10-i-toppkonstruktions.pdf

*1-32 tio i topp 02-10-28 13.26 Sida 1 

KONSTRUKTIONSTIPSENS 

10 

I TOPP 

Plastforum nordica nr 9, del 2, augusti 2002


Innehåll 

7 Förord 

8 Materialjämförelser 

10 Materialval 

14 Väggtjocklek 

16 Ribbor 

20 Ingötsplacering 

22 Kostnadsbesparande 

konstruktion 

24 Sammanfogningsteknik 

26 Svetsning 

28 Toleranser 

30 Checklista 



I TOPP


REDAKTION 

Chefredaktör och ansvarig utgivare: 

Peter Olofsson, tel 042-490 19 21, 

e-post peter.o@mentoronline.se 

Redaktörer: 

Katarina Elner Haglund, tel 046-589 59 

e-post katarina.eh@mentoronline.se 

Malin Folkesson, tel 042-490 19 22 

e-post malin.f@mentoronline.se 

Grafisk formgivning: 

Mia Kristoffersson, tel 042-490 19 79, 

e-post mia.k@mentoronline.se 

Grafisk bildhantering: 

Jessica Tjärnberg, tel 042-490 19 54, 

e-post jessica.t@mentoronline.se 

Redaktionella medarbetare: 

Asle Isaksen, Lars-Erik Edshammar, 

ANNONSAVDELNING 

Försäljnings- och marknadschef 

Jonas Natt och Dag, tel 042-490 19 02, 

e-post jonas.nod@mentoronline.se 

Annonschef: 

Beth Holmkvist, tel 042-490 19 25, 

e-post beth.h@mentoronline.se 

Säljare: 

Eva Malmros, tel 042-490 19 26, 

e-post eva.m@mentoronline.se 

Radannonser: 

Mathias Gustafson, tel 042-490 19 75, 

e-post mathias.g@mentoronline.se 

Annonsproduktion och material: 

Agneta Gullberg, tel 042-490 19 55, 

e-post agneta.g@mentoronline.se 

PRENUMERATIONER 

Tel 08-670 41 00, fax 08-661 64 55 

e-post prenumeration@mentoronline.se 

Helår (15 nr) 1 200 SEK exkl moms, 

Vid prenumeration av minst två exemplar 

erhålles 50 procents rabatt (från och 

med 

första exemplaret). 

Övriga Norden 1.300 SEK exkl moms 

Lösnummerpris 98 SEK exkl moms. 

FÖRLAG 

Mentor Communications AB, 

Box 601, 251 06 Helsingborg, 

Besöksadress: 

Landskronavägen 1- 3 

tel 042-490 19 00, 

fax 042-490 19 99. 

TRYCK: 

Exakta Tryck, Hässleholm 

Copyright © Mentor Communications 

AB 

Återgivande av text och bild endast 

efter skriftlig överenskommelse med 

förlaget. 

För insänt ej beställt redaktionellt 

material ansvaras ej. 

ISSN 1404-8469 

PLASTFORUM nordica Nr 9, del 2, augusti 2002 

Förord 

För några år sedan publicerade vi två artikelserier, ”Formsprutproblemens Tio i topp” samt 

”Konstruktionstipsens Tio i topp”, som båda blev mycket uppskattade. Beslutet att samla 

dessa serier i egna häften var därför inte speciellt svårt att fatta och förra året kom också 

”Formsprutproblemen…”. Nu är det alltså dags att samla ”Konstruktionstipsens Tio i topp” 

i ett häfte, som du nu håller i din hand. 

”Plast, det är minsann inte som andra material” har väl var och en fått lära sig på olika sätt. I 

mitt fall var det redan i skolmiljö som denna kunskap bibringades mig, medan åtskilliga 

andra fått lära sig det när de börjat jobba på plastbearbetande företag. I många fall har nog 

konstruktörer och andra som är involverade i produktframtagningsprocessen på ett mera 

handfast och ofta dyrköpt sätt istället kunnat konstatera att ”den där plasten bär sig ju inte 

alls åt som vi trodde”. Det gör den ju inte heller och därför är det viktigt att känna till så 

mycket som möjligt om vad det är som gör en plast så speciell och hur dessa egenskaper kan 

utnyttjas. 

Artikelserien, författad av Ulf Bruder, Jürgen Hasenaur, Dieter Küper och Jost E. 

Laumeyer (alla med anknytning till DuPonts konstruktionsplaster), tar upp de viktigaste 

konstruktionsaspekterna vid plastkonstruktion och serien inleds med konstaterandet att 

”plast är inte metall”. 

Materialet är lättförståeligt och visar hur man undviker de vanligaste fallgroparna vid 

konstruktion av plastdetaljer. Serien var som nämnts mycket populär i tidningen och vi är 

övertygade om att den nu samlade utgivningen i det här häftet är 

mycket intressant för alla som på något sätt sysslar med konstruktion 

av plastdetaljer. Vi önskar er en trevlig stunds läsning och jag 

vill avsluta med att påminna er om två saker: Glöm inte att spara 

det här häftet och glöm inte att ”plast, det är minsann inte som 

andra material”. 

Peter Olofsson 

chefredaktör 



I TOPP 

5




I TOPP 

● DEL 1 

I denna artikelserie om tio 

avsnitt belyser DuPont olika 

viktiga konstruktionsaspekter 

som måste tas hänsyn till 

vid konstruktion av plastdetaljer. 

Många plastdetaljer konstrueras 

fortfarande som om de 

vore gjorda av metall. Första 

avsnittet handlar därför om 

värdet av materialjämförelser, 

och författarna pekar på 

punkter som kräver speciell 

uppmärksamhet vid 

konstruktion i plastmaterial. 

Olika materialegenskaper 

Egenskaperna hos plastmaterial kan 

variera över ett betydligt större område 

än hos andra konstruktionsmaterial. 

Genom tillsats av fyllnads-/armerings- 

material och andra tillsatsmedel kan 

egenskapsprofilen hos i princip vilken 

standardpolymer som helst kraftigt 

förändras. 

De viktigaste konstruktionsegenskaperna 

avviker från motsvarande 

egenskaper hos metaller. Vid en direkt 

jämförelse framgår att metallerna har 

högre: 

• Densitet 

• Maximal användningstemperatur 

• Styvhet och styrka 

• Elektrisk ledningsförmåga 

Däremot är 

• mekanisk dämpning 

• värmeutvidgning 

• brottöjning och seghet 

av en helt annan storleksordning hos 

konstruktionsplaster (se figur 1). 

När man skall producera detaljer i 

plast och göra en kostnadsbesparing är 

det i regel nödvändigt att göra en radikal 

omkonstruktion om plasten 

används för att ersätta metall. Vid 

1. Materialjämförelser 

2. Materialval 

3. Väggtjocklek 

4. Ribbor 

5. Ingötsplacering 

6. Kostnadsbesparande konstruktion 

7. Sammanfogningsteknik 

8. Svetsning 

9. Toleranser 

10.Checklista 

Materialjämförelser 

- Plast är inte metall 

Fig.1 Källa Du Pont 

omkonstruktionen bör man ta vara på 

möjligheten att integrera fler funktioner 

hos detaljen och om möjligt förenkla 

dess geometri. 

Olika beteenden hos material 

Plaster uppvisar ett helt annorlunda 

beteende jämfört med metaller under 

samma användningsbetingelser. 

Därför kan en perfekt fungerande och 

lönsam konstruktion i metallgjutgods 

förorsaka problem om den kopieras i 

ett plastmaterial om man inte tar tillräcklig 

hänsyn till plastens unika egenskaper. 

Konstruktörer måste därför 

känna till de speciella egenskaperna 

hos denna typ av material. 

Temperatur- och tidsberoende 

deformationsegenskaper 

Ett plastmaterials deformationsegenskaper 

blir mer temperatur- och tidsberoende 

ju närmare användningstemperaturen 

är till dess smältpunkt. 

Metaller däremot uppvisar vanligtvis 

ingen förändring av de mekaniska 

egenskaperna i området ända upp i 

närheten av deras omkristalliseringstemperatur 

(> 300 °C). 

De flesta plaster uppvisar emellertid 

andra mekaniska egenskaper vid 

rumstemperatur än vid högre temperaturer. 

Detsamma gäller om de utsätts 

för korttids- jämfört med långtidsbelastning. 

