Werkzeuge für das Spritzgießen

Werkzeug zum Spritzgießen ist einer der wichtigsten Aspekte der heutigen Herstellung einer breiten Palette von Kunststoffteilen. Darüber hinaus gibt es verschiedene Anwendungen auf dem Markt. Diese Produkte können von Autoteilen bis hin zu Haushaltsgeräten usw. reichen. Dieser Artikel soll Ihnen helfen, eine genauere Analyse der Spritzgießwerkzeuge vorzunehmen. Wir werden uns auf die verschiedenen Kategorien, die derzeit auf dem Markt befindlichen Produkte und die führenden Hersteller konzentrieren.

Was sind Spritzgießwerkzeuge?

Spritzgießwerkzeuge kann als die Ausrüstung und die Werkzeuge definiert werden, die im Spritzgießverfahren verwendet werden. Sie können also dazu beitragen, geschmolzenen Kunststoff zu fertigen Teilen zu formen. Außerdem ist dieses Verfahren sehr wichtig für die Massenproduktion komplexer Kunststoffteile und bietet hohe Präzision und Effizienz. Dabei kann der Kunststoff unter Verwendung einer Vielzahl von Komponentendesigns geformt werden. Außerdem besteht das Spritzgießwerkzeug aus einem Formboden, einem Kern, Kühlkanälen und einer Kavitätenplatte. Damit wird sichergestellt, dass der geschmolzene Kunststoff genau geformt, abgekühlt und aus der Form ausgestoßen wird.

Wie werden Spritzgießwerkzeuge hergestellt? Ein vollständiger Prozess

Hier finden Sie einen genauen, detaillierten Prozess, wie Spritzgusswerkzeuge entstehen.

1. Entwurfsphase

●       Konzeptionelle Gestaltung: Es beginnt damit, dass die Ingenieure und Konstrukteure den konzeptionellen Formenentwurf entsprechend der Produktspezifikation erstellen. Bei diesen Spezifikationen kann es sich um die Teilegeometrie, Fließmedien oder Kühlmedien handeln.

●       CAD-Modellierung: Dann wird die Das CAD-Tool wird eingesetzt, um ein präzises 3D-Modell der zu fertigenden Form zu erstellen. Zu den wichtigsten Komponenten gehören das Komponentenlayout, die Zeichnung, der Anschnitt und das Kühlsystem.

●       Überprüfung des Designs: Sobald dies geschehen ist, wird es erneut überprüft, um sicherzustellen, dass es den funktionalen und fertigungstechnischen Anforderungen entspricht. Dies kann z. B. eine Vorhersage darüber sein, wie das Metall in einer Form fließt, wie die Form abkühlt oder wo und wie die Teile ausgeworfen werden.

2. Prototyping

Hier wird die Prototypform oft aus einem weniger teuren Material, nämlich Aluminium, hergestellt. Diese Prototypform wird im Allgemeinen verwendet, um das Design zu testen und die Funktionalität der Form zu bestätigen. Dieser Schritt hilft in der Regel, mögliche Probleme zu erkennen und vor der endgültigen Produktion Anpassungen vorzunehmen.

 3. Herstellung von Werkzeugen

●       Auswahl der Materialien: Sobald Sie das Design und seine Spezifikationen festgelegt haben, ist der nächste Schritt die Auswahl des geeigneten Werkzeugmaterials. Zu den gängigen Werkstoffen gehören Werkzeugstahl (z. B. P20, H13), rostfreier Stahl oder Aluminium. Die Auswahl hängt von Faktoren wie Produktionsvolumen, Komplexität der Teile und Kostenerwägungen ab.

●       Bearbeitungen: Mit Hilfe von CNC-Bearbeitungsverfahren werden die Formteile dann aus dem ausgewählten Material geschnitten und geformt. Diese Verfahren sind in der Regel Fräsen, Bohren und Präzisionsschleifen. So können sie die erforderlichen Abmessungen und Oberflächengüten erzielen.

