Kerne mit seitlicher Wirkung
Mehrere Faktoren können die Leistung von Spritzgießformen beeinflussen. Ältere Formen können beispielsweise anders ausgeführte seitliche Kernzüge aufweisen, als es die aktuellen Anforderungen vorsehen.
Neue Formparameter, unterschiedliche Materialien und Glasanforderungen können sich ebenfalls negativ auf die Formleistung auswirken. Dies kann dazu führen, dass sich die Kerne biegen, Grate bilden oder sich bewegen.
Seitlich wirkende Kerne erhöhen die Komplexität und die Kosten der Formkonstruktion. Im Gegensatz zu Schlitzmerkmalen müssen seitlich wirkende Kerne senkrecht zur Formachse bewegt werden, so dass das Werkzeug von der Formachse versetzt werden muss.
Dadurch wird das Spritzgießwerkzeug komplexer, was Kosten und Lieferzeit erhöht. Außerdem müssen Konstrukteure Entformungsschrägen vorsehen, um den Seitenschieber zu berücksichtigen.
Eine andere Art der Formgestaltung beinhaltet Kerne, die entfernt und ersetzt werden können. Die meisten Formen haben zwei Seiten: eine “A”-Seite für die äußere kosmetische Oberfläche des Bauteils und eine “B”-Seite für die inneren Teile.
Ersteres ist im Allgemeinen glatt und frei von Überhängen und lässt sich am einfachsten gestalten. Letztere ist in der Regel komplexer und erfordert einziehbare Seitenkerne und Einsätze.
Das nachstehende Bild zeigt ein Beispiel für einen seitlich wirkenden Kern. Er wird zur Herstellung eines Fernsteuerungsgehäuses verwendet.
Diese Form hat einen seitlichen Kern, der eine Entlüftung und Auswerferstifte enthält. Mit dieser Form können verschiedene Arten von Kunststoffprodukten hergestellt werden.
Ein hochwertiger seitlich betätigter Kern weist eine hohe Vorspannung auf und ermöglicht einen Hydraulikdruck von null psi. Außerdem muss der Kern groß genug sein, um die Kräfte des Kunststoffspritzgießprozesses aufzunehmen.
Kalte Einspritzeinheit
Spritzgießformen werden auf eine von zwei Arten hergestellt. Das traditionelle Verfahren nutzt Standardbearbeitung und EDM-Technik. CNC-Bearbeitung kann effizienter sein und Formen mit genaueren Details erzeugen.
Die Kosten für eine Form hängen von der Anzahl der Kavitäten und der Komplexität des Designs ab.
Weniger Kavitäten bedeuten weniger Werkzeugaufwand, während zusätzliche Details den Preis erhöhen. Die Kosten hängen auch von der Oberflächenbeschaffenheit ab.
Bei der Konstruktion einer Form berücksichtigt der Konstrukteur die Anzahl der Merkmale, die in die Form integriert werden müssen. Spritzgießverfahren erfordern mehrere Schritte, vom Entwurf bis zur Produktion.
Einer davon ist die Konstruktion einer Form, die die geschmolzenen Kunststoffteile aufnehmen soll. Ein weiterer wichtiger Schritt im Spritzgießprozess ist die Herstellung des Kerns.
Die Form muss mit einem Kern entworfen werden, der groß genug ist, um alle Merkmale aufzunehmen, die darin geformt werden.
Sobald die Form entworfen ist, muss sie gründlich getestet werden, um sicherzustellen, dass der Entwurf für das Kunststoffteil geeignet ist.
Es muss außerdem prototypisch hergestellt werden, bevor es für die Produktion verwendet werden kann. Spritzgießwerkzeuge können mit konventioneller Bearbeitung, computergestützter numerischer Bearbeitung (CNC) und Funkenerosion hergestellt werden.
Das thermoplastische Rohmaterial wird mit Hilfe einer sich hin- und herbewegenden Schnecke in einen beheizten Zylinder eingeführt. Die Wärme bewirkt eine chemische Reaktion, die die Van-der-Waals-Kräfte im Rohmaterial schwächt.
Dadurch wird der Raum zwischen den Molekülen vergrößert und die Viskosität verringert. Der geschmolzene Kunststoff gelangt dann durch ein Angusssystem in den Formhohlraum.