Om användningstemperaturen 

eller deformationshastigheten hos 

en konstruktionsplast genomgår stor 

förändring kan deformationsegenskaperna 

förändras från att vara hård och 

spröd till att bli mjuk och gummiliknande. 

Exempelvis utsätts en ”airbaglucka” 

för en explosionsartad delning 

då luftkudden utlöses. Materialet 

uppvisar härvid ett helt annat deformationsförlopp 

än om det skulle användas 

i ett snäppe med en långsam deformationshastighet 

vid monteringen (figur 

2). Samtidigt skulle man vara tvungen 

att montera detta snäppe annorlunda 

beroende på omgivningstemperaturen. 

6 PLASTFORUM nordica Nr 9, del 2, augusti 2002


Effekten av omgivningstemperaturen 

har nämligen betydligt större 

påverkan på materialets deformationsegenskaper 

än vad belastningshastigheten 

har. 

Faktorer som påverkar 

detaljens egenskaper 

Egenskaper hos plaster beror inte 

enbart på materialegenskaperna. 

Egenskapsprofilen hos en plastdetalj 

kan förändras av olika orsaker (t.ex. 

UV-strålning, se figur 3) så att den inte 

längre fungerar. Även en välkonstruerad 

detalj kan gå sönder om bearbetningsparametrarna 

inte varit tillfredsställande 

under formsprutningsprocessen. 

Samtidigt kan inte heller formsprutaren 

eliminera effekten av felaktig 

formgivning under bearbetningsprocessen 

(t.ex. felaktig ingötsplacering 

eller ojämn godstjocklek). 

Man kan bara 

garantera en 

detaljs funktion om man i optimeringsprocessen 

tar hänsyn till alla faktorer 

som påverkar den. Eftersom plastdetaljer 

i regel har mindre tolerans mot 

felaktig formgivning än motsvarande 

komponent i metall måste större 

hänsyn tas till korrekt utformning och 

materialval när man konstruerar dessa. 

Varje nytt utvecklingsprojekt i plast 

bör därför starta med en noggrann 

analys av alla krav och begränsningar. 

Av Ulf Bruder, Jürgen Hasenauer, Dieter Küper 

and Jost E. Laumeyer 

Fig4 Källa Du Pont Fig.3 Källa Du Pont 



*1-32 tio i topp 02-10-28 13.27 Sida 10 

KONSTRUKTIONSTIPSEN 



I TOPP 

● DEL 2 


avsnitt belyses olika viktiga 

konstruktionsaspekter 

som måste tas hänsyn till 

vid konstruktion av plastdetaljer. 

I detta avsnitt 

behandlas vikten av ett 

korrekt materialval. 

Det finns nämligen inga 

dåliga material, bara fel 

material i en viss applikation. 

Därför är det viktigt 

att en konstruktör kan 

omsätta en detaljs kravspecifikation 

till de materialegenskaper 

som är av 

betydelse, så att en realistisk 

bedömning kan ske 

av tilltänkta materialkandidater. 

Vidare bör om 

möjligt detaljen testas i 

de olika materialkvaliteterna 

med hänsyn till de 

kritiska egenskaperna. 

Materialval - 

Det rätta valet 


Konventionella termoplaster 

De material som förekommer 

mest vid formsprutning är termoplaster, 

och dessa kan indelas i två 

grupper: Amorfa och delkristallina 

plaster (Fig. 1). Grupperna 

skiljer sig beträffande molekylstruktur 

samt i de egenskaper som 

påverkas av materialets kristallinitet 

(Fig. 2). 

En grov generalisering är att 




4. Ribbor 




8. Svetsning 

9. Toleranser 



delkristallina plaster främst 

används för detaljer som utsätts 

för hög mekanisk belastning, 

medan amorfa plaster som har 

mindre tendens till skevning ofta 

används i kåpor. 

Fyllmedel och armeringsmaterial 

Termoplaster levereras i oarmerade, 

glasfiberarmerade, mineral- 

(t.ex. talk) eller glaskulefyllda 

PLASTFORUM nordica Nr 9, del 2, augusti 2002


kvaliteter. Glasfibrer används huvudsakligen 

för att öka materialets styrka, 

styvhet och användningstemperatur 

(Fig. 3). Mineral och glaskulor ger 

lägre armeringseffekt, men reducerar 

materialets skevningstendens. 

Glasfibrer påverkar också bearbetningsegenskaperna, 

speciellt formkrympningen. 

Man kan därför inte ersätta armerade 

material med oarmerade eller med 

lägre armeringshalt utan att måttförändringar 

uppstår. Orienteringen av 

glasfibrerna bestäms av flödesriktningen. 

Fiberorienteringen förändrar också 

de mekaniska egenskaperna. 

För att visa effekten av fiberorientering 

lät man fräsa ut provstavar i längdoch 

tvärriktningen av formsprutade 

plattor. De mekaniska egenskaperna 

testades sedan i en dragprovningsut- 




rustning (Fig. 4). 

Provstavar gjorda i 30% glasfiberarmerad 

PET uppvisade en minskning av 

draghållfastheten med 32%, en minskning 

av styvheten med 43% och en 

minskning av slagsegheten med 53% i 

flödets tvärriktning, jämfört med 

flödesriktningen. 

Vid beräkning av detaljens 

hållfasthet måste man kompensera 

för denna hållfasthetsförän- 



dring och lägga in säkerhetsfaktorer. 

Ett stort utbud av armeringsmaterial, 

fyllmedel och andra tillsatsmedel 

(flamskydd, slagseghetstillsatser, UVstabilisatorer 

m.m.) tillsätts i många 

11


FORTSÄTTNING DEL 2 

olika termoplaster för att förändra 

materialens egenskapsprofil. Vid val 

av material är det viktigt att noga 

kontrollera hur de olika tillsatsmedlen 

påverkar materialets egenskaper. 

Mycket information kan fås ur materi- 

alleverantörernas broschyrer eller PCbaserade 

materialvalsprogram (t.ex. 

Campus), men det bästa är ändå att 

rådgöra med plastleverantörnas materialspecialister 

(Fig. 5). 

Inverkan av fukt 

En del termoplaster, speciellt PA 6 

och PA 66 absorberar vatten. Detta 

kan ge en avsevärd förändring av de 

mekaniska egenskaperna och dimensionsstabiliteten. 





Det är viktigt att ta hänsyn till detta 

vid val av material (Fig. 6 och 7). 

Andra faktorer vid materialval 

Andra faktorer kan vara beroende av 

bearbetningsbetingelser och sammanfogningsmetoder. 

Det är också viktigt 

att undersöka om fler funktioner kan 


integreras i samma detalj för att spara 

in dyrbara monteringskostnader. 

Vissa material kan med hänsyn till 

bearbetningsbetingelserna ge avgörande 

besparing av produktionskostnader. 

Man får härvid inte stirra sig blind 

på materialpriset, då det visar sig att 

ett styvare material i regel tillåter 

tunnare godstjocklek, med kortare 

formsprutningscykel som följd. 

Det är viktigt att lista upp alla krav 

vid materialval och utvärdera dessa 

systematiskt för alla tänkbara materialkandidater. 

Ett förenklat flödeschema för materialval 

visas i Fig. 8. 

13




I TOPP 

● DEL 3 

Så mycket 

som nödvändigt 

- så lite som möjligt 

Fig.1 

Källa Du Pont 





4. Ribbor 




8. Svetsning 

9. Toleranser 

10. Checklista 

Väggtjocklekens betydelse 

Om man förändrar väggtjockleken 

hos en detalj kommer man att få 

en markant förändring av följande 

egenskaper: 

- detaljvikt 

- flytlängd i verktyget 

- cykeltid vid tillverkningen 

- detaljens styvhet 

- måttoleranser 

- ytfinish, skevning och porositet 

Förhållande mellan flytlängd och väggtjocklek 

På ett tidigt stadium under 

konstruktionsarbetet är det viktigt 

att man undersöker huruvida den 

önskade väggtjockleken är tillräcklig 

för att kunna fylla detaljen 

i det material som man har tänkt 

sig. Förhållandet mellan flytlängd 

och väggtjocklek är kritisk vid fyllning 

av formrummen vid formsprutning. 

Om man har tänkt sig 

kombinera långa flytvägar med 

liten väggtjocklek måste man 

använda polymerer med låg viskositet 

(lättflytande). 