●       Wärmebehandlung: Danach, Einige Werkzeugwerkstoffe durchlaufen Wärmebehandlungsprozesse, d.h. Härten und Anlassen. Sie tragen zur Optimierung ihrer mechanischen Eigenschaften wie Härte und Zähigkeit bei.

4. Montage

●       Form Basis: Unmittelbar nach der Herstellung werden der Formboden, die Kavität und andere Komponenten zusammengebaut. Dazu gehören in erster Linie Montageeinsätze, Schieber und alle notwendigen Mechanismen für den Ausstoß und die Kühlung der Teile.

●       Anpassen und Ausrichten:  Hier werden die Bauteile sorgfältig eingepasst und ausgerichtet. So können sie dazu beitragen, dass beim Spritzgießen präzise Operationen durchgeführt werden.

5. Oberflächenbehandlung

Hier werden die kritischen Oberflächen der Form, d. h. der Hohlraum und der Kern, einer Oberflächenbearbeitung unterzogen. So erhalten sie die erforderliche Glätte und Textur. Dies kann Polieren, EDM (Electrical Discharge Machining) oder Texturierungsverfahren umfassen. All diese Verfahren tragen dazu bei, den Formteilen bestimmte Oberflächeneigenschaften zu verleihen.

6. Prüfung und Validierung

●       Probeläufe: Sobald die Form vollständig vorbereitet ist, wird sie einem Probelauf unterzogen. Diese werden mit der gewünschten Spritzgießmaschine und dem gewünschten Material unter Produktionsbedingungen durchgeführt. In dieser Phase werden also die Funktionalität des Werkzeugs, die Qualität der Teile und die Leistung nachgewiesen.

●       Anpassungen: Wenn es ein Problem mit Schimmel oder der Oberfläche gibt, müssen Anpassungen an Kühl-, Anschnitt- oder Auswerfersystemen vorgenommen werden können. So können sie zur Optimierung der Teilequalität und der Zykluszeiten beitragen.

Arten von Spritzgießwerkzeugen

Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Arten von Spritzgießwerkzeugen.

1. Einzelne Kavitätenformen

Mit Einzelkavitätenwerkzeugen kann jeweils ein Teil in einem einzigen Schuss geformt werden. Diese Formen werden für die Produktion von Kleinserien oder für die Herstellung von Prototypenteilen verwendet. Aufgrund ihrer Grundstruktur sind Einfachwerkzeuge vergleichsweise billiger und einfacher zu bauen als Mehrfachwerkzeuge. Dennoch arbeiten sie langsam, da sie das Teil nur einmal, in einem einzigen Zyklus, herstellen. Sie werden in der Regel dort eingesetzt, wo enge Toleranzen erforderlich sind oder wo das Teil eine Bezeichnung hat, die in einer Mehrkavitätenform nur schwer zu erzeugen ist.

2. Mehrkavitäten-Werkzeuge

Mehrkavitätenwerkzeuge haben mehrere Kavitäten innerhalb eines Werkzeugs, die bei jedem Spritzzyklus mehrere identische Teile liefern. Dies trägt zur Steigerung der Produktionseffizienz bei und macht Mehrkavitätenwerkzeuge auch für die Großserienfertigung geeignet. Außerdem sind diese Werkzeuge im Vergleich zu Einzelkavitätenwerkzeugen komplexer und teurer in der Herstellung und Konstruktion. Sie helfen jedoch, die Produktion zu steigern und die Kosten pro Teil zu senken. Bei der Massenproduktion können sie also die Anfangsinvestition rechtfertigen.

3. Familie Schimmelpilze

Familienwerkzeuge erzeugen mehrere Kavitäten, die in einem Zyklus eine Vielzahl von Teilen gleichzeitig herstellen. Das bedeutet, dass jede Kavität des Werkzeugs ein Teil formt, was ideal für Montageumgebungen sein kann, in denen meist zahlreiche Teile auf einmal benötigt werden. Familienwerkzeuge werden häufig zum Formen von Teilen verwendet, die zu einer bestimmten Gruppe gehören. Sie ermöglichen das gleichzeitige Gießen von Teilen dieser Gruppe, was den Zeitaufwand verringert. Allerdings müssen sie in Bezug auf die Füll- und Abkühlzeiten für alle Kavitäten in der Form sehr gut ausgelegt sein. Diese Bedingung kann ihre Herstellung und Aufrechterhaltung schwieriger machen als bei Ein- oder Mehrkavitätenwerkzeugen.

