Kunststoff-Spritzguss verstehen, passende Betriebe finden
Beim Kunststoff-Spritzguss wird aufgeschmolzener Kunststoff in den formgebenden Hohlraum (Kavität) eines Werkzeugs eingespritzt, unter Druck verdichtet sowie vernetzt oder zur Abkühlung gebracht und dann als Formteil ausgeworfen.
Das Spritzgießen ist das meistverwendete Verfahren zur hochautomatisierten Herstellung von Werkstücken aus Kunststoff durch die Verarbeitung von Pulver oder Granulat. Es lassen sich komplex geformte Werkstücke in nahezu beliebiger Größe erzeugen. Die hohe Genauigkeit und kurze Zykluszeiten prädestinieren das Verfahren für die wirtschaftliche Serienfertigung.
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Technische Grundlagen zum Kunststoff-Spritzguss
Der Kunststoff-Spritzguss gehört zu den urformenden Fertigungsverfahren, bei denen aus einer formlosen Masse durch Schaffung von Stoffzusammenhalt eine definierte Form hergestellt wird. Zu dieser Verfahrensgruppe DIN 8580 zählt auch das Extrudieren (Extrusion), das eng mit dem Kunststoff-Spritzguss verwandt ist.
Während das Spritzgießen ein zyklisches Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit einer bestimmten Geometrie darstellt, ist das Extrudieren ein kontinuierlicher Prozess zur Herstellung von Endlosprofilen. Bei der Extrusion wird der plastifizierte Kunststoff nicht in eine geschlossene Form eingespritzt, sondern durch eine Matrize gedrückt.
Beim Kunststoff-Spritzguss wird das Rohmaterial – meist als Granulat – zunächst in einem Schneckenzylinder erhitzt und plastifiziert. Die plastische Masse wird dann mit hohem Druck in das Werkzeug gedrückt. Dieses wird im Anschluss abgekühlt, um die Schmelze zum Erstarren zu bringen und das fertige Werkstück schließlich zu entnehmen.
Zu den gebräuchlichsten Verfahren zur Verarbeitung von Kunststoffen zählen die folgenden:
- Urformen
- Spritzgießen
- Extrudieren
- Umformen
- Tiefziehen
- Biegeumformen
- Fügen
- Schweißen
- Kleben
Wegen des hohen Aufwands für die Herstellung von Spritzgießwerkzeugen lässt sich das Verfahren in der Prototypen- und Kleinserienfertigung kaum auf wirtschaftliche Weise anwenden.
Aufbau einer Spritzgussmaschine
Verfahrensablauf beim Kunststoff-Spritzguss
Die Spritzgussmaschine koordiniert den anhand der Prozessgrößen beschriebenen zyklischen Prozessablauf weitgehend automatisch. Bestimmende Faktoren für die Einstellungen an der Maschine sind dabei:
- Verwendeter Kunststoff
- Gestaltung der Form (Anzahl und Größe der Kavitäten, Wandstärke)
- Maschine (Zuhaltekraft, Hubvolumen)
Zu speziellen Varianten des Kunststoff-Spritzgießens, die eine individuelle Prozessführung erfordern, zählen:
- Umspritzen eingelegter Teile
- Hinterspritzen eines eingelegten Trägerteils
- Erzeugen von Hohlräumen in Spritzgussteilen
- Spritzgießen von Schaumteilen
Unterschiedliche Arten von Kunststoff stellen individuelle Anforderungen an die Temperierung des Werkzeugs. Hier wird exemplarisch das Spritzgießen eines Thermoplasten beschrieben:
- Plastifzieren und Dosieren
Zu Beginn des Spritzgusszyklus ist das Werkzeug geöffnet und es liegt ein dosiertes Massevolumen vor. Die Formmasse entsteht, indem das Kunststoffgranulat von einer Schnecke aus dem Trichter eingezogen und aufgeschmolzen wird. Durch die Wärmeeinwirkung im beheizten Schneckenzylinder wird das Material plastifiziert. Die Schnecke transportiert das Material in den vorderen Zylinderteil, wo es sich hinter der Düse sammelt. Dabei entsteht ein Staudruck, der eine Rückwärtsbewegung der Schnecke bewirkt.
- Einspritzen
Bei nun geschlossenem Werkzeug und einer für die Werkzeugfüllung ausreichenden Schmelzemenge zwischen Düse und Schneckenspitze kann das Einspritzen erfolgen. Dazu presst die axial verschiebbare Schnecke die plastische Masse in die Form. Der Druck steigt während der Füllung auf einen Maximalwert an und fällt dann allmählich ab.
- Nachdrücken und Abkühlen
Um die Schwindung der erstarrenden Schmelze ausgleichen zu können, wird ein Druck aufrechterhalten. Das vor der Schneckenspitze verbleibende Massepolster kann so in die Form nachfließen. Dies dient der Vermeidung häufiger Fehler beim Spritzgießen: Einfallstellen und Lunker. Das Werkzeug wird gekühlt, um den Abkühlvorgang des Spritzlings zu beschleunigen.
- Entformen und Auswerfen
Nun kann das Werkzeug zum Auswerfen des erstarrten Spritzlings geöffnet werden. Dabei fällt das Werkstück aus der Form oder wird von einem Handhabungsgerät entnommen. Danach kann der nicht zum Formteil gehörende Anguss manuell oder automatisiert entfernt werden.
Welche Materialen können beim Kunststoff-Spritzguss verarbeitet werden?
Der Kunststoff-Spritzguss eignet sich für die Verarbeitung aller Arten von Kunststoffen:
- Thermoplaste
- Duroplaste
- Elastomere
- Thermoplastische Elastomere
Zu beachten ist jedoch, dass die verschiedenen Polymere unterschiedliche Temperierungen des Werkzeugs erfordern. Die größte wirtschaftliche Bedeutung hat das Spritzgießen von thermoplastischen Werkstoffen, vor allem Polyethylen.
Vorteile des Kunststoff-Spritzguss
Vorteile des Kunststoff-Spritzguss sind:
- Hohe Reproduziergenauigkeit der Fertigung
- Keine oder nur geringe Nachbearbeitung des Formteils notwendig
- Verfahren vollautomatisierbar
Oft können die beim Spritzgießen erzeugten Werkstücke ohne weitere Nacharbeit verwendet werden. Dementsprechend trägt der direkte Weg vom Rohstoff zum Fertigteil zur Attraktivität des Verfahrens bei.
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