Designdienstleistungen für Spritzgusswerkzeuge: Ein Leitfaden für Gate & Runner DFM

Die ISO 9001:2015-Norm ist ziemlich spezifisch und besagt, dass sowohl in der Spritzgussformkonstruktion als auch in der Produktionsphase ein identifizierbarer Parameteraufzeichnungsmechanismus erforderlich ist.

Daher umfasst unser DFM-Ansatz eine dreistufige Überprüfung (vorläufige Analyse der Designparameter, Durchführung der Formflusssimulation und Bestätigung durch Testformen), wodurch gewährleistet wird, dass jede Anschnitt- und Angussentscheidung nachverfolgt und verfolgt werden kann.

In diesem Fall haben wir vom Single-Edge-Anguss auf Heißkanal- und Stiftanguss umgestellt, und der Druckabfall sank von 120 MPa auf 85 MPa. Dadurch haben wir nicht nur das Short-Shot-Problem beseitigt, sondern auch die gesamte Formzykluszeit von 25 s auf 18 s verkürzt. Unsere Art der Anguss-/Angusskanalauswahl und des Flussausgleichs wurde in die über 200 Anguss- und Angusskanal-DFM-Projektdatenbank von JS Precision integriert.

Laden Sie den DFM-Designleitfaden für Anschnitte und Angusskanäle herunter, um die richtige Anschnittauswahl, Angussbalancierung und TCO-Analysemethoden zu finden und die Machbarkeit Ihres Spritzgussform-Designservices im Voraus zu bewerten.

Was ist der Gate-and-Runner-DFM-Service beim Spritzgießen?

Anguss- und Anguss-DFM-Service ist ein technischer Service, der die Position, den Typ und das Angussnetzwerk des Angusses systematisch optimiert, indem er das Verhalten des Kunststoffflusses während der Formentwurfsphase analysiert. Ziel ist es, ein qualitativ hochwertiges Produkt, einen schnelleren Produktionszyklus und eine geringere Herstellungszeit sicherzustellen Kosten.

Kerndienstleistung: Vom 3D-Modell zur Optimierungslösung

• Mold Flow Analysis Import:

Basierend auf dem 3D-Modell eines Produkts verwendet JS Precision Moldflow, um die Füll-, Halte-, Kühl- und Verzugsstadien eines Teils zu simulieren, sodass potenzielle Probleme wie Füllungsungleichgewichte, Lufteinschlüsse oder Druckkonzentrationen in einer frühen Phase erkannt werden können. Dies ist die Kerntechnologie des Gate- und Runner-DFM-Dienstes.

• Änderungsplan, der bedenkenlos umgesetzt werden kann:

Der wichtigste Aspekt des Dienstes besteht darin, klare Verbesserungspläne zu liefern, die schnell umgesetzt werden können, wie z. B. die Änderung einer Angussposition von Seite A auf Seite B, um Oberflächenfehler zu beseitigen oder die Variation der Angusskanalgröße, um die Füllrate in verschiedenen Kavitäten auszugleichen.

• Lieferung der 3D-Optimierungslösung:

Die Bereitstellung der 3D-Anguss- und Angusskanal-Optimierungslösung ermöglicht es Kunden, diese direkt in der Formenherstellung anzuwenden und die Kosten für Formenreparaturen und Zeitverluste einzusparen, die bei Versuch-und-Irrtum-Methoden üblich sind.

Systematische Merkmale des Ingenieurwesens

1. Disziplinäre Integration: Der Designservice für Spritzgussformen ist weit mehr als eine bloße Zeichenübung. Tatsächlich handelt es sich um ein komplexes technisches Problem, das Wissen über die Dynamik und das thermische Verhalten von Polymeren sowie Kenntnisse in der Formenverarbeitung vereint.
2. Beteiligung am gesamten Prozess: Der DFM-Service von JS Precision umfasst die gesamte Kette von der Analyse der Materialflusseigenschaften bis zur Schätzung der Kühleffizienz der Form und bietet so eine vollständige Datenunterstützung in allen Phasen.

Abbildung 1: Präzisions-Spritzgussformkavität mit CAD-Plan.

Was sind die häufigsten Anschnitttypen beim Spritzgießen und wie wählt man sie aus?