4. Two-Shot-Formen

Mit zweischaligen Werkzeugen oder Multimaterial- oder Mehrfarbenwerkzeugen können zwei verschiedene Materialien oder Farben in einem Zyklus geformt werden. Diese Technik eignet sich am besten für viele Fälle, z. B. für Zahnräder, bei denen verschiedene Farben oder Materialien verarbeitet werden müssen. So können sie Teile mit Griffen oder mehrfarbigen Bereichen herstellen. Das Verfahren umfasst zwei getrennte Einspritzzyklen: Das erste Material wird eingespritzt und dann teilweise abgekühlt. In einem zweiten Schritt wird das Material über oder um das erste Material herum gespritzt. Die Funktion und das Aussehen der Teile können durch das Two-Shot-Molding-Verfahren verbessert werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine exklusive Ausrüstung und eine genaue Gestaltung der Formen.

5. Heißkanal-Formen

Diese Formen verwenden ein Heizsystem, um den Kunststoff in einem geschmolzenen Zustand zu halten, während er durch das Kanalsystem in die Formhohlräume fließt. Dieser Ansatz des "as-cast"-Kopierens verringert die Menge an Kunststoffabfall, da keine Kufen mehr vorhanden sind, die gelöst und recycelt werden müssen. Heißkanalsysteme können die Zykluszeiten verkürzen und die Qualität des Teils verbessern, da sie dazu beitragen, die Kontinuität des geschmolzenen Kunststoffs aufrechtzuerhalten, wodurch die schlechten Oberflächenbeschaffenheitsgarantien verbessert werden. Kaltkanalsysteme sind einfacher zu konstruieren als Heißkanalwerkzeuge, aber letztere sind sowohl in der Konstruktion als auch in der Herstellung und in der Wartung relativ teuer.

6. Formen für Kaltkanäle

Kaltkanalwerkzeuge haben Kanäle, durch die die Kunststoffschmelze fließt, bevor sie in die Kavitäten gelangt. Bei Kaltkanalsystemen dagegen erstarren die Angussblöcke mit dem Teil und müssen entfernt und häufig recycelt oder entsorgt werden. Diese Werkzeuge sind im Allgemeinen einfacher und billiger als Heißkanalwerkzeuge. Daher sind sie für eine breite Anwendung geeignet. Allerdings fällt bei ihnen mehr Ausschuss an, und die Zykluszeit kann sich verlängern, da die erstarrten Angusskanäle wieder eingeschmolzen und gehandhabt werden müssen.

Verschiedene Schlüsselparameter und -werte im Zusammenhang mit Spritzgießwerkzeugen

Hier sind einige Schlüsselparameter und Werte, die im Allgemeinen mit Spritzgießwerkzeug.

Was sind die Vorteile des Spritzgusswerkzeugbaus?

●       Hoher Wirkungsgrad: Es ist jedoch festzustellen, dass der eigentliche Prozess des Einspritzens des Materials in die Form, wenn die Formen erst einmal entworfen und konstruiert sind, sehr effizient ist, so dass viele Teile in kurzer Zeit hergestellt werden können.

●       Konsistenz und Präzision: Das Spritzgießen führt auch zu einer präzisen und gleichmäßigen Entformung, was ähnliche Toleranzen für eine große Auflage desselben Teils ermöglicht.

●       Komplexe Geometrien: Das Verfahren ermöglicht es den Designern, vielfältige und aufwendige Designs auf den Teilen zu entwerfen. Etwas, das mit anderen Techniken nicht möglich wäre.

●       Schimmelpilze, Sorte: Sowohl thermoplastische und duroplastische Polymere als auch Elastomere werden als die meisten Materialien bevorzugt. Denn sie zeigen sich flexibel in ihrer Auswahl.

