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Komplexe Hinterschnittformkonstruktion bleibt nach wie vor der schwierigste Bereich im Spritzgussbau. Tatsächlich erhöht jede Hinterschnittfunktion die Formkosten um 15–40 % und verlängert die Vorlaufzeit um 2–4 Wochen. Im Gegenteil, die meisten unterbotenen Probleme, die bei DFM-Überprüfungen festgestellt werden, sind auf das Scheitern von CAD-Eingriffen im Frühstadium zurückzuführen.
Dieser Leitfaden von JS Precision fasst echte Projekterfahrungen in den Bereichen Automobil, Medizin und Industrie zusammen und präsentiert einen vollständigen technischen Weg von der Unterschnittklassifizierung bis zur Lösungsauswahl und DFM-Verifizierung. Damit Sie die technischen Entscheidungstools für Ihre Investition nutzen können, können Sie hier weiterlesen.
Ein kurzer Überblick über die Kernparameter des komplexen Hinterschnittformdesigns
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Bewertungsdimension |
Wichtige Daten und Schlussfolgerung |
|---|---|
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Kostenauswirkungen senken |
Eine einzelne Hinterschneidung erhöht die Formkosten um 2.000 bis 15.000 US-Dollar, was einer Steigerung von 15 bis 40 % entspricht. |
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Tiefenklassifizierung |
Stufe 1 (Tiefen-Durchmesser-Verhältnis <0,25): einfacher Seitenzug. Stufe 2 (0,25–0,5): Lifter oder zusammenklappbarer Kern. Stufe 3 (>0,5): Abschrauben oder mehrstufiger Auswurf. |
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Seitenschiebebegrenzung |
Wirksam für äußere Hinterschnitte mit einer Tiefe von ≤6 mm, darüber hinaus sollten Sie einen Heber oder einen zusammenklappbaren Kern in Betracht ziehen. |
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Limit für zusammenklappbare Kerne |
Bewältigt innere Hinterschnitte mit einer Tiefe von ≤20 mm, geeignet für unzugängliche Innengeometrien. |
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Abbaukosten |
Der Gewindeabschraubmechanismus kostet 2.000 bis 5.000 US-Dollar |
Wichtige Schlussfolgerungen
- Sie können die Kosten für Gussformen um 30–50 % senken, wenn Sie in der DFM-Phase des Projekts schnell erkennen und das Design der Hinterschneidungsteile optimal nutzen.
- Die Tiefe des Seitenschiebers sollte 6 mm nicht überschreiten, und die Tiefe des Kerneinbruchs sollte 20 mm nicht überschreiten. Werden diese Werte überschritten, ist eine Speziallösung erforderlich.
- Um Ausfälle der Probeform durch fehlenden Hub zu vermeiden, sollte der Schieberhub mit der Gleichung Weg=D1,5+3 mm ermittelt werden
- Materialien, die weniger schrumpfen, eignen sich am besten zum Unterschneiden von Merkmalen (z. B. POM PBT). Wenn ein Material stark schrumpft, müssen die Formschrägen erhöht und auch die Trennkräfte neu berechnet werden.
Warum sollten Sie dem Spritzgusswerkzeugservice von JS Precision für die Konstruktion von Hinterschnitt-Freigabemechanismen vertrauen?
Mit mehr als 15 Jahren praktischer Erfahrung im Spritzgießen für die Automobil- und Medizinbranche ist unser Team der Meinung, dass ein echter End-to-End-Spritzgusswerkzeugservice, der in der Lage ist, die Herausforderung des komplizierten Hinterschnittformdesigns zu meistern, über drei Fähigkeiten verfügen sollte: präzise Hinterschnittkategorisierung, Berechnung des Mechanismushubs basierend auf dem Volumen und frühzeitige DFM-Beteiligung.
Bei der Recherche der Daten aus mehrmonatigen Herstellungsprozesstests haben wir herausgefunden, dass mehr als 60 % der Fehlschläge bei Versuchen mit Hinterschneidungsformen auf ungenaue Hubberechnungen oder die falsche Wahl des Mechanismus zurückzuführen sind. Dies war das Hauptproblem, mit dem das Team während der realen Arbeitszeit konfrontiert war.
ISO 20457:2018, Kunststoffartikel, Toleranzen und Akzeptanz von Spritzgussteilen, legt klar fest, dass lineare Maßtoleranzen für Präzisionsspritzgussteile eng an die Grenzen eines Abmessungsbereichs angepasst sein sollten und die Trennfugen-Presspassung in die Abnahmeparameter einbezogen werden sollte.