Der Schlüssel zum Anschnittdesign-Spritzgießen liegt in der Auswahl des richtigen Angusstyps und der Abwägung von Teilequalität, Aussehen und Herstellungskosten. Jedes Tor hat seine spezifischen Anwendungsszenarien und technischen Einschränkungen.

Vergleichstabelle für gängige Gate-Typen

Tipps und Vorschläge zur technischen Auswahl

1. Materialanpassung: Um die mechanischen Eigenschaften bei Faserbruch bei der Verwendung von Glasfasern aufrechtzuerhalten, sollten hohe Scherkräfte durch Minimierung der Verwendung von punktförmigen Anschnitten vermieden werden. Aus diesem Grund sind Punktanschnitte für glasfaserverstärkte Materialien nicht geeignet.
2. Simulationsunterstützung: Basierend auf dem Ergebnis der Strömungssimulation wird der Ingenieur von JS Precision Vorschläge zum besten Anschnitttyp, zur besten Position und Größe machen. Bei einem kundenspezifischen Werkzeugwerkzeugservice handelt es sich angeblich um einen Dienst, der die Anschnittauswahl als Kernkompetenz bietet, um bei Formversuchen einen erstklassigen Erfolg zu erzielen.

Abbildung 2: Darstellung verschiedener Anschnitttypen beim Spritzgießen.

Wie gestaltet man ein Angusssystem für eine ausgewogene Füllung und einen minimalen Druckverlust?

Das Design des Angusskanalsystems sollte sicherstellen, dass die Schmelze alle Hohlräume gleichzeitig,mit der gleichen Geschwindigkeit und unter dem gleichen Druck füllt. Sein Hauptmerkmal ist die Erzielung eines natürlichen Gleichgewichts oder Druckausgleichs im Angusssystem durch Berechnung.

Auswahl der Läuferform

• Rundläufer: Es hat das kleinste Verhältnis von Fläche zu Volumen, was zu einem geringeren Druckverlust führt, aber es erfordert eine Bearbeitung auf beiden Trennflächen und ist mit mehr Zeit und Kosten verbunden.
• Ein trapezförmiger Läufer: Er wird oft auf nur einer Trennfläche bearbeitet, was den Preis senkt und ihn häufig verwendet. Die Wirksamkeit beträgt etwa das 0,85-fache der des Rundläufers.

Bestimmung der Läufergröße

Wenn der Durchmesser des Kanals zu klein ist, ist der Druckverlust enorm und es ist schwierig, ihn zu füllen. Wenn er zu groß ist, verlängert er die Abkühlzeit und erhöht die Kosten für das Materialrecycling. Im Allgemeinen kann der Laufraddurchmesser D grob mit Hilfe der Formel ermittelt werden: D=0,2×√A, wobei A = die Wandstärke (mm) die Strömungslänge.

Unsere Unternehmensspezifikation empfiehlt, dass der Hauptkanaldurchmesser für eine mäßige Fließfähigkeit von ABS zwischen 6 und 10 mm liegt. Das Design des Angusssystems muss so genau und detailliert sein, dass eine Kombination aus Materialviskosität und der Geschwindigkeit, mit der eine Form abkühlen kann, vollständig berücksichtigt wird.

Druck- und naturbasiertes Läufer-Balancing

• Naturbasierter Läuferausgleich: Gleiche Läuferwege für jeden Hohlraum können durch eine symmetrische Läuferanordnung erreicht werden, die einen natürlichen Ausgleich ermöglicht. Dies ist die bevorzugte Methode, da keine weiteren Berechnungen erforderlich sind.
• Druckbasierter Angusskanalausgleich: Wenn die Kavitätsanordnung aufgrund von Formgrößenbeschränkungen behindert wird, wird der Druckabfall durch Anpassen des Angusskanalverzweigungsdurchmessers aufrechterhalten,so dass die Füllung gleich bleibt. Die Angusskanalausgleichskapazität unseres DFM-Formkonstruktionsservices bestimmt die Qualität der Teile, die mit einem Mehrkavitätenwerkzeug hergestellt werden.

Kaltkanal- vs. Heißkanalform: Welches sollte man aufgrund von Kosten und Leistung wählen?

