Gereedschap voor spuitgieten

Spuitgietgereedschap is een van de belangrijkste aspecten van de hedendaagse productie van een breed scala aan kunststof onderdelen. Daarnaast heeft het verschillende toepassingen op de markt. Deze producten kunnen variëren van auto-onderdelen tot huishoudelijke gebruiksvoorwerpen enzovoort. Dit artikel helpt je bij een meer gedetailleerde analyse van spuitgietgereedschap. We richten ons op verschillende categorieën, de categorieën die momenteel op de markt zijn en de belangrijkste fabrikanten.

Wat is spuitgieten?

Gereedschap voor spuitgieten kan gedefinieerd worden als de apparatuur en gereedschappen die gebruikt worden in het spuitgietproces. Het kan dus helpen om gesmolten kunststof te vormen tot afgewerkte onderdelen. Daarnaast is dit proces erg belangrijk voor de massaproductie van complexe kunststof voorwerpen en biedt het een hoge precisie en efficiëntie. Dit kan het vormen van de kunststof met behulp van een verscheidenheid aan component ontwerpen. Bovendien bestaat de spuitgietgereedschapopstelling uit een matrijsbasis, de kern, koelkanalen en een holteplaat. Deze hele opstelling zorgt er dus voor dat het gesmolten kunststof nauwkeurig vorm krijgt, afkoelt en uit de matrijs komt.

Hoe worden spuitgietwerktuigen gemaakt? Een volledig proces

Hier volgt een gedetailleerd proces voor het vormen van spuitgietmatrijzen.

1. Ontwerpfase

●       Conceptueel ontwerp: Het begint met de ingenieurs en ontwerpers die het conceptuele matrijsontwerp maken volgens de productspecificatie. Deze specificaties kunnen onderdeelgeometrie, stromingsmedia of koelmedia zijn.

●       CAD-modellering: Dan is de CAD gereedschap wordt gebruikt om een nauwkeurig 3D model te maken van de matrijs die geproduceerd moet worden. Belangrijke onderdelen zijn de lay-out van de onderdelen, het ontwerp, de bedrading en het koelsysteem.

●       Ontwerpherziening: Als het eenmaal klaar en beoordeeld is, wordt het opnieuw gecontroleerd om te garanderen dat het voldoet aan de functionele en productievereisten. Dit kan dus bestaan uit een voorspelling van hoe metaal in een matrijs stroomt, hoe de matrijs afkoelt of waar en hoe onderdelen worden uitgeworpen.

2. Prototyping

Hier wordt de prototype mal vaak gemaakt van een minder duur materiaal, aluminium. Deze prototypevorm wordt meestal gebruikt om het ontwerp te testen en de functionaliteit van de vorm te bevestigen. Deze stap helpt dus meestal om mogelijke problemen te identificeren en aanpassingen te doen voor de uiteindelijke productie.

 3. Productie van gereedschappen

●       Materiaalkeuze: Zodra je het ontwerp en de specificaties hebt afgerond, is de volgende stap het selecteren van het juiste gereedschapmateriaal. De gangbare materialen zijn gereedschapstaal (zoals P20, H13), roestvast staal of aluminium. De keuze hangt af van factoren zoals productievolume, complexiteit van het onderdeel en kostenoverwegingen.

●       Bewerking: Vervolgens worden CNC-bewerkingsprocessen gebruikt om de gegoten onderdelen uit het geselecteerde materiaal te snijden en vorm te geven. Deze processen zijn meestal frezen, boren en precisieslijpen. Zo kunnen ze de vereiste afmetingen en oppervlakteafwerkingen bereiken.

●       Warmtebehandeling: Daarna, Sommige gereedschapsmaterialen ondergaan warmtebehandelingsprocessen, zoals harden en ontlaten. Ze helpen hun mechanische eigenschappen, zoals hardheid en taaiheid, te optimaliseren.

4. Montage

●       Schimmelbasis: Net na de productie worden de malbasis, holte en andere onderdelen geassembleerd. Het omvat dus voornamelijk montage-inzetstukken, geleiders en alle mechanismen die nodig zijn voor het uitwerpen en koelen van onderdelen.

●       Passen en uitlijnen:  Hier worden de componenten zorgvuldig gepast en uitgelijnd. Zo kunnen ze helpen om nauwkeurige bewerkingen uit te voeren tijdens het spuitgieten.

5. Oppervlaktebehandeling

Hier ondergaan de kritieke oppervlakken van de matrijs, d.w.z. de holte en de kern, oppervlakteafwerkingsprocessen. Zo krijgen ze de vereiste gladheid en textuur. Dit kan polijsten, EDM (Electrical Discharge Machining) of textureren zijn. Deze processen helpen allemaal om specifieke oppervlaktekenmerken aan de spuitgietproducten te geven.