Um dies zu erfüllen, haben wir bei jedem Hinterschneidungsformprojekt das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser anhand des Sortierstandards sowie die Wegberechnungsformel = D×1,5 + 3 mm festgelegt.
Bei einem Automobil-Sensorgehäuseprojekt scheiterte das vorherige Projekt eines Kunden aufgrund des fehlenden seitlichen Schieberhubs (nur 5 mm, während 9,75 mm die tatsächliche Anforderung waren) auf der Grundlage des Formversuchs. Es kam zu einem Verlust von 18.000 $ und einer Vorlaufzeit von 6 Wochen. Im Rahmen der DFM-Überprüfung haben wir die Form neu gestaltet, indem wir den Hub auf 10 mm erhöht und die interne Hinterschneidung in einen 6-lappigen zusammenklappbaren Kern umgewandelt haben. Der Versuch verlief auf Anhieb erfolgreich und die Ausschussquote konnte von 8,5 % auf 0,3 % gesenkt werden.
Möchten Sie die Risiken Ihres Hinterschnittformdesigns bewerten? Kontaktieren Sie unseren Ingenieur, um die Selbstcheckliste für das Undercut-Mold-Design zu erhalten, die Hubberechnungen, Mechanismusauswahl und Materialanpassung abdeckt.
Was ist ein komplexes Hinterschnittformdesign und warum bestimmt es den Gusserfolg?
Das komplexe Design hinterschnittener Formen stellt eine Herausforderung beim Spritzgießen dar, da bestimmte Merkmale die direkte Entnahme des Produkts durch die Öffnungsrichtung der Form verhindern. Typischerweise handelt es sich bei diesen Merkmalen um Seitenlöcher, Gewindeschnapper, Innenrillen und Widerhaken. Ihr Vorhandensein wirkt sich direkt auf die Möglichkeit aus, dass die Form das Produkt ohne Beschädigung auswirft.
Unterschnitt bedeutet mechanische Interferenz
- Die wichtigste Tatsache: Bei einem Hinterschnitt handelt es sich nicht um einen optischen Fehler, sondern um einen mechanischen. Typischerweise öffnet sich eine Zweiplattenform, indem die beiden Hälften getrennt werden und die Auswerferstifte das Teil aus dem Kern drücken. Sollten jedoch Vorsprünge, Aussparungen oder Löcher senkrecht zur Öffnungsrichtung vorhanden sein, fungieren diese Merkmale als Sperren und verhindern, dass das Teil vom Formstahl getrennt wird.
- Ergebnis der Auswurfkraft: Wenn Sie versuchen, das Teil mit Gewalt auszuwerfen, während ein Hinterschnitt vorhanden ist, wird das Teil beschädigt, die Form zerbricht oder beides.
- Technische Erklärung: Der erste Schritt Spritzgusswerkzeugservice besteht darin, den mechanischen Aspekt von Hinterschneidungen zu erkennen, sie stellen die mechanische Verriegelung zwischen dem Teil und der Form dar.
Überblick über vier beliebte Entformungsmechanismen
- Side-Action Slides: Funktioniert für externe Hinterschnitte, maximale effektive Tiefe 6 mm.
- Abgewinkelte Auswerfer: Funktioniert für interne Hinterschnitte, Neigungswinkel 5°–15°.
- Zusammenklappbare Kerne: Funktioniert für interne Hinterschnitttiefen bis zu ≤20 mm, segmentierte Schrumpfungsfreigabe.
- Mechanismen zum Entfernen von Gewinden: Funktioniert für Gewindeelemente, der Preis beträgt 2.000–5.000.
Abbildung 1: Offene Spritzgussform mit komplexen Seitenschiebern und Präzisionskomponenten.
Wie lösen Side-Action-Schlitten Probleme mit dem externen Unterschnitt-Auswurf?
Side-Action-Schieber sind die am häufigsten gewählte Methode zum Umgang mit externen Hinterschnitten in Formen. Ein seitlich an der Form befestigtes Schiebeelement zieht sich quer zur Öffnungsrichtung der Form horizontal an der Formöffnungskante zurück und entfernt dabei die hinterschnittene Form. Dies ist eine gute Möglichkeit, externe Hinterschnitte mit einer Tiefe von 6 mm zu bearbeiten.
Funktionsprinzip der Seitenschieber
- Schließphase:Während des Schließens der Form wird der Schieber durch den abgewinkelten Führungsstift in die Position des Formhohlraums geführt, wodurch die Hinterschneidung entsteht.