Die Auswahl von Kaltkanal- vs. Heißkanalformen sollte auf einer quantitativen Finanzanalyse des jährlichen Produktionsvolumens, der Materialkosten und des Spritzgusszyklus der Teile basieren, anstatt sich darauf zu verlassen Intuition.

Wichtige Merkmale des Kaltkanalsystems:

Der Hauptkanal und die Zweigkanäle, bei denen es sich um Kaltkanalsysteme handelt, werden als Reste der Teile plus diese ausgeworfen. Zu den Vorteilen gehören ein unkompliziertes Formdesign, geringe Investitionskosten und ein schneller Farbwechsel. Materialverschwendung ist hier ein großer Nachteil. Wenn der Kunststoff recycelt wird, kann dies schwerwiegende Auswirkungen auf das Produkt haben. Der andere Nachteil ist, dass die Abkühlung länger dauert.

Wichtige Eigenschaften von Heißkanalsystemen:

Heißkanäle werden im Inneren des Kanals durch beheizte Verteiler und Düsen von Heißkanalsystemen in einem heißen Zustand gehalten. Der Vorteil dieser Systeme besteht darin, dass kein Angussabfall entsteht, die Formzyklen viel kürzer sind und der Druckverlust gering ist. Zu den Nachteilen der Systeme gehören eine höhere Schimmelbildung (1,5–3 höher) als bei Kaltkanalsystemen, eine anspruchsvolle Wartung und die Möglichkeit einer Materialzersetzung.

Entscheidungsmatrix: TCO-Analyse basierend auf dem Jahresvolumen

Bei Kleinserienaufträgen mit einer Jahresproduktion von weniger als 10.000 Einheiten sind Kaltkanalformen in der Regel die kostengünstigste Option.

Aber Großserienaufträge mit einer Jahresproduktion von mehr als 100.000 Einheiten können von Heißkanalsystemen profitieren, da die Materialeinsparungen und die verkürzten Zykluszeiten die hohen Kosten letztendlich ausgleichen können.

JS Precision kann seinen Kunden TCO-Analyseberichte zur Verfügung stellen, um ihnen bei der Entscheidung zu helfen, ob sich die Investition in Spritzgusswerkzeuge lohnt. Die Lebensdauer der Form und die Wartungskosten sind zwei der Hauptfaktoren, die bei der Entscheidung zwischen Kaltkanal- und Heißkanalwerkzeug berücksichtigt werden müssen.

Kontaktieren Sie unseren Ingenieur für eine kostenlose TCO-Berechnung für Ihr Projekt und erhalten Sie einen Vergleichsbericht für Kaltkanal- und Heißkanalformen.

Abbildung 3: Gestapelte Kalt- und Heißkanalformen.

Wie wirkt sich das Anschnitt- und Angussdesign direkt auf die Qualität der Spritzgussteile aus?

Fehler beim Spritzgießen werden durch die falsche Konstruktion des Anguss- und Angusssystems in der Form verursacht. Fast 70 % der häufigsten Einspritzfehler – kurze Einspritzungen, Einfallstellen, Bindenähte und Grate – treten auf, wenn die Anschnitte und Angusskanäle nicht richtig konstruiert sind.

Häufige Fehler und ihre Ursachen

• Short Shot: Läufer zu klein oder Tor zu klein. Der Strömungswiderstand ist sehr hoch und die Schmelze füllt die Kavität nicht vollständig aus. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, die Größe des Angusskanals/Anschnitts zu vergrößern oder die Anzahl der Anschnitte zu erhöhen.
• Einfallstellen: Ein zu kleiner oder falsch positionierter Anschnitt führt zueinem Mangel an Haltedruck. Eine Abhilfe besteht darin, die Anschnittgröße zu vergrößern, um die Einfrierzeit des Angusses zu verlängern und einen längeren Haltedruckkanal bereitzustellen.
• Schweißnähte:Mehrere Anschnitte oder Einlegeteile sind Gründe dafür, dass zwei Materialströme wieder eins werden. Die Lösung besteht darin, Angusspositionen mithilfe der Mold-Flow-Analyse zu optimieren, sodass Bindenähte zu inneren Teilen oder nicht beanspruchten Bereichen verschoben werden und Schweißnähte an der Oberfläche verschwinden.
• Flash: Eine ungleiche Angussverteilung führt zu einem höheren lokalen Druck und dadurch kann die Trennlinie brechen. Die Lösung liegt in der Optimierung des Angusskanaldesigns und einem geringeren Einspritzdruck.

