Spritzgussdesign: Die 10 Schlüssel zum Erfolg, Teil zwei

Michael Paloian | 07. August 2019

Im ersten Teil dieses Artikels erläuterte Michael Paloian fünf der zehn wichtigsten designbezogenen Parameter, die sich auf die Qualität eines Spritzgussteils auswirken: Materialoptionen und Konsequenzen; kritische Toleranzen; Einfallstellen; Sicherheitsbereiche aus Stahl; und Torposition. Die letzten fünf Parameter werden hier untersucht.

6. Abschaltwinkel

Den meisten Lesern sind die Begriffe „Abschaltwinkel“ und „Bypass“ bekannt. Diese Begriffe beziehen sich auf den minimalen Winkel zwischen Kern und Hohlraum, der typischerweise eine Öffnung in einem Teil erzeugt, für die andernfalls ein Schieber oder Nocken erforderlich wäre. Merkmale wie kreisförmige Löcher, Schnappverschlüsse oder große rechteckige Öffnungen können normalerweise in Wände senkrecht zur Ziehlinie eingeformt werden, indem Merkmale für einen Bypass in der Form entworfen werden.

Dieses komplexe Chassis wurde mit vielen Funktionen entworfen, die möglicherweise mehrere seitliche Eingriffe in der Form erforderten, was zu höheren Kosten, Wartung und Zykluszeit führte. Das Teil wurde jedoch in einer einfachen zweiteiligen Form unter Verwendung von Bypässen geformt. Das Gesamtkonzept und die vorgeschlagenen Trennlinien wurden vor der endgültigen Gestaltung des Entwurfs mit dem Spritzgießer überprüft, um größere Neukonstruktionen zu vermeiden.

Alle Spritzgießer wünschen sich einen möglichst großen Winkel zwischen Kern und Kavität, wohingegen Konstrukteure bei diesen Merkmalen in der Regel keinen oder nur einen minimalen Winkel wünschen. Der Kompromiss liegt in den meisten Fällen zwischen mindestens 3° und 5°. Die Vorteile, diese Details mit einem Form- oder Werkzeugbauer zu besprechen, können nicht genug betont werden. Sie sparen viele Stunden, bevor Sie Ihre Zeit mit der Detaillierung von Teilmerkmalen im CAD mit langen Feature-Bäumen verschwenden, die nach der vollständigen Detaillierung des Teils nur schwer zu bearbeiten sind. Einige Former akzeptieren einen Mindestwinkel von 3°, während andere möglicherweise einen Mindestwinkel von 8° bis 10° erfordern. Die Langlebigkeit des Werkzeugs, die Werkzeugqualität, die Spezifikationen des Formstahls und die zu formenden Materialien wirken sich alle auf diese Details aus.

7. Ausrichtung des Schrägenwinkels

Wenn wir mit der Detaillierung eines Konzepts beginnen und es in ein serienmäßiges Spritzgussteil umwandeln, müssen allen Flächen entlang der Zeichnungslinie Formschrägen hinzugefügt werden. In den meisten Fällen ist die Entwurfsorientierung offensichtlich. Es gibt jedoch Fälle, in denen die Formschräge auf den Kern oder die Kavität ausgerichtet sein kann. Diese Entscheidungen wirken sich auf Trennlinien, Werkzeugdesign, Passungen zwischen Teilen und Kosten aus. Es gibt Fälle, in denen die Lage der Trennfuge die Form unnötig verkomplizieren und die Werkzeugkosten erhöhen könnte. Durch die Überprüfung dieser Details mit einem Spritzgießer während des Entwicklungsprozesses wird sichergestellt, dass das Design für minimale Kosten und optimale Leistung optimiert wurde, wenn es zur Produktion an den Spritzgießer übertragen wird.

8. Texturierung und Entwurf

Erfahrene Designer und Ingenieure, die mit dem Spritzgießen vertraut sind, sind sich der Auswirkungen der Oberflächenbeschaffenheit auf Entformungsschrägen bewusst. Glatte Hochglanzoberflächen lassen sich viel einfacher aus einer Form auswerfen als raue oder strukturierte Oberflächen. Bei der Detaillierung von Produktionsteilen kommt es häufig vor, dass Konstrukteure Formschrägen minimieren oder Texturen auf Außenflächen festlegen müssen. Beispielsweise können Kernstifte und Vorsprünge eine Formschräge von ½° oder weniger erfordern, um mögliche Einfallstellen zu beseitigen. Kernstifte mit minimaler Formschräge sollten für einen einfachen Teileauswurf poliert werden. Das Gleiche gilt für Rippen oder andere Merkmale, die typischerweise innerhalb eines Teils vorhanden sind.

Teile werden häufig mit Merkmalen entworfen, die von der Kern- oder Hohlraumseite der Form aus erstellt werden könnten. Diese Öffnung (blau hervorgehoben) könnte von beiden Seiten des Teils aus geformt sein, was sich auf die Werkzeugkonstruktion und möglicherweise auf die Kosten auswirkt. Es empfiehlt sich, solche Merkmale mit dem Spritzgießer zu überprüfen, um das Teil für die Fertigung zu optimieren.

