Richtlinien für die Konstruktion von Spritzgussformen und Konstruktionsoptionen

Verfahren zur Herstellung von Spritzgussformen
Verfahren zur Herstellung von Spritzgussformen
Ressource: https://youtu.be/YrbQIN2TBhM

Das Spritzgießwerkzeug ist eine entscheidende Komponente der Spritzgießmaschine und des Verfahrens. Daher muss ihrer Konstruktion genügend Aufmerksamkeit gewidmet werden, und die verfügbaren Optionen müssen angemessen geprüft werden, bevor eine Entscheidung getroffen wird. Wenn Sie die Konstruktion und den Aufbau von Spritzgießwerkzeugen verstehen wollen, finden Sie hier einen kurzen Leitfaden, der Ihnen dabei hilft.

Was ist eine Spritzgussform?

Eine Spritzgießform ist der Teil einer Spritzgießmaschine, in den geschmolzenes Material eingespritzt wird, um die gewünschten Teile zu formen, wie man in dieses Video. Es enthält also alle Merkmale, die die Form und Größe eines Produkts bestimmen, sowie die Mittel zum Auswerfen des Teils nach dem Abkühlen.

Die Spritzgießform besteht in der Regel aus zwei Teilen, einer feststehenden vorderen Hälfte und einer beweglichen hinteren Hälfte. Die beiden Hälften sind so konstruiert, dass sie ineinander greifen, wobei das geschmolzene Material in den dazwischen liegenden Hohlraum eingespritzt wird.

Spritzgussform, Stahl
Spritzgussform, Stahl
Ressource: https://www.tctmagazine.com

Material der Spritzgussform

Die gebräuchlichsten Materialien für Spritzgießformen sind Aluminium und rostfreier Stahl. Während Aluminium bei der Konstruktion einer Form relativ billiger ist, ist Edelstahl für die meisten Anwendungen die bessere Wahl. Hier finden Sie weitere Informationen zu den einzelnen Spritzgusswerkstoffen.

Spritzgussform Stahlmaterial

Stahl ist das gängigste Material für das Spritzgießen. Stahlformen können gehärtet oder durch Wärmebehandlung vorgehärtet werden, um eine höhere Festigkeit und Härte zu erreichen. Stahlformen sind außerdem sehr verschleißfest und produzieren qualitativ bessere Teile.

Aluminium-Spritzgussform

Eine Form für das Spritzgießen kann auch aus Aluminium bestehen. Aluminium bietet einige Vorteile, z. B. eine bessere Temperaturkontrolle, niedrigere Kosten und kürzere Vorlaufzeiten aufgrund seiner leichte Bearbeitbarkeit. Es ist jedoch nicht so widerstandsfähig wie Stahl und eignet sich möglicherweise auch nicht für bestimmte Anwendungen.

Spritzgussformteile
Spritzgussformteile
Ressource: https://www.researchgate.net

Spritzgussteile

Die Spritzgussform besteht aus mehreren Komponenten. Hier werden wir einen Blick auf die wichtigsten Teile werfen: Dazu gehören Spritzgussformteile, die den Hohlraum, den Kern und andere Teile der Baugruppe bilden. Dazu gehören die folgenden Teile:

Anguss für Spritzgussformen

Dies ist der Teil, der sich neben der Einspritzdüse befindet. Er hilft dabei, den geschmolzenen Kunststoff in die Form zu leiten. Der Anguss der Spritzgussform ist mit dem Angusssystem verbunden und muss eine effiziente und gleichmäßiges Fließen des Materials.

Injektor-Werkzeugkanäle

Die Angüsse sind Kanäle, die die Schmelze vom Anguss zu den Kavitäten leiten. Diese Spritzgießkanäle können beheizt oder kalt sein, je nach den Prozessanforderungen oder Optionen. Ein Spritzgießkanal speist die Kavität und den Kern direkt über einen so genannten Anschnitt.

Anschnitt der Spritzgussform

Der Anschnitt ist eine kleine Öffnung am Ende des Läufers, durch die Material in den Hohlraum gelangt. Außerdem hilft er bei der Regulierung und Steuerung des Materialflusses. Es gibt verschiedene Arten von Anschnitten, wie z. B. Randanschnitte, Heißkanalanschnitte, Unteranschnitte und direkte Angussanschnitte.