- Formöffnungsphase: Sobald der Spritzguss abgeschlossen ist und das Teil ausreichend abgekühlt ist, beginnt sich die Form zu öffnen. Der abgewinkelte Führungsstift bewirkt, dass sich der Schieber horizontal entlang der Nut nach hinten bewegt, sodass die Hinterschneidung freigelegt wird, bevor der Auswerferstift das Teil herausdrückt.
- Hubberechnung: Für jeden 1 mm Hinterschnitttiefe auf jeder Seite des Schiebers gibt es einen Sicherheitsspielraum von 3 mm. Um den gesamten Hubweg zu berechnen, lautet die Formel: Hub = D×1,5 + 3 mm.
Drei wichtige Designüberlegungen:
- Platzbedarf: Hinterschnitte sollten auf der Außenseite des Bauteils positioniert werden, wobei genug Platz übrig bleibt, damit der Schieber vollständig zurückgezogen werden kann. In erster Linie muss der Außenraum um die Form identifiziert werden, wenn Optionen für das Hinterschnitt-Spritzgießen in Betracht gezogen werden.
- Gestaltung des Entformungswinkels: Entwerfen Sie die Entformungswinkel aller Innenflächen des Teils in Richtung der Schieberbewegung, um sicherzustellen, dass der Schieber reibungslos zurückgezogen werden kann, ohne dass das Teil beschädigt wird. Bei der Konstruktion von Seitenschieber-Spritzgusswerkzeugen für komplexe Teile muss ein Kompromiss zwischen Entformungsschräge und Hubanpassung getroffen werden.
- Kostenauswirkungen: Jede zusätzliche Seitenschieberfunktion erhöht die Formkosten um 15–20 %. Grundsätzlich erfordern Seitenschieberschlitten, die eine bevorzugte Option für externe Hinterschnitte sind, eine genaue Hubberechnung. Jede Schätzung, die genau genug ist, führt zum Scheitern des Versuchsformteils.
Laden Sie die Side-Action-Folien-Designparametertabelle herunter, die eine Strichberechnungsvorlage und empfohlene Entformungswinkelwerte enthält, damit Sie Ihr Design schnell überprüfen können.
Abbildung 2: Formkomponenten aus Edelstahl mit zylindrischen Hohlräumen und Präzisionsstäben.
Was ist der Hauptunterschied zwischen abgewinkelten Liftern und Side-Action-Slides?
Winkelheber und Seitenschieber unterscheiden sich durch die Richtung, in die sie sich bewegen. Wenn sich die Form öffnet und die Auswerferplatte vorfährt, bewegen sich Winkelheber nicht nur auf und ab, sondern neigen sich auch, weshalb der Hinterschnitt von innen nach außen gelöst werden kann. Aus diesem Grund werden abgewinkelte Hebevorrichtungen für interne Hinterschnitte (z. B. interne Wandeinrastungen, interne Vorsprünge) verwendet, während seitliche Schieber für externe Hinterschnitte verwendet werden.
Betrieb und Nachteile von Winkelhebern
- Bewegungsmechanismus: Winkelheber sind an der Auswerferplatte befestigt. Wenn die Form geöffnet und die Auswerferplatte nach vorne geschoben wird, um das Teil auszuwerfen, bewegt sich der Winkelheber zusammen mitder Auswerferplatte und gleitet nach innen oder außen entlang der geneigten Führungsnut, wodurch der innere Hinterschnitt bei der Demontage freigegeben wird.
- Hauptvorteile: Es ist kein zusätzlicher hydraulischer oder pneumatischer Antrieb erforderlich, die Freigabe des Hinterschnitts erfolgt einfach durch die mechanische Betätigung der Formöffnung.
- Technologische Nachteile: Typischerweise liegt der Neigungswinkel zwischen 5° und 15°. Wird sie erhöht, führt dies zu einem starken Anstieg der Reibung beim Gleiten und einem schnellen Verschleiß der Bauteile. Daher müssen komplexe Formenwerkzeuglösungen innerhalb dieses Bereichs entwickelt werden.
Vergleichstabelle für Seitenschieber und Winkelheber
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Vergleichsdimension |
Side-Action-Folie |
Abgewinkelter Heber |
|---|---|---|
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Anwendbare Position |
Äußere Hinterschneidungen |
Interne Hinterschneidungen |
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Bewegungsrichtung |
Horizontal, senkrecht zur Formöffnung |
Kombinierte vertikale und abgewinkelte Bewegung |
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Antriebsmethode |
Winkelstift / Hydraulikzylinder |
Mechanische Bewegung der Auswerferplatte |
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Tiefenbegrenzung |
≤6mm |
≤6mm (darüber hinaus einen zusammenklappbaren Kern verwenden) |
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Winkelbegrenzung |
10°-25° Winkelstiftwinkel |
5°-15° Heberwinkel |
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Kostenauswirkungen |
+15 %–20 % pro Folie |
+10–15 % pro Heber |
Für den DFM-Formwerkzeugservice muss sichergestellt werden, dass der Entformungswinkel bei der Auswahl nicht weniger als 5° beträgt, andernfalls kann es zu Kratzern, Verklemmungen und vorzeitigem Verschleiß des Formmechanismus kommen.