6. Testen en valideren

●       Proefdraaien: Zodra de matrijs volledig is voorbereid, wordt hij proefgedraaid. Dit gebeurt met de beoogde spuitgietmachine en het materiaal onder productieomstandigheden. Deze fase bewijst dus de functionaliteit van de matrijs, de kwaliteit van het product en de prestaties.

●       Aanpassingen: Als er problemen zijn met de schimmel of het oppervlak, zijn de volgende aanpassingen nodig Er kunnen aanpassingen worden gedaan aan koeling, gating of uitwerpsystemen. Zo kunnen ze helpen om de productkwaliteit en cyclustijden te optimaliseren.

Soorten gereedschap voor spuitgieten

Laten we eens kijken naar de verschillende soorten spuitgietgereedschap die beschikbaar zijn.

1. Mallen met één holte

Matrijzen met één holte kunnen in één keer één onderdeel vormen. Deze mallen worden gebruikt bij productie in kleine series of als er prototypes gemaakt moeten worden. Door hun basisstructuur zijn mallen met één holte relatief goedkoper en eenvoudiger te maken dan mallen met meerdere holtes. Toch werken ze langzaam omdat ze het onderdeel maar één keer maken, in één cyclus. Ze worden meestal gebruikt als er een kleine tolerantie nodig is of als het onderdeel een naam kan hebben die moeilijk te maken is in een mal met meerdere caviteiten.

2. Mallen met meerdere holtes

Matrijzen met meerdere caviteiten hebben meerdere caviteiten in dezelfde matrijs die zorgen voor verschillende identieke onderdelen in elke injectiecyclus. Dit verhoogt de productie-efficiëntie en maakt mallen met meerdere caviteiten ook geschikt voor massaproductie. Daarnaast zijn deze mallen complexer en duurder om te maken en te ontwerpen dan mallen met één holte. Ze helpen echter de productie te verhogen en de kosten per onderdeel te verlagen. Het kan dus de initiële investering rechtvaardigen als het gaat om massaproductiescenario's.

3. Familievormen

Family molds maken meerdere caviteiten die in één cyclus verschillende onderdelen tegelijk produceren. Dit betekent dat elke holte van de mal een onderdeel vormt, en dit kan ideaal zijn voor assemblageomgevingen waar vaak veel onderdelen tegelijk nodig zijn. Familievormen worden vaak gebruikt voor het vormen van onderdelen die tot een specifieke groep behoren. Omdat ze het gelijktijdig vormen van leden van deze groep mogelijk maken, wat tijd bespaart. Ze moeten echter zeer goed ontworpen zijn in termen van vul- en koeltijd voor alle holtes in de matrijs. Door deze voorwaarde kunnen ze moeilijker te produceren en te onderhouden zijn dan mallen met één of meerdere caviteiten.

4. Mallen voor twee schoten

Met tweeschotsmallen of multimateriaal- of meerkleurige mallen kunnen twee verschillende materialen of kleuren in één cyclus worden gegoten. Deze techniek is het beste voor veel gevallen, zoals tandwielen waarbij verschillende kleuren of materialen moeten worden gebruikt. Zo kunnen ze onderdelen maken met handgrepen of meerkleurige gebieden. Het proces omvat twee afzonderlijke injectiecycli: eerst wordt het materiaal geïnjecteerd, waarna het gedeeltelijk wordt afgekoeld. Vervolgens wordt het materiaal over of rond het eerste materiaal gespoten. De functie en het uiterlijk van de onderdelen kunnen worden verbeterd door de tweeschots spuitgietmethode. Dit proces vereist echter exclusieve apparatuur en nauwkeurige ontwerpen van de mallen.

5. Hotrunner mallen

Deze mallen gebruiken een verwarmingssysteem zodat ze het plastic in gesmolten toestand kunnen houden terwijl het door het runnersysteem naar de vormholtes stroomt. Deze benadering van as-cast kopiëren vermindert de omvang van kunststof schroot omdat er geen runners meer zijn die losgemaakt en gerecycled moeten worden. Hot-runnersystemen kunnen cyclustijden verkorten en de kwaliteit van het onderdeel verbeteren omdat ze helpen de continuïteit van het gesmolten kunststof te behouden, waardoor de slechte oppervlakteafwerking beter kan worden gegarandeerd. Koudlopersystemen zijn eenvoudiger te ontwerpen dan hot-runnersystemen, maar deze laatste zijn relatief duur in zowel ontwerp en productie als in onderhoud.

6. Koudlopermallen

Cold-runner mallen hebben kanalen waar plastic smelt doorheen stroomt voordat het in de holtes komt. Bij cold runnersystemen daarentegen stollen de runnerblokken met het onderdeel en moeten ze worden verwijderd en vaak worden gerecycled of weggegooid. Deze mallen zijn over het algemeen eenvoudiger en goedkoper dan hot-runner mallen. Daarom zijn ze geschikt voor wijdverbreid gebruik. Ze produceren echter meer afval en de cyclustijd kan langer zijn omdat de gestolde runners opnieuw moeten worden gesmolten en verwerkt.

