Das Spritzgießverfahren dient zur Herstellung von Spritzgussformen für identische Teile, sogenannte Formteile. Bei diesem Verfahren wird hoher Druck benötigt, und der geschmolzene Kunststoff oder ein anderes Material wird in einen Formhohlraum eingespritzt.
Im zweiten Schritt kühlt die Masse im Inneren der Form ab, erstarrt und passt sich den Konturen des Hohlraums an. Nach dem Öffnen der Form wird das geformte Teil entnommen. Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt, um viele identische Teile herzustellen.
Zudem wird für Spritzgussformen häufig extrem widerstandsfähiger Stahl verwendet, der dem hohen Druck und der Hitze beim Spritzgießprozess standhält. Um präzise und gleichmäßige Teile herzustellen, müssen die Formen exakt sein.
Die Qualität des Endprodukts wird maßgeblich durch die Konstruktion der Form beeinflusst, die aufgrund von Faktoren wie der Art des zu formenden Materials, der gewünschten Form des Endprodukts und den jeweiligen Produktionsverfahren kompliziert sein kann.
Spritzgussteile werden in verschiedensten Produkten eingesetzt, von einfachen Haushaltswaren bis hin zu komplexen Maschinenteilen für Branchen wie die Automobil-, Elektronik- und Medizintechnik. Spritzguss ist aufgrund seiner Flexibilität und Wirtschaftlichkeit ein beliebtes Produktionsverfahren für diverse Produkte.
Spritzgussprodukte: Ausrüstung und Verfahren
Mithilfe spezieller Maschinen erzeugt das industrielle Spritzgussverfahren Formteile aus thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoffen. Folgende Komponenten sind für die Herstellung von Spritzgussprodukten unerlässlich:
Equipment
Folgende Ausrüstung wird beim Spritzgießprozess verwendet:
- Spritzgießmaschine: Diese Maschine enthält Komponenten wie einen Trichter, einen Heizzylinder, eine Förderschnecke und eine Formschließe, die den Hauptteil des Spritzgießverfahrens bilden. Die Kunststoffgranulate werden von der Maschine aufgeschmolzen und unter hohem Druck in die Form eingespritzt, um ein Formteil herzustellen.
- Formhohlraum: Dieses Werkzeug, oft aus Stahl oder Aluminium gefertigt, gibt dem Kunststoff seine Form. Zwei Formteile werden während des Spritzgießvorgangs miteinander verbunden.
- Materialtrichter: Bevor die Kunststoffgranulate in den Heizzylinder der Spritzgießmaschine gelangen, werden sie hier zwischengelagert.
- Heizfass: In diesem Teil des Spritzgießprozesses werden die Kunststoffgranulate geschmolzen, damit sie in die Form eingespritzt werden können.
- Kolbenschnecke: Dieser Teil der Spritzgießmaschine erhitzt den Kunststoff, bevor er in Richtung der Form geleitet wird.
- Formklemme: Dieses System erzeugt den erforderlichen Druck, um den geschmolzenen Kunststoff in die Form einzuspritzen, während die Form während des Spritzgießprozesses geschlossen bleibt.
- Kühlsystem: Dies dient dazu, die spritzgegossenen Bauteile nach ihrer Herstellung abzukühlen. Dies kann durch Kühlung des Systems mit Luft, Wasser oder einer Kombination aus beidem erfolgen.
Dies sind die wesentlichen Elemente einer Anlage zum Spritzgießen. Je nach den spezifischen Anforderungen des Spritzgießprozesses können auch zusätzliche Hilfseinrichtungen wie Granulatoren, Materialtrockner und Temperaturregler eingesetzt werden.
Kunststoff-Spritzgusseinheit
Das Schmelzen und Einspritzen des Kunststoffmaterials in den Formhohlraum erfolgt beim Spritzgießen durch die Kunststoffeinspritzanlage. Das Kunststoffmaterial wird mithilfe eines beheizten Zylinders, einer Schnecke und einer Düse geschmolzen und in die Form eingespritzt.