Wie gehen zusammenklappbare Kerne mit inneren Hinterschneidungen um, die tiefer als 6 mm sind?
Zusammenklappbare Kerne, die sich beim Auswerfen radial nach innen zusammenziehen, geben innere Hinterschnitte frei und bewältigen Hinterschnitte mit einer Tiefe von bis zu 20 mm. Wenn ein seitlicher Zugang nicht möglich ist und die Tiefe des Hinterschnitts mehr als 6 mm beträgt, sind Klappkerne in der Regel die Lösung der Wahl.
Funktionsprinzip des zusammenklappbaren Kerns
- Formphase:
Ein zusammenklappbarer Kern besteht aus Kernblütenblättern mit beweglichen Segmenten, die um einen zentralen konischen Dorn herum angebracht sind. Im Spritzgussverfahren bilden die Blütenblätter mit Unterstützung des Dorns zusammen eine vollständig zylindrische oder unregelmäßige Form des Kerns und formen die inneren Hinterschneidungsmerkmale.
- Auswurfphase:
Zuerst wird der Mitteldorn in die entgegengesetzte Richtung gezogen. Wenn die Blütenblätter durch die Kraft von Federn oder Maschinen nach innen zusammengezogen werden. Der Außendurchmesser des radial reduzierten Kerns ist kleiner als der Innendurchmesser des Hinterschnitts, d. h. das Teil kann problemlos entnommen werden.
- Technische Kernparameter:
Die typische Anzahl der Segmente beträgt 4–12. Wenn es mehr Blütenblätter gibt, gibt es eine stärkere Schrumpfung, aber auch eine kompliziertere Struktur. Ein komplexes Hinterschnittformdesign sollte ein Gleichgewicht zwischen diesen Faktoren herstellen.
Überlegungen zum zusammenklappbaren Kerndesign:
- Schrumpfhub: Er sollte größer sein als die Tiefe des Hinterschnitts.
- Anwendbarer Durchmesser: Normalerweise eignen sich zusammenklappbare Kerne für Rohrverbindungen mit Durchmessern von weniger als 90 mm, größere Durchmesser erfordern eine spezielle Konstruktion.
- Materialauswahl: Damit sich die Abmessungen nicht verändern, sollten schrumpfungsarme Materialien wie POM und PBT verwendet werden. Bei der Optimierung des Spritzgussformdesigns bei faltbaren Kernlösungen sollte die Anzahl der Klappen im Verhältnis zum Ausmaß der Schrumpfung berücksichtigt werden
- Wartungskosten: Die Wartungskosten für zusammenklappbare Kerne sind in der Regel 30–50 % höher als die für seitlich verschiebbare Kerne, da regelmäßig Klappen ausgetauscht oder Oberflächen nachgeschliffen werden müssen.
Um es zusammenzufassen: Klappkerne sind die einzig praktikable Lösung, wenn man mit tiefen inneren Hinterschnitten arbeiten möchte, aber sie gehen mit höheren Wartungsinvestitionen einher.
Abbildung 3: Metallische kollabierbare Kerne für interne Hinterschnitt-Formanwendungen.
Was sind die Konstruktionsprinzipien und Kostenkomponenten beim Abschrauben von Formen?
Abschraubformen wandeln die Bewegung der Spritzgießmaschine beim Öffnen der Form in die exakte Drehbewegung des Kerns um und ermöglichen so eine automatische Gewindeentfernung. Die typischen Kosten für einen Gewindeabschraubmechanismus liegen zwischen 2.000 und 5.000 US-Dollar. Dies ist tatsächlich die höchste der vier Alternativen, aber gleichzeitig auch die zuverlässigste, was die Gewindequalität angeht.
Funktionsprinzip beim Abschrauben der Form
- Übertragungsmethode: Zu den typischerweise verwendeten Übertragungsmethoden gehören Zahnstangenmechanismen, Hydraulikmotoren und Servomotorantriebe. Anforderungen an die Gewindegenauigkeit bestimmen die Übertragungsmethode für kundenspezifische Spritzguss-Designdienstleistungen.
