Konstruktion til sprøjtestøbning – plastemner, der kan formes

Konstruktion til sprøjtestøbning: jævn vægtykkelse først

Plast krymper, når den køler af, og tykke partier krymper mere og køler langsommere end tynde. Resultatet er indsynkninger, indvendige hulrum og vridning. Grundreglen er derfor at holde vægtykkelsen så jævn som muligt i hele emnet. Overgange mellem forskellige tykkelser skal ske gradvist, over en strækning på omtrent tre gange tykkelsesforskellen.

Hvilken tykkelse der er rimelig, afhænger af materialet. ABS og PC fungerer typisk godt mellem ca. 1,2 og 3,5 mm, mens PP, PA og POM kan formes tyndere. Tykkere gods end nødvendigt giver længere cyklustid, og cyklustiden styrer stykprisen i serie. Er der brug for stivhed, er ribber næsten altid bedre end tykkere vægge.

Et emne, der er tegnet til 3D-print eller fræsning, har ofte massive partier, der fungerer der, men ikke i et støbeværktøj. Vi udhuler den slags partier fra bagsiden, så væggen bliver jævn, og erstatter massivt materiale med et net af ribber. Emnet bliver lettere og får kortere cyklustid uden at miste stivhed.

Slipvinkler og delelinje

Alle flader, der er parallelle med værktøjets åbningsretning, skal have en slipvinkel, så emnet slipper uden at blive ridset. Den vejledende værdi er mindst 0,5–1° på blanke flader. Strukturerede flader kræver mere, ofte yderligere 1–1,5° pr. 0,025 mm strukturdybde, efter værktøjsmagerens eller strukturleverandørens anvisning. Dybe emner kræver som regel en større vinkel end lave, fordi friktionen mod kernen stiger med dybden.

Delelinjen, hvor værktøjets to halvdele mødes, giver altid et svagt spor på emnet. Vi placerer den på en kant, hvor den ikke ses eller forstyrrer en tætning, i samråd med værktøjsmageren. Huller og udsparinger, der ikke ligger i åbningsretningen, kræver sidetræk eller løse kerner, og det gør værktøjet dyrere. Ofte kan en ændret geometri fjerne behovet helt, for eksempel en gennemgående udsparing i stedet for en blind not.

Underskæringer, altså former, der hager sig fast i værktøjet, kan nogle gange løses med en gennemgående åbning i bunden. Den lader en kerne fra den anden side forme krogen. Teknikken bruges ofte til snaplåse og sparer et sidetræk. Vi foreslår den slags løsninger tidligt, før værktøjsmageren regner på værktøjet.

Ribber, radier og skruetårne

En ribbe giver stivhed uden tykt gods. Som tommelfingerregel laves ribbens tykkelse 50–60 procent af væggen, eller mindre for materialer, der let får indsynkninger. Højden bør være højst ca. tre gange vægtykkelsen og afstanden mellem ribber mindst to gange. Ribber får også slipvinkel og en lille radius ved roden.

Skarpe indvendige hjørner giver spændingskoncentrationer og dårligere fyldning. Indvendige radier bør være mindst den halve vægtykkelse og udvendige radier lig med den indvendige radius plus vægtykkelsen, så godset bliver jævnt rundt om hjørnet. Skruetårne forbindes med væggen via ribber og holdes fri af tykke partier. Tårnets væg laves omtrent 60 procent af den nominelle væg for at undgå indsynkninger på forsiden.

Snaplåse dimensioneres efter den tøjning, materialet tåler. En tunge, der bliver smallere mod spidsen, fordeler tøjningen mere jævnt end en lige, og en radius ved roden mindsker risikoen for brud. Vi regner forenklet på bøjningen og afprøver derefter funktionen med en printet prototype.