Die Kunststoffmasse wird in den Zylinder gegeben, wo sie durch die rotierende Schnecke erhitzt und vermischt wird. Im nächsten Schritt spritzt die Düse das Material in den Formhohlraum, sobald es die richtige Temperatur und Konsistenz erreicht hat. Dort kühlt es ab und härtet aus, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Um eine gleichbleibend hohe Produktionsqualität zu gewährleisten, muss die Kunststoffspritzgießanlage, die ein entscheidender Bestandteil des Spritzgießprozesses ist, angemessen gesteuert werden.
Formschließeinheit
Beim Spritzgießen müssen die beiden Formhälften während des Einspritz- und Abkühlprozesses durch die Formschließvorrichtung fest verschlossen und zusammengehalten werden. Die Schließkraft, die erforderlich ist, um die Formhälften fest zusammenzuhalten und ein Austreten von Kunststoffmaterial aus dem Formhohlraum zu verhindern, wird von der Vorrichtung aufgebracht und aufrechterhalten.
Die Formschließeinheit besteht aus einer feststehenden und einer beweglichen, die mit einem hydraulischen oder mechanischen System verbunden sind. Beim Einsetzen der Form in die Maschine werden die beiden Platten zusammengezogen, und anschließend wird eine Schließkraft aufgebracht, um die Form geschlossen zu halten.
Die benötigte Schließkraft variiert je nach Größe, Komplexität und Art des verwendeten Kunststoffs sowie der Form. Um eine sichere und effiziente Fertigung zu gewährleisten, muss die Formschließeinheit, ein entscheidender Bestandteil des Spritzgießprozesses, genauestens überwacht werden.
Verfahren: Spritzgießen von thermoplastischen Polymeren
Das Verfahren zum Spritzgießen von thermoplastischen Polymeren umfasst typischerweise Folgendes:
Die Form
Das Spritzgießen von thermoplastischen Polymeren ist stark vom Spritzgießwerkzeug abhängig. Es handelt sich dabei um eine Vorrichtung, mit der geschmolzener Kunststoff in die gewünschte Endform gebracht wird. Kavität und Kern, die beiden Hauptkomponenten des Werkzeugs, sind typischerweise so konstruiert, dass sie zusammenpassen und eine dreidimensionale Form bilden.
Nach dem Einspritzen in den Formhohlraum kühlt das Kunststoffmaterial ab und härtet aus, um die Form der Form anzunehmen. Die endgültige Form und Größe des Produkts werden durch die Konstruktion der Form bestimmt, wodurch diese zu einem entscheidenden Bestandteil des Spritzgießprozesses wird.
Die Form muss sorgfältig konstruiert sein, um einen reibungslosen Materialfluss in alle Kavitäten und eine schnelle und gleichmäßige Abkühlung zu gewährleisten. Zudem muss sie aus Materialien gefertigt sein, die den hohen Temperaturen und Drücken des Spritzgießverfahrens standhalten.
Da die Form beim Spritzgießen wiederverwendbar ist, können damit zahlreiche identische Teile hergestellt werden. Um ihre Funktionsfähigkeit zu erhalten und weiterhin qualitativ hochwertige Teile produzieren zu können, muss die Form regelmäßig gereinigt und gewartet werden.
Zwei-Platten-Form
Beim Spritzgießen von thermoplastischen Polymeren ist das Zweiplattenwerkzeug ein typischer Werkzeugtyp. Es besteht aus zwei Teilen, die auf den beiden Platten der Spritzgießmaschine befestigt sind: der Kavitätshälfte und der Kernhälfte. Das Zweiplattenwerkzeug wird so genannt, weil es aus zwei Teilen besteht, die durch eine Trennlinie voneinander abgetrennt sind.
Die Aufgabe der Zweiplattenform besteht darin, den geschmolzenen Kunststoff in die gewünschte Endform zu bringen. Das Kunststoffmaterial wird durch einen Anguss an der Trennlinie in die Kavität der Form eingespritzt. Die Kavität füllt sich mit Kunststoffmaterial, das anschließend abkühlt und aushärtet. Das fertige Produkt wird entnommen, sobald die beiden Formhälften getrennt werden.
