Die Formschrumpfung ist ein sehr wichtiges physikalisches Phänomen bei der Herstellung von Kunststoff-Spritzgussprodukten. Um Spritzgussprodukte mit den gewünschten Abmessungen und Formen herzustellen, ist es wichtig, dieses physikalische Phänomen genau zu verstehen. Hier sprechen wir also über die Spritzgussschrumpfung für Kunststoff und Metall. Wir behandeln die Ursachen der Schrumpfung beim Kunststoff- und Metallspritzguss, die Schrumpfungsratentabelle für verschiedene Materialien und wie man die Schrumpfung beim Spritzguss berechnet, um den Defekt zu reduzieren oder sogar zu vermeiden!
Was ist Formschrumpfung beim Spritzgießen?
Die Formschrumpfung ist die Differenz zwischen den Abmessungen des Formhohlraums und den endgültigen Abmessungen des Formteils, nachdem es vollständig abgekühlt ist. Wenn Materialien wie Kunststoff oder Metall geschmolzen werden, dehnen sie sich aus. Sobald das Material in eine Form gespritzt wird, kühlt es ab und verfestigt sich. Während das Material abkühlt, zieht es sich zusammen, was zu einer leichten Verringerung der endgültigen Größe des Formteils im Vergleich zu den Abmessungen des Formhohlraums führt. Die Schrumpfungsrate bezieht sich auf das Verhältnis der Maßdifferenz zwischen der Größe vor der Schrumpfung (die Abmessungen der Form) und der Größe nach der Schrumpfung (die Abmessungen des Formprodukts). Der Begriff wird häufig in der Kunststoff- und Metallspritzgussindustrie verwendet.
Was verursacht die Schimmelschrumpfung und beeinflusst die Bewertung?
Beachten Sie, dass die Schrumpfungsrate beim Formen von den folgenden Faktoren beeinflusst wird:
- Art des Formmaterials: Der grundlegende Schrumpfungsbereich wird durch die Art des Kunststoffs bestimmt. Es gibt jedoch subtile Unterschiede zwischen Materialherstellern und Materialsorten.
- Oberflächentemperatur der Kavität: Die Schrumpfungsrate wird während des Formprozesses durch die Oberflächentemperatur der Kavität beeinflusst. Im Allgemeinen führen höhere Temperaturen zu größeren Schrumpfungsraten.
- Haltedruck × Haltezeit: Die Schrumpfungsrate wird auch durch das Produkt aus Haltedruckhöhe und Haltezeit nach dem Einfüllen des Harzes beeinflusst. Im Allgemeinen führen höherer Haltedruck und längere Haltezeit tendenziell zu geringeren Schrumpfungsraten.
- Dicke des Formprodukts: Die Schrumpfungsrate wird auch von der Dicke des Formprodukts beeinflusst. Dickere Teile neigen zu einer größeren Schrumpfung.
- Form des Formangusses: Die Form und Größe des Angusses wirken sich ebenfalls auf die Schrumpfungsrate aus. Im Allgemeinen führen Angussteile mit größeren Querschnittsflächen zu einer geringeren Schrumpfung. Seitliche Angussteile weisen im Vergleich zu punktförmigen Angussteilen oder Unterwasserangussteilen tendenziell geringere Schrumpfungsraten auf.
- Vorhandensein von Zusatzstoffen im Formmaterial: Normalerweise gibt es einen erheblichen Unterschied in der Schrumpfungsrate zwischen natürlichen Materialien und solchen, die Glasfasern enthalten. Materialien mit Glasfasern neigen dazu, geringere Schrumpfungsraten zu haben.
Schrumpfung beim Kunststoff-Spritzgießen
Harze (Kunststoffe) dehnen sich bei Temperatur- und Druckänderungen aus und ziehen sich zusammen. Zu den Faktoren, die die Schrumpfung von Kunststoffformprodukten beeinflussen, gehören auch die Formbedingungen und die Form des hergestellten Produkts.
- – Formbedingungen (Harztemperatur, Formtemperatur, Abkühlzeit, Haltedruck¹⁾ usw.)
- – Form des Formprodukts (Abmessungen, Dicke usw.)
