Plastkonstruktion
Plaster och metaller har väldigt olika mekaniska egenskaper. Plasternas styvhet är till exempel ca 100 ggr lägre än styvheten för stål och deras hållfasthet är normalt ca 50 ggr lägre än hållfastheten för stål. Det krävs därför ofta omfattande omkonstruktion om plast skall användas för att ersätta metall. Men om man klarar att uppfylla kraven gällande styvhet och hållfasthet så får man oftast en lättare produkt eftersom plasternas densitet är lägre än metallernas densitet. Det är även mycket viktigt att ta hänsyn till att de mekaniska egenskaperna för plast är beroende av belastningens karaktär (statisk, dynamisk eller slag) och varaktighet (kortvarig eller långvarig). Ökad temperatur leder normalt till försämrad styvhet och brottspänning men ökad brottöjning. Medan sänkt temperatur leder till motsatsen, dvs ökad styvhet och brottspänning men försämrad slagseghet och brottöjning. Belastningshastigheten påverkar också de mekaniska egenskaperna och en förhöjd belastningshastighet leder normalt till ökad styvhet och ökad brottspänning men försämrad brottöjning, medan sänkt belastningshastighet leder till försämrad styvhet och brottspänning men ökad brottöjning. Det är därför viktigt att komma ihåg att de mekaniska egenskaperna som presenteras i datablad normalt är framtagna vid 23°C och långsam belastning (ofta 50 mm/min vid dragprov) och om produkten skall utsättas för annan temperatur och/eller annan belastningshastighet så är de värden som presenteras i databladet inte representativa utan det krävs kompletterande provning och/eller beräkning för att ta fram rättvisande data. En annan viktig parameter att beakta vid konstruktion av plastprodukter är att egenskaperna är anisotropa (dvs olika egenskaper i olika riktningar). Detta beror på att molekylkedjorna placerar sig företrädesvis utsträckta i flödesriktningen vilket gör att styvhet och hållfasthet blir högre i flödesriktningen än tvärs flödesriktningen. Vid bestämning av materialdata används normalt formsprutade provstavar med ingötet i ena kortändan vilket gör att molekylkedjorna ligger orienterade i dragriktningen vid belastning och uppmätta värden för styvhet och hållfasthet blir därför något högre än vad som erhålls i formsprutade produkter. För att möjliggöra noggranna beräkningar tillverkar därför en del företag plattor av de material de tänkt använda och testar de mekaniska egenskaperna i 0°-, 90°- och 45°-riktning. Tillsats av glasfiber ger ännu kraftigare anisotropa egenskaper eftersom fibern normalt också orienterar sig i flödesriktningen.
Vid konstruktion av formsprutgods så är det viktigt att eftersträva jämn godstjocklek (max ±15% variation). Orsaken är att tjockare godsväggar krymper mer än tunnare godsväggar och man bygger därmed in spänningar i produkten som kan leda till skevningar och kast. Normalt väljer man en godstjocklek inom intervallet 1,5 till 4 mm. Om man går under 1,5 mm kan man få problem med fyllning av formrummet och om man går över 4 mm blir cykeltiden väldigt lång eftersom kyltiden inte är en linjär funktion av godstjockleken. Så för att erhålla böjstyva plastkonstruktioner används ribbförstärkningar istället för tjocka godsväggar. Inlägg av ribbor ökar tröghetsmomentet och är ett mycket effektivt sätt att öka böjstyvheten på formsprutgods. Det finns dock begränsningar vid utformning av ribbor eftersom höga och tjocka ribbor ger risk för sjunkmärken, porositet, buckling och/eller skevning. De generella reglerna för dimensionering av ribbor säger därför att ribborna inte bör vara högre än 3 ggr godstjockleken och inte bredare vid roten än halva godstjockleken.
För att kunna stöta ut en formsprutad produkt från formverktyget krävs att produkten är försedd med släppvinklar. Storleken på erforderliga släppvinklar beror på produktens utformning, val av material, samt ytstruktur. För omönstrade produkter brukar 1-3° för huvudstrukturen och 0,5-1° för ribbor rekommenderas.
Vid konstruktion av formsprutgods är det även viktigt att beakta placeringen av ingötet/ingöten. Placeringen av ingötet/ingöten påverkar fyllningsförloppet, toleranser, skevning, mekaniska egenskaper och ytfinish. I normalfallet skall ingötet/ingöten alltid placeras i de tjockaste väggsektionerna för att möjliggöra packning av materialet. Placeringen av ingötet/ingöten har också mycket stor betydelse för antalet, och placeringen av, sammanflytningslinjer (weld lines). Sammanflytningslinjer är försvagningar av materialet och det är därför viktigt att undvika sammanflytningslinjer i områden med hög belastning.
Den vanligaste orsaken till att plastprodukter havererar är spänningskoncentrationer (t.ex. för små radier). Den generella rekommendationen är att inre radier skall vara lika stora som halva godstjockleken för att undvika spänningskoncentrationer. Känsligheten för spänningskoncentrationer och brottanvisningar varierar mellan olika plastmaterial och en uppfattning av känsligheten kan man få genom att jämföra slagsegheten för skårade och icke skårade provstavar.
Formsprutade plastkomponenter kan inte tillverkas med samma toleranser som maskinbearbetade metallkomponenter. Men normalt krävs inte samma toleranser för plast som för metall eftersom styvheten är så mycket lägre och passningar behöver därför inte vara lika noggranna. Egenskaper som påverkar den slutliga toleransen för en plastprodukt är; toleranser på verktyget, toleranser på plastråvaran, samt toleranser på tillverkningen. Det är även viktigt att komma ihåg att vissa plaster absorberar fukt och toleranserna kommer därmed att bero på fukthalten i materialet. Vidare har plaster hög termisk expansion och temperaturen kommer därför även ha stor inverkan på toleranserna. Generella toleranser för formsprutgods beskrivs i standarden DIN 16742.
För mer information om plastkonstruktion så anmäl dig gärna till någon av våra kurser!