Da die Zweiplattenform nur zwei Platten und wenige einfache Bauteile benötigt, ist sie eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Form. Sie eignet sich gut für Bauteile mit einfacher Geometrie, einschließlich flacher oder abgerundeter Kurven.
Für Teile mit komplexeren Geometrien ist dieses Verfahren jedoch möglicherweise nicht geeignet, da das Befüllen des Formhohlraums mit Kunststoff unter diesen Umständen schwierig sein kann. Im Spritzgussverfahren ist die Zweiplattenform vielseitig einsetzbar und wird häufig verwendet, insbesondere für einfache Teile und kleinere Produktionsmengen.
Drei-Platten-Form
Die Dreiplattenform ist eine der Formen, die beim Spritzgießen von thermoplastischen Polymeren eingesetzt werden. Im Vergleich zur Zweiplattenform bietet sie mehr Funktionen und ist vielseitiger einsetzbar, da sie aus drei Platten besteht: zwei beweglichen und einer festen.
Die Dreiplattenform dient dazu, die Kunststoffspritzgussteile in die gewünschte Endform zu bringen. Das Kunststoffmaterial wird durch einen Anguss an der Trennlinie in die Formhälfte eingespritzt.
Sobald sich das geschmolzene Plastik im Formhohlraum befindet, lösen sich die beiden beweglichen Platten von der feststehenden Platte, wodurch das Kunststoffobjekt aus der Form ausgestoßen werden kann. Die dritte Platte im Dreiplattenwerkzeug, die zwischen Formhohlraum und Kernhälfte liegt, wird als Angussplatte oder Gegenplatte bezeichnet.
Mithilfe dieser Platte lässt sich ein einzigartiges Angusskanalsystem realisieren, das den Kunststofffluss gezielt zu verschiedenen Kavitäten oder Bereichen innerhalb einer einzelnen Kavität lenkt. Dadurch wird der Spritzgießprozess flexibler und effizienter.
Bei der Herstellung größerer Teile, bei denen ein Zweiplattenwerkzeug zu einer größeren Werkzeuggröße führen oder den Einbau zusätzlicher Elemente wie Auswerfer erfordern würde, kommt häufig das Dreiplattenwerkzeug zum Einsatz. Durch die Integration mehrerer Kavitäten in die Werkzeugkonstruktion kann das Dreiplattenwerkzeug verschiedene Teile in einem einzigen Arbeitsgang fertigen.
Die Dreiplattenform ist ein vielseitiger und effektiver Formtyp, der häufig im Spritzgießverfahren eingesetzt wird, insbesondere für größere Teile und Produktionsserien.
Wiederverwendung von Anguss und Verteiler in Zwei- und Dreiplattenformen
Das verwendete Material, die Teilegeometrie und die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts beeinflussen, wie viel Angusskanal und Verteiler beim Spritzgießen wiederverwendet werden kann. Die Wiederverwendung von Angusskanal und Verteiler ist in der Spritzgussindustrie weit verbreitet, da sie Kosten und Abfall reduzieren kann.
Zusätzlich werden Angusskanal und Verteiler normalerweise in einer Zweiplattenform mit dem Formteil verbunden, und die gesamte Baugruppe wird aus der Form ausgeworfen. Das Teil kann dann manuell vom Angusskanal und Verteiler getrennt werden, die in weiteren Formzyklen wiederverwendet werden können.
Die Wiederverwendung von Anguss und Verteilerkanal kann weitere Bearbeitungsschritte wie Schleifen oder erneutes Einschmelzen erforderlich machen, um sicherzustellen, dass das Material für die Wiederverwendung geeignet ist. Bei einem Dreiplattenwerkzeug trennt der Auswerfervorgang Anguss und Verteilerkanal vom Formteil, und der Anguss wird häufig in nachfolgenden Formzyklen wiederverwendet.