Auf Außenflächen werden in der Regel bestimmte Texturen bis zu einer bestimmten Tiefe in den Stahl geätzt. Für einen gewünschten Effekt werden manchmal tiefe Texturen spezifiziert. Im Allgemeinen sollten Außenflächen zusätzlich zu einem Anfangsschrägenwinkel von 1° eine Schräge von 1° pro mil Strukturtiefe aufweisen. Obwohl diese Grundregel einfach zu sein scheint, gibt es Fälle, in denen die Textur auf Oberflächen ablaufen muss, deren Entwurf diese Anforderungen nicht erfüllen kann. Es empfiehlt sich, diese Anforderungen mit einem Former zu besprechen, um sicherzustellen, dass die Teile den ästhetischen und funktionalen Anforderungen des Designs entsprechen.

9. Planung kritischer Startphasen

Ein wesentlicher Teil des Designprozesses umfasst die Planung kritischer Meilensteine ​​in jeder Entwicklungsphase. Jedes Projekt erfordert die Synchronisierung der Designaktivitäten mit den mit dem Produkt verbundenen Geschäftsplänen. Zu diesen Veranstaltungen gehören Messen, klinische Studien und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften sowie die Veröffentlichung von Endprodukten. Eine enge Kommunikation mit einem Former ist eine wesentliche Aktivität, um sicherzustellen, dass der Projektbeteiligte seine Ziele erreichen kann. Zu den entscheidenden Projektmeilensteinen, die direkt mit einem Former verbunden sind, gehören die Bestellung von Stahl, das Werkzeugdesign, die Bearbeitung von Formen, Texturierungswerkzeugen, Musteraufnahmen, das Entwerfen und Bauen von Vorrichtungen, die Festlegung von Qualitätsstandards und die Optimierung von Produktionsparametern. Diese kritischen Aufgaben müssen geplant und mit den Gesamtprojektzielen koordiniert werden, um kostspielige Werkzeugrevisionen oder Produktionsverzögerungen zu vermeiden. Die vollständige Integration dieser Aktivitäten in Ihren Former ist ein wesentlicher Bestandteil der gesamten Produktentwicklung und des Designs für die Fertigung.

10. Nebentätigkeiten und Vorrichtungen

Sekundäre Vorgänge und Vorrichtungen werden im Budget oder in den Projektplänen oft bis zum letzten Moment des Produktionsstarts weggelassen. Sekundäre Vorgänge wie Tampondruck, Etikettierung, Lackierung, maschinelle Bearbeitung und das Hinzufügen von Einsätzen haben alle einen gewissen Einfluss auf das Design. Bestimmte sekundäre Vorgänge wie Ultraschalleinfügung, Ultraschallbonden und Bearbeitung erhöhen häufig die Kapitalaufwendungen. Technische Überlegungen zu Ultraschallverbindungen und Toleranzen sollten mit den Formern besprochen werden, um Probleme während der Produktion zu minimieren. Sekundäre Bearbeitungsvorgänge können Vorrichtungen erfordern und sich auch auf das Teiledesign auswirken. Gute Formpartner können diese subtilen Details im Voraus aufzeigen, sodass sich alle über das Endprodukt und die Kapitalinvestition einig sind, wenn CAD-Dateien und Dokumentation für die Produktion freigegeben werden.

Ich hoffe, dieser Artikel hat Sie über die Vorteile einer Partnerschaft mit Ihren Anbietern zu Beginn des Designprozesses und einer engen Zusammenarbeit mit ihnen aufgeklärt, bis alle endgültigen Details in der Produktdokumentation definiert sind. Die Konstruktion von Spritzgussteilen aus Kunststoff ist bei weitem die größte Herausforderung bei der Herstellung von Kunststoffen.

Die Vorteile einer engen Partnerschaft mit Ihrem Form- und Werkzeugbauer während des gesamten Design- und Entwicklungsprozesses können nicht genug betont werden. Vereinbarungen zwischen allen Parteien über wichtige Designparameter schaffen stärkere Bindungen, bauen Vertrauen auf und verhindern Überraschungen im kritischen Moment des Produktionsstarts. Designs werden typischerweise für die Produktion verbessert und optimiert. Eines der größten Probleme bei den meisten Produkteinführungen ist eine Überraschung, mit der niemand gerechnet hat. Ehrliche, kritische Design- und Fertigungsanalysen während des gesamten Designprozesses führen zu einem reibungslosen Übergang zum Produktionsstart mit minimalen Änderungen und ohne unerwünschte Überraschungen. Jeder kann am Ruhm der erfolgreichen Produkteinführung teilhaben.

Über den Autor

Michael Paloian ist Präsident von Integrated Design Systems Inc. (IDS) mit Sitz in Oyster Bay, New York. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Kunststofftechnik von der UMass Lowell und einen Master-Abschluss in Industriedesign von der Rhode Island School of Design. Paloian verfügt über umfassende Kenntnisse in der Konstruktion von Teilen in zahlreichen Prozessen und Materialien, darunter Kunststoffe, Metalle und Verbundwerkstoffe. Paloian hält mehr als 40 Patente und war ehemaliger Vorsitzender von SPE RMD und PD3. Er spricht häufig auf SPE-, SPI-, ARM-, MD&M- und IDSA-Konferenzen. Er hat außerdem Hunderte designbezogene Artikel für zahlreiche Publikationen geschrieben.

Weitere Informationen zu Textformaten