Materialevalg og svind

Materialet påvirker både konstruktionen og værktøjet. Amorfe plasttyper som ABS og PC krymper lidt og jævnt, omtrent 0,4–0,7 procent. Delkrystallinske plasttyper som PP, PA og POM krymper mere, ofte 1–2,5 procent, og forskelligt på langs og på tværs af flowet. Glasfiberfyldte varianter krymper mindre, men får retningsafhængige egenskaber.

Snaplåse fungerer bedst i seje materialer som PP, PA og POM, der tåler større tøjning end PC og ABS. PP passer til filmhængsler, der kan bøjes tusindvis af gange uden at knække. Vi vælger materiale efter krav til temperatur, kemikalier, stivhed og overflade og angiver betegnelsen på tegningen. Hvordan materialevalget hænger sammen med produktets krav, beskriver vi i guiden fra idé til produkt. Selve svindet kompenseres af værktøjsmageren, som forstørrer formhulrummet. Vores opgave er at angive materialet tydeligt og undgå geometri, der krymper ujævnt, for eksempel store plane flader uden ribber.

Test med prototype, før værktøjet bestilles

Et støbeværktøj er svært og dyrt at ændre, når stålet først er bearbejdet. Derfor afprøver vi geometrien først med 3D-printede prototyper. Pasform, snaplåse og montage kan vurderes, selv om et print aldrig får præcis de samme egenskaber som et sprøjtestøbt emne. Mere om arbejdsgangen finder du under produktudvikling og prototyper. Nogle gange kan det også betale sig først at bestille et enklere prototypeværktøj i aluminium til de første emner.

Når konstruktionen er færdig, leveres STEP til værktøjsmageren sammen med en tegning over kritiske mål, flader med krav til finish, og hvor indløb og udstødere må placeres. Vi laver ikke selv formfyldningssimuleringer, men leverer et rent grundlag til den, der laver analysen. Kabinetter er en almindelig anvendelse – se konstruktion af elektronikkabinetter.

Tænk også på mærkningen. Materialekode efter ISO 11469, datostempel og kavitetsnummer placeres på en skjult flade og tegnes ind i modellen fra starten. Så skal værktøjsmageren ikke tilføje dem bagefter.

Vejledende værdier for sprøjtestøbte plastemner

Vejledende værdier for ufyldte materialer. Materialeleverandørens datablad og værktøjsmagerens erfaring gælder før tabellen.

Det skal vi bruge fra dig

• 3D-model i STEP eller en eksisterende printet prototype
• Funktion og miljø: last, temperatur, kemikalier, UV-lys og fødevarekontakt
• Ønsket materiale eller de krav, der styrer materialevalget
• Synlige flader og krav til finish eller struktur
• Forventet volumen pr. år
• Dele, som emnet skal monteres mod: skruer, indsatser og andre plastdele
• Kontaktoplysninger på værktøjsmageren, hvis en sådan allerede er valgt

Eksempler på opgaver

• Kabinet og låg til elektronik
• Snaplåse og clips
• Håndtag med ribber i stedet for massivt gods
• Dåse med skruelåg
• Låg med filmhængsel i PP
• Hjul og ruller
• Afdækning med skruetårne og gevindindsatser
• Omkonstruktion af en printet del til serie
• Beslag i glasfiberfyldt PA
• Emner med struktureret overflade

Det påvirker pris og leveringstid

• Hvor meget af den eksisterende geometri der skal ændres
• Antal sidetræk og løse kerner, der skal konstrueres væk
• Snaplåse, filmhængsler og gevind
• Antal emner, der skal passe sammen i en samling
• Antal prototyperunder før bestilling af værktøj
• Revisioner efter værktøjsmagerens bemærkninger

Det får du

• STEP til værktøjsmageren
• Kontrol af slipvinkler og vægtykkelse i hele emnet
• Forslag til delelinje, indløb og udstødere
• Tegning med kritiske mål, materiale og overfladekrav
• Prototypefiler og printede prøveemner
• Revisionsstyring efter værktøjsmagerens bemærkninger

Ofte stillede spørgsmål