Nach dem Erkalten hat der Kunststoff die gewünschte Form. Mit einem Auswerferstift wird der Kunststoff dann aus der Form gedrückt.
Der Spritzgießzyklus kann aus den meisten Arten von Polymeren hergestellt werden. Zu diesen Materialien gehören Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Seit 1995 hat sich die Zahl der verfügbaren Materialien um etwa 750 pro Jahr erhöht.
Heute gibt es über 18.000 Werkstoffe, darunter viele Legierungen bereits entwickelter Materialien. Die Auswahl des Materials richtet sich nach den Kosten, der Festigkeit und der Funktion des Endprodukts.
Geradlinig gezogene Form
Geradzug-Kunststoffspritzgussformen eignen sich ideal zur Fertigung großer Stückzahlen. Das Kunststoffmaterial wird über eine Hochdruckdüse in eine Form eingespritzt.
Die Form ist im Allgemeinen aus Stahl oder Aluminium gefertigt. Ihre beiden Hälften werden durch hydraulische oder mechanische Klammern zusammengehalten.
Der Hohlraum enthält geschmolzenen Kunststoff. Der Auswurfmechanismus der Form verhindert, dass das Teil stecken bleibt oder sich verzieht.
Die gerade Ziehform ist die einfachste Art von Form. Die Konstruktion ist einfach und hält die Gesamtkosten niedrig.
Die Geometrie der Form muss 2.D sein und darf keine Überstände aufweisen. Kompliziertere Geometrien erfordern Seitenwirkungskerne oder Einsätze. Toth Mold/Die Inc. stellt jedes Jahr Tausende von Nebenwirkungsformen her.
Die Werkzeugkosten beginnen bei $1.000 und können bis zu $3.000 betragen. Diese Kosten sind unabhängig von der hohen Produktionsmenge und der Anzahl der hergestellten Teile.
Kleine Produktionsmengen sind von den Werkzeugkosten besonders betroffen. Es gibt jedoch Möglichkeiten, die Werkzeugkosten zu senken. Eine einfache Konstruktionsänderung kann die Werkzeugkosten um 50-70% senken.
Das Hinzufügen von Seiteneingriffen erhöht die Anzahl der herstellbaren Teilegeometrien. Seiteneingriffe sind Einsätze, die in einem Formhohlraum platziert werden.
Diese Einsätze ermöglichen Hinterschneidungen, die mit einer gerade gezogenen Form nicht hergestellt werden können. Sie ermöglichen außerdem, dass das Material um sie herumfließen kann.
Die Wandstärke der Teile sollte gleichmäßig sein, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden. Eine ungleichmäßige Wanddicke kann auch zu einer Verformung der Teilegeometrie führen.
Es ist wichtig, die genaue Schrumpfung zu berechnen, bevor die Form entworfen wird. Jedes Polymer hat eine andere Schrumpfungsrate.
Diese Informationen werden oft nicht von den Polymerherstellern bereitgestellt. Daher muss der Polymertyp vor der Konstruktion der Form ausgewählt werden.
Eine weitere Überlegung für Konstrukteure ist der verfügbare Raum für die Ausdehnung. Wenn das Teil sehr flexibel ist, kann sich der Bump-off beim Auswerfen über die Form verformen.
Je nach verwendetem Überschussmaterial sollte der Bump-Off nicht in der Nähe von Versteifungselementen angebracht werden. Der Bump-Off sollte einen Winkel von 30 bis 45 Grad haben.
Kühlungskanäle
Spritzgussformen werden häufig für die Herstellung von Kunststoffteilen verwendet. Diese Teile sind anfällig für einen lokalen Hitzestau, der zu Produktfehlern führen kann.
Um dieses Problem zu beseitigen, haben Forscher den Einsatz von Kühlkanälen in Spritzgießwerkzeugen vorgeschlagen.
Diese Art von Technologie verbessert den gesamten Kühlprozess, indem sie die Zykluszeit verkürzt und die Produktivität erhöht.
Verschiedene Kanalformen haben unterschiedliche Kühleigenschaften. Die Länge, der Teilungsabstand und der Abstand der Mittellinie eines jeden Kanals beeinflussen die Kühlzeit.