  • Randtor: Am Rande eines Hohlraums gelegen und für flache Teile verwendet
  • Anschnitt mit heißer Spitze: An der Oberseite, meist für konische oder runde Teile verwendet
  • Untertor: Kann überall platziert werden und bietet eine bessere Kontrolle über den Fluss und den Prozess
  • Direkte Angussöffnung: Wird direkt mit dem Anguss verbunden und üblicherweise für runde Teile verwendet

Spritzgussform Kavität

Der Hohlraum der Spritzgussform ist der eigentliche Raum innerhalb der Spritzgussform, der das geschmolzene Material aufnimmt. Form und Größe dieses Hohlraums bestimmen das Produkt, das während des Spritzgussverfahrens hergestellt wird.

Auswerferstifte für Spritzgussformen

Die Auswerferstifte der Spritzgießform sind die Teile, die das Produkt nach der Fertigstellung herausdrücken. Diese befinden sich, wie bereits erwähnt, in der Auswerferplatte und müssen strategisch platziert werden, um sicherzustellen, dass sich das Produkt leicht und ohne Beschädigung lösen lässt.

Kühlsystem für Spritzgussformen

Bestehend aus Wasserkanälen oder auch ÖlDas Kühlsystem einer Spritzgießform hilft bei der Abkühlung des geschmolzenen Materials, damit es in einer bestimmten Form und Größe aushärten kann - und das innerhalb einer bestimmten Zeit. Außerdem muss es effizient genug sein, um gleichmäßige Temperaturen in der gesamten Baugruppe zu gewährleisten.

Entlüftung von Spritzgussformen

Entlüftungsöffnungen in Spritzgießwerkzeugen, bei denen es sich in der Regel um kleine, in die Werkzeugoberfläche eingearbeitete Kanäle handelt, tragen dazu bei, dass die in der Kavität eingeschlossene Luft während des Spritzvorgangs entweichen kann. Dadurch wird ein Druckaufbau in der Kavität vermieden und letztlich eine gute Teilequalität gewährleistet.

Mehrkavitäten-Spritzgussform
Mehrkavitäten-Spritzgussform
Ressource: https://www.youtube.com/watch?v=asEtaBiDZW8

Was sind die Arten von Spritzgussformen?

Die Klassifizierung von Spritzgießwerkzeugen basiert auf 3 Hauptparametern: dem Fördersystem (Heiß- und Kaltkanal), der Anzahl der Kavitäten (Einzelkavität oder Mehrfachkavität) und der Platte (Standard-Zweiplatten- und Drei-Platten-Werkzeuge). Diese Arten von Spritzgießwerkzeugen werden im Folgenden erläutert.

Heißkanalform

Beim Heißkanalspritzgießen wird das Material beim Durchfließen erhitzt. Dadurch entstehen saubere Teile und weniger Abfall (das Material verfestigt sich nicht in ihnen). Allerdings sind sie schwieriger zu reinigen, da sie nicht sichtbar und dauerhaft befestigt sind.

Kaltkanalform

Beim Kaltkanalspritzgießen hingegen wird das Material nicht erwärmt. Diese Arten von Spritzgießwerkzeugen sind in der Regel freiliegend und einfacher zu bedienen oder zu warten. Nachteilig ist, dass sie in der Regel viel Abfall produzieren, der ebenfalls manuell entfernt werden muss.

Einzelne Kavitätenform

Ein Einzelkavitätenwerkzeug ist so konzipiert, dass bei jedem Spritzzyklus jeweils nur ein Produkt hergestellt wird. Diese Art des Spritzgießens wird in der Regel für die Produktion von Kleinserien verwendet, z. B. Prototypen und kundenspezifische Teile.

Mehrkavitätenform

Ein Mehrkavitätenwerkzeug ist so konzipiert, dass mit jedem Spritzzyklus mehrere Produkte auf einmal hergestellt werden können. Diese Formen eignen sich am besten für die Massenproduktion, da sie schnell und effizient große Mengen von Teilen in einem einzigen Arbeitsgang herstellen können.

Familienform Design

Die Spritzgussformen sind so konzipiert, dass mehrere Teile auf einmal hergestellt werden können, aber die einzelnen Kavitäten können leicht unterschiedlich sein, so dass verschiedene Formen, Größen oder Farben entstehen. Diese Formen ermöglichen eine größere Flexibilität in der Produktion und können den Herstellungsprozess vereinfachen.

Zwei-Platten-Spritzgussform

Ein Zweiplatten-Spritzgießwerkzeug hat zwei unterschiedliche Hälften. Obwohl das Zwei-Platten-Werkzeug mit jedem Angusssystem verwendet werden kann, eignet es sich am besten für den Aufbau mit einer Kavität. Sie eignet sich am besten für kleinere Produktionsläufe oder wenn kleinere Stückzahlen benötigt werden.

