Spritzgusswerkzeug
Bei einem Spritzgusswerkzeug handelt es sich um eine Dauerform, die zur Herstellung von Bauteilen mit einer Spritzgießmaschine verwendet wird. Das Spritzgusswerkzeug besteht meist aus Metall und weist einen Hohlraum auf, der die Form und Oberflächenstruktur des erzeugten Teils bestimmt.
Beim Spritzgießen wird das Spritzgusswerkzeug unter Druck mit plastifiziertem Kunststoff gefüllt. Im Anschluss kühlt der Werkstoff im Spritzgießwerkzeug ab und härtet dadurch aus. Nach dem Öffnen des Werkzeugs kann das Formteil entnommen werden. Spritzgusswerkzeuge werden zur Herstellung von verschiedensten Bauteilen mit Gewichten von wenigen zehntel Gramm bis zu 150 kg verwendet. Das Verfahren ermöglicht die wirtschaftliche und effiziente Serienfertigung und erfreut sich in der kunststoffverarbeitenden Industrie daher großer Beliebtheit.
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Der Aufbau eines Spritzgusswerkzeugs
Spritzgussformen weisen in der Regel einen zweiteiligen Aufbau auf: Eine Werkzeughälfte wird als Düsenseite und die andere als Auswerferseite bezeichnet. Beide Hälften der Form bestehen wiederum aus mehreren Platten, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. Die Komponenten eines Spritzgusswerkzeugs im Überblick:
- Düsenseite:
- Aufspannplatte
- Formplatte
- Kühlsystem
- Kavitäten
- Angussbuchse
- Zentrierring
- Führungselemente
- Auswurfseite
- Aufspannplatte
- Formplatte
- Auswerferbolzen
- Auswerferplatten
- Stützleisten
- Zwischenplatte
- Kavitäten
Bei der Düsenseite handelt es sich um die Seite des Werkzeugs, die sich beim Verfahren des Spritzgusses nicht bewegt. Hier sind neben den Halbschalen der Kavitäten, die auch als Formeinsätze bezeichnet werden, auch die Bauteile des Angusssystems angebracht. Meist befindet sich auf der Düsenseite des Werkzeugs auch ein Verteilersystem für Kühlmittel, mithilfe dessen die Wärmeabfuhr nach dem Einspritzen der Schmelze optimiert wird.
Die Spritzgussformen sind mit einem austauschbaren Zentrierring ausgestattet und werden auf der Aufspannplatte befestigt. Der Zentrierring ermöglicht eine Zentrierung der Düse beim Einführen, wobei die Düse bis zur Angussbuchse in das Werkzeug eingeführt wird. Bei Werkzeugen mit hoher Temperatur beim Spritzgießen wird üblicherweise auch noch eine Isolierplatte vor der Aufspannplatte angebracht, um einen zu großen Austausch von Wärme zur Aufspannplatte zu vermeiden.
Die Auswerferseite des Werkzeugs wird dadurch charakterisiert, dass hier die Auswerferelemente positioniert sind. Nach dem Abkühlen, dem Erhärten der Spritzgussmasse und dem Öffnen der Werkzeughälften befindet sich das Bauteil zunächst in der Auswerferseite. Mithilfe der Auswerfereinrichtung wird das fertige Teil aus der Form befreit, um dann im Abschluss nachbearbeitet und in der Qualitätssicherung geprüft werden zu können.
Der Prozess zum Spritzgusswerkzeug im Formenbau
Die Entwicklung eines Spritzgusswerkzeugs umfasst eine Reihe verschiedener Arbeitsschritte. Dabei wird nicht nur das Werkzeug auf den später verwendeten Kunststoff abgestimmt, sondern auch der spätere Einspritzvorgang im Rahmen von FEM-Berechnungen und Simulationen optimiert. Die Arbeitsschritte von der ersten Skizze bis zum fertigen Spritzgussteil im Überblick:
- Anfertigung einer Prinzipskizze
- Bestimmung der Werkzeugtechnologie
- Dimensionierung und technische Auslegung des Werkzeugs
- Abstimmung des Werkzeugs auf das Kunststoffmaterial
- Entwicklung des Anguss-Systems
- Konstruktion der Werkzeugelemente
- Simulation des Füllvorgangs
- Finite-Elemente-Analyse (FEM)
- Mechanische Fertigung
Aus welchem Material bestehen Spritzgusswerkzeuge?
Spritzgusswerkzeuge für die kunststoffverarbeitende Industrie werden üblicherweise als Dauerformen aus Stahl gefertigt. Je nach Anzahl der geplanten Einspritzvorgänge können verschleißfestere Werkstoffe wie etwa gehärteter oder vergüteter Werkzeugstahl oder Hartmetalle verwendet werden.
Im Stahlformenbau wird vor allem zwischen den Standardformen, Backenformen und Wechselformen unterschieden. Während sich Standardformen für sehr vielseitige Anwendungen eignen, sind Backenformen mit einem Schieber ausgestattet und eignen sich vor allem für Bauteile mit großen Hinterschnitten. Wechselformen sind hingegen für Prototypen und Kleinserien prädestiniert, da der Formaufbau auf der Maschine bleibt, während nur die Wechseleinsätze auf der Düsen- und Auswerferseite ausgetauscht werden.
Der 3D-Druck als Alternative zum konventionellen Werkzeug
Bei kleinen Stückzahlen, bei denen die Entwicklung und Anfertigung einer Form aus Stahl nicht wirtschaftlich ist, bieten sich 3D-gedruckte Formen an. 3D-gedruckte Spritzgusswerkstoffe werden gemäß einer Zeichnung von einem 3D-Drucker erstellt und bestehen üblicherweise aus besonders leistungsfähigen Kunststoffen. Bei der Entwicklung von 3D-Spritzgusswerkzeugen ist darauf zu achten, einen Hochleistungskunststoff auszuwählen, der sich für den späteren Einsatzfall und insbesondere die Druck- und Temperaturniveaus beim Spritzgießen eignet.
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