För att kunna bedöma flytbarheten 

hos plaster använder man sig 

bland annat av speciella verktyg 

(se fig. 1 och 2). 

Väggtjocklekens betydelse för styvheten 

Styvheten hos en plan skiva 

bestäms dels av den materialberoende 

elasticitetsmodulen, dels av 

I denna artikelserie om tio avsnitt belyses 

olika viktiga konstruktionsaspekter 

som måste tas hänsyn till vid konstruktion 

av plastdetaljer. 

När man konstruerar detaljer i 

konstruktionsplaster har det visat sig 

att vissa saker direkt påverkar detaljens 

tillverkningstid, och enkla 

konstruktionsregler kan därför i vissa 

fall utformas. En av dessa regler rör 

väggtjockleken, vilken har en avgörande 

betydelse för detaljens kvalitet. 

tröghetsmomentet för skivans 

tvärsnitt. Om man, utan att tänka 

på övriga konsekvenser, automatiskt 

ökar väggtjockleken när man 

vill öka styvheten hos skivan kan 

problem uppstå speciellt när det 

gäller kristallina plaster. 

Om materialet är glasfiberarmerat 

påverkar en förändring av 

väggtjockleken också orienteringen 

av glasfibrerna. Nära formväggen 

orienterar sig fibrerna nämligen 

i flödesriktningen, medan de i 

mitten av formväggen får en 

slumpmässig orientering beroende 

på att flödet här är turbulent. 

Ökas väggtjockleken är det i 

huvudsak tvärsnittet med slumpmässig 

fiberorientering som ökar, 

medan det orienterade ytskiktet 

mer eller mindre är detsamma (se 

fig. 3). 

Detta ytskikt, som direkt påverkar 

detaljens styvhet när det gäller 

glasfiberarmerade plaster, 

kommer härvid att minska i 

förhållande till den totala väggtjockleken. 

Detta är förklaringen 

till minskande styvhet vid ökande 

väggtjocklek(se fig 4). Om man 

jämför styrkan hos provstavar 

(standardtjocklek 3,2 mm) 

kommer man att upptäcka att 

provstavarnas tjocklek påverkar 

styrkan endast i begränsad omfattning. 

Det är därför viktigt att man 



lägger på en säkerhetsfaktor. 

Att bara öka väggtjocklek, utan 

att ta andra hänsyn, kommer bara 

att öka material- och tillverkningskostnaderna 

utan att man 

vinner speciellt mycket när det 

gäller styvheten. 

Öka väggtjockleken? 

Att öka väggtjockleken påverkar 



inte bara de 

mekaniska 

egenskaperna 

utan 

också kvaliteten 

på den 

färdiga detaljen. 

”En 

gyllene 

regel” vid all 

konstruktion 

i plast är att 

eftersträva 

Fig.3 Källa Du Pont att hålla 

jämn godstjocklek. 

Om man har 

varierande väggtjocklek i 

samma detalj kommer 

detta att medföra varierande 

krymp och inbyggda 

spänningar. Är detaljen 

i sig själv inte tillräckligt 

styv kan skevning eller 

andra måttproblem 

uppstå (se fig 6). 

För att kunna hålla jämn 

godstjocklek är det ibland 

nödvändigt att ”spara ur” 

tjocka partier (se fig. 5). 

Vid ursparning av tjocka 

partier reducerar man 

också risken för håligheter, 

mikroporer och skevning. 

Håligheter 

och mikroporer i 

detaljen reducerar 

de mekaniska egenskaperna 

både genom att 

ytans tvärsnitt minskar 

och genom att de verkar 

som brottsanvisningar. 

Av Ulf Bruder, 

Jürgen Hasenauer, Dieter Küper 

and Jost E. Laumeyer 


Väggtjocklek 

ned till - och i 

vissa segment 

under - 0,8 mm 

är vardagsmat 

hos dom som 

formsprutar 

mobiltelefoner. 

Ska man göra 

detaljen ännu 

tunnare krävs 

mera avancerad 

teknik och 

material med 

ännu bättre flytförmåga. 

Fig.6 


15




I TOPP 

● DEL 4 

I denna artikelserie om tio avsnitt 

belyses olika viktiga konstruktionsaspekter 

som måste tas hänsyn till vid 

konstruktion av plastdetaljer. 

I detta avsnitt har turen kommit till 

ribbor, som är ett viktigt hjälpmedel 

för att eliminera de problem som kan 

uppstå när man formsprutar detaljer 

med stor väggtjocklek. Ribborna ökar 

detaljens styvhet utan att man behöver 

öka väggtjockleken. 




4. Ribbor 




8. Svetsning 

9. Toleranser 

10.Check-lista 

ribbor 

- Bästa utformning av ribbor 

Rent allmänt kan styvheten hos 

en detalj ökas genom att: 

• Öka väggtjockleken 

• Öka E-modulen hos materialet 

d.v.s. öka armeringen 

• Lägga till ribbor i konstruktionen. 

I de fall där man inte kan erhålla 

tillräcklig styvhet genom att modifiera 

konstruktionen rekommenderas 

ett material med högre styvhet 

(E-modul). Det vanligaste 

sättet är att välja en kvalitet med 

högre fiberinnehåll (oftast glasfiber). 

Vid bibehållen väggtjocklek 

kommer detta att medföra en 

linjär ökning av styvheten. Ett 


betydligt effektivare sätt är att öka 

styvheten med hjälp av ribbor. 

Här kommer styvhetsökningen att 

bli resultatet av ökningen av tröghetsmomentet. 

När man ska optimera 

utformningen av ribbor bör 

man inte bara ta hänsyn till de 

mekaniska egenskaperna utan 

också väga in andra faktorer som 

har med bearbetning och utseende 

att göra. 

Begränsningar vid utformning av ribbor 

För att maximera ribbans styvhet 

bör den konstrueras med högt 

tröghetsmoment. Detta åstadkoms 

genom att öka höjden och 

tjockleken på ribban. För 

konstruktionsplaster medför detta 

emellertid ofta allvarliga problem, 

såsom sjunkmärken, porositet och 

skevning. Om ribbans höjd är för 

stor är det dessutom risk att den 

bucklar sig vid belastning. 

Med hänsyn till dessa negativa 

effekter är det viktigt att hålla 

dimensionerna på ribban inom 

rekommenderade gränser, se figur 

1. 

För att underlätta utstötningen 

av den ribbade detaljen ur formverktyget 

är det viktigt att ribban 

har en släppningsvinkel, se figur 2. 

Begränsningar av materialanhopning 

För produkter som kräver hög ytfi- 


16 PLASTFORUM nordica Nr 9, del 2, augusti 2002 

dålig


nish, som exempelvis navkapslar 

till bilar, är dimensioneringen av 

ribborna viktiga. Korrekt utformning 

av ribborna minskar risken 

för sjunkmärken och förhöjer 

därmed kvaliteten på ytan. 

Godsanhopningen vid ribbans 

rot definieras av den inskrivna 

cirkeln, se figur 1. Genom att följa 

rekommendationen i figuren bör 

denna cirkel göras så liten som 

möjligt för att sjunkmärken skall 

reduceras eller helst elimineras 

helt. 

En generell tumregel är att den 

inskrivna cirkeln skall vara mindre 

än halva godstjockleken. För stor 

godsanhopning kan också medföra 

porositet och därmed betydligt 

sämre hållfasthet. 

Spänningskoncentration vid ribbans rot 

Under mekanisk belastning av en 

ribbad konstruktion blir oftast 

belastningen högst vid ribbans 

rot. Om man inte har tillräckliga 

hörnradier här kommer höga 

spänningsnivåer att uppstå, vilka 

ofta leder till initiering av brott, se 

figur 3. Det är därför viktigt att 

man väljer tillräckligt stora hörnradier 

för att få en bättre spänningsfördelning. 

Den rekommenderade hörnradien 

bör vara halva godstjockleken 

(R =1/2T). Väljer man för 

stor hörnradie blir den inskrivna 

cirkeln för stor och man riskerar 

få problem med för stor godsanhopning 

(se ovan). 

Val av optimal ribbning 

Vid konstruktion av plastdetaljer 

har kryssribbor visat sig vara 

effektiva för att ta upp många 

typer av belastningar, se figur 4. 


En väl utformad ribbkonstruktion 

för den önskade belastningen 

resulterar i en jämn fördelning av 

spänningarna i hela detaljen. 

