Wie werden Spritzgusswerkzeuge hergestellt?
Spritzgusswerkzeuge ermöglichen es, Kunststoffteile in großen Mengen effizient herzustellen. In die Spritzgussformen wird innerhalb eines zeitlich definierten Zyklus‘ verflüssigter Kunststoff eingespritzt. Durch Hohlräume innerhalb des Spritzgusswerkzeugs, auch Kavität genannt, wird das verflüssigte Kunststoffmaterial in Form gebracht, bevor es innerhalb der Spritzgussform abkühlt und erstarrt. Durch Öffnen des Spritzgusswerkzeugs kann das fertige Spritzgussteil entformt werden.
Diese Spritzgusswerkzeuge werden in spezialisierten Abteilungen, auch Werkzeugbau oder Formenbau genannt, durch Werkzeugmechaniker für Formentechnik hergestellt. Aus Normalien fertigen die Werkzeugmechaniker anhand von Konstruktionszeichnungen die einzelnen Bestandteile eines Spritzgusswerkzeugs. Hierzu werden metallbearbeitende Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Fräsen, Drehen, Schleifen, Erodieren, Drahten, Härten, Schweißen oder Polieren angewandt. Je nach Komplexität des Spritzgussteils sowie der Anzahl der Kavitäten, kann ein Spritzgusswerkzeug aus mehreren hundert Einzelteilen bestehen, welche aufeinander abgestimmt und in aufwendiger Handarbeit zusammengesetzt werden müssen.
Abhängig von der bei der Werkzeugerstellung gewählten Materialgüte sowie der Konstruktion und Werkzeugkühlung können aus einem Spritzgusswerkzeug bis zu mehrere Millionen Spritzgussteile hergestellt werden.
Die aufwendigen und präzisen Arbeiten in einem Werkzeugbau erfordern geschultes Fachpersonal und den Einsatz hochwertiger Spezialmaschinen. Im Vergleich zu anderen Kunststoffverarbeitungsverfahren ist somit der Bau von Spritzgusswerkzeugen auch mit einem vergleichsweise hohen finanziellen Investment verbunden.
Aufbau und Funktionsweise eines Spritzgusswerkzeugs
Ein Spritzgusswerkzeug besteht in der Regel aus zwei Hälften, der Düsenseite sowie der gegenüberliegenden Auswerferseite.
In diesen Hälften sind die wesentlichen Komponenten eines Spritzgusswerkzeugs, wie Auswerferelemente, Angusssysteme, Kerne, Kavitäteneinsätze und die Kühlung (Temperierung) untergebracht.
Spritzgusswerkzeuge differenzieren sich grundsätzlich im Bereich der Temperierung, der Angusstechnik, der Entformungsarten sowie gegebenenfalls vorhandener Sonderbauarten.
Die beiden Hälften (Düsenseite sowie Auswerferseite) eines einfachen Spritzgusswerkzeugs sind wiederum aus mehreren einzelnen Werkzeugplatten zusammengesetzt. Hierbei ist die Düsenseite immer die statische Hälfte bei einem Spritzgusswerkzeug. Dies bedeutet, dass sie sich während der Produktion von Spritzgussteilen nicht bewegt. In dieser düsenseitige Werkzeughälfte sind die sogenannten Formnester, welche auch als Formeneinsätze oder Halbschalen der Kavitäten bezeichnet werden, eingearbeitet.
Die Bauteile des Angusssystems sind ebenfalls Bestandteil der Düsenseite. Hier unterscheidet man zwischen einem Kaltkanal-Verteilersystem mit zentraler Angussbuchse sowie einem Heißkanalverteiler mit einzelnen Heißkanaldüsen je Werkzeugkavität.
Mittels eines Zentrierrings sowie Spannpratzen wir das Spritzgusswerkzeug auf der düsenseitigen Maschinenaufspannplatte befestigt. Während der Spritzgussproduktion taucht die Düse der Spritzgussmaschine durch den Zentrierring in das Spritzgusswerkzeug ein und wird dort gegen die Angussbuchse gepresst. Erfordert das zu verarbeitende Kunststoffmaterial erhöhte Werkzeugtemperaturen wird zusätzlich eine Isolierplatte zwischen Maschinenaufspannplatte und Verteilersystem befestigt.
Auf der Auswerferseite befinden sich die Auswerferelemente, formgebende Kerne und Einsätze, die auch als Kavitäten bezeichnet werden.
Die Entformung der produzierten Spritzgussteile erfolgt je nach Komplexität des Spritzgussteils sowie der Spritzgussformen mittels unterschiedlicher Auswurfeinrichtungen:
- Spritzgussteile ohne einen Hinterschnitt in ihrer Formkontur können vom Kern per Abstreifplatte abgeschoben oder mittels Auswerferstiften entformt werden.
- Bei Spritzgussteilen mit Hinterschneidung in Ihrer Formkontur wird die Entformung unter der Zuhilfenahme von Schiebern oder Backen durchgeführt.
- Verfügen die Spritzgussteile über ein Innen- oder Außengewinde, erfolgt die Entformung mittels Faltkernen, ausdrehbaren Kernen oder durch eine Zwangsentformung
Beide Formhälften verfügen über ein separat regelbares Temperiersystem für eine präzise Temperaturführung, die vom zu verarbeitenden Kunststoff abhängt.
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