6 häufige Fragen zur Wandstärke beim Spritzgießen

Wandstärke bezeichnet die Materialstärke der Wandstruktur eines Spritzgussteils mit Hohlräumen oder Schalenstrukturen. Sie ist einer der wichtigsten Parameter bei der konstruktiven Gestaltung von Kunststoffprodukten.

Laut Statistik sind etwa 40 % der Defekte direkt auf eine falsche Wandstärkenkonstruktion zurückzuführen. Spritzgussprozess, eine wissenschaftlich fundierte Wandstärke gewährleistet eine gleichmäßige Schmelzfüllung des Formhohlraums und eine gleichmäßige Produktkühlung, wodurch der Materialverbrauch und die Kosten für die Formwartung reduziert werden.

In diesem Artikel werden 6 häufig gestellte Fragen und Antworten zur Wandstärkengestaltung beim Spritzgießen gegeben.

1. Warum ist die Wandstärkengestaltung wichtig?

Die Wandstärkengestaltung ist einer der Schlüsselfaktoren für Produktqualität, Produktionseffizienz und Kostenkontrolle. Betrachten wir es aus vier Aspekten unten:

Erstens beeinflusst die Wandstärke in Bezug auf die Formqualität direkt den Schmelzfluss und die Abkühlung. Zu dünne Wände erhöhen den Fließwiderstand, was zu vorzeitiger Abkühlung und Verfestigung vor vollständiger Kavitätsfüllung führt und zu Fehlschüssen führt. Umgekehrt können zu dicke Wände zu ungleichmäßigen Abkühlraten führen, die sichtbare Einfallstellen und Hohlräume verursachen und so das Aussehen und die mechanischen Eigenschaften des Produkts erheblich beeinträchtigen.

Zweitens wirkt sich die Wandstärke im Hinblick auf die Produktionskosten direkt auf den Materialverbrauch und die Fertigungseffizienz aus. Branchendaten zeigen, dass jede Erhöhung der Wandstärke um 0.1 mm die Materialkosten pro Einheit um 3–5 % erhöht. Wichtiger noch: Die Abkühlzeit steigt proportional zum Quadrat der Wandstärke (z. B. benötigen 3-mm-Wände 125 % mehr Abkühlzeit als 2-mm-Wände), was die Zykluszeiten verlängert und die Anlagenauslastung reduziert.

Drittens führt eine unzureichende Dicke hinsichtlich der strukturellen Festigkeit zu Produktversagen durch Bruch während des Gebrauchs, während eine übermäßige Dicke nicht nur Materialverschwendung bedeutet, sondern auch die Gefahr von Rissen in Spannungskonzentrationszonen (z. B. Ecken) birgt.

Schließlich wirkt sich die Wandstärkengestaltung direkt auf die Komplexität der Form und die Herstellungskosten aus. Zu dünne Wände erschweren den Formenbau. Eine falsche Wandstärkenverteilung erfordert oft komplexere Angusssysteme, Kühlkanäle und Entlüftungskonstruktionen, was wiederum die Produktionskosten und Wartungsaufwand der Form.

2. Welche Wandstärken werden für Kunststoffteile empfohlen?

Aufgrund der Unterschiede in der Fließfähigkeit, Schrumpfungsrate, und mechanische Eigenschaften verschiedener Kunststoffe, auch ihre Wandstärken unterscheiden sich. Hier finden Sie empfohlene Werte für gängige Kunststoffe (siehe Tabelle unten).

Tipp: Dünnwandige Teile (<1 mm) erfordern hochfließende Materialien (wie PP, PC) und Hochdruck-Spritzgussmaschinen.

Diese Werte können als Referenz für den vorläufigen Entwurf dienen. Es ist jedoch zu beachten, dass die endgültige Wandstärke durch eine Mold-Flow-Analyse unter Berücksichtigung von Faktoren wie Produktstruktur, Funktionsanforderungen und Produktionsprozessen validiert werden sollte.

3. Muss die Wandstärke vollkommen gleichmäßig sein?

Die Wandstärke muss nicht gleichmäßig sein, muss aber den Übergangsprinzipien folgen.

Obwohl Dickenabweichungen zulässig sind,Es wird empfohlen, den schrittweisen Änderungsmodus zu verwenden, sodass der dickwandige Bereich allmählich in den dünnwandigen Bereich übergehtAbrupte Dickenänderungen können Spannungskonzentrationen verursachen, die zu Verzug oder Einfallstellen führen. In der Praxis erfordern bestimmte Schlüsselbereiche (z. B. Ecken von Handyhüllen, tragende Verbindungen) zwar eine höhere Dicke, aber Verstärkungsrippen sollten für zusätzlichen Halt sorgen, anstatt sich ausschließlich auf dickere Wände zu verlassen.