Knutpunkterna där ribborna möts 

ger godsanhopningar (figur 5). 

Dessa kan dock elimineras med 

hjälp av ursparning (kärnor). Man 

bör också vara försiktig med godsanhopning 

i mötet mellan ribbor 

och detaljens väggar, se figur 6. 

Av Ulf Bruder, Jürgen Hasenauer, Dieter 

Küper and Jost E. Laumeyer 



Fig.5 Källa Du Pont Fig.6 Källa Du Pont 

17




I TOPP 

● DEL 5 




4. Ribbor 

5.Ingötsplacering 



8. Svetsning 

9. Toleranser 


Bästa 

ingötsplacering 

I artikelserien om olika konstruktionsaspekter 

som måste tas hänsyn till vid konstruktion av 

plastdetaljer har turen nu kommit till ingötets 

placering. En felaktig ingötsplacering eller ett 

felaktigt ingötssystem kan medföra produktionsproblem, 

men även ha en avgörande 

betydelse för plastdetaljens kvalitet. Det är 

inte alla konstruktörer som beaktar detta utan 

ingöts-placering och ingötssystem överlåts 

ofta på verktygsmakaren utan att denne har 

inblick i den fulla kravspecifikationen. Detta 

leder ibland till att förväntade egenskaper på 

produkten inte nås. 


Fig.2a Källa Du Pont 

Fig.2b Källa Du Pont 



Förutom att utforma detaljen och 

göra hållfasthetsberäkningar bör 

konstruktören alltid se till att antalet 

ingöt är tillräckliga och att ingötsplacering 

och förväntade sammanflytningslinjer 

(vid flera ingöt) inte hamnar där 

belastningen är stor. 

Valet av ingötsplaceringen hos en 

plastkomponent påverkar följande 

egenskaper: 

• Fyllingsförlopp 

• Produktdimension / toleranser 

• Krympegenskaper (skevning) 

• Mekaniska egenskaper 

• Ytfinish (estetiskt, 

utseende) 

Formsprutaren har i 

regel små möjligheter 

att rätta till fel som 

beror på felaktig ingötsplacering. 

Resultat blir 

istället dyrbara verktygsändringar. 

Molekyl- och fiberorientering 

påverkar produktens egenskaper 

Vid formsprutning 

orienterar de långa 

molekylkedjorna eller 

fiberarmeringen sig 

huvudsakligen i smältans 

flödesriktning. 

Detta medför att vissa 

egenskaper blir riktningsberoende(anisotropi). 

Styrkan i flytriktningen 

blir exempelvis 

betydligt högre än tvärs 

flytriktningen, se figur 1. 

Om materialet är glasfiberarmerat 

påverkar 

armeringen egenskaperna 

i betydligt högre 

utsträckning än molekylorienteringen. 

Fiberorienteringen 

medför också olika 

krymp i längs- och tvärgående 

riktning, vilket 

ofta kan resultera i skevning. 

Lägre kvalitet på grund av 

sammanflytningslinjer 

och luftinneslutningar 

Sammanflytningslinjer 

uppstår när två eller 

flera flytfronter möts i 

formen. Detta sker till 

exempel när polymersmältan 

flyter runt en 

insats eller möts på 

motsatt sida. 

Sammanflytningslinjer 

uppstår också när man 

har flera ingöt, se figur 

2a och 2b. Varierande väggtjocklek 

kan också medföra att sammanflytningslinjer 

uppstår om flödesfronten 

delar sig för att sedan återförenas igen. 

Luftinneslutningar (luftbubblor) 

kan också uppstå om luft, som skulle 

ha evakuerats ur formrummet, blir 

innesluten i smältan och inte kan 

komma ut. Detta löses bäst med bra 

avluftning av formen. 

Sammanflytningslinjer och luftinneslutningar 

medför ofta sämre ytfinish. 

Tillsammans med detta påverkas 

också de mekaniska egenskaperna i 

hög grad. 

Detta gäller speciellt slagseghet, se 

figur 3 och 4. 

Negativa konsekvenser av 

felaktig ingötsplacering 

Eftersom ingöt alltid lämnar märken 

bör de inte placeras på ställen där man 

har höga krav på ytfinish. I området 

runt själva ingötet får man hög skjuvning 

som reducerar de mekaniska 

egenskaperna hos polymeren, se figur 

PLASTFORUM nordica Nr 9, del 2, augusti 2002 19


5. Placera därför aldrig ingötet i ett 

område med maximal belastning! 

Oarmerade plaster behåller styrkan 

bättre i sammanflytningslinjen än 

armerade. Försämringen av egenskaperna 

i sammanflytningslinjen beror i 



hög grad på halt och typ 

av fyllmedel och fibrer. 

Dessutom försämras även 

egenskaperna av andra 

tillsatsmedel såsom 

formsläppmedel, slagseghetstillsatser 

och flamskyddsmedel. 

På grund av 

alla dessa faktorer är det 

därför svårt att förutse hur mycket 

styrkan reduceras i sammanflytningslinjen. 

Man bör också beakta att även 

om dragstyrkan i sammanflytningslinjen 

är tillräcklig betyder det inte att 

slag- eller utmattningshållfastheten 


alltid är tillfredsställande. 

När man använder 

fiberarmerade material 

orienterar sig 

fibrerna tvärs flytriktningen 

i flödesfron- 


ten(sammanflytningslinjen), vilket i 

hög grad reducerar armeringseffekten 

och de mekaniska egenskaperna, se 

figur 6. 

Korrekt ingötsplacering 

Komplexa detaljer kan i regel inte 

sprutas utan sammanflytningslinjer. 

Kan man inte få bort dessa bör man 

eftersträva att de hamnar i områden 

där varken styrka eller utseende är av 

betydelse. Detta görs antingen genom 

att flytta ingötet eller genom att öka 

eller minska väggtjockleken. 

Av Ulf Bruder, Jürgen Hasenauer, 

Dieter Küper och Jost E. Laumeyer 

“Gyllene konstruktionsregler“: 

• Placera inte ingöt i 

områden med hög 

belastning 

• Eliminera eller reducera 

antalet sammanflytningslinjer 

• Placera inte 

sammanflytningslinjer 

i områden med hög 

belastning 

• För armerade plaster 

påverkar ingötsplaceringen 

risken för 

skevning 

• Undvik luftinneslutningar 

genom ordentligaavluftnings-kanaler. 





I TOPP 

● DEL 6 




4. Ribbor 


6.Kostnadsbesparande konstruktioner 


8. Svetsning 

9. Toleranser 


I denna artikelserie om tio avsnitt belyses olika 

viktiga konstruktionsaspekter som måste tas 

hänsyn till vid konstruktion av plastdetaljer. 

Detta sjätte avsnitt behandlar kostnaden som 

konstruktionsfaktor. Konstruktören av en plastdetalj 

bär en stor del av ansvaret för detaljens slutliga 

kostnad. Hans eller hennes värderingar och val 

påverkar kostnaderna för produktion, verktygsframställning 

och montering. Större förändringar senare 

i produktens utveckling är i regel kostbara eller 

opraktiska att genomföra. 

Påverkning av kostnaderna genom 

materialegenskaperna 

Om man utnyttjar materialets 

egenskaper fullt ut kan kostnaderna 

minskas genom: 

▼ Konstruktion med ”multifunktion”. 

Reduktion av antalet 

ingående komponenter genom 

integration av flera funktioner i 

samma detalj. 

▼ Användning av ekonomiska 

sammanfogningsmetoder. 

Snäppfästen, olika typer av 

svetsning, nitning eller tvåkomponentssprutning 

etc. 

▼Självsmörjande egenskaper. 

Eliminerar användning av yttre 

smörjmedel. 

▼ Eliminering av ytbehandling. 

Infärgat material, kemikalieoch 

korrosionsbeständigt, elektrisk 

och termisk isolering. 

▼Nukleering. Material inom 

samma produktfamilj kan ha 

olika produktionscykler. 

Kostnads b 

konstruktioner 

Orsaken till detta kan vara 

nukleeringstillsatser 

som påskyndar kristalliseringen 

av smältan under stelningsfasen. 

Ytterligare 

besparingar 

Ytterligare besparingar kan 

erhållas om man beaktar följande: 

▼ Väggtjocklek. Optimerad 

vägg-tjocklek påverkar materialkostnaden 

och kan reducera 

cykeltiden. 

▼ Formverktyg. 