- Aktionszeitpunkt: Der Kern beginnt sich zu drehen (normalerweise 720°, um die vollständige Gewindefreigabe zu erreichen), während sich der Kern allmählich nach hinten zurückzieht, um den Verschleiß zwischen den Metallen zu verringern.
- Anwendungen mit mehreren Kavitäten: Mit Mehrkavitätenformen kann die Idee der Verwendung von 1-96-Kavitäten-Abschrauben verwirklicht werden, aber der zu bauende Mechanismus wird immer mehr kompliziert mit jeder neuen Thread-Funktion.
Drei große Designherausforderungen
- Genaue Berechnung des Übertragungssystems: Die Anzahl der Umdrehungen muss genau mit der Anzahl der Gewindezähne übereinstimmen.
- Sehr genaue Überwachung des Bewegungszeitpunkts: Die Rotations- und Rückzugsvorgänge müssen perfekt synchronisiert sein.
- Materialauswahl: Die Zahnräder und Zahnstangen sollten eine sehr hohe Festigkeit und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen.
Bei Außengewinden an kleinen Teilen, die flach sind, kann in komplexen Formenwerkzeuglösungen manchmal eine Methode der manuellen Zwangslösung verwendet werden, wodurch der Bedarf an einem speziellen Abschraubmechanismus entfällt.
Wie wählt man den richtigen Auswurfmechanismus basierend auf dem Verhältnis von Hinterschnitttiefe zu Durchmesser aus?
Laut Spritzgussformkonstrukteuren können Hinterschnitte basierend auf dem Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser des Merkmals in drei Ebenen unterteilt werden. Stufe 1 (<0,25) bezieht sich auf die Verwendung einfacher Seitenzug- oder Winkelführungsstifte. Stufe 2 (0,25–0,5) würde abgewinkelte Auswerfer oder zusammenklappbare Kerne benötigen. Stufe 3 (>0,5) würde einen Schraub- oder Lösemechanismus oder ein mehrstufiges Auswurfsystem erfordern.
Dreistufiger Klassifizierungsstandard für Hinterschnitte
ISO 294-3:2020 fordert: Die Prozessbedingungen des Verbindungslinienbereichs und der Abstand vom Anguss zur Verbindungslinie müssen kontrollierte Parameter für die Probenvorbereitung sein, andernfalls können Zugfestigkeitsdaten nicht verglichen werden.
Um diesen Standard zu erfüllen, verwenden wir zunächst die Berechnung des Verhältnisses von Tiefe zu Durchmesser, um über die Auswahl für jedes Unterschnittprojekt zu entscheiden, wobei wir als ersten Schritt die Erfahrung außer Acht lassen.
| Stufe | Tiefen-Durchmesser-Verhältnis | Empfohlener Mechanismus | Kostenauswirkungen |
| Stufe 1 | <0,25 | Einfacher Seitenzug, Winkelstift | +10 %-15 % |
| Stufe 2 | 0,25-0,5 | Lifter, zusammenklappbarer Kern | +15 %-25 % |
| Stufe 3 | >0,5 | Abschrauben, mehrstufiger Auswurf | +25 %-40 % |
Fünf-Schritte-Methode zur Auswahlentscheidung
- Den Hinterschnitt finden: außen oder innen? Der allererste Schritt beim Anbieten von Hinterschnitt-Spritzgusslösungen besteht darin, den Standort zu kennen.
- Tiefe und Durchmesser messen: Machen Sie die Abmessungen des Hinterschnitts genau aus.
- Bestimmen Sie das Tiefen-Durchmesser-Verhältnis: Wenden Sie die Formel Verhältnis=Tiefe/Durchmesser an, um die Stufe als dreistufige Klassifizierung zu ermitteln.
- Erkennen Sie den Mechanismustyp: Wählen Sie basierend auf der Stufe den Mechanismus aus, der vorab genehmigt wurde.
- Bewerten Sie den Kosteneffekt: Die zusätzlichen Kosten für zwei einfache Hinterschnitte betragen etwa 50 % der Kosten für einen einzelnen Hinterschnitt, mehr als zwei Hinterschnitte erhöhen die Formkosten um 100–200 %.
Auswahlentscheidungen für Spritzgusswerkzeuge für komplexe Teile müssen immer auf Daten und nicht auf Erfahrung basieren.
Sie sind sich nicht sicher, zu welcher Ebene Ihr Undercut gehört? Laden Sie die Entscheidungstabelle zur Klassifizierung und Auswahl von Unterschnitten herunter, geben Sie Tiefe und Durchmesser ein und es werden automatisch die empfohlenen Mechanismen berücksichtigt.
