EU
Spritzguss ist eines der beliebtesten Fertigungsverfahren und das aus gutem Grund — es ist kostengünstig, kann komplexe Teile verarbeiten und sorgt für Konsistenz während langer Produktionsläufe identischer Teile.
Entwurfswinkel gehören zu den besten Praktiken bei der Herstellung von Kunststoffkomponenten im Spritzgussverfahren. Dieses Designmerkmal hat einen großen Einfluss auf die Produktqualität. Ohne das richtige Maß an Formschräge sind Teile anfällig für Probleme wie verlängerte Abkühlzeiten, Schwierigkeiten beim Auswerfen und Oberflächenfehler.
In diesem Artikel werden die Grundlagen des Spritzgießens mit Formschräge behandelt. Wir erklären, was eine Formschräge ist, ihren Zweck, Designüberlegungen, bewährte Vorgehensweisen und mehr.
Was ist ein Entformungswinkel?
Ein Formschrägewinkel bezeichnet die leichte Verjüngung oder Neigung der vertikalen Oberflächen eines Formteils. Er wird normalerweise so positioniert, dass er in Richtung der vertikalen Achse oder Trennlinie der Form verläuft. Die Formschräge wird üblicherweise in Grad gemessen, seltener in Millimetern oder Zoll.
Hinzufügen von Entformungsschrägen zu Spritzgussteile erleichtert das Entformen. Umgekehrt besteht bei Bauteilen ohne Formschräge und mit geraden Wänden die Gefahr, dass sie beim Entformungsvorgang durch Abschaben beschädigt werden.
Rolle der Entformungsschrägen beim Spritzgießen
Hier sind einige der Vorteile, die sich aus der Einbeziehung des Entformungswinkels in Ihr Spritzgussdesign ergeben.
Einfache Teileentnahme
Das Auswerfen von Teilen ist ein kritischer Schritt im Spritzgussverfahren und ein wichtiger Grund, warum wir Formschrägen hinzufügen. Während des Herstellungsprozesses steht das Kunststoffbauteil mit den Wänden der Form in Kontakt. Daher kann die beim Auswerfen des Teils erzeugte Reibungskraft zu erheblichen Schäden führen.
Ein gut konzipierter Entformungswinkel kann Reibung minimieren oder eliminieren und so das Lösen der Form erleichtern. Durch Drücken der Auswerferstifte löst sich das Teil problemlos aus der Form. Wenn jedoch auf Entformungswinkel verzichtet wird, reibt das Teil während des gesamten Entformungsprozesses an der Formseite, was zu Oberflächenfehlern führt.
Verhindert Schäden durch herausgeschleuderte Teile
Wie wir bereits im vorherigen Abschnitt erwähnt haben, können unzureichende Entformungsschrägen zu ernsthaften Problemen führen. Das Teil kann beim Auswerfen an den Seiten der Form schleifen und Kratzer und andere Oberflächenfehler verursachen. Wenn das fertige Bauteil in der Form stecken bleibt, würde dies die Form zerstören und zu unerwarteten Verzögerungen und Kosten führen. Eine Spritzguss-Entformungsschräge ist eine wirksame Lösung gegen solche Probleme.
Reduziert den Tiefenzug
Die Ziehlinie oder Trennlinie ist der Punkt, an dem sich die beiden Formhälften trennen und das fertige Produkt freigeben. Die Tiefe der Ziehlinie ist ein entscheidender Parameter, der sich darauf auswirkt, wie leicht das Teil ausgeworfen werden kann.
Bei einem kürzeren Zug besteht nur ein minimales Risiko, dass das Teil in der Form stecken bleibt. Bei längeren Zügen ist dieses Risiko erheblich höher. Formschrägen reduzieren den Tiefzug und erleichtern das Lösen geformter Teile.
Reduziert Verformungen
Verzug ist ein häufiger Spritzgussfehler, der zu verzerrten oder verformten Teilen führt. Ein fehlender Entformungswinkel kann beim Auswerfen zur Bildung eines Vakuums in der Formhöhle führen. Solche Vakua haben den unerwünschten Effekt, dass sich die Komponenten in sich selbst falten oder verziehen.
