Ein allgemeiner Leitfaden zu Toleranzen beim Spritzgießen

Spritzgusstoleranzen definieren die zulässigen Grenzen der Maßabweichungen bei Formteilen. Das Verständnis und die Handhabung dieser Toleranzen ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Teile den Konstruktionsspezifikationen entsprechen und wie vorgesehen funktionieren.

In diesem umfassenden Leitfaden untersuchen wir die Faktoren, die Toleranzen beeinflussen, die Bedeutung der Einhaltung präziser Toleranzen und Strategien zu ihrer Optimierung, um fehlerfreie Kunststoffkomponenten zu erhalten.

Egal, ob Sie Designer, Ingenieur oder Hersteller sind, dieser Artikel vermittelt Ihnen das nötige Wissen, um die Komplexität des Spritzgussverfahrens zu meistern und die Qualität und Zuverlässigkeit Ihrer Produkte zu verbessern.

Was sind Spritzgusstoleranzen?

Ein metallisches Maschinenteil mit Drähten und Schläuchen auf einem Werkstattboden.

Toleranzen beim Kunststoffspritzguss werden als Plus- oder Minuswerte (±) in Millimetern oder Zoll ausgedrückt und geben die zulässige Abweichung von den Nennmaßen eines Teils an. Sie sind entscheidend, um sicherzustellen, dass Teile richtig passen und funktionieren, insbesondere bei der Montage mehrerer Komponenten.

Es gibt zwei Arten von Toleranz: Bearbeitungstoleranz Und Harzverträglichkeit.

Die Bearbeitungstoleranz bezieht sich auf die Toleranz, die im Formwerkzeug selbst eingebaut ist. Normalerweise werden Spritzgussformen CNC-gefräst mit Toleranzen von +/- 0,003 Zoll (0,076 mm). Dies stellt die Genauigkeit der Formhohlraumabmessungen dar.

Die Harztoleranz bezieht sich auf die Toleranz des fertigen Formteils, die von den Materialeigenschaften und dem Formprozess beeinflusst wird. Die Harztoleranz ist im Allgemeinen größer oder gleich bis +/- 0,002 Zoll pro Zoll (0,051 mm pro mm).

Zusammen bestimmen diese beiden Toleranzarten die insgesamt erreichbare Maßgenauigkeit für Spritzgussteile.

Die tatsächlich erreichbaren Toleranzen können aufgrund verschiedener Faktoren variieren. Im Allgemeinen beträgt die typische Toleranzrate für nicht-kritische Anwendungen jedoch ±0,1 mm; für Anwendungen, die engere Toleranzen erfordern (z. B. medizinische Teile), ist ±0,025 oder besser.

Warum sind Toleranzen beim Spritzgießen wichtig?

In vielen Branchen, beispielsweise der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Medizintechnikbranche, gelten hinsichtlich der Sicherheit und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften strenge Toleranzanforderungen.

Toleranzen bestimmen, ob Teile bei der Montage richtig zusammenpassen und wie vorgesehen funktionieren. Selbst kleine Abweichungen können insbesondere bei komplexen Baugruppen zu Problemen mit Passung, Ausrichtung und Leistung führen.

Wodurch werden die Spritzgusstoleranzen beeinflusst?

Nahaufnahme einer industriellen Metallform mit komplizierten Mustern und Kanälen, Teil einer größeren Maschinerie.

Die Toleranzen beim Spritzgießen werden von mehreren Faktoren beeinflusst, die sich auf die Maßgenauigkeit und Konsistenz der Formteile auswirken können. Hier sind die wichtigsten Faktoren:

