Designtipps für Spritzguss mit Hochtemperatur- oder speziellen Kunststoffen

1. Materialspezifische Schwindung:

Die Schwindung ist das Zusammenziehen des gespritzten Teils, wenn es nach dem Spritzvorgang abkühlt. Alle Materialien weisen unterschiedliche Schwindungsraten auf, je nach Kunststoffgruppe (amorphe vs. kristalline Kunststoffe), Werkzeugdesign und Verarbeitungsbedingungen. Das Schwindungsverhalten kann auch je nach Fließrichtung unterschiedlich ausfallen. Als Faustregel gilt: Eine Änderung der Werkzeugtemperatur um 10 % kann eine Änderung der ursprünglichen Schwindung um 5 % bewirken. Zusätzlich hat der Einspritzdruck einen direkten Einfluss auf die Schwindungsraten. Je höher der Einspritzdruck, desto geringer die Schwindung. Nachfolgend finden Sie typische Schwindungswerte, Tonnage-Empfehlungen und Entlüftungstiefen für einige gängige und Hochtemperaturkunststoffe:

2. Gleichmäßige Wandstärke:

Eine gleichmäßige Wandstärke innerhalb eines Teils (wenn möglich) ist unerlässlich, um dicke Bereiche zu vermeiden. Die Konstruktion von ungleichmäßigen Wänden kann dazu führen, dass sich das Teil beim Abkühlen des geschmolzenen Materials verzieht.

Wenn Bereiche mit unterschiedlichen Wandstärken erforderlich sind, sollten die Übergänge so geschmeidig wie möglich gestaltet werden, sodass das Material gleichmäßiger in die Kavität fließen kann. Dies stellt sicher, dass das gesamte Werkzeug vollständig gefüllt wird und letztlich die Fehlerwahrscheinlichkeit sinkt. Abgerundete oder konische Übergänge minimieren eingebettete Spannungen und Spannungskonzentrationen, die mit abrupten Dickenänderungen einhergehen.

Die Wahl der richtigen Wandstärke kann erhebliche Auswirkungen auf die Kosten und Geschwindigkeit der Fertigung haben. Die minimale Wandstärke hängt von Größe und Geometrie des Teils, strukturellen Anforderungen und Fließverhalten des Kunststoffs ab. Die Wandstärken eines Spritzgussteils liegen in der Regel zwischen 2 mm und 4 mm (0,080″ – 0,160″). Mit Thin-Wall-Spritzgießen können Wandstärken bis zu 0,5 mm (0,020″) realisiert werden. Arbeiten Sie mit einem erfahrenen Spritzgießer und Konstrukteur zusammen, damit sowohl die passenden Wandstärken als auch die richtige Materialauswahl für Ihr Bauteil umgesetzt werden.

3. Radien an Kanten:

Neben den Hauptbereichen eines Teils ist eine gleichmäßige Wandstärke ein entscheidendes Designelement – insbesondere an Kanten und Ecken. Großzügige Radien an abgerundeten Ecken bieten viele Vorteile beim Design von Kunststoffteilen – unter anderem geringere Spannungskonzentrationen und ein besseres Fließverhalten des Kunststoffs. Teile mit ausgeprägten Radien sind in der Regel wirtschaftlicher und einfacher herzustellen und weisen eine höhere Festigkeit und bessere Optik auf.

4. Einsatz von Rippen:

Die meisten Hochtemperatur- und exotischen Kunststoffe sind von Natur aus besonders widerstandsfähig und halten auch anspruchsvollen Umgebungen stand. Eine Möglichkeit, die Stabilität eines Bauteils weiter zu erhöhen, ist das Hinzufügen von sogenannten „Rippen“ zum Design. Rippen sind dünne Hervorhebungen, die senkrecht von einer Wand oder Fläche abstehen und zusätzliche Stabilität geben.

Viele Konstrukteure vermuten, dass sie durch dickere Wände die Stabilität steigern. Tatsächlich kann eine zu hohe Wandstärke jedoch zu Verzug, Einfallstellen und anderen Fehlern führen. Der Vorteil von Rippen: Sie erhöhen die Festigkeit, ohne die Wandstärke insgesamt zu vergrößern. Dank des geringeren Materialeinsatzes sind sie zudem eine kosteneffiziente Lösung für mehr Stabilität.

Bei der Konstruktion mit Hochtemperatur- und exotischen Kunststoffen sollten Rippen 50–60 Prozent der Nominalwandstärke aufweisen. Die Höhe der Rippe sollte maximal das Dreifache der Nominalwandstärke betragen. Für größere Steifigkeit empfiehlt sich, lieber die Anzahl der Rippen zu erhöhen als deren Höhe. Der Abstand zwischen den Rippen sollte mindestens das Doppelte der Nominalwandstärke betragen.

5. Entformungsschrägen:

Die Formgebung der Bauteilmerkmale bestimmt, welche Entformungsschrägen benötigt werden. Elemente, die durch Sacklöcher oder Taschen (wie die meisten Bolzen, Rippen und Zapfen) erzeugt werden, sollten nach innen hin dünner auslaufen. Flächen, die durch Schieber gebildet werden, benötigen möglicherweise keine Schräge, wenn der Stahl sich von der Oberfläche trennt, bevor das Teil ausgeworfen wird. Erwägen Sie, Winkel oder Konizität bei Produktmerkmalen wie Wänden, Rippen, Zapfen und Bolzen vorzusehen, die parallel zur Trennrichtung aus dem Werkzeug liegen. Dadurch wird die Entformung erleichtert.

Weitere Gestaltungsrichtlinien:

• Eine Entformungsschräge von mindestens einem halben Grad ist für die meisten Kunststoffe ausreichend. Hochtemperatur- und exotische Kunststoffe benötigen oft 1–2 Grad Entformungsschräge. Fügen Sie einen zusätzlichen Grad Schräge pro 0,001 Inch Oberflächentextur hinzu.
• Sämtliche Flächen, die parallel zur Trennrichtung verlaufen, schräge auslegen.
• Wände und andere Teilmerkmale, die in beiden Werkzeughälften gebildet werden, sollten angeschrägt werden, um die Entformung zu erleichtern und eine gleichmäßige Wandstärke zu gewährleisten.

6. Oberflächenfinish:

Die Möglichkeiten zur Oberflächenveredelung von spritzgegossenen Kunststoffteilen variieren je nach Teilkonstruktion und chemischer Zusammensetzung des eingesetzten Materials. Über die gewünschte Oberflächenqualität sollte bereits in der Designphase gesprochen werden, da die Materialwahl einen erheblichen Einfluss auf das umsetzbare Finish hat. Bei glänzenden Oberflächen ist die richtige Materialwahl besonders entscheidend.

Für Produkte aus kristallinen Kunststoffen sind höhere Schmelztemperaturen erforderlich, was den Glanz erhöht und eine glatte, gewünschte Oberfläche erzeugt. Wenn Sie dem Kunststoff Additive hinzufügen, um eine bestimmte Oberfläche zu erreichen und die Qualität zu steigern, sollten Sie unbedingt mit einem Spritzgießer arbeiten, der Expertenwissen in der Materialwissenschaft mitbringt.