Welche Strukturprozesse gibt es für Kunststoffteile?
Welche Strukturprozesse gibt es für Kunststoffteile?
Bei der strukturellen Prozessgestaltung von Kunststoffteilen geht es hauptsächlich um Aspekte wie Geometrie, Maßgenauigkeit, Ziehverhältnis, Oberflächenrauheit, Wandstärke, Entformungsschräge, Lochdurchmesser, Rundungsradien, Formentformungsschräge und Verstärkungsrippen. In diesem Artikel wird auf jeden dieser Punkte näher eingegangen und es wird erläutert, wie diese Elemente während des Thermoformprozesses optimiert werden können, um die Produktqualität und Produktionseffizienz zu verbessern.
1. Geometrie und Maßgenauigkeit
SeitKunststoff-Thermoformenist ein sekundäres Verarbeitungsverfahren, insbesondere beim Vakuumformen. Zwischen der Kunststoffplatte und der Form entsteht häufig ein Spalt. Darüber hinaus können Schrumpfung und Verformung, insbesondere in hervorstehenden Bereichen, zu einer Verdünnung der Wandstärke und damit zu einer Verringerung der Festigkeit führen. Daher sollten bei Kunststoffteilen, die beim Vakuumformen verwendet werden, keine allzu strengen Anforderungen an Geometrie und Maßgenauigkeit gestellt werden.
Während des Formprozesses befindet sich die erhitzte Kunststoffplatte in einem ungehinderten Dehnungszustand, was zum Durchhängen führen kann. In Verbindung mit einer erheblichen Abkühlung und Schrumpfung nach dem Entformen können die endgültigen Abmessungen und die Form des Produkts aufgrund von Temperatur- und Umgebungsänderungen instabil sein. Aus diesem Grund sind thermogeformte Kunststoffteile nicht für Präzisionsformanwendungen geeignet.
2. Ziehungsverhältnis
Das Ziehverhältnis, also das Verhältnis der Höhe (oder Tiefe) des Teils zu seiner Breite (oder seinem Durchmesser), bestimmt weitgehend die Schwierigkeit des Formungsprozesses. Je größer das Ziehverhältnis, desto schwieriger wird der Formungsprozess und desto größer ist die Wahrscheinlichkeit unerwünschter Probleme wie Faltenbildung oder Rissbildung. Übermäßige Ziehverhältnisse verringern die Festigkeit und Steifheit des Teils erheblich. Daher wird in der tatsächlichen Produktion normalerweise ein Bereich unterhalb des maximalen Ziehverhältnisses verwendet, normalerweise zwischen 0,5 und 1.
Das Ziehverhältnis steht in direktem Zusammenhang mit der Mindestwandstärke des Teils. Ein kleineres Ziehverhältnis kann dickere Wände erzeugen, die für die Formung dünner Bleche geeignet sind, während ein größeres Ziehverhältnis dickere Bleche erfordert, um sicherzustellen, dass die Wandstärke nicht zu dünn wird. Darüber hinaus steht das Ziehverhältnis auch im Zusammenhang mit dem Formschrägenwinkel und der Dehnbarkeit des Kunststoffmaterials. Um die Produktqualität sicherzustellen, sollte das Ziehverhältnis kontrolliert werden, um eine Erhöhung der Ausschussrate zu vermeiden.
3. Filet-Design
An den Ecken oder Kanten von Kunststoffteilen sollten keine scharfen Ecken vorgesehen werden. Stattdessen sollten möglichst große Rundungen verwendet werden, wobei der Eckenradius im Allgemeinen nicht kleiner als das 4- bis 5-fache der Blechdicke sein darf. Andernfalls kann es zu einer Ausdünnung des Materials und zu Spannungskonzentrationen kommen, was sich negativ auf die Festigkeit und Haltbarkeit des Teils auswirkt.
4. Entformungsschräge
ThermoformenFormen erfordern, ähnlich wie normale Formen, einen bestimmten Entformungswinkel, um das Entformen zu erleichtern. Der Entformungswinkel liegt normalerweise zwischen 1° und 4°. Für Negativformen kann ein kleinerer Entformungswinkel verwendet werden, da die Schrumpfung des Kunststoffteils zusätzlichen Spielraum bietet und das Entformen erleichtert.
5. Design der Verstärkungsrippen
Thermogeformte Kunststoffplatten sind normalerweise recht dünn und der Formungsprozess wird durch das Ziehverhältnis begrenzt. Daher ist das Hinzufügen von Verstärkungsrippen in strukturell schwachen Bereichen eine wesentliche Methode zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit. Die Platzierung der Verstärkungsrippen sollte sorgfältig überlegt werden, um zu dünne Bereiche am Boden und an den Ecken des Teils zu vermeiden.
Darüber hinaus können flache Rillen, Muster oder Markierungen an der Unterseite der thermogeformten Schale die Steifigkeit erhöhen und die Struktur stützen. Längs verlaufende flache Rillen an den Seiten erhöhen die vertikale Steifigkeit, während quer verlaufende flache Rillen zwar die Widerstandsfähigkeit gegen Zusammenfallen erhöhen, aber das Entformen erschweren können.
6. Produktschwund
Thermogeformte Produkteweisen im Allgemeinen eine erhebliche Schrumpfung auf, wobei etwa 50 % davon während der Abkühlung in der Form auftreten. Wenn die Formtemperatur hoch ist, kann das Teil beim Abkühlen auf Raumtemperatur nach dem Entformen um weitere 25 % schrumpfen, wobei die restlichen 25 % der Schrumpfung in den nächsten 24 Stunden auftreten. Darüber hinaus weisen Produkte, die mit Negativformen geformt werden, tendenziell eine um 25 % bis 50 % höhere Schrumpfrate auf als solche, die mit Positivformen geformt werden. Daher ist es wichtig, die Schrumpfung während des Designprozesses zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die endgültigen Abmessungen den Genauigkeitsanforderungen entsprechen.
Durch die Optimierung des Designs hinsichtlich Geometrie, Ziehverhältnis, Rundungsradius, Entformungsschräge, Verstärkungsrippen und Schrumpfung können Qualität und Stabilität thermogeformter Kunststoffteile deutlich verbessert werden. Diese Prozessdesignelemente haben einen entscheidenden Einfluss auf die Produktionseffizienz und Leistung thermogeformter Produkte und sind der Schlüssel, um sicherzustellen, dass die Produkte die Benutzeranforderungen erfüllen.