en houdt de totale kosten laag.
De geometrie van de mal moet 2.D zijn en zonder overhangen. Voor gecompliceerdere geometrieën zijn kernen of inzetstukken met zijwaartse werking nodig. Toth Mold/Die Inc. produceert elk jaar duizenden zijwaartse matrijzen.
De gereedschapskosten beginnen bij $1.000 en kunnen oplopen tot $3.000. Deze kosten zijn onafhankelijk van het hoge productievolume en het aantal geproduceerde onderdelen.
Vooral kleinschalige producties hebben te maken met gereedschapskosten. Er zijn echter manieren om de gereedschapskosten te verlagen. Een eenvoudige aanpassing in het ontwerp kan de gereedschapskosten met 50-70% verlagen.
Door acties aan de zijkant toe te voegen, kan het aantal onderdeelgeometrieën worden vergroot. Zijdelingse acties zijn inzetstukken die in een matrijsholte worden geplaatst.
Met deze inzetstukken kunnen ondersnijdingen worden gemaakt die met een rechte trekmatrijs niet mogelijk zijn. Het materiaal kan er ook omheen vloeien.
De wanddikte van de onderdelen moet uniform zijn om spanningsconcentraties te vermijden. Een niet-uniforme wanddikte kan ook leiden tot vervorming van de geometrie van het onderdeel.
Het is belangrijk om de exacte krimp te berekenen voordat je de mal ontwerpt. Elk polymeer heeft een andere krimpsnelheid.
Deze informatie wordt vaak niet verstrekt door de leverancier van het polymeer. Daarom moet de polymeerkwaliteit worden gekozen voordat de matrijs wordt ontworpen.
Een andere overweging voor ontwerpers is de hoeveelheid ruimte die beschikbaar is voor uitzetting. Als het onderdeel erg flexibel is, kan de bump-off tijdens het uitwerpen over de matrijs heen vervormen.
Afhankelijk van het gebruikte overtollige materiaal mag de stootrand niet in de buurt van verstijvingen zitten. De stootrand moet een hoek van 30 tot 45 graden hebben.
Koelkanalen
Spuitgietmatrijzen worden vaak gebruikt bij de productie van kunststof onderdelen. Deze onderdelen zijn gevoelig voor plaatselijke warmteaccumulatie, wat kan leiden tot productdefecten.
Om dit probleem te verhelpen hebben onderzoekers het gebruik van koelkanalen in spuitgietmatrijzen voorgesteld.
Dit type technologie verbetert het algehele koelproces door de cyclustijd te verkorten en de productiviteit te verhogen.
Verschillende kanaalvormen hebben verschillende koeleigenschappen. De lengte, steekafstand en middellijnafstand van elk kanaal beïnvloeden de koeltijd.
Verschillende kanaalvormen bieden optimale oplossingen voor verschillende soorten kunststof onderdelen.
Bovendien moet het optimale ontwerp van het koelkanaal de variaties in koeltijden kunnen verminderen.
Driehoekige kanalen hebben bijvoorbeeld een groter koeloppervlak nodig dan vierkante kanalen, maar hun koelefficiëntie is lager.
Een andere methode om mallen te koelen is door gebruik te maken van een conform koelkanaal. Met dit type koelsysteem kan de matrijs onderdelen met verschillende koelcapaciteiten koelen.
De matrijs kan ook efficiënter afkoelen door oververhitting te voorkomen. Meestal gebruiken gesinterde spuitgietmatrijzen conforme koelkanalen.
Bij het ontwerpen van een matrijs is het belangrijk om rekening te houden met de verschillende koelkanalen. Het juiste koelkanaal verkleint de kans op kromtrekken of defecten.
Conforme koelkanalen zorgen ook voor een gelijkmatige en snelle koeling, wat minder kromtrekken en defecten betekent.
Koelkanalen kunnen worden ontworpen met behulp van een additief productieproces. Deze methode is voordelig voor zowel massaproductie als ontwikkeling van matrijzen.
Een andere manier om koelkanalen op te nemen is door kunststofonderdelen voor rapid tooling te vervaardigen. Rapid-toolingtechnieken zoals SLS en 3D-printen kunnen worden gebruikt om spuitgietmatrijzen met ingebedde koperen koelkanalen te maken.
Gebruikte materialen
Spuitgieten is een veelzijdig productieproces waarmee complexe onderdelen tegen lage kosten kunnen worden gemaakt.
Er zijn verschillende materialen die in dit proces gebruikt kunnen worden en deze materialen kunnen gemengd worden met andere materialen om unieke kleurenschema’s te creëren.
Het ontwerp van een onderdeel moet aansluiten op de eigenschappen van het gebruikte materiaal. Sommige materialen hebben echter beperkingen of zijn minder geschikt voor bepaalde toepassingen. Om deze problemen aan te pakken, moeten matrijsontwerpers bij het maken van matrijzen bepaalde richtlijnen volgen.
Hardheid: Hoe harder het gebruikte materiaal, hoe beter het bestand is tegen slijtage en corrosie door kunststofhars.
Dit is vooral belangrijk als een onderdeel bestand moet zijn tegen herhaalde botsingen van kleine kinderen.
Roestvast staal is ook een uitstekende keuze bij het gebruik van corrosieve harsen. De hogere hardheid verbetert ook de integriteit van de deellijn en vermindert het risico op boorgaten.
Materiaalkeuze: Polyamiden vormen een andere materiaalgroep die voor spuitgietmatrijzen kan worden gebruikt. Deze materialen kunnen natuurlijk of synthetisch zijn; elk type heeft voor- en nadelen.
Nylon kan bijvoorbeeld gevoelig zijn voor krimp en onvoldoende vulling. HDPE daarentegen is een zeer duurzame thermoplast die voor verschillende toepassingen kan worden gebruikt. Het is ook kosteneffectief en heeft een goede mechanische sterkte.
Het juiste materiaal voor uw matrijs kiezen is essentieel: Met het juiste materiaal voor de juiste matrijs zorgt u ervoor dat de gesmolten kunststof goed stroomt.
Het is echter ook belangrijk om rekening te houden met het matrijsontwerp. Spuitgieten kan duur worden als het spuitgietdeel niet goed is ontworpen. Vermijd matrijzen van voorgehard staal met dunne wanden en onjuist ontworpen ribben, omdat die onvolledige vulling kunnen veroorzaken.
Een offerte nodig voor uw spuitgietproject?Ontvang concurrerende prijzen, DFM-feedback en een productieplanning van het engineeringteam van ZetarMold.
Vraag een gratis offerte aan → Raadpleeg onze Complete gids voor spuitgieten voor een volledig overzicht.