Verschillende belangrijke parameters en waarden voor spuitgietgereedschap

Hier zijn bepaalde belangrijke parameters en waarden die over het algemeen worden geassocieerd met spuitgietgereedschap.

Wat zijn de voordelen van spuitgietmatrijzen?

●       Hoog rendement: Er kan echter worden opgemerkt dat als de mallen eenmaal zijn ontworpen en gemaakt, het eigenlijke proces van het injecteren van het materiaal in de mal zeer efficiënt is, wat resulteert in het maken van veel onderdelen binnen een korte tijdspanne.

●       Consistentie en precisie: Spuitgieten resulteert ook in een nauwkeurige en gelijkmatige lossing van de matrijs, waardoor dezelfde toleranties gelden voor grote series van hetzelfde onderdeel.

●       Complexe geometrieën: Het proces stelt de ontwerpers in staat om veelzijdige en uitgebreide ontwerpen op de onderdelen te maken. Iets wat met andere technieken niet mogelijk zou zijn.

●       Vormen, Verscheidenheid: Zowel thermoplastische als thermohardende polymeren en elastomeren genieten de voorkeur als materialen. Omdat ze flexibel zijn in hun keuze.

●       Weinig afval: Spuitgieten is tegenwoordig milieuvriendelijk, vooral dankzij de hotrunnersystemen. Daarnaast laat het geen materiaalverspilling toe.

●       Sterkte en duurzaamheid: Hierdoor kunnen vulstoffen in het geïnjecteerde materiaal worden opgenomen om de sterkte en duurzaamheid van de onderdelen te verbeteren.

●       Automatisering: Spuitgieten kan gepaard gaan met een hoge mate van automatisering; dit heeft vaak invloed op de arbeidskosten en de productiviteit.

Wat zijn de nadelen van spuitgietgereedschap?

Hier volgen enkele nadelen en beperkingen van spuitgietgereedschap.

●       Hoge initiële gereedschapskosten: Het maken en ontwikkelen van mallen brengt veel kosten met zich mee omdat de ontwerpen complex kunnen zijn, wat vaak leidt tot zeer hoge kosten.

●       Lange doorlooptijden: Van ontwerp tot productie kan veel tijd in beslag nemen; dat is, eerlijk gezegd, tijdrovend als het gaat om projecten met strakke planningen.

●       Beperkingen in het ontwerp: Het vervangen van mallen is duur en soms moeten er helemaal nieuwe mallen worden aangeschaft. 

●       Machine; het heeft beperkingen: Het is niet mogelijk om alle materialen te gebruiken als het gaat om spuitgieten, waardoor het type materiaal dat gebruikt moet worden beperkt wordt.

●       Beperkingen in onderdeelgrootte: De productie wordt beperkt door de grootte van de mal en de machine; het is moeilijk voor grote onderdelen.

●       Complex onderhoud: Aan de andere kant hebben matrijzen periodiek onderhoud nodig om de productiviteit en duurzaamheid te garanderen.

●       Uitdagingen voor kwaliteitscontrole: Het kan een uitdaging zijn om te onderhouden, vooral met de vele productieruns op de huidige wereldmarkten. 

●       Milieu-impact: Als fabricageproces kan spuitgieten kunststoffen produceren en dus kunststofafval veroorzaken, waarvoor afvalverwijderingsmaatregelen nodig zijn. 

Conclusie

Concluderend kan gesteld worden dat spuitgietgereedschap een zeer belangrijke plaats inneemt in de moderne productie. Het biedt veelzijdigheid en efficiëntie bij het produceren van kunststof onderdelen. Het is dus heel belangrijk om de verschillende soorten gereedschap en de factoren bij het kiezen van de juiste fabrikant te begrijpen. Daarnaast zijn kwaliteit en precisie, klantenondersteuning, kosten en doorlooptijd ook zeer belangrijke overwegingen bij het kiezen van een fabrikant. Bovendien is spuitgieten voortdurend in ontwikkeling om optimale prestaties en duurzaamheid in de productie te bereiken.

Veelgestelde vragen

Q1. Hoe lang duurt het om spuitgietgereedschap te maken?

De productietijd is de tijd die nodig is om het product te maken. Dit kan dus enkele weken tot enkele maanden duren, afhankelijk van de complexiteit van het ontwerp. Bovendien kan deze tijd in de loop van de tijd veranderen.

Q2. Welke factoren moet je in overweging nemen bij het kiezen van een gereedschapfabrikant?

Deze factor kan ervaring, kwaliteit, klantenservice, prijs, tijd en het vermogen om bepaalde materialen te verwerken zijn. Daarnaast moet ook rekening worden gehouden met ingewikkelde onderdelen.

Q3. Wat zijn veelvoorkomende problemen bij spuitgietgereedschap?

Dergelijke problemen zijn onder andere defecten aan onderdelen, zoals kromtrekken of verzakken, kwaliteitsvariaties en de vereiste van de lokalisatie voor een strenge controle van injectiefactoren.