Die durch einen Formschräge erzeugte Neigung beseitigt dieses Problem. Dies liegt daran, dass dadurch Luft in die Hohlräume der Form gelangen kann und die Bildung eines Vakuums verhindert wird. So können Sie durch die Einbeziehung einer Formschräge hochwertige Kunststoffteile ohne Verformung herstellen.
Herstellungskosten
Die Formschräge hat einen erheblichen Einfluss auf die Kosten des Spritzgusses. Aus den oben besprochenen Funktionen können wir mehrere Möglichkeiten ableiten, wie Formschrägen Ihnen helfen können, Herstellungskosten zu sparen.
Zunächst einmal können Sie durch ausreichendes Zeichnen Teile ohne Oberflächenfehler, Verformungen oder Tiefziehprobleme entwickeln. Dies minimiert die Kosten für Oberflächenbearbeitungen und beschädigte Teile.
Zweitens verlängert ein Formschrägewinkel die Lebensdauer der Form und verringert den Wartungsaufwand. Dank der minimalen Reibung beim Auswerfen können die Werkzeuge länger halten. Außerdem sind weniger häufige Reparaturen und Ersetzungen erforderlich.
Darüber hinaus beschleunigen Entformungsschrägen den Spritzgussprozess, sodass Sie die Kosten weiter senken können.
Wie gestaltet man bessere Entformungsschrägen?
Beim Spritzgießen gibt es keine pauschale Regel, die Ihnen genau sagt, wie Sie den Entwurfsprozess einbeziehen. Es gibt jedoch Faktoren, die Spritzgussspezialisten kennen müssen.
Tiefe Taschen und Hohlräume
Tiefe vertikale Strukturen sind anfälliger für Verformungen als flache Strukturen. Dies liegt daran, dass sie mehr Hohlräume aufweisen, die beim Entformen ein Vakuum erzeugen können. Glücklicherweise gibt es eine einfache und effektive Lösung.
Tiefe Taschen und Hohlräume können von größeren Formschrägen profitieren, um dem Vakuum und den Reibungskräften beim Auswerfen entgegenzuwirken. Mit anderen Worten: Je tiefer der Hohlraum, desto mehr Formschräge ist erforderlich.
Teiltextur
Texturen haben einen großen Einfluss auf die erforderliche Entformungsschräge. Dabei gilt: Je gröber die Textur, desto größer sollte der Entformungsschrägenwinkel sein. Die Schräge sollte genügend Platz schaffen, um das Teil freizugeben, ohne die Textur abzuschaben.
Für leichte Texturen ist im Allgemeinen ein Neigungswinkel von 1-5 Grad angemessen. Ingenieure können bei der Arbeit mit besonders komplexen Texturen extreme Entformungswinkel von 5-12+ Grad umsetzen.
Faktoren, die die Größe des Entformungswinkels beeinflussen
Zahlreiche Faktoren beeinflussen den idealen Formschrägegrad beim Spritzgießen. Dazu gehören:
Materialeigenschaften
Ihre Materialwahl beeinflusst die Größe des Entformungswinkels. Weiche Kunststoffe wie Nylon erfordern beispielsweise kleinere Entformungswinkel als harte Kunststoffe wie Polycarbonat. Dies liegt daran, dass weichere Materialien beim Auswerfen von Teilen biegsamer sind.
Schrumpfungsrate
Bei Materialien mit starker Schrumpfung müssen Sie einen größeren Entformungswinkel wählen. Eine hohe Schrumpfrate bedeutet, dass das Teil während der Abkühlphase eher an den Seiten der Form klebt. Eine größere Entformungsschräge unterstützt das reibungslose Auswerfen des Kunststoffbauteils.
Reibungskoeffizient
Materialien mit geringerer Reibung, wie Nylon und Acetal, erfordern kleine Entformungsschrägen. Umgekehrt erfordern Kunststoffe mit höheren Reibungskoeffizienten größere Entformungsschrägen, um eine erfolgreiche Entformung zu gewährleisten.
Wandstärke
Mit zunehmender Wandstärke bei Spritzgussteilen erhöht sich die Umschlingungskraft auf die Form. Dies erfordert die Verwendung eines größeren Entformungswinkels bei der Produktgestaltung.