Wie wirkt sich die Materialauswahl auf das Design des Hinterschnittauswurfs aus?
Die Materialschrumpfungsrate bestimmt hauptsächlich den tatsächlichen Spalt zwischen dem Teil und dem Kern bei der Hinterschneidungsentformung, beeinflusst die Entformungskraft und wählt indirekt den Entformungsmechanismus aus. Das Material mit geringer Schrumpfung ist die Wahl, wie POM (Schrumpfungsrate 1,5 %–2,5 %), PBT (1,5 %–2,5 %) für das Design hinterschnittener Merkmale.
Der Einfluss der Schrumpfrate auf die Entformungskraft
- Unterschiede der Schrumpfrate:Der maximale Unterschied der Schrumpfrate zwischen verschiedenen Harzen beträgt das Fünffache, z. B. für niedrigschrumpfendes POM (1,5 %-2,5 %) vs. hochschrumpfendes PP (1,5 %-3,0 %), PA (0,5 %-2,5 %). Spritzgusswerkzeuge müssen ihre Konstruktionsparameter je nach Schrumpfungsrate variieren.
- Klemmkraft: Je höher die Schrumpfrate, desto größer ist die Klemmkraft auf den Kern nach dem Abkühlen und desto höher ist der Entformungswiderstand.
Gemeinsame Schrumpfraten und Formschräge-Empfehlungen für technische Kunststoffe
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Material |
Schrumpfungsrate |
Empfohlener Schrägenwinkel (extern) |
Empfohlener Entformungswinkel (Innen/Hinterschnitt) |
|---|---|---|---|
|
POM |
1,5 %–2,5 % |
1°-2° |
2°-3° |
|
PBT |
1,5 %–2,5 % |
1°-2° |
2°-3° |
|
PA66 |
0,5 %–2,5 % |
1°-3° |
3°-5° |
|
PP |
1,5 %–3,0 % |
2°-3° |
3°-5° |
|
PA66-GF30 |
0,2 %–0,7 % (anisotrop) |
2°-4° |
4°-6° |
Kundenspezifischer Spritzguss-Designservice befassen sich mit erheblicher Anisotropie der Schrumpfungsraten in glasfasergefüllten Materialien daher sollten solche Faktoren sehr sorgfältig gehandhabt werden. Besondere Vorsicht ist bei der Auswirkung der Faserorientierung auf die Entformungskraft geboten, wenn eine hinterschnittene Entformung verwendet wird.
Abbildung 4: Verschiedene Kunststoff- und Metallkomponenten, einschließlich Rohren und Zahnrädern.
Wie eliminiert JS Precision Unterschneidungsrisiken durch DFM-Analyse vor der Formenherstellung?
Der DFM-Formwerkzeugservice von JS Precision erkennt und beseitigt Hinterschnittrisiken vor der Formenherstellung mit einem 4-stufigen Hinterschnittprüfverfahren. Das Problem von mehr als 60 Prozent der Unterbietungsprobleme bei DFM-Prüfungen hätte verhindert werden können, wenn frühzeitig in die CAD-Konstruktion eingegriffen worden wäre.
DFM-Vier-Schritte-Prüfverfahren
- Bestimmung der Trennlinie und der Auswurfrichtung: Im 3D-CAD-Modell müssen die Lage der Trennlinie und die Auswurfrichtung des Teils genau definiert werden. Dies dient als Referenz bei der Bestimmung aller potenziellen Unterschreitungen.
- Prüfung des Schrägenwinkels: 2° Mindestschrägenwinkel für Außenwände und 3° Mindestschrägenwinkel für Innenwände und Elemente mit Hinterschneidungen. Für die strukturierten Oberflächen fügen Sie einen Entformungswinkel von 1°–2° pro 0,025 mm Strukturtiefe hinzu.
- Überprüfung der Hinterschneidungsbereiche für jede Oberfläche: Jede von der DFM-Software identifizierte Hinterschneidungsfläche veranlasst die Ingenieure, über drei Möglichkeiten nachzudenken: Könnte die Hinterschneidung beseitigt werden, indem der Entformungswinkel größer gemacht wird? Kann es durch Ändern der Trennfuge entfernt werden? Ist das Vorhandensein der Funktion wirklich erforderlich?
- Mechanismusauswahl für verbleibende Hinterschnitte: Wenn ein Hinterschnitt mit den ersten drei oben genannten Methoden gelöscht werden kann, planen Sie den Mechanismustyp und die Anzahl im Detail und beziehen Sie diese Mechanismen in die Kostenschätzung für die Form ein. Wenn dies nicht möglich ist, fahren Sie mit anderen Hinterschneidungen fort.
