Toen we de mal voor een polycarbonaat onderdeel maakten, leek alles perfect te verlopen. Het CAD-model kwam overeen met het ontwerp en de matrijsdiepte werd met grote precisie bewerkt. Het eerste gegoten onderdeel zag er heel strak uit.

Maar toen we het prototype maten, waren verschillende onderdelen bijna 0.3 mm kleiner. Op dat moment besefte ik dat krimp niet zomaar een getal op een datasheet is. Het is een kritische factor die het uiteindelijke onderdeel beïnvloedt, en het is erg belangrijk om hier al in de ontwerpfase aandacht aan te besteden.

In deze blogpost presenteer ik alle lessen die ik heb geleerd over PC-krimp bij spuitgieten. Ik bespreek de basisprincipes, praktijkproblemen, de beste ontwerprichtlijnen en procescontroles. Als u PC-onderdelen ontwerpt of engineert, helpt deze gids u veelvoorkomende fouten te voorkomen en betere resultaten te behalen.

Krimp bij spuitgieten begrijpen

Krimp bij spuitgieten

Krimp bij spuitgieten

Wat is krimp?

Simpel gezegd treedt krimp op wanneer gesmolten plastic afkoelt en stolt in mallen, waardoor de afmetingen afnemen. Alle polymeren krimpen, maar de mate en richting kunnen verschillen. Er zijn drie hoofdtypen krimp:

  • Krimp in de mal:Het materiaal krimpt wanneer het stolt onder druk.
  • Krimp na het vormen:Het onderdeel blijft krimpen naarmate het verder afkoelt nadat het de mal heeft verlaten.
  • Differentiële krimp:Ongelijkmatige krimp ontstaat door de afkoelsnelheid, de vorm van het onderdeel of de manier waarop de vulstoffen zijn aangebracht.

PC – Een amorfe thermoplast

Polycarbonaat of PC is in principe een amorfe kunststof, dus het heeft geen kristalstructuur. Hierdoor vertoont het:

  • Lagere krimp dan semi-kristallijne kunststoffen zoals PA66 of POM.
  • Meer gelijkmatige krimp in elke richting, wat minder kromtrekken betekent.

Toch heb ik veel PC-onderdelen zien kromtrekken, dus krimpen verloopt niet altijd zoals verwacht.

Typische krimppercentages voor pc's

Materiaal inkrimping Type
PC 0.5 tot 0.7% Amorfe
PC + 20% GF 0.4% Gevuld

Ongevulde pc's hebben doorgaans een krimppercentage tussen 0.5% en 0.7%. Deze waarde kan variëren afhankelijk van vele factoren:

  • Het merk of de formulering
  • Verwerkingsinstellingen
  • Wanddikte en vorm van het onderdeel

Het toevoegen van vulstoffen zoals glasvezel verlaagt de krimp. Bijvoorbeeld:

  • PC met 20% glasvezel (GF) krimpt ongeveer 0.4%
  • PC met 40% GF kan slechts 0.1% krimpen

De manier waarop de vezels zich uitlijnen, kan er echter voor zorgen dat de krimp per richting verschilt, vooral in onderdelen met lange stromingspaden. In sommige tests zagen we een krimp in de stromingsrichting van ongeveer 0.3%. Bij tests dwars op de stroming daalde de krimp tot ongeveer 0.1%.

Waarom krimp belangrijk is - onze ervaring

Dimensionale nauwkeurigheid

Als u geen rekening houdt met krimp, kan uw onderdeel kleiner uitvallen dan gepland, zelfs als de matrijsholte en het CAD-ontwerp exact overeenkomen. Dit is vooral belangrijk voor onderdelen die nauwe toleranties nodig hebben, omdat het van invloed kan zijn op de goede werking.

Zo had een klant ooit een probleem met een PC-lensbehuizing die niet goed in de klikbevestiging paste. Ze hadden een krimppercentage van 0.5% gebruikt, maar het onderdeel zelf kromp met 0.7%. Op een onderdeel van 100 mm resulteerde dit verschil van 0.2% in een speling van 0.2 mm, wat onacceptabel was.

Wilt u weten hoe we het probleem hebben gevonden en opgelost? Bekijk de volledige casestudy hieronder.

Montage en montage

Bij gebruik van verschillende materialen, zoals ABS en PC, kan de krimp variëren. Deze verschillen kunnen leiden tot losse passingen, verkeerde uitlijning of zelfs klemfouten. Om deze problemen te voorkomen, moet u de krimp nauwkeurig compenseren, vooral bij behuizingen met meerdere onderdelen.

Kromtrekken en interne spanning

Meestal blijft de pc stabiel, maar een ongelijkmatige koeling kan ervoor zorgen kromtrekken of het kan restspanningen achterlaten. Onderdelen met dikke ribben of ongelijkmatige wanden kunnen verdraaien tijdens het afkoelen. In één geval boog het vlakke display van een klant 1 mm over de breedte door omdat de koeling niet in balans was.