Schwindung: Unterschiedliche Materialien weisen unterschiedliche Schrumpfungsraten auf, was sich auf die Fähigkeit auswirkt, enge Toleranzen einzuhalten. Kristalline Materialien weisen im Allgemeinen höhere Schrumpfungsraten auf als amorphe Materialien aufgrund von Phasenänderungen während der Abkühlung. Dies wirkt sich auf das Volumen und die Abmessungen des Endteils aus.
Verzug: Beim Abkühlen des Harzes in der Form schrumpfen alle Teile. Teile mit gleichmäßiger Wandstärke schrumpfen in der Regel gleichmäßig, wodurch Verformungen und Einfallstellen vermieden werden. Im Gegensatz dazu kühlen Teile mit ungleichmäßiger Wandstärke unterschiedlich schnell ab und schrumpfen, was aufgrund der Konstruktion zu einer höheren Wahrscheinlichkeit von Verformungen führt.
Thermische Ausdehnung: Kunststoffe weisen im Allgemeinen eine hohe Wärmeausdehnung auf, die bei Temperaturschwankungen zu Maßänderungen führen kann. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Teile in Umgebungen mit Temperaturschwankungen verwendet oder mit Materialien wie Metallen kombiniert werden.
Teiledesign: Die Geometrie, Größe und Wandstärke eines Teils beeinflussen die Toleranzkontrolle erheblich. Größere Teile oder solche mit dicken Abschnitten können unterschiedliche Schrumpfraten aufweisen, was die Einhaltung enger Toleranzen erschwert. Eine gleichmäßige Wandstärke und strategische Designmerkmale können helfen, diese Probleme zu bewältigen.
Teilekomplexität: Komplexe Teile können den Materialfluss und das Werkzeugdesign beeinflussen und sich auf die Fähigkeit auswirken, enge Toleranzen einzuhalten. Die richtige Steuerung von Einspritzdruck, Harzviskosität und Formfüllzeit ist entscheidend, um eine gleichbleibende Teilequalität sicherzustellen.
Werkzeuge: Das Design und Material der Form sowie die Anzahl der Hohlräume beeinflussen die Fähigkeit, die gewünschten Toleranzen zu erreichen. Konstantes Kühlen und Heizen sind entscheidend, um enge Toleranzen einzuhalten. Werkzeuge mit mehreren Hohlräumen oder Familienwerkzeuge erfordern eine sorgfältige Konstruktion und Unterstützung, um Fehler aufgrund von Druck- oder Temperaturschwankungen zu vermeiden.

So reduzieren Sie den Einfluss von Faktoren, die die Toleranzen beim Spritzgießen beeinflussen

Um den Einfluss von Faktoren, die die Spritzgusstoleranzen beeinflussen, zu reduzieren, können verschiedene Strategien eingesetzt werden:

Design für Herstellbarkeit (DFM):
1. Setzen Sie DFM-Verfahren schon früh im Formenbauprozess ein, um mögliche Abweichungen vorherzusehen und kostspielige Neukonstruktionen zu vermeiden. Dazu gehört das Entwerfen von Teilen mit gleichbleibender Wandstärke und geeigneten Entformungsschrägen sowie die Berücksichtigung der Platzierung von Merkmalen wie Vorsprüngen und Rippen, um Verformungen und Schrumpfungen zu minimieren.
Materialauswahl:
1. Wählen Sie Materialien mit geeigneten Schrumpfungsraten für die Anwendung. Berücksichtigen Sie die Wärmeausdehnungseigenschaften und die Wechselwirkung verschiedener Materialien, insbesondere bei Baugruppen aus mehreren Materialien. Überdimensionieren Sie die Formabmessungen, um die Materialschrumpfung zu berücksichtigen.
Überlegungen zu Werkzeugen:
1. Entwerfen Sie Formen mit präzisen Werkzeugen, um einheitliche Abmessungen der Kunststoffteile sicherzustellen. Dazu gehört die Optimierung der Angussstellen für einen gleichmäßigen Materialfluss, die Verwendung von Kühlkanälen für eine gleichmäßige Kühlung und die Platzierung von Auswerferstiften, um Verformungen und Oberflächenfehler zu minimieren.
Prozesskontrolle:
1. Implementieren Sie effektive Prozesskontrollen, um Variablen wie Temperatur, Druck und Abkühlzeit zu verwalten. Verwenden Sie Sensoren, um diese Parameter in Echtzeit zu überwachen und schnelle Anpassungen vorzunehmen, um konsistente Toleranzen einzuhalten.
Schnelles Prototyping und Testen:
1. Nutzen Sie Rapid Prototyping, um Designs vor der Serienproduktion zu testen und zu verfeinern. So können Anpassungen am Design oder Prozess vorgenommen werden, um Toleranzen und Teilequalität zu verbessern.

Die Toleranznormen für Spritzguss

Hier ist eine Tabelle, die die Maßtoleranzen in Millimetern (mm) veranschaulicht:

Material	Dimensionsbereich	Kommerzielle Toleranz	Präzisionstoleranz
Abs	1 bis 20	±0,100	±0,050
	21 bis 100	±0,150	±0,100
	101 bis 160	±0,325	±0,100
ABS/PC-Mischung	1 bis 20	±0,100	±0,050
	21 bis 100	±0,150	±0,100
GPS	1 bis 20	±0,075	±0,050
	21 bis 100	±0,150	±0,080
HDPE	1 bis 20	±0,125	±0,075
	21 bis 100	±0,170	±0,110
aus LDPE	1 bis 20	±0,125	±0,075
	21 bis 100	±0,170	±0,110
Mod PPO/PSA	1 bis 20	±0,100	±0,050
	21 bis 100	±0,150	±0,100
PA	1 bis 20	±0,075	±0,030
	21 bis 100	±0,160	±0,130
PA 30% GF	1 bis 20	±0,060	±0,030
	21 bis 100	±0,120	±0,100
PBT 30% GF	1 bis 20	±0,060	±0,030
	21 bis 100	±0,120	±0,100
PC	1 bis 20	±0,060	±0,030
	21 bis 100	±0,120	±0,100
PC 20% Glas	1 bis 20	±0,050	±0,030
	21 bis 100	±0,100	±0,080
PMMA	1 bis 20	±0,075	±0,050
	21 bis 100	±0,120	±0,070
POM	1 bis 20	±0,075	±0,030
	21 bis 100	±0,160	±0,130
PP, 20% Talk	1 bis 20	±0,100	±0,050
	21 bis 100	±0,120	±0,100
PPO/PSA	1 bis 20	±0,080	±0,050
	21 bis 100	±0,100	±0,080
PPS, 30% GF	1 bis 20	±0,050	±0,050
	21 bis 100	±0,080	±0,080
SAN	1 bis 20	±0,080	±0,050
	21 bis 100	±0,100	±0,080

Die folgende Tabelle veranschaulicht die Abmessungen von Konzentrizitäts-/Ovalitätstoleranzen (in mm)

Material	Dimensionsbereich	Kommerzielle Toleranz	Präzisionstoleranz
Abs	bis zu 100	±0,230	±0,130
ABS/PC-Mischung	bis zu 100	±0,230	±0,130
GPS	bis zu 100	±0,250	±0,150
HDPE	bis zu 100	±0,250	±0,150
aus LDPE	bis zu 100	±0,250	±0,150
PA	bis zu 100	±0,250	±0,150
PA, 30% GF	bis zu 100	±0,150	±0,100
PBT, 30% GF	bis zu 100	±0,150	±0,100
PC	bis zu 100	±0,130	±0,080
PC, 20% GF	bis zu 100	±0,130	±0,080
PMMA	bis zu 100	±0,250	±0,150
POM	bis zu 100	±0,250	±0,150
PP	bis zu 100	±0,250	±0,150
PP, 20% Talk	bis zu 100	±0,250	±0,150
PPO/PSA	bis zu 100	±0,230	±0,130
PPS, 30% GF	bis zu 100	±0,130	±0,080
SAN	bis zu 100	±0,230	±0,130

Geradheits-/Ebenheitstoleranzen (mm)

Material	Feature-Größe	Kommerzielle Toleranz	Feine Toleranz
Abs	0–100 mm	±0,380	±0,250
	101–160 mm	±0,800	±0,500
ABS/PC-Mischung	0–100 mm	±0,380	±0,250
	101–160 mm	±0,800	±0,500
PA	0–100 mm	±0,300	±0,150
	101–160 mm	±0,500	±0,250
PA GF 30%	0–100 mm	±0,150	±0,080
	101–160 mm	±0,200	±0,100
POM	0–100 mm	±0,300	±0,150
	101–160 mm	±0,500	±0,250
PP	0–100 mm	±0,850	±0,500
	101–160 mm	±1,500	±0,850
SAN	0–100 mm	±0,380	±0,250
	101–160 mm	±0,800	±0,500

Toleranzen der Sacklochtiefe (mm)

Material	Tiefenbereich	Kommerzielle Toleranz	Feine Toleranz
Abs	bis 100 mm	±0,200	±0,100
ABS/PC-Mischung	bis 100 mm	±0,200	±0,100
PA	bis 100 mm	±0,150	±0,080
PA GF 30%	bis 100 mm	±0,100	±0,050
POM	bis 100 mm	±0,150	±0,080
PP	bis 100 mm	±0,250	±0,150
SAN	bis 100 mm	±0,200	±0,100

Toleranzen des Lochdurchmessers (mm)

Material	Durchmesserbereich	Kommerzielle Toleranz	Feine Toleranz
Abs	bis 100 mm	±0,100	±0,050
ABS/PC-Mischung	bis 100 mm	±0,100	±0,050
PA	bis 100 mm	±0,080	±0,040
PA GF 30%	bis 100 mm	±0,050	±0,025
POM	bis 100 mm	±0,080	±0,040
PP	bis 100 mm	±0,120	±0,060
SAN	bis 100 mm	±0,100	±0,050