Tvåplatteverktyg, reducering av 

antalet delningar etc. 

▼ Toleranser. Överdrivet höga 

toleranser ökar kassationsnivån 

och kostnaderna för kvalitetskontroll. 

Materialval. Reducering av kyloch 

cykeltider genom val av 

snabbstelnande kvaliteter. 

Minimering av skevning genom 

val av lågskevande typer (t.ex. 

Balk med ribbor, Typ 2 

Kostnadsbesparing genom att använda ribbor 


4 

2 

Original profil, material POM 

Balk med ribbor, Typ 1 

2,8 

Tröghetsmoment: 2520 mm4 140 

Minskning av eftertryckstid till 35% 

Materialbesparing: 23% 

1,4 

140 

Tröghetsmoment: 2520 mm 4 

Eftertryckstid: Ca 95 s (100%) 

11,2 

140 

Tröghetsmoment: 2520 mm4 Minskning av eftertryckstid till15% av ursprunglig 

Materialbesparing: 57% 

Aluminium 

Magnesium 

Kostnadsjämförelse nedbruten i beståndsdelar av 

produktionskostnaderna (baserade på vikt) 

28 

28 

Zink 

6 

9,2 


PA66 30% Glas 

Material Verktygskostnad Ytbehandling 

Energiförbrukning 

Gjutkostnad Lackering 

Fig.1 Källa Du Pont


besparande 

mineralarmerade istället för glasfiberarmerade). 

Kostnadsjämförelse nedbruten i beståndsdelar 

av produktionskostnaderna 

Formsprutade detaljer bör vara 

klara för montering så snart som de 

har stötts ut ur formverktyget, utan 

krav på någon efterbearbetning. 

Om efterbearbetning krävs blir 

kostnaderna många gånger lika höga 

som för metallkomponenter (Fig. 

1). 

Utformningen är avgörande för produktionskostnaderna 

En generell ökning av väggtjockleken 

leder inte nödvändigtvis till 

önskad styrkeökning hos en komponent, 

men kommer alltid att medföra 

ökade material- och produktionskostnader 

(Fig. 2). 

Detta gäller speciellt för delkristallina 

plaster som genomgår en volymetrisk 

volymförändring (krymp) 

när de stelnar. Denna volymförändring 

mellan flytande och fast form 

kräver kontinuerlig efterfyllning av 

smältan under hela eftertrycksfasen 

(packningstiden). Den ungefärliga 

eftertryckstiden per mm väggtjocklek 

är till exempel: 

POM = 8 sek 

PA66 oarmerad = 4-5 sek 

PA66 glasfiberarmerad = 2-3 sek 

(Gäller för väggtjocklek upp till 

Exempel på förenklad montering 

(kabelclips med integrerat gångjärn) 


3 mm) 

Några 

typiska 

plastkonstruktioner 

Till skillnad 

från 

metallkomponenter, 

som 

vanligtvis 

måste 

maskinbearbetas 

och ofta 

genomgå 

flera monteringssteg 

innan de blir till en 

färdig produkt, erbjuderprodukt-framställning 

i plast en betydande 

potential för kostnadsbesparing. 

Ett exempel på detta 

(Fig. 3) är en kombinerad 

styr- och drivaxel, 

där axel, lagring och 

snäppen är sprutade i 

ett stycke. 

Motsvarande komponent 

i metall skulle 

kräva sammanfogning av fem olika 

komponenter, samtidigt som den 

Exempel på integrering av flera funktioner 

(Styr- och drivaxel gjord i POM) 

Fig.4 


Kostnadsbesparande verktygskonstruktion 

skulle kräva att man smorde den. 

Om man väljer acetal homopolymer 

i konstruktionen behöver den 

ingen smörjning. 

Vid kombination av snäppen och 

integrerade gångjärn reduceras 

antalet komponenter. Monteringen 

blir lättare och kostnaderna 

minskas. Om man använder ett 

sprött material kan ett annat snäppe 

ta över låsningsfunktionen om 

gångjärnet skulle brista. (Fig. 4) 

Vid formgivningen av en detalj 

bestämmer konstruktören också 

hur komplicerat verktyget och 

formrummet kommer att bli, det 

vill säga utstötarsystem och antalet 

nödvändiga delningsplan. Vid en 

genomtänkt formgivning kan 

underskärningar och extra delningar 

ersättas med fasta kärnor (Fig. 5). 





23




I TOPP 

● DEL 7 


avsnitt belyser DuPont olika 

viktiga konstruktionsaspekter 

som måste tas hänsyn 

till vid konstruktion av plastdetaljer. 

De vanliga sammanfogningsmetoderna 

som 

snäpp-, press- och gängförband 

är enkla metoder som 

möjliggör stora kostnadsbesparingar 

vid konstruktion 

av plastprodukter genom 

snabb och enkel sammanfogning 

av komponenterna. 

Metoderna kan delas in i permanenta 

och demonterbara. Till de permanenta 

hör: 

▼ Svetsning 

▼ Nitning 

▼ Limning 

▼ Översprutning 




4. Ribbor 




8. Svetsning 

9. Toleranser 


de främsta 

sammanfogningsmetoderna 

▼ Snäppförband med 90° vinkel 

De demonterbara sammanfogningsmetoderna 

är: 

▼ Snäppförband med < 90° vinkel 

▼ Skruvförband 

▼ Navförband (t.ex. splines) 

▼ Pressförband 

Snäppförband 

Den stora fördelen med snäppförband 

är att tekniken inte kräver ytterligare 

komponenter vid sammanfogningen. 

De vanligaste typerna av snäppförband 

är: 

▼ Balkformat snäppe 

▼ Cylindriskt snäppe 

▼ Kulledssnäppe 

Vid alla dessa tillämpningar av 

snäppen måste konstruktören se till 

att det inte finns några kvarvarande 

belastningar efter monteringen, eftersom 

dessa i så fall kommer att relaxera 

med tiden och därmed minska snäppkraften. 

Generella konstruktionsregler 

Utformningen av ett snäppe bestäms 

av materialets tillåtna töjning. Om 

man konstruerar snäppförband i 

nylon måste man ta extra 

hänsyn till fuktabsorption, 

Material 

POM homopolymer 

PA oarmerad (kond) 

PA oarmerad (okond) 

PA66 glasfiberarm. (kond) 

PA66 glasfiberarm. (okond) 

Om Du vill veta mer om konstruktion i plaster så finns 

information att hämta på Internet: 

PET glasfiberarm. 

PBT glasfiberarm. 

www.dupont.com/enggpolymers/europe Tillåten töjning 

(Värdena gäller enbart för en enstaka montering) 

eftersom nylonet i okonditionerat 

(torrt) tillstånd har betydligt lägre tillåten 

töjning än när det har konditionerats. 

Glasfiberarmering har också ett 

stort inflytande på den tillåtna 

töjningen och därmed på hur mycket 

ett balkformat snäppe klarar att 

deformeras (figur 1). 

Om man utformar ett balkformat 

snäppe koniskt så kommer spänningsnivån 

att reduceras (figur 2) med en 

bättre spänningsfördelning över hela 

den deformerade längden. 

Spänningskoncentrationen som är 

högst vid snäppets rot kommer att bli 

mindre och därmed minska monteringskraften 

av snäppförbandet. 

Det är viktigt att man förser kritiska 

områden såsom snäppets rot med tillräckliga 

radier för att minska spänningskoncentrationen 

och därmed 

öka snäppets styrka. För cylindriska 

och kulformade snäppförband är det 

vanligt att man lägger in spår i skålen 

för att underlätta monteringen. Här 

gäller det att spåren har väl rundade 

kanter för att minska risken för att de 

ska bli brottsanvisningar. 