Geometrische Komplexität
Die Geometrie eines Teils ist ein wichtiger Aspekt bei der Bestimmung der Entformungsschräge. Komplexe Teile mit Merkmalen wie Hinterschneidungen, Überhängen und tiefen Hohlräumen erfordern eine steilere Verjüngung, um erfolgreich aus der Form ausgeworfen werden zu können.
Formendesign
Die Oberflächenbeschaffenheit der Form beeinflusst den Entformungsschrägewinkel. Wenn die Formseiten glatt sind, entsteht beim Entformen weniger Reibung, was eine sanftere Entformung ermöglicht. Rauere Oberflächen erfordern eine größere Entformung, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Erforderliche Entformungsschrägen für verschiedene Spritzgussmaterialien
Wie wir besprochen haben, haben unterschiedliche Materialien unterschiedliche Anforderungen an die Formschräge. Im Allgemeinen benötigen harte und spröde Kunststoffe aufgrund ihrer Steifigkeit einen größeren Formschrägewinkel. Andererseits kann für weiche und flexible Kunststoffe eine sanftere Verjüngung gewählt werden. Sehen wir uns die empfohlenen Formschrägewinkel für gängige Spritzgussmaterialien an.
#1. Polycarbonat (PC)
Für glatte Oberflächen ist normalerweise ein Entformungswinkel von 1.5 bis 2 Grad erforderlich. Wenn die Oberfläche geätzt ist, fügen Sie 1 Grad Entformungswinkel pro 0.001 Zoll Tiefe hinzu.
#2. ABS
Eine Verjüngung von 1.5 bis 2 Grad ist angemessen, wenn das Teil eine gute Oberflächenbeschaffenheit aufweist. Fügen Sie bei Formteilen, die tiefer als 1 Zoll sind, 0.001 Grad Formschräge pro 2 Zoll Tiefe hinzu.
#3. Flüssigkristallcopolymere (LCP)
Für LCP ist ein Mindestschrägenwinkel von 0.5 Grad erforderlich. Für tiefe vertikale Oberflächen, geätzte Oberflächen und raue Texturen können Ingenieure zusätzliche 0.5 bis 1.5 Grad Schrägenwinkel implementieren.
#4. Nylon
Aufgrund seiner Flexibilität reicht ein Entformungswinkel von 1 bis 1.5 im Allgemeinen aus, um Nylonteile erfolgreich auszuwerfen. Je nach Komplexität des Designs kann mehr Entformung erforderlich sein.
Wann müssen Sie einen Entformungswinkel von null Grad einstellen?
Wie der Name schon sagt, enthält ein Null-Entformungsformdesign keinen Entformungswinkel. Einfach ausgedrückt weist dieses Design perfekt gerade Teilewände auf. Ist das also möglich? Unter den richtigen technischen Bedingungen ist ein Entformungswinkel von null Grad erreichbar. Solche Spritzgussdesigns werden verwendet, wenn das Hinzufügen eines Entformungswinkels aufgrund der Teilegeometrie, Funktionalität oder Materialeigenschaften unpraktisch ist.
Um Kunststoffteile erfolgreich aus einer Form mit Nullschräge auszuwerfen, müssen Konstrukteure die Oberflächenbeschaffenheit, das Spritzgussmaterial, das Formtrennmittel und die Auswerfmethode sorgfältig berücksichtigen. Beispielsweise können Spritzen mit langen Kernen mit einem Schrägenwinkel von nahezu Null geformt werden. Dies hilft dabei, eine Flüssigkeitsbarriere über die gesamte Länge des Innendurchmessers aufrechtzuerhalten.
Bewährte Verfahren für die Gestaltung von Entformungsschrägen beim Spritzgießen
Beim Kunststoffspritzguss gibt es keinen einzigen Entformungswinkel, der für alle Teile und Merkmale geeignet ist. Wie wir besprochen haben, beeinflussen Faktoren wie Materialeigenschaften, Schrumpfrate, Reibungskoeffizient und Wandstärke die geeigneten Entformungswinkel.
Es gibt jedoch allgemeine Branchenrichtlinien, die Ihnen bei der Auswahl des richtigen Entformungswinkels für Ihr Projekt helfen können. Hier sind einige der bewährtesten Vorgehensweisen beim Spritzgießen mit Entformungswinkel.