Verschiedene Kanalformen bieten optimale Lösungen für unterschiedliche Arten von Kunststoffteilen.
Darüber hinaus sollte die optimale Gestaltung der Kühlkanäle die Schwankungen der Kühlzeiten verringern können.
Beispielsweise benötigen dreieckige Kanäle größere Kühlflächen als quadratische Kanäle, ihre Kühlleistung ist jedoch geringer.
Eine weitere Methode zur Kühlung von Gussformen ist die Verwendung eines konformen Kühlkanals. Diese Art von Kühlsystem ermöglicht es der Form, Komponenten mit unterschiedlichen Kühlleistungen zu kühlen.
Außerdem kann die Form dadurch effizienter abkühlen, da eine Überhitzung verhindert wird. Typischerweise werden bei gesinterten Spritzgussformen konforme Kühlkanäle verwendet.
Bei der Konstruktion einer Form ist es wichtig, die verschiedenen Kühlkanäle zu berücksichtigen. Der richtige Kühlkanal verringert die Wahrscheinlichkeit von Verformungen oder Defekten.
Konforme Kühlkanäle ermöglichen außerdem eine gleichmäßige und schnelle Abkühlung, was zu weniger Verzug und Defekten führt.
Die Kühlkanäle können mit Hilfe eines additiven Fertigungsverfahrens entworfen werden. Diese Methode ist sowohl für die Massenproduktion als auch für die Entwicklung von Formen vorteilhaft.
Eine weitere Möglichkeit zur Integration von Kühlkanälen bietet die schnelle Werkzeugherstellung für Kunststoffteile. Rapid-Tooling-Verfahren wie SLS und 3D-Druck können zur Herstellung von Spritzgießformen mit eingebetteten Kupferkühlkanälen eingesetzt werden.
Verwendete Materialien
Das Spritzgießen ist ein vielseitiges Herstellungsverfahren, mit dem sich komplexe Teile zu geringen Kosten herstellen lassen.
Es gibt eine Vielzahl von Materialien, die in diesem Prozess verwendet werden können, und diese Materialien können mit anderen Materialien gemischt werden, um einzigartige Farbschemata zu schaffen.
Die Konstruktion eines Bauteils sollte zu den Eigenschaften des verwendeten Werkstoffs passen. Bestimmte Werkstoffe unterliegen jedoch gewissen Einschränkungen oder eignen sich weniger für bestimmte Anwendungen. Um diese Aspekte zu berücksichtigen, sollten Formenkonstrukteure beim Formenbau bestimmte Richtlinien befolgen.
Härte: Je härter der verwendete Werkstoff ist, desto widerstandsfähiger ist er gegen Verschleiß und Korrosion durch den Kunststoff.
Dies ist besonders wichtig, wenn ein Teil wiederholten stumpfen Stößen von kleinen Kindern standhalten muss.
Rostfreier Stahl ist auch eine ausgezeichnete Wahl bei der Verwendung korrosiver Harze. Seine höhere Härte verbessert auch die Integrität der Trennfuge und verringert das Risiko der Kernbildung.
Werkstoffauswahl: Polyamide bilden eine weitere Werkstoffgruppe, aus der Spritzgießformen hergestellt werden können. Diese Werkstoffe können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein; jeder Typ hat Vor- und Nachteile.
Nylon zum Beispiel neigt zu Schrumpfung und unzureichender Füllung. HDPE hingegen ist ein sehr haltbarer Thermoplast, der für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann. Es ist außerdem kostengünstig und hat eine gute mechanische Festigkeit.
Die Wahl des richtigen Werkstoffs für Ihre Form ist entscheidend: Der passende Werkstoff für die jeweilige Form kann dazu beitragen, dass der geschmolzene Kunststoff ordnungsgemäß fließt.
Ebenso wichtig ist jedoch die Konstruktion der Form. Das Spritzgießen kann kostspielig werden, wenn das Spritzgussteil nicht sachgerecht konstruiert ist. Vermeiden Sie Formen aus vorgehärtetem Stahl mit dünnen Wänden und unsachgemäß ausgelegten Rippen, da sie zu unvollständiger Füllung führen können.
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