DFM-Wert in Zahlen
Die Moldflow-Füllsimulation ermöglicht eine Optimierung des Spritzgussformendesigns, was zu einer Risikoreduzierung von über 60 Prozent führt und die Möglichkeit einer Nacharbeit nach der Gussformherstellung verringert. Durch DFM-Eingriffe in einer frühen Entwurfsphase können 30 % bis zu 50 % der Formkosten eingespart werden.
Wie hat JS Precision eine komplexe Herausforderung bei der Hinterschnittform für ein Automobil-Sensorgehäuse gelöst?
Kundenschwierigkeiten
Zuvor hatte der Kunde bei einem anderen Spritzgussunternehmen die Herstellung dieses Produkts in Auftrag gegeben, aber der erste Probeguss war erfolglos. Mangelnde Bewegung der äußeren Schieber führte dazu, dass das Teil in der Form stecken blieb und nicht ausgeworfen werden konnte. Nach einem gewaltsamen Auswurf war die Seitenwand des Teils gerissen. Der Kunde verlor nicht nur 18.000 US-Dollar für die Form, sondern verlor auch eine sechswöchige Vorlaufzeit, bevor er sich mit aktualisierten 3D-Zeichnungen an JS Precision wandte.
JS-Präzisionslösung
- DFM-Bewertung
Es wurden zwei Hauptmängel festgestellt: Die Hinterschneidungstiefe des äußeren Seitenlochs betrug 4,5 mm, während der Gleitweg der Originalform lediglich 5 mm betrug. Basierend auf der Gleichung Weg = D×1,5 + 3 mm beträgt der erforderliche Weg 9:75 mm, das Verhältnis von Hinterschneidungstiefe zu Durchmesser der inneren Nut betrug 0:42 (Stufe 2) und das ursprüngliche Design verwendete fälschlicherweise einen schrägen Auswerfer anstelle eines zusammenklappbaren Kerns.
- Designänderung
Der äußere Schlittenweg von 5 mm wurde auf 10 mm geändert (ebenfalls wurde ein Sicherheitsspielraum von 0,25 mm hinzugefügt). Passend dazu wurde die Länge der Schlittenführungsnut verlängert. Anstelle eines internen schrägen Auswerfers wurde ein 6-lappiger zusammenklappbarer Kern gewählt, der es dem zentralen Dorn ermöglicht, sich um 12 mm zu bewegen und den hinterschnittenen Teil von 8 mm problemlos zu lösen.
- Moldflow Validation
It turned out that the shrinkage rate of PA66-GF30 material in the undercut region is 0.5% - 0.7%, which means that the collapse core shrinkage stroke design value has enough margin.
- Steel and Heat Treatment
The Slider and the core flaps of collapsible cores are made of H13 tool steel and quenched into 48 - 50 HRC,the mold life is at least 500,000 cycles.
- Trial Molding And Optimization
The first trial molding turned out quite satisfyingly except for a small delay in the return motion of the collapsible core flaps. This issue was altogether eliminated when a spring return of flaps was changed from a single spring to two springs parallel.
Lessons Learned from Failure:
- The slider stroke calculation must be based precisely on a formula: D x1.5 + 3 mm, any kind of guesswork will cause trial molding to fail.
- Undercut grading shall be based not on a guess (the years of a person) but on a mathematical calculation of depth-to-diameter ratio.
- The direction of glass fibers in PA66-GF30 has great influence on the wearing out of the collapsible core flaps. After 500 trial-molding cycles, very slight traces of wearing were found on the surface of valve segments. The surface of the valve segment was coated with DLC (diamond-like carbon) and that solved the problem.
Final Result
The total mold cost amounted to $42000 (including two undercut mechanisms). The time needed to deliver the mold was 8 weeks. The trial molding was done right on the first attempt and so far, the mold has been running trouble-free in the customer's factory for over 300,000 cycles, thereby cutting down the scrap rate from 8.5% of the original solution to only 0.3%.
The key to successfully implementing complex mold tooling solutions is not so much a miracle-like problem solving but setting up repeatable engineering ways.
Your undercut mold project may also have similar room for optimization. Upload your 3D drawings (STEP/IGS) and receive a free DFM assessment report within 48 hours, including undercut identification, cost estimation, and mechanism recommendations.
Why Choose JS Precision as Your Complex Undercut Mold Design Partner?
By picking JS Precision you will get a team of engineers who are the masters of injection mold. We do not use our experience to make guesses, what matters here is the technical background of the undercut design mold. Through DFM analysis, Moldflow simulation as well as precise engineering calculations, we deliver proven and complex undercut mold design solutions.