Ein Spritzguss-Entformungswinkel von 1.5 bis 2 Grad ist für allgemeine Spritzgussarbeiten geeignet
Diese Empfehlung gilt, solange die Formtiefe 2 Zoll nicht überschreitet. Ein Spritzguss-Entformungswinkel von 1.5 Grad ermöglicht das erfolgreiche Auswerfen fertiger Teile aus der Form.
Erhöhen Sie den Entformungswinkel um 1 Grad pro Zoll Zunahme der Teiletiefe
Tiefere oder größere Teile erfordern eine zusätzliche Formschräge, um ein einfaches, beschädigungsfreies Entformen zu ermöglichen. Der größere Formschrägegrad deckt die größere Oberfläche und Reibung ab.
Erhöhen Sie den Entformungswinkel für strukturierte Teile
Wenn Ihr Teil ein kompliziertes Oberflächendesign oder eine Struktur aufweist, lässt es sich aufgrund der zusätzlichen Reibung, die durch diese Merkmale entsteht, schwerer aus der Form lösen. Es wird empfohlen, bei solchen Oberflächen mehr Formschräge einzuarbeiten. Eine einfache Faustregel ist, 1.5 Grad Formschräge pro 0.001 Zoll Oberflächentiefe hinzuzufügen.
Ausrichtung des Entformungswinkels
Im Allgemeinen sollte ein Formschrägewinkel zur „Oberseite“ der Form hin auftreten, der Richtung folgend, in der sich die Form während der Trennung nach oben oder weg bewegt. Ein gutes Beispiel für dieses Phänomen wäre eine hohle Box mit Formschräge an den Seiten. Wenn die Formschräge richtig ausgeführt wird, wäre die offene Oberseite etwas breiter als die Unterseite. Diese Ausrichtung gewährleistet ein gleichmäßiges Entformen und verringert das Risiko, dass das Teil stecken bleibt.
Integrieren Sie einen Entformungswinkel in jede Komponente eines Stücks
Komplexe Formteile weisen häufig Merkmale wie Lamellen, Rippen, Zwickel und mehr auf. Es ist ratsam, für alle diese Komponenten Formschrägen einzuplanen. Mit anderen Worten: Jede Oberfläche, die mit der Form in Kontakt kommt, sollte eine Verjüngung aufweisen. Selbst eine minimale Formschräge kann die Entformungseffizienz erheblich verbessern.
Beidseitige Entformungsschrägen
Wenn ein Formteil eine Trennlinie in der Mitte hat (z. B. ein massives zylindrisches Teil), sollten Sie erwägen, auf beiden Seiten des Teils Formschrägen hinzuzufügen. In solchen Fällen gibt es zwei Formentrennvorgänge, daher sind beidseitige Formschrägen erforderlich.
Erhöhen Sie die Formschräge für Metall-auf-Metall-Formfunktionen
Diese Richtlinie bezieht sich nicht auf Spritzgussmetall. Sie gilt vielmehr für Formenkonstruktionen, bei denen ein Metallformbauteil in direktem Kontakt mit einem anderen steht. Aufgrund der erhöhten Reibung bei solchen Anwendungen muss ein Entformungswinkel von mindestens 3 Grad vorgesehen werden. Dies gewährleistet eine erfolgreiche Teileproduktion.
Der empfohlene Mindestschrägwinkel auf vertikalen Flächen beträgt 0.5 Grad.
Dieser Standard wird nicht für allgemeine Spritzgussprojekte übernommen. Er dient jedoch als Richtlinie, wenn das Design einen gleichmäßigen Winkel von oben nach unten einer vertikalen Oberfläche erfordert. Der minimale halbe Grad Formschräge ist im Wesentlichen ein Kompromiss zwischen Designs, die gerade Wände vorschreiben, und Spritzgussanforderungen.
Um es noch einmal zu wiederholen: Ein Entformungswinkel ist eine Voraussetzung für alle Designs
Der Formschrägewinkel ist ein entscheidender Parameter für einen effektiven und qualitativ hochwertigen Produktionsprozess. Unabhängig von der Komplexität oder Größe des Formteils wird empfohlen, einen gewissen Formschrägewinkel hinzuzufügen. Das Fehlen von Formschrägewinkeln kann zu beschädigten Teilen und Formen, verlängerten Abkühlzeiten und einem insgesamt ineffizienten Produktionsprozess führen.