Gereedschapskosten

Krimpfouten in de matrijs zijn erg duur om te herstellen. Als een onderdeel te klein uitvalt, moet je de matrijs mogelijk opnieuw bewerken of in sommige gevallen een nieuwe maken. Daarom raad ik mijn team altijd aan om de krimp te controleren voordat ze het matrijsontwerp afronden.

Zie ook: Hoe de bel in het pc-kunststof spuitgietproces op te lossen?.

Welke factoren beïnvloeden de krimp van PC tijdens het vormen?

Krimp van polycarbonaat is niet toevallig. Er zijn veel factoren die hierop van invloed zijn. Om de afmetingen bij het spuitgieten van PC nauwkeurig te bepalen, is het erg belangrijk om deze factoren te kennen.

Materiaaleigenschappen

  • Vulinhoud:Door meer vulstof toe te voegen, wordt de krimp verlaagd.
  • vochtgehalte:PC absorbeert vocht, daarom is het noodzakelijk om het materiaal eerst te laten drogen.
  • Moleculaire oriëntatie:Door stroming wordt het polymeer uitgerekt, waardoor krimp in bepaalde richtingen kan ontstaan.

Parameters proces

  • Vormtemperatuur:Door de temperatuur in de matrijs te verhogen, wordt het verpakken verbeterd en krimp verminderd.
  • Koelsnelheid:Als de afkoeling snel plaatsvindt, neemt de restspanning toe en wordt de krimp ongelijkmatig.
  • Druk/tijd vasthouden:Langere houdtijden zorgen ervoor dat er meer hars in de holte terechtkomt en krimp wordt voorkomen.
  • Uitwerptemperatuur:Als u het onderdeel te vroeg uit de mal haalt, kan er extra krimp buiten de mal optreden.

Geometrie

Het ontwerp van onderdelen speelt ook een belangrijke rol:

  • Dikke delen krimpen doorgaans meer dan dunne delen.
  • De locatie van de poort en de stroomrichting beïnvloeden hoe het onderdeel wordt gevuld en georiënteerd.
  • Scherpe hoeken en wanden met ongelijkmatige dikte zorgen voor gebieden met verschillende krimp.

Hoe u de krimp van PC-onderdelen in spuitgegoten onderdelen kunt verminderen

Als ontwerpers niet krimp berekenen in spuitgegoten polycarbonaat onderdelen In een vroeg stadium kan de nauwkeurigheid achteruitgaan. Experts gebruiken verschillende methoden, van het aanpassen van CAD-modellen tot het uitvoeren van matrijsvloeisimulaties, om krimpproblemen voor te blijven.

CAD-ontwerp en matrijscompensatie

Ontwerpers houden rekening met gemiddelde krimppercentages in CAD-modellen. Voor ongevulde PC is dit 0.006 inch/inch, terwijl dit voor PC met 20% GF 0.004 inch/inch is. Een holte van 100 mm moet bijvoorbeeld mogelijk 100.6 mm meten om de verwachte krimp te compenseren. Teams houden de inzetstukken vaak instelbaar zodat ze nauwkeurig kunnen worden afgesteld.

Procesoptimalisatie

Onderzoek aan het Instituut voor Technologie Ladkrabang toont aan dat de smelttemperatuur en de verpakkingsdruk een grote invloed hebben op de krimp van PC. Zowel het verlagen van de smelttemperatuur als het verhogen van de verpakkingsdruk helpen de volumekrimp te verminderen.

Professionals gebruiken DOE (Design of Experiments) om variabelen zoals afkoeltijd, drukbehoud en matrijstemperatuur te testen. In één geval leidde een verhoging van de matrijstemperatuur met 10 °C tot een vermindering van de krimpvariantie met 20%.

Moldflow-simulatie

Simulatiehulpmiddelen zoals Moldex3D or Autodesk Moldflow Helpen bij het voorspellen van kromtrekken en krimp vóór de productie van de mal. Simulatieresultaten komen echter niet altijd overeen met de werkelijkheid. Om de nauwkeurigheid te verbeteren, moeten professionals simulatiegegevens kalibreren met daadwerkelijke metingen. Productontwerpers, ingenieurs en materiaalspecialisten profiteren van deze aanpak.

Materiaalkeuze

Overschakelen van ongevuld PC naar glasgevuld PC kan de krimp verminderen, met name bij grote panelen of structurele componenten. Effectieve krimpbeheersing is een combinatie van simulatiesoftware, wetenschap en praktijkervaring. Wanneer de krimplocaties onduidelijk zijn, is het raadzaam om raadpleeg experts in polycarbonaat spuitgieten.

Echte zaak – Krimp die misging en hoe we het oplossen

Een fabrikant van medische apparatuur die al jaren met ons samenwerkt, kwam bij ons met een ernstig probleem. Het bedrijf stond op het punt een diagnostisch apparaat te lanceren. Het had een precisiegegoten PC-lensbehuizing besteld – de transparante afdekking die het delicate optische systeem beschermt en uitlijnt.

De Uitdaging

Na de eerste productierun voldeden de afmetingen niet aan de specificaties. Een verschuiving van bijna 0.2 mm zorgde ervoor dat de optiek niet meer goed uitgelijnd was. Een dergelijke fout is onacceptabel in hardware waar micrometers een verschil maken.