●       Geringer Abfall: Das Spritzgießen ist heute umweltfreundlich, vor allem dank der Heißkanalsysteme. Außerdem gibt es keinen Materialabfall.

●       Stärke und Langlebigkeit: Es ermöglicht die Einarbeitung von Füllstoffen in das gespritzte Material, um die Festigkeit und Beständigkeit der Teile zu verbessern.

●       Automatisierung: Das Spritzgießen kann einen hohen Automatisierungsgrad aufweisen, was sich in der Regel auf die Senkung der Arbeitskosten und die Steigerung der Produktivität auswirkt.

Was sind die Nachteile des Spritzgusswerkzeugbaus?

Hier sind einige Nachteile und Einschränkungen des Spritzgusswerkzeugbaus.

●       Hohe Anschaffungskosten für Werkzeuge: Die Herstellung und Entwicklung von Formen ist mit hohen Kosten verbunden, da die Entwürfe sehr komplex sein können, was oft zu sehr hohen Kosten führt.

●       Lange Vorlaufzeiten: Vom Entwurf bis zur Produktion kann es lange dauern; das ist, ehrlich gesagt, zeitraubend, wenn es sich um Projekte mit engen Zeitplänen handelt.

●       Beschränkungen des Designs: Der Austausch von Formen ist kostspielig, und manchmal müssen sogar ganz neue Formen angeschafft werden. 

●       Maschine; sie unterliegt Zwängen: Beim Spritzgießen können nicht alle Materialien verwendet werden, was die Auswahl der zu verwendenden Materialien einschränkt.

●       Beschränkungen der Teilegröße: Die Produktion wird durch die Größe der Form und der Maschine eingeschränkt; bei großen Teilen ist sie schwierig.

●       Komplexe Wartung: Andererseits müssen die Formen regelmäßig gewartet werden, um Produktivität und Haltbarkeit zu gewährleisten.

●       Herausforderungen bei der Qualitätskontrolle: Es kann schwierig sein, sie aufrechtzuerhalten, insbesondere bei den vielen Produktionsläufen auf den derzeitigen Weltmärkten. 

●       Auswirkungen auf die Umwelt: Beim Spritzgießen als Herstellungsverfahren können Kunststoffe und damit Kunststoffabfälle entstehen, die Entsorgungsmaßnahmen erfordern. 

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Spritzgießwerkzeuge in der modernen Fertigung einen sehr wichtigen Platz einnehmen. Sie bieten Vielseitigkeit und Effizienz bei der Herstellung von Kunststoffteilen. Daher ist es sehr wichtig, die verschiedenen Arten von Werkzeugen und die Faktoren für die Auswahl des richtigen Herstellers zu kennen. Darüber hinaus sind Qualität und Präzision, Kundenbetreuung, Kosten und Durchlaufzeit ebenfalls sehr wichtige Faktoren bei der Auswahl eines Herstellers. Darüber hinaus wird dieser Bereich des Spritzgießens ständig weiterentwickelt, um eine optimale Leistung und Nachhaltigkeit in der Produktion zu erreichen.

Häufig gestellte Fragen

Q1. Wie lange dauert die Herstellung von Spritzgießwerkzeugen?

Die Vorlaufzeit ist die Zeit, die für die Herstellung des Produkts benötigt wird. Je nach Komplexität des Entwurfs kann dies einige Wochen bis mehrere Monate dauern. Außerdem kann sie sich im Laufe der Zeit ändern.

Q2. Welche Faktoren sollten bei der Auswahl eines Werkzeugherstellers berücksichtigt werden?

Dieser Faktor kann Erfahrung, Qualität, Kundendienst, Preis, Zeit und die Fähigkeit zur Verarbeitung bestimmter Materialien sein. Außerdem sollten auch komplizierte Teile in Betracht gezogen werden.

Q3. Was sind häufige Probleme bei der Herstellung von Spritzgießwerkzeugen?

Zu diesen Problemen gehören Defekte an den Teilen, d. h. Verformungen oder Einfallstellen, Qualitätsschwankungen und die Forderung nach einer strengen Kontrolle der Einspritzungsfaktoren bei der Lokalisierung.