Pressförband 

Pressförband tillåter en stark 

sammanfogning mellan plastkompo- 

tillåten töjning % 

c:a 5-8 

c:a 4-6 


c:a 3 

c:a 0,9-1,5 

c:a 0,8 

c:a 0,5-0,8 

c:a 0,7-1,5 

Fig.1 Källa Du Pont


3 

N/mm 2 

40 

30 

20 


0 

0 

15 

5 10 15 

mm 

F = 4,3 N 

1 

1,5 

Spänningsfördelning för olika tvärsnitt 

% av utdragningskraft 

100 

80 

50 

20 

0 

0 

Tidspåverkan 


3 

15 

Spänningskurva för balkformat snäppe 

40 

N/mm 2 

500 1000 

Tid (timmar) 

30 

20 


0 

0 

Snäppförband: 80% av ursprunglig 

utdragningskraft 

Pressförband: 50% av ursprunglig 

utdragningskraft 

Skruvförband med försänkt skalle 

Skruvförband 

Resulterande 

kraftkomponenter 

utövar 

sprängverkan 

Dålig 

Skruvförband med plan skalle 

Bra 

Skruvförband med plan skalle 

och metallinsats 

Metallinsats 

Bäst 



F = 7 N 

5 10 15 

mm 

1 


Väggtjockleken kan ökas 

i detta område 

nenter till låg kostnad. 

Precis som för snäppförband 

kommer utdragningskraften att 

minska med tiden som följd av 

spänningsrelaxation (figur 3). 

Detta måste man ta hänsyn till 

vid beräkning av olika belastningsfall 

och helst kontrollera 

förbandet vid de temperaturväxlingar 

som det kommer att utsättas 

för att vara säker på vad det 

kommer att klara. 

Skruvförband 

Skruvförband kan åstadkommas 

med hjälp av självgängande skruv 

(skärande eller kallformande), 

gängtappar eller isatta gängade 

bussningar. 

Materialets E-modul ger en bra 

indikation på vilken typ av skruvförband 

som man bör välja. För 

material med en E-modul understigande 

2800 MPa kan självgängande 

skruvar användas. 

Om man vill använda M-gängor 

eller tänker sig montera och 

demontera förbandet ett flertal 

gånger är metallinsatser att föredra. 

Dessa kan pressas fast i plastdetaljen 

med hjälp av tryck eller 

ultraljud om man inte väljer att 

sätta in dem i verktyget och sedan 

överspruta dem. 

För att förhindra att detaljen 

brister runt skruven måste man se 

till att skruvbussningen är rätt 

dimensionerad. De flesta tillverkare 

av skruvar för plast brukar ge 

rekommendationer om detta 

(figur 4). 

Skruvar med försänkt skalle bör 

undvikas i plast, eftersom de 

resulterande kraftkomponenter- 

Lmin 

DA 

Konstruktionsanvisningar för EJOT PT skruvar 

d L 

Material dL (mm) DA (mm) Lmin (mm) 

POM 0,75 d 1,95 d 2,0 d 

PET 30% glas 0,8 d 1,8 d 1,7 d 

PBT 30% glas 0,8 d 1,8 d 1,7 d 

PA66 30% glas 0,82 d 2,0 d 1,8 d 

PA66 0,75 d 1,85 d 1,7 d 

d = Nominell skruvdiameter 

na kan ge sprängverkan (figur 5) 

som ofta får sammanflytningslinjen 

vid hålet att spricka. 



Ribba 0,4 t - 0,75 t 


25




26 

I TOPP 

● DEL 8 




4. Ribbor 




8. Svetsning 

9. Toleranser 


Princip 

Svetsningstider 

Fördelar 

Begränsningar 

Exempel 

I denna artikelserie om tio avsnitt belyses olika viktiga 

konstruktionsaspekter som måste tas hänsyn till vid 

konstruktion av plastdetaljer. I förra avsnittet beskrevs 

olika sammanfogninsmetoder och förutom dessa finns 

ett flertal svetsmetoder som kan användas för att 

sammanfoga plastkomponenter. För att skapa en bra 

konstruktion till en låg kostnad är det nödvändigt att 

redan tidigt i processen välja en passande svetsmetod 

och noga utforma de mötande ytorna. 

De främsta 

svetsnings 

metoderna 

Spegelsvetsning 

Svetsfogar användes för permanent 

sammanfogning utan främmande 

komponenter. Val av svetsmetod 

beror på flera faktorer: detaljens 

utformning och materialval, kostnadsbild, 

lämplighet för integrering 

10-20 sek 0,2-10 sek 0,1-2 sek 

– ojämnheter i mötande ytor 

(dvs deformationer utjämnas) 

– bra reproducerbarhet av 

svetsningen 

– bästa kvalitet på svetsfogen 

– hög automatiseringsnivå möjlig 

– plaster känsliga för oxidering 

(t ex nylon) 

– mera grader (skägg) på svetsfogen 

insugningsrör 

(insats) 

Jämförelse mellan olika svetsmetoder 

Vibrationssvetsning Ultraljudssvetsning 

– lämplig för medelstora till 

stora detaljer 

– lämplig för platser som är känsliga 

för oxidering 

– positionering av mötande ytor i 

förhållande till varandra 

–krav på tillräcklig styvhet 

– krav på relativ rörelse mellan de 

mötande ytorna 

insugningsrör 

hus 

kopplingar 

– olika varianter finns (nitning 

insättning av metallinsatser) 

– kortast svetsningstid 

– metoden kan lätt automatiseras och 

integraras i monteringslinjer 

– lämplig för små till medelstora 

detaljer 

– avstånd mellan fog och svetshorn är 

viktig 

cigarettändare 

i monteringslinje samt krav på styrka 

och utseende på svetsfogen. 

Olika svetsningsmetoder 

Det finns flera kostnadseffektiva 

svetsmetoder som lämpar sig för 

massproduktion. 

De metoder som främst 

används för att sammanfoga 

plastkomponenter är 

(se figur 1): 

■ spegelsvetsning 

■ rotationssvetsning 

■ vibrationssvetsning 

■ ultraljudssvetsning 

Andra metoder som bör 

nämnas är: 


■ högfrekvenssvetsning 

■ induktionssvetsning 

■ varmluftssvetsning 

Nya metoder utvecklas 

också (t.ex. lasersvetsning), 

men dessa har inte 

börjat användas i någon 

större utsträckning i plastindustrin 

ännu. 

I alla metoder är grundprincipen 

att mötande 

ytor tillföres värme så att 

de smälter och sedan pressas 

ihop. Värmen kan tillföras 

direkt genom 

kontakt eller strålning 

eller indirekt genom 

intern eller extern friktion 



eller genom elektrisk 

uppvärmning. 

Att välja rätt svetsmetod 

För att erhålla bra reproducerbar 

kvalitet på svetsfogen är 

det nöd-vändigt att välja en 

lämplig svetsmetod, optimera 

svetsparametrarna och se till 

att sammanfogningsytorna är 

rätt utformade för den valda 

svetsmetoden. Tillverkare av 

svetsmaskiner erbjuder inte 

bara standardutrustning, utan även 

specialvarianter för de mest skiftande 

svetsningsuppgifter. 

Om man har några betänkligheter 

angående val av svetsmetod är det 

därför tillrådligt att konsultera antingen 

en tillverkare av svetsutrustning 

eller en råvaruleverantör. 

Olika svetsegenskaper 

Teoretiskt sett kan alla plaster svetsas, 

men i praktiken är det stora skillnader 

mellan olika material. Amorfa och 

delkristallina plaster kan inte svetsas 

tillsammans. Plaster som absorberar 

vatten (t.ex. nylon) måste svetsas i 

torrt tillstånd, eftersom vattenånga 

försämrar kvaliteten på svetsfogen. 

Man måste därför svetsa delarna 

direkt efter formsprutningen eller 

förpacka dem i fukttäta påsar innan 

svetsning. 

Tillsatsmedel i plastmaterialet 

såsom exempelvis glasfibrer, värmeoch 

UV-stabilisatorer och flamskyddsmedel 

kan också påverka materialets 

svetsbarhet. När oarmerade 

plaster svetsas kan man under gynnsamma 

omständigheter få samma 

styrka i svetsfogen som i omgivande 

material. Är materialet glasfiberarmerat 

får man alltid räkna med en 

viss nedsättning av styrkan på grund 

av ojämn fiberfördelning eller orientering 

av fibrerna i svetsfogen. 

Korrekt utformning av svetsfogen 

Ett viktigt krav för att uppnå bästa 

svetsresultat är att svetsfogen är rätt 

utformad med tanke på den metod 

man valt. Fogarna i figur 2 och 3 har 

visat sig vara en bra utformning. 

Om man dessutom har krav på 

utseende måste detta beaktas vid 

utformningen. I figur 4 visas fogar där 

man har lagt in s.k. gradfickor där 

överskottsmaterialet tas om hand. 

För tunnväggiga detaljer gäller det 

att utforma svetsfixturen så att en 

stödjande funktion uppnås för att 

förhindra att väggarna deformeras när 

man lägger på trycket. 