De symptomen

  • Zichtbare kromming verspreidt zich over het lensoppervlak
  • Slechte pasvorm binnen de optische assemblage
  • Onderdelen konden niet worden uitgelijnd met de bijbehorende componenten, ook al kwam de mal overeen met de tekeningen

Het team vormde ongevuld polycarbonaat en bracht een 0.5% krimppercentage dat is overgenomen uit generieke datasheets, maar de uiteindelijke onderdelen voldeden nog steeds niet aan de doelstellingen.

Ons onderzoek

Toen de klant contact met ons opnam, onderzocht ons team de situatie op vier hoofdgebieden:

  1. Materiaaloverzicht
    Onze technici inspecteerden de partij hars en constateerden een lichte stijging van de MFI (Melt Flow Index) en het vochtgehalte. Omdat een pc vocht absorbeert, kan zelfs een kleine hoeveelheid kromtrekken of krimpen veroorzaken.
  2. Verwerkingsparameters
    We hebben het gietrapport bekeken en ontdekt dat de matrijstemperatuur 12 °C lager was ingesteld dan de aanbevolen temperatuur. Deze instelling kan de krimp verhogen en interne spanning in de onderdelen veroorzaken.
  3. Verpakkings- en houddruk
    De houdtijd op de machine duurde slechts 2 seconden. Deze korte duur zorgde niet voor voldoende compensatie voor de terugtrekking van het materiaal tijdens het afkoelen van het onderdeel. Hierdoor ontstonden holtes en was de pakking ongelijkmatig.
  4. Koelsysteem en uitwerptiming
    Het koelsysteem was uit balans en de onderdelen werden uitgeworpen voordat ze volledig gestabiliseerd waren. Door deze vroegtijdige uitwerping ontstaan ​​er krimp en maatveranderingen na het vormen.

Onze oplossing

We hebben het probleem met verschillende gerichte acties aangepakt:

  • We hebben de hars voorgedroogd bij 120 °C gedurende 4 uur.
  • De matrijstemperatuur wordt verhoogd tot 95 ° C.
  • We hebben de houddruk verhoogd en de houdtijd verlengd tot 6 seconden.
  • Onze technici hebben het koelsysteem in balans gebracht en de verblijftijd verlengd.
  • We hebben de krimpveronderstelling bijgewerkt naar 65% hetgeen werd bevestigd met Moldflow-simulatie.

Ik heb de klant ook aanbevolen hun krimpveronderstelling wijzigen naar 0.65% gebaseerd op onze testcouponmetingen.

De uitkomst

Tijdens de volgende productierun:

  • De maatnauwkeurigheid is gemiddeld met 0.18 mm verbeterd.
  • De kromtrekking daalde met bijna 50%.
  • Het probleem met de optische uitlijning is volledig opgelost.
  • Montagetoleranties zijn terug binnen het gewenste bereik.

Het belangrijkste was dat de klant de productlancering op schema kon houden. Ze hoefden de matrijs niet te herwerken of de tests uit te stellen. Deze case liet duidelijk zien dat krimp geen vaste waarde is uit een datasheet, maar een variabele factor die door elke fase van het proces wordt beïnvloed.

Checklist voor krimpcompensatie bij spuitgietontwerp

Effectief spuitgieten begint al voordat het plastic de matrijs raakt. Gebruik deze checklist om krimp in elke fase te beheersen.

  • Laat de PC-hars grondig drogen bij 120 °C gedurende 2 tot 4 uur.
  • Vraag uw specifieke materiaalleverancier om de krimppercentages te bevestigen.
  • Voer simulaties uit, maar controleer de resultaten altijd met testplaquettes.
  • Houd rekening met verwachte krimp in uw CAD-modellen.
  • Zorg ervoor dat de wanddikte over het hele onderdeel gelijk is.
  • Ontwerp de mal met een geoptimaliseerd koelsysteem.
  • Wijzig de houddruk en -tijd om de verpakking te verbeteren.
  • Begin met malinzetstukken die, indien mogelijk, verstelbaar zijn.
  • Controleer binnen 24 uur na het vormen op krimp.
  • Registreer krimpgegevens voor toekomstige projecten.

Zie ook: Defecten in het product zelf veroorzaakt door spuitgieten.

Conclusie

Veel mensen negeren krimp bij spuitgieten, maar het speelt een belangrijke rol bij het verkrijgen van nauwkeurige afmetingen. Dit is met name belangrijk voor pc's waar nauwe passingen of doorzichtige onderdelen vaak voorkomen. U moet rekening houden met krimp, deze beheersen en compenseren.

Als u van plan bent een project met een pc te starten, overhaast u dan niet met het ontwerpen van de matrijs. Controleer eerst uw aannames, maak testonderdelen en meet de werkelijke krimp. Dit proces helpt u extra kosten, tijdverspilling en vermijdbare problemen te voorkomen.

Als u problemen ondervindt met het krimpen van uw pc, kunt u: reik naar ons uit voor deskundig advies.