Spritzgießen ist aus vielen Gründen zu einem verbreiteten Fertigungsverfahren geworden. Besonders in der Entwicklung von Konsumgütern ist es von großem Nutzen, denn Kunststoffe sind Bestandteil vieler Produkte und Spritzgießen ist eine der besten Möglichkeiten, diese herzustellen.
Dies sind die drei wichtigsten Phasen des Spritzgießprozesses.
Schritt 1: Produktkonstruktion
Die Konstruktion gehört zu den wichtigsten Produktionsphasen. Hier lassen sich Fehler vermeiden, die später hohe Kosten verursachen könnten.
Um kostspielige Konstruktionsfehler zu vermeiden, sollte die Wandstärke möglichst gleichmäßig sein. Wo Wandstärken wechseln müssen, sind fließende Übergänge vorzusehen. Spannungskonzentrationen sollten vermieden werden, beispielsweise an Ecken mit Winkeln von 90 Grad oder weniger.
Bei der Produktkonstruktion spielen viele Aspekte eine Rolle: Funktion, Gestaltung, Herstellbarkeit, Montage usw. Ein gutes Design erfüllt die erforderlichen Ziele zuverlässig und auf möglichst kreative Weise. Häufig erfolgt die Konstruktion mithilfe von CAD-Software.
Ein qualifiziertes Konstruktionsteam kann vielfältige Lösungen entwickeln, konstruieren und optimieren, um die spezifischen Anforderungen eines Projekts zu erfüllen.
Schritt 2: Werkzeugkonstruktion
Nach erfolgreicher Prüfung der Konstruktion wird das Werkzeug (die Form) gefertigt. Dafür werden üblicherweise folgende Metalle verwendet:
- Gehärteter Stahl: Das teuerste, zugleich aber langlebigste Material für ein Spritzgießwerkzeug. Gehärteter Stahl eignet sich für Produkte mit Stückzahlen im Bereich mehrerer Hunderttausend.
- Vorvergüteter Stahl: Er erreicht nicht die Standzeit von gehärtetem Stahl, ist in der Herstellung jedoch günstiger.
- Aluminium: Häufig für Prototypenwerkzeuge mit einer Kavität eingesetzt, wenn nur vergleichsweise wenige Teile benötigt werden.
- Beryllium-Kupfer-Legierung: Sie wird häufig an Stellen eingesetzt, an denen Wärme schnell abgeführt werden muss oder sich Scherwärme konzentriert.
Wie die Produktkonstruktion bietet auch die Werkzeugkonstruktion die Möglichkeit, Fehler frühzeitig zu vermeiden. Einige Beispiele zeigen, wie kostspielig eine ungünstige Werkzeugauslegung werden kann:
- Unzureichende Entformungsschrägen: Sie bestimmen, wie sich das Fertigteil aus dem Werkzeug entnehmen lässt. Zu geringe Entformungsschrägen können Auswerferprobleme verursachen und viel Zeit und Geld kosten.
- Ungünstig angeordnete oder falsch dimensionierte Anschnitte: Über diese Öffnungen wird der thermoplastische oder duroplastische Werkstoff in die Form gespritzt. Jeder Anschnitt hinterlässt eine Markierung, die bei schlechter Positionierung optische oder funktionale Probleme verursachen kann.
- Die benötigte Stückzahl beziehungsweise Zyklenzahl und der gewählte Werkstoff beeinflussen die Entscheidung, wie das Werkzeug aufgebaut und aus welchen Materialien es gefertigt wird.
Schritt 3: Fertigung
Nach Konstruktion, Erprobung und Freigabe eines Produkts kann die eigentliche Fertigung beginnen.
Das sind die Grundlagen des Spritzgießens …
Granulat aus thermoplastischem oder duroplastischem Material wird über einen Trichter in einen beheizten Zylinder zugeführt. Dort wird der Kunststoff auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt und von einer Schnecke durch den oder die Anschnitte in das Werkzeug gedrückt. Nach dem Füllen bleibt die Schnecke in Position und hält den erforderlichen Druck während der festgelegten Abkühlzeit aufrecht. Anschließend fährt die Schnecke zurück, das Werkzeug öffnet und das Bauteil wird ausgeworfen. Die Anschnitte werden automatisch oder manuell entfernt. Dieser Zyklus wiederholt sich und ermöglicht innerhalb relativ kurzer Zeit die Herstellung von Hunderttausenden Teilen.