Speciella egenskaper för 

ultraljudssvetsning 


w = 2-3 T 

T 

Tjockväggiga detaljer Tunnväggiga detaljer 

Svetsfog för vibrations- eller spegelsvetsning 

Delkristallina polymerer har en skarpt 

definierad smältpunkt, det vill säga att 

de övergår från fast till smält tillstånd 

mycket abrupt då de utsätts för värme. 

När man skall ultraljudssvetsa delkristallina 

plaster är det därför att föredra 

att använda en skjuvfog (se figur 5). 

Vid svetsning av amorfa plaster som 

mjuknar över ett stort temperaturområde 

är utformningen av svetsfogen 

mindre kritisk. Figur 6 visar bilder på 

s.k. “near-field“ och “far field“ svetsning 

där fogen ligger nära resp. långt 

från ultraljudshornet som överför 

vibrationsenergin. I praktiken är “nearfields“ 

svetsning att föredra då den ger 

bästa svetsningsresultatet. Detta gäller 

speciellt för plaster med låg styvhet. 

T 

3-3,5 T 

1,2 T 

3 T 

Exempel på fickor för att ta hand om grader 

A 

B 

w = 2-3 T 

T 

0.5 T 

A: 0,4 mm med B = 1,5-3 mm 

B: väggtjocklek 

90° 

B 

B 

0,6 B 

1,4 B 

Planfog med energiriktare 

E 

C 

Plan- och skjuvfog för ultraljudssvetsning 

Överföring av 

ultraljudsvibrationer 

A: 0,2-0,4 mm 

B: väggtjocklek 

C: 0,5-0,8 mm 

E: 1,25-1,5 B 

A 

B 

Near-field Far-field 

Near-field och far-field svetsning 

Skjuvfog 

a 

15° 

15° 

Svetsfog för rotationssvetsning 


B 


B 



5° 



15° 

30° 

27




Generellt kan man dela in formsprutade 

detaljer i tre kategorier med hänsyn 

till kvalitet: “Normalt“ formgods, 

tekniskt formgods och högprecisionsdetaljer. 

I DIN 16901 standarden är 

dessa kategorier specificerade med 

hänsyn till generella toleranser och 

dimensioner samt specificerad tillåten 

avvikelse. 

“Normalt“ formgods har lägsta 

kraven på kvalitetskontroll och kännetecknas 

av korta formsprutningscykler 

och låg kassation. 

Tekniskt 

formgods är 

betydligt kostsammare 

att 

framställa 

eftersom 

kraven på verktyg,produktionsutrustning 

och formsprutningsparametrar 

är högre. 

Här krävs också 

en tätare kvalitetskontroll 

och 

man får således 

också en högre 

kassationsnivå. 

Den sista 

28 

I TOPP 

● DEL 9 

Toleranser 

kategorien, precisionsformgods, 

kräver precisionsverktyg, optimala 

processparametrar, hundraprocentig 

övervakning och kvalitetskontroll. 

Detta påverkar cykeltiden och ökar 

kostnaderna för produktions- och 

kvalitetskontroll, och därmed detaljens 

styckpris. 

Eftersom det oftast är konstruktören 

som har störst påverkan på en detaljs 

kostnadsbild är det viktigt att denne 

väljer ekonomiskt försvarbara toleranser. 

Dessa toleranser skall inte vara så 

I denna artikel om tio avsnitt 

belyses olika viktiga 

konstruktionsaspekter som 

måste tas hänsyn till vid 

konstruktion av plastdetaljer. 

I detta avsnitt behandlas 

toleranser. 

Formsprutade detaljer kan 

inte tillverkas med samma 

toleranser som maskinbearbetade 

detaljer. Trots att 

detta är välkänt så specificeras 

ofta toleranser som inte 

kan uppnås eller som fördyrar 

produkten i onödan. 

- gömda kostnadsfaktorer 

Detaljpris 

0 

Toleranser kostar pengar! 

Normalvärde 

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 

Tolerans: % avvikelse 

från normal dimension 

Detaljpris som 

funktion av toleranser 




4. Ribbor 




8. Svetsning 

9. Toleranser 


Måttavvikelser i 

formgods beror på: 

snäva som möjligt, utan så snäva som 

är nödvändigt för detaljens funktion. 

Normalt accepterade toleranser för 

en kostnadseffektiv produktion är 0,25 

– 0,3 % avvikelse från nominellt mått, 

men detta är givetvis beroende på 

applikationen (figur 1). Det är viktigt 

att beakta att termoplaster, som har 

hög brottöjning och elasticitet, inte 

behöver så snäva toleranser som specificeras 

för metaller med deras höga 

styvhet, låga brottöjning och låga elasticitet. 

toleranser vid verktygsframställning 

toleranser vid formsprutning 

toleranser hos plastråvaran 

skevning beroende av: 

formkrympning / efterkrymp / detaljens utformning 

/ flödesorientering / inbyggda spänningar / varierande kylning 

i verktyget 

måttvariationer beroende på: 

fuktabsorption / värmeutvidgning 


Faktorer som 

påverkar måttavvikelser 




α 

Släppningsvinklar 

α för: 

amorfa: 1,5°- 3° 

delkristallina: 0,5°-3° 

mönstrad yta: 

1,5° per 0,02 mm mönsterdjup 

Faktorer som påverkar toleranser 

För att undvika onödigt snäva 

toleranser på plastdetaljer är 

det en hel rad olika faktorer 

(figur 2) som påverkar måttnoggrannheten 

och som man 

måste ta hänsyn till. När det 

gäller verktyg bör man vara 

noga med toleranssättningen, 

och det är också viktigt att man 

inte glömmer att ha tillräckliga 

släppvinklar. Risken är annars 

att problem uppstår med 

utstötning och skevning (figur 

3). 

Det är alltid svårt att uppnå 

toleranser om man monterar 

detaljer tillverkade av olika material 

eller med varierande godstjocklek. 

Den erhållna formkrympen är beroende 

av både sprutriktning och detaljens 

väggtjocklek. Detta fenomen blir 

mer uttalat när man använder sig av 

glasfiberarmerat material. 

Orienteringen av glasfibrerna kan 

medföra avsevärda skillnader i krymp 

mellan flödes- och tvärriktning med 

skevning som följd. Den formsprutade 

detaljens utformning kan också 

påverka formkrympen och toleranserna 

(figur 4). Om man skall tillverka 

komplexa detaljer med snäva toleranser 

är det att rekommendera att först 

tillverka ett prototypverktyg för att få 

en uppfattning om verkligt krymp 

och om hur detaljen kommer att 

skeva. 

Produktion och arbetstoleranser 

Det är viktigt att fastställa om en tolerans 

enbart behövs för sammanfogning 

med andra komponenter eller 

om den behövs för detaljens funktion, 

eftersom den kommer att påverkas av 

arbetsmiljön. 

Värmeutvidgningen till exempel 

kan vara tio gånger större än för 

metaller (figur 5) och den speciella 

egenskapen hos vissa polymerer 

(exempelvis nylon) att absorbera fukt 


α 

Krympning 


Värmeutvidgning 

D = 100 mm 

Stav 

127 x 12,7 x 3,2 mm 

sidoingöt 

Formkrymp: Längd Diameter Längd Bredd 

PA66 1,5% 1,7% 1,7% 1,8% 

PA66 30% GR 0,1% - 0,2 0,4% 0,4% 1,1% 

PA66 43% GR 0,1% 0,2% 0,2% 0,5% 

Material POM 

Värmeutvidgnings 

koefficient 

α = 12 x E-5 (1/°C) 

D = 100 mm vid 23 °C 

D = 100,3 mm vid 50 °C 


spelar en avsevärd roll vid användningen. 

När det gäller delkristallina plaster 

måste man också ta hänsyn till efterkrympningen. 

Detta fenomen som 

huvudsakligen beror på bearbetningsbetingelserna 

kan medföra stora 

förändringar av måtten, jämfört med 

de som uppmättes i samband med 

produktionen. 

Kvalitetskontroll av formgods skall 

inte göras direkt efter utstötningen. I 

DIN 16901 standarden specificerar 

man att kvalitetskontroll skall ske 

först efter 16 

timmar i normal 

miljö (23 °C och 

50% relativ fuktighet). 