Die Abweichung der Wandstärke zwischen angrenzenden Bereichen sollte bei der Konstruktion auf ±20 % begrenzt werden. Übergangsbereiche sollten abgerundete Rundungen oder Fasen aufweisen, um reibungslose Verbindungen zu gewährleisten. Besonderes Augenmerk sollte auf die Rippenfußverbindungen gelegt werden, um eine übermäßige Dickenstapelung zu vermeiden. Branchenerfahrungen zufolge wird die Rippenstärke üblicherweise auf 50–70 % der Hauptwandstärke begrenzt, um die strukturelle Integrität zu gewährleisten und Formfehler durch ungleichmäßige Wandstärken zu vermeiden. Durch eine sinnvolle Kontrolle der Wandstärkenabweichungen und eine optimierte Übergangskonstruktion können die Formqualität und die strukturelle Zuverlässigkeit des Produkts sichergestellt und gleichzeitig die funktionalen Anforderungen erfüllt werden.

4. Beeinflussen Schwankungen der Wandstärke die Lebensdauer der Form?

Ja. Wenn die Wandstärke des Produkts deutlich ungleichmäßig ist, führt dies dazu, dass einige Bereiche der Form hohe Temperaturen aufweisen. Diese ungleichmäßige Wärmebelastung beschleunigt die thermische Ermüdung des Formstahls und macht die Oberfläche anfällig für Risse und andere Schäden. Zweitens führen langsamere Abkühlungsraten in dickwandigen Abschnitten häufig zu Einfallstellen, was die Arbeiter zu häufigen Nacharbeiten und Polieren zwingt, was wiederum die Arbeitskosten erhöht und die Lebensdauer der Form aufgrund wiederholter Änderungen verkürzt. 

Noch schwerwiegender ist, dass die durch Wandstärkenschwankungen verursachte ungleichmäßige Schrumpfung zu einer Verringerung der Genauigkeit der Formausrichtung führen kann, was wiederum zu Qualitätsproblemen wie Graten oder Maßabweichungen führen kann. Um die Lebensdauer der Form zu verlängern, empfiehlt es sich, den Wandstärkenstandard bereits in der Produktentwicklungsphase so weit wie möglich zu vereinheitlichen. Sollten aufgrund funktionaler Anforderungen unterschiedliche Wandstärken erforderlich sein, sollte die Auslegung des Kühlsystems möglichst frühzeitig durch eine Formflussanalyse optimiert werden, um in allen Formbereichen eine ausgeglichene Temperatur zu gewährleisten.

5. Wie kann man schnell feststellen, ob die Wandstärke angemessen ist?

Im Konstruktionsprozess von Spritzgussteilen ist die Wandstärkenanalyse ein kritischer Schritt, der wiederholt überprüft und optimiert werden muss. Konstrukteure können diese Bewertung effizient mit professioneller 3D-Modellierungssoftware wie SolidWorks durchführen.

Die Wanddickenanalysefunktion der Software scannt automatisch das gesamte 3D-Modell und stellt die Dickenverteilung visuell anhand einer Farbkarte dar. So können Konstrukteure potenzielle strukturelle Schwachstellen oder Materialansammlungen schnell identifizieren.

Wenn das Analyseergebnis mehrere Bereiche mit nicht konformer Wandstärke zeigt, ist dies normalerweise ein Hinweis darauf, dass das gesamte Konstruktionsschema überdacht werden muss. Es ist wichtig zu beachten, dass die Analyse mit Materialeigenschaften und tatsächlichen Parametern des Spritzgussprozesses kombiniert werden sollte, um möglichst genaue Bewertungsergebnisse zu erhalten.

6. Wie kann die Wandstärke reduziert werden, ohne dass die Festigkeit verloren geht?

Um eine Reduzierung der Wandstärke zu erreichen, ohne die strukturelle Integrität von Spritzgussteilen zu beeinträchtigen, sollten Ingenieure auf vier Aspekte achten: Strukturdesign, Materialauswahl, Formprozesse und Simulationsüberprüfung.

Structural Design: Das Hinzufügen von Verstärkungsrippen an kritischen Spannungspunkten kann Material sparen und die Gesamtsteifigkeit verbessern. An Dickenübergängen können Rundungen verwendet werden, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden.

Materialauswahl : Durch die Wahl verstärkter Materialien, beispielsweise durch das Hinzufügen von Fasern, kann die Materialfestigkeit erheblich erhöht und die Wandstärke reduziert werden.

Formprozess: Die mikrozelluläre Schaumtechnologie ermöglicht eine Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Beibehaltung von über 90 % der ursprünglichen Festigkeit durch die Bildung einer geschlossenen Blasenstruktur im Materialinneren. Bei dickwandigen Bereichen kann die gasunterstützte Spritzgusstechnologie eine Hohlstruktur im Inneren bilden und so eine geringere Wandstärke erreichen.

Simulationsüberprüfung: Das Design sollte mit einer CAE-Simulationssoftware validiert werden. Stellen Sie sicher, dass das Produkt nach der Reduzierung der Wandstärke weiterhin die Festigkeitsanforderungen erfüllt und gleichzeitig Fehler wie Kurzschlüsse und Verzug vermieden werden.

Zum Schluss können Sie uns gerne Kontakt RJCMOLD, eine Fabrik mit über 20 Jahren Erfahrung im Spritzguss. Wir können bei der Analyse der Wandstärke helfen und Verbesserungsvorschläge machen.