- – Unterschiede in der Schrumpfungsrate bei den einzelnen Kunststoffarten (Dichteunterschiede)
Nachfolgend verwenden wir diese Tabelle, um die Hauptfaktoren, die die Schwindung der Form beeinflussen, präziser und klarer aufzulisten:
| Faktor | Zustand | Schrumpfungsrate |
| Kunststoffdichte | Hoch | Klein |
| Niedrig | Groß | |
| Kunststofftemperatur | Hoch | Groß |
| Niedrig | Klein | |
| Formtemperatur | Hoch | Groß |
| Niedrig | Klein | |
| Abkühlzeit | Lang | Klein |
| Kurz | Groß | |
| Haltedruck | Hoch | Klein |
| Niedrig | Groß |
Wie berechnet man die Schrumpfung beim Kunststoff-Spritzguss?
Formschrumpfung bezeichnet die Volumenreduzierung, die auftritt, nachdem das in die Form eingespritzte Harz abgekühlt ist. Das Volumen des Harzes nimmt ab, wenn es aus dem geschmolzenen Zustand erstarrt. Das Verhältnis dieser Volumenreduzierung wird als „Schrumpfungsrate“ bezeichnet. Beispielsweise liegt die Schrumpfungsrate von ABS-Harz zwischen 4/1000 und 9/1000. Dies bedeutet, dass ein Objekt mit einer Gesamtlänge von 1000 mm um 4 mm bis 9 mm schrumpft. Um präzise Produkte herzustellen, müssen wir daher nicht nur die Schrumpfungsrate des Materials kennen, sondern auch die genaue Größe der Produktform berechnen. Im Folgenden erklären wir Ihnen, wie Sie die Schrumpfung beim Kunststoffspritzguss berechnen:
Berechnung der Schwindung bei Kunststoffformen:
Die Schrumpfungsrate eines geformten Produkts kann aus den Abmessungen vor der Schrumpfung (Formabmessungen) und den Abmessungen nach der Schrumpfung (Formabmessungen) berechnet werden.
Formel für die Schrumpfungsrate von Kunststoffformen : S (%) = (Dm – Dp) / Dm
Wo:
S: Schrumpfungsrate bei Kunststoffformen
Dm: Abmessung des Formhohlraums
Dp: Abmessungen des Formteils bei Raumtemperatur (normalerweise 20°C) (mm)
Länge nach Schrumpfung = Abmessungen des geformten Produkts bei Raumtemperatur
Daher muss die Form größer als die eigentlichen Zielmaße hergestellt werden.
Beispiel: Für ein Formprodukt aus Harz mit einer Schrumpfungsrate von 4/1000 und einer angestrebten Größe von 100 mm gilt: 100 mm x 1,004 = 100,4. Die Formabmessungen müssen also 100,4 mm betragen.
Schrumpfungstabelle für Kunststoffformen
Basierend auf der obigen Berechnungsmethode haben wir die allgemeine Schrumpfungsrate von Kunststoffen beim Spritzgießen berechnet. Diese Daten helfen uns dabei, Formen bequemer und genauer zu entwerfen.
| Material | Schrumpfungsrate (%) | |
|---|---|---|
| PP | Polypropylen | 10/1000 bis 25/1000 |
| EVA | Ethylen-Vinylacetat | 7/1000 ~ 12/1000 |
| HDPE | Polyethylen hoher Dichte | 20/1000 ~ 60/1000 |
| POM | Polyoxymethylen | 20/1000 bis 25/1000 |
| PBT | Polybutylenterephthalat | 15/1000 ~ 20/1000 |
| HAUSTIER | Polyethylenterephthalat | 2/1000 ~ 4/1000 |
| PPS | Polyphenylensulfid | 6/1000 ~ 8/1000 |
| PA6 | Polyamid 6 (Nylon 6) | 5/1000 ~ 15/1000 |
| PA66 | Polyamid 66 (Nylon 66) | 8/1000 bis 15/1000 |
| SPÄHEN | Polyetheretherketon | 7/1000 ~ 19/1000 |
| ABS | Acrylnitril-Butadien-Styrol | 4/1000 ~ 9/1000 |
| PS | Polystyrol | 4/1000 ~ 7/1000 |
| ALS | Acrylnitril-Styrol | 2/1000 ~ 7/1000 |
| PC | Polycarbonat | 5/1000 ~ 7/1000 |
| aus PVC | Polyvinylchlorid (hart) | 1/1000 bis 5/1000 |
| aus PMMA | Polymethylmethacrylat (Acryl) | 1/1000 ~ 4/1000 |
Die Formschrumpfungstabelle umfasst zwei Arten von Kunststoffen (Harzen), die beim Spritzgießen verwendet werden: kristallines Harz und amorphes Harz. Ein Zustand, in dem Atome und Moleküle regelmäßig angeordnet sind, wird als „Kristall“ bezeichnet, und Kunststoffe weisen einen gewissen Grad an Kristallinität auf. Kristalline Harze weisen eine hohe Schrumpfungsrate auf. Harze mit einer Schrumpfungsrate von über 10/1000 sind kristalline Harze.