Die Angussplatte ist in der Regel abnehmbar, was den Zugang zum Angusskanal erleichtert und die Wiederverwendung von Anguss und Verteiler ermöglicht. Es ist wichtig zu beachten, dass die Wiederverwendung von Anguss und Verteiler die Konsistenz und Qualität des Endprodukts erheblich beeinträchtigen kann.
Wiederverwendete Materialien können jedoch Verunreinigungen oder Konsistenzprobleme aufweisen, die die Festigkeit oder Haltbarkeit des Kunststoffs beeinträchtigen. Um gleichbleibend hochwertige Produkte zu erzielen, ist eine kontinuierliche Überwachung des Formgebungsprozesses und der Qualität des Recyclingmaterials erforderlich.
Im Allgemeinen werden in der Spritzgussindustrie Angusskanäle und Verteilerrohre bei Zwei- und Dreiplattenformen wiederverwendet, was Kosten und Abfall reduziert. Um die Qualität des Endprodukts zu gewährleisten, sind sorgfältige Planung und ein effizientes Management erforderlich.
Spritzgießmaschinen
Zu den für das Infektionsformverfahren verwendeten Maschinen gehören folgende:
Spritzeinheiten
Die Spritzeinheit, die das Kunststoffmaterial schmilzt und in die Form einspritzt, ist ein wesentlicher Bestandteil einer Spritzgießmaschine. Zu den typischen Komponenten gehören Zylinder, Heizelement, Schnecke bzw. Kolben, Trichter und Spritzeinheit.
Bevor das Kunststoffmaterial in den Zylinder gelangt, wird es zunächst in den Trichter gefüllt und dort gehalten. Die Förderschnecke oder der Kolben und die Hitze des Heizelements schmelzen und homogenisieren den Kunststoff im Zylinder. Beim Vorschub wird das geschmolzene Material durch die Förderschnecke oder den Kolben über einen Anguss in die Form eingespritzt.
Die Spritzgießeinheit dient der präzisen Regelung von Temperatur, Druck und Durchflussrate des Kunststoffmaterials während des gesamten Spritzgießprozesses. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kunststoffmaterial gleichmäßig homogenisiert, korrekt aufgeschmolzen und in die Form eingespritzt wird.
Es ist außerdem möglich, Geschwindigkeit, Druck und Volumen der Spritzgießeinheit anzupassen. Dies ist entscheidend beim Formen von Objekten mit komplexen Geometrien oder engen Toleranzen. Je nach Anwendung können Art und Größe der Spritzgießeinheit variieren; manche Maschinen sind für die Serienfertigung, andere für präzises oder kleinteiliges Formen ausgelegt.
Die Spritzeinheit ist von entscheidender Bedeutung für die Herstellung hochwertiger Kunststoffprodukte und oft eine der wichtigsten Komponenten bei der Bestimmung der Leistungsfähigkeit und der Möglichkeiten einer Spritzgießmaschine.
Hubschraubenmaschine
Eine Spritzgießmaschine, genauer gesagt eine Hubschneckenmaschine, schmilzt Kunststoffmaterial und spritzt es mithilfe einer hin- und hergehenden Schnecke in die Form. Aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit, Effektivität und der Fähigkeit, hochwertige Kunststoffprodukte herzustellen, wird diese Anlage häufig in der Spritzgießindustrie eingesetzt.
Im Idealfall beinhaltet das Spritzgießen das Schmelzen und Einspritzen von thermoplastischen Materialien in eine Form mithilfe einer Schneckenpresse. Die Kunststoffgranulate werden durch die sich hin- und herbewegende Schnecke in den Zylinder der Maschine befördert und dort unter Druck und Hitzeeinwirkung geschmolzen.
Nach dem Schmelzen wird der Kunststoff mithilfe einer Schnecke unter hohem Druck in die Form eingespritzt, um dem fertigen Produkt die gewünschte Form zu geben.
Schnecken-Vorplastifiziermaschine oder Zweistufenmaschine
Die zweistufige Maschine ist eine Spritzgießmaschine, die mit zwei unabhängigen Spritzeinheiten arbeitet; eine zum Schmelzen des Kunststoffmaterials und eine weitere zum Einspritzen in die Form.