Rekommendationer 

De toleranser som 

specificeras i DIN 

16901 kan tas som 

en utgångspunkt 

för en kostnadseffektivtoleranssättning 

för formgods. 

Den stora tekniska 

utvecklingen som 

skett på maskiner / 

metoder under 

senare tid möjliggör 

dock betydligt 

Skiva 

50 x 3,2 mm 

centrumingöt 

Detaljpris 

0 

Platta 

152 x 76 x 3,2 mm 

sidoingöt 

Toleranser kostar pengar! 

Normalvärde 

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 

Tolerans: % avvikelse 

från normal dimension 

Detaljpris som 

funktion av toleranser 

snävare toleranser än vad som specificeras 

i standarden. 

För högprecisionsformsprutning 

har vissa industrisegment utvecklat 

egna toleranstabeller, eftersom DIN 

16901 inte längre anses vara tillräcklig. 

För produkter som kräver snäva 

toleranser är det viktigt att rådgöra 

med formsprutaren eller materialleverantören 

om de specificerade toleranserna 

är möjliga att klara i praktiken 

samt om de är ekonomiskt 

försvarbara (figur 6). 



Fig.6 


29




30 

I TOPP 

● DEL 10 

En högkvalitativ, kommersiellt 

lönsam formsprutning kan endast 

åstadkommas om man lägger ned 

tillräckligt med möda på dessa 

steg samt går igenom dem systematiskt. 

Konstruktörer fokuserar i regel 

för mycket på själva funktionslösningen 

och missar inte sällan att 

lägga ned tillräckligt med arbete 

på materialval och produktionsrelaterade 

problem. Därför kan 

inte nog understrykas att man 

också måste lägga ned tillräckliga 

resurser på materialvals- och 

bearbetningsstegen för att nå 

Några 

I detta tionde och sista avsnitt i 

serien om olika viktiga konstruktionsaspekter 

ges en kort checklista 

att följa vid konstruktion av 

plastdetaljer. 

Målsättningen med produktutveckling 

är att utveckla eller förbättra 

en produkt, ge den en bra teknisk 

funktion samt att kunna tillverka 

den till ett fördelaktigt pris. De 

viktigaste stegen i konstruktionsarbetet 

är materialval, val av bearbetningsmetod, 

hållfasthetsberäkning 

och verktygskonstruktion. 

målet med en kostnadseffektiv 

och funktionssäker produkt. 

Ett plastmaterials egenskaper är inte 

konstanta 

Egenskapsprofilen hos ett plastmaterial 

kan påverkas av omgivningen 

(temperatur, fukt, strålning 

etc.), bearbetningsbetingelserna 

vid tillverkningen, verktygskonstruktionen 

samt hur den 

används (Figur 1). 

Plasters egenskaper bestäms vid 

laboratorietester i noga reglerad 

miljö. Provstavar tillverkas i 

högglanspolerade verktyg under 

optimala bearbetningsbetingelser, 

konditioneras enligt gällande 

specifikation och utsätts för väl 

definierade mekaniska påfrestningar. 

I verkligheten däremot 

tillverkas plastdetaljer 

aldrig exakt under sådana 

betingelser och kommer 

heller aldrig att utsättas 

för samma mekaniska 

påfrestningar. På grund 

av detta måste man vid 

planeringen av ett plastprojekt 

bestämma den 

exakta kravprofilen och 

de extremfall som detaljen 

kan utsättas för. 

En checklista kan härvid vara av 

stor hjälp (Figur 2). 

Prototyptillverkning 

För att klara steget från konstruktionsfasen 

till marknadsintroduktion 

är det ofta nödvändigt att 

tillverka prototyper för testning 

och modifiering. Man bör lägga 

ned omsorg på att framställningsmetoden 

av prototyperna i stort 

sett överensstämmer med metoden 

för fullskalig produktion. 

Prototyper till delar som skall 

formsprutas bör också framställas 

med hjälp av formsprutning. Om 

det inte finns något formverktyg 

att tillgå måste man 

ibland använda sig av 

maskinbearbetade prototyper. 

Detta är emellertid inte 

helt problemfritt beroende 

på följande orsaker: 

– sammanflytningslinjernas 

effekt på den formsprutade 

detaljen kan inte fastställas 

– frässpåren som uppkom- 

konstruktionsregler 




4. Ribbor 




8. Svetsning 

9. Toleranser 


mer vid maskinbearbetning kan 

ibland ge en avsevärd reducering 

av hållfastheten, jämfört med 

formsprutade detaljer 

– styrkan och styvheten hos 

extruderade profiler och plattor 

kan vara högre än hos formsprutade 

delar, beroende på högre 

kristallinitet 

– effekten av glasfiberorientering 

kan inte studeras. 

Ett exempel är en maskinbearbetad 

prototyp av en fjäder i en 

strömbrytare tillverkad av extruderat 

material, och denna 

motstod 180.000 belastningscykler 

utan att utmattas. Samma 

detalj som hade formsprutats 

uppvisade redan efter 80.000 

belastningscykler utmattningsbrott. 

Orsaken till detta var en 

annan kristallin struktur i den 

formsprutade detaljen (Figur 3). 

Prototypverktyg 

Vid prototyptillverkning används 

existerande pressgjutverktyg eller 

prototypverktyg som tillverkas av 

lättbearbetade metaller, såsom 

aluminium eller mässing. Man 

bör dock vara medveten om att 

viktiga bearbetningsparametrar 

såsom formtemperatur och efter- 

PLASTFORUM nordica Nr 13 2000


tryck sällan kan optimeras i denna 

typ av verktyg. Dessutom leder deras 

avvikande värmeledningsförmåga till 

en annorlunda krymp och skevning 

än vad som erhålls i stålverktyg. 

Det bästa är att tillverka verktyg 

för nollserien i verktygsstål, antingen 

som enfacksverktyg eller med bara 

ett färdigställt formrum i ett flerfacksverktyg. 

I enfacksverktyg bör 

ingötet ligga på samma ställe som 

man planerar att lägga det i ett efterföljande 

flerfacksverktyg. 

Simulering av plastkonstruktioner 

Med modern datorsimulering, såsom 

hållfasthetsberäkning och flödesanalys 

kan man ibland upptäcka svaga 

punkter i konstruktionen eller bearbetningen 

redan på ett tidigt stadium. 

Det är emellertid inte 

möjligt att på slutsatserna 

av en simulering ge en 

hundraprocentig garanti 

för kvaliteten på slutprodukten 

eller dess uppförande 

vid verklig användning. 

Den mest tillförlitliga 

informationen får man 

bara vid testning av prototyper 

under verkliga 

förhållanden. 

Om man ämnar tillverka 

detaljer med höga kvalitets- och hållfasthetskrav 

bör man aldrig hoppa 

över prototyptestning. Om det är 

svårt att göra testerna under verkliga 



förhållanden kan man istället försöka 

simulera verkligheten. Värdet av en 

sådan test är emellertid helt beroende 

av hur väl man kan simulera de 

verkliga förhållandena. Tidskrävande 

långtidstester med mekanisk belastning 

eller värme är ibland inte praktiskt 

möjliga eller kommersiellt 

försvarbara. Å andra sidan är inte 

heller förutsägelser baserade på accelererade 

tester under svårare förhållanden 

alltid realistiska, utan måste 

göras med största försiktighet. 

Beteendet hos ett plastmaterial 

under belastning vid en långtidstest 

kan skilja sig helt från det som erhålls 

vid en accelererad korttidstest. 

Innovation med 

plaster 

De många 

olika applikationer 

som 

finns inom alla 

typer av industrier 

visar att 

framtiden tillhörplastmaterialen. 

Om 

materialegenskaperna 

hos en polymer 

Fig.3 Källa Du Pont utnyttjas på ett 

intelligent sätt 

kan man tillverka detaljer med 

många funktioner i samma bit till ett 

pris helt överlägset tidigare 

konstruktioner. 

Dagens produktutveckling kräver 

allt mer komplexa geometrier och 

material. Plaster kan och kommer att 

lösa många olika typer av problem. 

Det är emellertid viktigt att välja rätt 

plastkvalitet till varje enskild applikation. 

Tillverkarna av plastråvara 

har omfattande kunskap och erfarenhet 

på detta område och delar gärna 

med sig av denna så att många nya 

idéer kan bli verkliga. 




PLASTFORUM Nr 13 2000 31

10-i-toppkonstruktions.pdf

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?