Wie berechnet man die Formabmessung unter Berücksichtigung der Schrumpfung beim Kunststoffformen?
Wenn Sie nun die Abmessungen des geformten Produkts und die Art des verwendeten Kunststoffs kennen, können Sie die Abmessungen der Form anhand der Schrumpfungsrate jedes Harzes berechnen:
Formel zur Berechnung der Abmessungen von Kunststoffformen : Dm = (100 x Dp) / (100 – S)
Wo:
S: Schrumpfungsrate bei Kunststoffformen
Dm: Formabmessungen (mm)
Dp: Abmessungen des Formteils bei Raumtemperatur (normalerweise 20°C) (mm)
Beim eigentlichen Formen kann das Teil stärker schrumpfen als erwartet oder überhaupt nicht. In diesem Fall lässt sich die Schrumpfungsrate bis zu einem gewissen Grad durch Anpassen der Formbedingungen steuern. Allerdings sind die Abmessungen durch die Formbedingungen nur begrenzt kontrollierbar. Wenn die gewünschten Abmessungen nicht erreicht werden, muss die Form daher geändert werden. Da die Form aus Metall besteht, kann man sie durch Abschleifen korrigieren, aber es ist schwierig, mehr Material hinzuzufügen. Es ist wichtig, der Kavität (weibliche Form) der Spritzgussform eine geringe Schrumpfungsrate und dem Kern (männliche Form) eine große Schrumpfungsrate zuzuweisen und die Abmessungen beim Schleifen der Form anzupassen.
Wie berechnet man die Abmessungen eines geformten Kunststoffprodukts unter Berücksichtigung der Formschrumpfung?
Wenn wir bei Formteilherstellern Formen entwerfen, legen wir die Formabmessungen fest, um die gewünschten Produktabmessungen zu erreichen und berücksichtigen dabei die Schrumpfungsrate des verwendeten Harzes.
Formel für die Abmessungen von Kunststoffformprodukten : Dp = ((100 – S) x Dm) / 100
Wo:
S: Schrumpfungsrate bei Kunststoffformen
Dm: Formabmessungen (mm)
Dp: Abmessungen des Formteils bei Raumtemperatur (normalerweise 20°C) (mm)
Wie bereits erwähnt, wird die Schrumpfung von Formprodukten von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Selbst wenn die Schrumpfungsrate berücksichtigt wird, kann das Formprodukt am Ende andere Abmessungen aufweisen als erwartet. Bevor wir ein neues Produkt in Massenproduktion herstellen, untersuchen wir die optimalen Formbedingungen wie die Formtemperatur und die Abkühlzeit nach dem Formen.
Schrumpfung beim Metallspritzguss
Metallspritzguss ist ein Herstellungsverfahren, das Kunststoffspritzguss mit Pulvermetallurgie kombiniert. Es wird verwendet, um komplexe Metallteile mit hoher Präzision herzustellen. Daher ist die Schrumpfung beim Metallspritzguss komplizierter als beim Kunststoffspritzguss. Die Schrumpfung beim Metallspritzguss (MIM) bezieht sich auf die Verringerung der Größe des Metallteils während der Form-, Entbinderungs- und Sinterprozesse und muss während der Produktion sorgfältig kontrolliert und berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das Endteil die gewünschten Spezifikationen erfüllt.
Ursachen für Schrumpfung in MIM
Die Schrumpfung bei MIM tritt hauptsächlich während der Sinterphase auf, in der das Teil verdichtet wird. Eine gewisse Schrumpfung kann jedoch auch während der Entbinderung auftreten. Die Gesamtschrumpfung ist eine Kombination aus beiden Phasen.
Sintern: Beim Sintern verschmelzen die Metallpartikel miteinander und das Teil verdichtet sich. Diese Verdichtung führt dazu, dass das Teil schrumpft, da die Hohlräume zwischen den Metallpartikeln verringert werden.
Entbinderung: In der Entbinderungsphase wird das Bindemittel, das einen wesentlichen Teil des Grünteils ausmacht, entfernt. Das Entfernen des Bindemittels kann auch zu einer gewissen Schrumpfung führen, obwohl die größte Schrumpfung beim Sintern auftritt.