Das Schmelzen und die Vorbereitung des Kunststoffmaterials für die Einspritzung werden als erste Stufe oder „Plastifizierung“ bezeichnet. In dieser Stufe erzeugt eine hin- und hergehende Schnecke Wärme und Druck, die den Kunststoff schmelzen, während er in die primäre Einspritzeinheit der Maschine eingespritzt wird.
Im zweiten Schritt, der auch als „Dosierphase“ bezeichnet wird, wird das geschmolzene Kunststoffmaterial in die Form gepumpt. Dabei wird das geschmolzene Kunststoffmaterial von der primären Einspritzeinheit zur sekundären Einspritzeinheit transportiert und dort unter hohem Druck in die Form eingespritzt.
Große und komplexe Teile werden häufig mit zweistufigen Maschinen hergestellt, da diese eine bessere Kontrolle des Formgebungsprozesses ermöglichen und ein genaueres Einspritzen des Kunststoffmaterials in die Form erlauben.
Spanneinheiten
Zur Herstellung von Spritzgussteilen werden folgende Schließeinheiten verwendet:
Schnellspanner
Um die beiden Formteile während des Einspritzvorgangs zusammenzuhalten, werden beim Spritzgießen Kniehebelspanner eingesetzt. Diese Spanner erzeugen eine hohe Spannkraft, um sicherzustellen, dass die Form während des gesamten Einspritzvorgangs des geschmolzenen Kunststoffs geschlossen und korrekt ausgerichtet bleibt.
Kniehebelspanner erhöhen die auf die Form wirkende Spannkraft über ein Gestänge. Dieses Gestänge erzeugt beim Einrasten des Spanners eine mechanische Übersetzung, wodurch die auf die Form wirkende Kraft erhöht wird. Dadurch können die Spanner mit nur geringem Kraftaufwand eine hohe Kraft aufbringen.
Kniehebelspanner sind beim Spritzgießen besonders beliebt, da sie eine robuste und zuverlässige Haltekraft bieten, die sich an die spezifischen Anforderungen des Spritzgießprozesses anpassen lässt. Darüber hinaus lassen sie sich schnell ein- und auskuppeln und sind einfach zu bedienen, was insgesamt zu einer kürzeren Zykluszeit im Spritzgießprozess beiträgt.
Hydraulische Klemmen
Hydraulische Klemmen werden häufig beim Spritzgießen eingesetzt, um die beiden Formhälften während des Einspritzvorgangs zusammenzuhalten. Um eine hohe Klemmkraft auf die Form auszuüben und sie während des Einspritzens des geschmolzenen Kunststoffs sicher geschlossen und ausgerichtet zu halten, nutzen hydraulische Klemmen Hydraulikdruck.
Eine Hydraulikpumpe, Steuerventile und Zylinder bilden das konventionelle Hydrauliksystem des Schließmechanismus. Die Zylinder bewegen die Schließplatte bzw. die Formmontageplatte beim Aktivieren des Hydrauliksystems und üben dabei Druck auf die Form aus.
Hydromechanische Klemmen
Um die beiden Teile der Form während des Spritzgießprozesses zusammenzuhalten, werden beim Spritzgießen hydromechanische Klemmen verwendet, die auch als Kniehebel-Klemmen bezeichnet werden.
Durch die Kombination eines Hydrauliksystems zum Starten des Spannvorgangs und eines mechanischen Kippmechanismus zur Erhöhung und Aufrechterhaltung der Spannkraft vereinen hydromechanische Spannvorrichtungen die Vorteile hydraulischer und mechanischer Spannmethoden.
Ein Hydraulikzylinder, der die Spannplatte gegen die feste Platte bewegt, erzeugt die Spannkraft. Sobald eine bestimmte Spannkraft erreicht ist, blockiert der Hydraulikzylinder, und der mechanische Kipphebelmechanismus übernimmt die weitere Spannkraftanwendung.