Core Competencies
- Engineering Capabilities:
Our team applies a three-level classification system for depth-to-diameter ratio to guide the component selection process. Slider stroke calculation = D×1.5 + 3 mm. Moldflow shrinkage simulation is employed to ensure shrinkage is within limits of the undercut. Tool steel heat treatment is controlled to 1 HRC precision level.
- Service Process:
We deliver free DFM analysis reports, itemized undercut mechanism cost pricing transparently. And our client engineers are fully integrated with our mold design engineers.
- Quality Assurance:
500+ trial moldings verification runs are performed before shipment and we accompany these with the complete trial molding report plus release video clip. Also our mold's service life is guaranteed at least 500,000-1,000,000 cycles.
FAQs
Q1: When can undercuts be completely avoided without special mechanisms?
By shifting the parting line, undercuts can be released from molds as natural demoldable surfaces without having to add extra demolding devices. In some cases of non-functional undercut features, deletion through direct design is also an effective optimizing method which we recommend in our DFM review as one of the low-cost priority changes to carry out.
Q2: Are side-action slides and angled lifters interchangeable features in a mold?
The combination of side-action slides and angled lifters in a mold is quite possible. After mold opening and retraction, side-action slides release the outside undercuts. Meanwhile, angled lifters free the inside undercuts during the ejection phase. We will double-check their operation sequence in the motion simulation to prevent any possibility of mechanism interference.
Q3: Are undercut features more than 6 mm deep definitely side-action slide infeasible?
It is a common practice not to consider side-action slides when designing undercuts deeper than 6 mm. The forced closing would distort the angled guide pins and create demolding resistance. Even with larger components that can be used and increase cost and failure rates, this is still the best alternative than using side-action slides for such features. More dependable and safe is the use of collapsible cores and angled lifters together.
Q4: Maintenance cost-wise, how much of an increase of the collapsible core is over side-action slide?
The collapsible core maintenance cost is about 30%-50% higher if compared to side-action slides. The complicated multi-lobed precision components are highly sensitive to mechanical stress and their performance degrades rapidly resulting in the need for frequent parts repairs, replacement and, of course, grinding. We achieve longer service life through use of high-quality steel and proper heat treatment.
Q5: What are the undercut mold design restrictions caused by materials with glass-fill (e.g. PA66 - GF30)?
Materials that are glass fiber filled are known to result in very different shrinkages along the flow and cross-flow directions. These anisotropes cause a great stress variance to develop on undercut regions after demolding. We use Moldflow simulation analysis of the orientation and distribution of the glass fibers to precisely optimize the mold structure of the undercut and demolding parameters in particular of the undercut zone.
Q6: What is the content and scope of JS Precision's DFM mold tooling service, precisely?
The scope and content of our DFM mold tooling service involve parting line layout, standard draft angle analysis, undercut level review, cost assessment of the mold's mechanical part, and mold flow simulation verification. We go through design mistakes, find out the design issues, and make a professionally written report for our customers in an amazing time within just 3, 5 days from receiving the job.
Q7: Which industries has JS Precision delivered complicated undercut mold projects to successfully?
We have many experience working in automotive medical industrial equipment and consumer electronics industries, we have finished hundreds of sophisticated undercut mold projects, following all the standardized procedures from the DFM design stage until simulation verification and trial mass production stage so we always guarantee the highest level of mold quality and stability right down the line.
Q8: How can I get a quote on a undercut mold tooling from JS Precision?
Get an exact quote by sending us STEP and IGS format 3D models as well as 2D engineering drawings that contain material and annual demand information. We send a detailed DFM report to you that lists the undercut mechanism costs and gives fully open pricing without any covert fees within 5 business days.
Summary
A major factor in making decisions about complex undercut mold design is engineering data, not experience or intuition. Side sliders are recommended for external undercuts up to 6 mm, and collapsible cores for internal ones up to 20 mm. The cost of a thread release mechanism is about 2,000 to 5,000, and early intervention through DFM could save up to 30%-50% of mold costs. Ratio grading standards for depth over diameter, slider stroke calculation formula (Travel = D×1.5 + 3 mm), as well as demolding force impacted by material shrinkage altogether build up a decision-making system that is based on figures and facts for deciding which undercut mold you need.
Upload your part details to JS Precision, and you will get a gratis DFM analysis. JS Precision pinpoints, quantifies, and suggests solutions for each undercut feature before mold production, your next complex undercut mold project is guaranteed to succeed right from the drafting phase.
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