Faktoren, die die Schrumpfung von MIM beeinflussen
Mehrere Faktoren beeinflussen die Schrumpfung im MIM-Prozess:
Eigenschaften von Metallpulver: Die Partikelgröße, Form und Verteilung des Metallpulvers beeinflussen das Schrumpfverhalten. Feinere Pulver neigen dazu, stärker zu schrumpfen, da sie ein kompakteres Grünteil erzeugen.
Bindemittelzusammensetzung: Art und Menge des im Ausgangsmaterial verwendeten Bindemittels beeinflussen, wie stark das Teil beim Entbindern und Sintern schrumpft.
Sintertemperatur und -zeit: Höhere Sintertemperaturen und längere Sinterzeiten führen im Allgemeinen zu einer stärkeren Schrumpfung, da das Teil eine höhere Dichte erreicht.
Teilegeometrie: Komplexe Formen oder unterschiedliche Wandstärken können zu ungleichmäßiger Schrumpfung führen. Dickere Abschnitte können aufgrund unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeiten stärker schrumpfen als dünnere.
Formdesign: Die Form muss so gestaltet sein, dass sie die erwartete Schrumpfung aufnehmen kann. Das bedeutet, dass der Formhohlraum größer sein muss als die endgültige Teilegröße, um die Schrumpfung zu berücksichtigen, die beim Sintern auftritt.
Schrumpfungstabelle für Metallformen (MIM)
Die Schrumpfung bei MIM beträgt in linearen Dimensionen typischerweise 15 bis 20 %, kann aber je nach Material und Verarbeitungsbedingungen variieren. Die Schrumpfung ist oft anisotrop, was bedeutet, dass sie möglicherweise nicht in alle Richtungen gleichmäßig ist. Dies muss bei der Formkonstruktion sorgfältig berücksichtigt werden.
| Metallmaterial | Typische Schrumpfungsrate (% in linearen Abmessungen) |
| Edelstahl (316L) | 15 % – 18 % |
| Edelstahl (17-4 PH) | 15 % – 20 % |
| Kohlenstoffstahl | 15 % – 20 % |
| Nickellegierung (Inconel) | 18 % – 20 % |
| Wolfram-Legierung | 17 % – 20 % |
| Titanlegierung (Ti-6Al-4V) | 15 % – 20 % |
| Kobalt-Chrom-Legierung | 16 % – 18 % |
| Kupfer | 15 % – 18 % |
| Eisen | 15 % – 20 % |
| Werkzeugstahl | 17 % – 20 % |
Wie berechnet man die Schrumpfung beim Metallspritzguss?
Um die Schrumpfung beim Metallspritzguss (MIM) zu berechnen, müssen Sie die Differenz zwischen den Abmessungen der Formkavität und den endgültigen Abmessungen des gesinterten Teils ermitteln. Diese Berechnung hilft beim Entwerfen von Formen, bei denen die Schrumpfung berücksichtigt wird, die beim Entbindern und Sintern auftritt.
Formel zur Schrumpfung von Metallformen
Der Schrumpfungsgrad in MIM wird üblicherweise mit der folgenden Formel berechnet:
Schrumpfung (%) = (Dmold−Dfinal) / Dmold x 100
Wo:
Dmold = Abmessung des Formhohlraums (vor Schrumpfung)
Dfinal = Endmaß des Teils nach dem Sintern
Neu geordnete Formel zur Berechnung der Formhohlraumabmessungen
Wenn Sie die gewünschten endgültigen Teileabmessungen und die typische Schrumpfungsrate kennen, können Sie die Formel umstellen, um die erforderlichen Abmessungen der Formkavität zu berechnen:
Dmold = Dfinal / (1 – Schrumpfung / 100)
Wenn Sie beispielsweise wissen, dass die Schrumpfungsrate 18 % beträgt und das Endteil eine Länge von 10 mm haben muss, können Sie die erforderlichen Abmessungen der Formkavität wie folgt berechnen:
Dmold = 10 / (1 – 18/100) = 10/0,82≈12,20 mm
Schrittweise Berechnung
Bestimmen Sie die Schrumpfungsrate: Ermitteln Sie zunächst die typische Schrumpfungsrate für das von Ihnen verwendete Material. Beispielsweise hat Edelstahl 316L eine Schrumpfungsrate von 15 % bis 18 %.
Messen oder Definieren der endgültigen Teileabmessungen: Bestimmen oder messen Sie die erforderlichen endgültigen Teileabmessungen nach dem Sintern (z. B. Länge, Breite, Höhe).
Berechnen Sie die Abmessungen der Formhöhle: Berechnen Sie mithilfe des Schrumpfungsprozentsatzes die erforderliche Formhöhlengröße, um die Schrumpfung auszugleichen.