Drei-Platten-Spritzgussform

Ein Drei-Platten-Spritzgießwerkzeug ähnelt einem Zwei-Platten-Werkzeug, hat aber eine zusätzliche Platte dazwischen. Die Anordnung der drei Platten ermöglicht eine schnellere Produktion. Allerdings steigen dadurch auch die anfänglichen Werkzeugkosten.

Stapel-Spritzgussform

Für eine schnellere Herstellung oder höhere Produktionsläufe wird das Etagen-Spritzgießwerkzeug verwendet. Bei dieser Art der Werkzeugkonstruktion werden mehrere Werkzeuge übereinander gestapelt. So können mehrere Teile auf einmal hergestellt werden.

Konstruktion von Spritzgussformen
Konstruktion von Spritzgussformen
Ressource: https://www.youtube.com/watch?v=viwbxM6F7zc

Design von Spritzgussformen

Während des Konstruktionsprozesses müssen die Hersteller von Spritzgießwerkzeugen eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigen, z. B. die Art des Materials, den Verwendungszweck des Teils und die Kosten. Das endgültige Design hängt von diesen Faktoren sowie von der Größe und Komplexität des zu gießenden Teils ab.

Noch wichtiger ist, dass die Ingenieure bei der Herstellung einer Spritzgussform diese drei Faktoren berücksichtigen: Entformungswinkel, Wandstärke, Hinterschneidungen.

Spritzgussform Entformungswinkel

Der Entformungswinkel ist der Grad der Verjüngung an den Wänden der Spritzgießform, um die Entnahme der Teile zu erleichtern. Im Allgemeinen liegen die Entformungswinkel zwischen 0,25° und 0,5°, je nach Teilegeometrie und Materialanforderungen.

Wanddicke der Spritzgussform

Die Wandstärke ist ein entscheidender Faktor bei der Herstellung von Spritzgusswerkzeugen. Sie sollte im gesamten Teil gleichmäßig sein und nicht zu dünn, um Hohlräume oder Einfallstellen zu erzeugen, oder zu dick, um Verzug und andere Probleme beim Spritzgießen zu verursachen.

Hinterschneidungen in Spritzgussformen

Hinterschneidungen können verhindern, dass das Teil ohne Beschädigung ausgeworfen werden kann. Dabei kann es sich um Rillen, Vertiefungen oder Vorsprünge an den Wänden des Teils handeln. Hinterschneidungen in Spritzgießwerkzeugen müssen sorgfältig geplant und strategisch platziert oder entfernt werden, wenn sie nicht absolut notwendig sind.

Wie lange hält eine Spritzgussform?

Die Lebenserwartung von Spritzgussformen hängt vom verwendeten Material, von der Häufigkeit des Einsatzes und von der Instandhaltung ab. Im Allgemeinen können Spritzgießformen zwischen einigen tausend und weit über einer Million Zyklen überleben.

Die Lebensdauer kann sich verkürzen, wenn die Schimmelpilze häufig abgenutzt werden oder wenn sie nicht richtig gewartet werden.

Die Lebensdauer von Spritzgusswerkzeugen wird auch von der Materialqualität beeinflusst. Aus diesem Grund müssen die Hersteller sicherstellen, dass sie ihre Formen mit der höchstmöglichen Materialqualität herstellen.

Kosten der Spritzgussform

Die Kosten für ein Spritzgießwerkzeug variieren je nach Größe, Komplexität und Anzahl der benötigten Kavitäten erheblich. Kleinere Teile können aufgrund der geringeren Werkzeugkosten kostengünstiger hergestellt werden als größere Teile.

Die Art des verwendeten Materials wirkt sich ebenfalls auf die Kosten der Spritzgussform aus, obwohl die Preise von Ihrem Standort auf dem Globus. Die Herstellung einer Stahlform kann zum Beispiel $5 000 kosten, während eine ähnliche Aluminiumform nur einen Bruchteil davon kostet - etwa $1 000.

Darüber hinaus wirkt sich auch die Anzahl der Kavitäten in der Form auf die Kosten aus; je höher die Anzahl der Kavitäten, desto höher die Kosten. Die Kosten für eine Spritzgussform können je nach diesen Faktoren zwischen einigen hundert und mehreren zehntausend Dollar liegen.

Schlussfolgerung

Zum Abschluss dieses Leitfadens für Spritzgießwerkzeuge müssen wir noch einmal betonen, wie wichtig die richtige Konstruktion und das Verständnis für die verschiedenen Anforderungen an das Werkzeug sind. Denn mit einer gut konzipierten Spritzgießform können Sie eine lang anhaltende Leistung und qualitativ hochwertige Teile erzielen, die über mehrere Produktionsläufe hinweg konsistent sind.

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