Datenunterstützung:

Mithilfe der DFM-Optimierung von JS Precision haben wir die Länge der Schweißnaht eines Automobil-Innenteils von 25 mm auf knapp 5 mm reduziert, indem wir es auf ein nicht äußeres Teil verschoben haben, und wir haben die Ausschussrate von 8 % auf 1,2 % gesenkt. Die Bedeutung von Gate and Runner DFM besteht darin, die Kosten des Versuchsfehlers in die Kraft der Technik umzuwandeln. Der richtige Spritzgussform-Designservice wird einen Großteil der Fehler durch eine gut geplante Formkonstruktion beseitigen.

Laden Sie Ihre 3D-Zeichnungen hoch, um einen kostenlosen Bericht zur Vorhersage und Optimierung von Anguss- und Anguss-DFM-Servicefehlern zu erhalten.

Abbildung 4: Rote Kunststoffteile am Spritzgusskanalsystem.

JS Precision DFM-Fallstudie: Optimierung von dünnwandigem PEEK-Drohnenmotormontagetor und Läufer

Der Hersteller einer Drohne stand vor der Herausforderung, eine PEEK-Motorhalterung mit einer Wandstärke von kaum 0,6 mm herzustellen. Probeformungen ergaben, dass es immer wieder zu kurzen Schüssen und unvollständigen Füllungen kam. Darüber hinaus war die Platzierung des Angusses nicht gut, was zu sichtbaren Bindenähten im Fensterbereich führte, die die Struktur schwächten.

Kundenherausforderungen und Grundursachen

• Herausforderung: Die Anforderung des Kunden bestand darin, dass die PEEK-Motorhalterung eine Wandstärke von 0,6 mm haben sollte. Der vorläufige Entwurf basierte auf einem Randanguss, der einen Füllenddruck von bis zu 120 MPa verursachte, was mehr als 30 % über dem empfohlenen Wert für dieses Material lag.
• Ursachen: Die Angussposition befand sich nicht in der Nähe des dünnwandigen Bereichs und die Schmelzflussstrecke war zu lang, was zu einem Druckverlust führte. Ein einzelner Anguss konnte das Material nicht verteilen, um große Bereiche des dünnwandigen Bereichs abzudecken.

JS-Präzisionslösung

• Flussanalyse der zu validierenden Form:Die Moldflow-Validierung des Originaldesigns des Kunden ergab sehr hohe Füllenddrücke und begründete, dass eine Designänderung erforderlich ist.
• Optionen planen und entscheiden: Die erste Option, Schema A, bestand darin, ein Fächertor einzuführen, umden Füllquerschnittsbereich zu vergrößern. Die zweite Option, Schema B, bestand darin, auf Heißkanal + punktgenauen Anguss umzusteigen und auch die Hohlraumfreigabe zu optimieren.
• Konstruktive Entscheidungen: Die hohen Festigkeitsanforderungen und das Aussehen des Teils waren ausschlaggebend für die Wahl von Schema B. Die Angussposition wurde von der Seitenwand auf eine nicht-strukturelle, tragende zylindrische Innenfläche verlegt und ein Kaltschlackenschacht mit einer Tiefe, die dem 1,5-fachen des Angusskanaldurchmessers entsprach, wurde am Angusskanalende hinzugefügt. Die erfolgreiche Durchführung dieses kundenspezifischen Formwerkzeugservices war aufgrund der sorgfältigen Handhabung der Spritzgusswerkzeugdetails möglich.

Gelernte Erkenntnisse:

Kurz nach der Einführung des neuen Formschemas hatte das Team regelmäßig ein Problem: Ein einzelner punktgenauer Anguss verstopfte bei jedem Durchlauf. Die Analyse ergab, dass die Ursache in der instabilen Erwärmung der Heißkanaldüsenspule lag, die wiederum zu Temperaturschwankungen im Angussbereich führte. Die Lösung bestand darin, die Temperaturregelkarte durch eine Karte mit höherer Präzision zu ersetzen und dann den Sollwert genau von 370 °C auf 375 ± 1 °C anzupassen, was ausreichte, um das Verstopfungsproblem vollständig zu beseitigen.