Spritzgießen unter dem Vergrößerungsglas. Materialien und Produktionsverfahren

Eine der effizientesten Technologien zur Herstellung von Kunststoffteilen ist das Spritzgießen. In diesem Artikel erfahren Sie, wie dieses Verfahren funktioniert, welche Eigenschaften die für die Modellierung verwendeten Materialien haben und welche Vor- und Nachteile es mit sich bringt.

Das Spritzgießverfahren wird für die Massenproduktion eingesetzt. Dank der hohen Wiederholbarkeit des gesamten Zyklus ist es sehr einfach, Tausende von Einheiten eines bestimmten Produkts mit einem sehr ähnlichen Qualitätsniveau herzustellen. Diese Technologie bietet ein riesiges Spektrum an Möglichkeiten. Sie wird für die Herstellung einer Vielzahl von Teilen verwendet – von kleinsten Komponenten bis hin zu Karosserieteilen. Im weiteren Verlauf dieses Artikels werden wir den Produktionsprozess genauer beschreiben.

Beim Spritzgießen verwendete Materialien

Beim Kunststoff-Spritzgießen können die meisten Polymere verwendet werden. Dazu gehören Polymerharze und alle Thermoplaste sowie einige duroplastische Materialien (z. B. Epoxid und Phenol) und Elastomere. Biologisch abbaubare Eigenschaften, breite Anwendbarkeit und die Fähigkeit, bei Erwärmung in einen plastischen Zustand überzugehen, zeichnen die meisten Thermoplaste aus. Bei der Auswahl der Materialien ist es sinnvoll, sich von Kriterien wie Kosten, Festigkeit, Elastizität (die Fähigkeit, die ursprüngliche Form und das ursprüngliche Volumen wieder anzunehmen, nachdem die äußeren Kräfte, die die Verformung verursacht haben, beseitigt wurden), Chemikalienbeständigkeit und Wasseraufnahme leiten zu lassen.

Der wichtigste Aspekt bei der Wahl der richtigen Parameter ist die Verarbeitungsschrumpfung des Kunststoffs. Dabei handelt es sich um die Veränderung des Volumens oder der Abmessungen des Formteils im Verhältnis zum Volumen und zu den Abmessungen des Formhohlraums. Die Verarbeitungsschwindung schwankt bei jedem Material zwischen 0,2 % und bis zu 4 %.

Die Eigenschaften der einzelnen Materialien bedeuten, dass sie sich für den Einsatz unter bestimmten Bedingungen eignen. Einige dieser Eigenschaften werden im Folgenden beschrieben:

• Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) – dank seiner Glätte, Steifigkeit und Festigkeit ist ABS ideal für Teile, die stoßfest und formstabil sein müssen.
• Polyamid (PA) – gibt es in vielen Varianten, wobei die verschiedenen Nylonsorten unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Sie sind beständig gegen hohe Temperaturen und Chemikalien, haben eine hohe Härte, gute Gleiteigenschaften oder Formstabilität.
• Polycarbonat (PC) – ist leicht, hat eine hohe Festigkeit und Formstabilität sowie gute elektrische Eigenschaften, einen großen Betriebstemperaturbereich und ist flammhemmend.
• Polypropylen (PP) – mit guter Ermüdungsbeständigkeit, ist PP physiologisch neutral und daher für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet.
• Polyethylen (PE) – relativ leicht zu verarbeiten, für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet, chemikalienbeständig, das am häufigsten verwendete Material in der Rotationsformtechnik.
• Polyethylenterephthalat (PET) – hohe mechanische Festigkeit, Formbeständigkeit, hohe Steifigkeit.
• Polymethylmethacrylat (PMMA) – hohe Härte. hervorragende optische Eigenschaften, weshalb es oft in der Beleuchtungsindustrie verwendet wird, Glanz.
• Polystyrol (PS) – Formbeständigkeit, hohe Steifigkeit.

Kunststoff-Spritzgießverfahren

Bei diesem Verfahren wird das körnige Material unter dem Einfluss des beheizten Zylinders der Spritzgießmaschine plastifiziert, und die im Zylinder rotierende Schnecke bewegt den Kunststoff in Richtung der Form. Unter dem Einfluss von Wärme verwandelt er sich in eine plastische Masse. Durch die Kombination von hohem Druck und Temperatur wird das Material in einen plastischen Zustand gebracht und anschließend in Form eines fertigen Formteils ausgestoßen.

Die Einspritztemperatur beträgt etwa 200 Grad Celsius, wodurch sich der Kunststoff verflüssigt und eine plastische Masse entsteht. Durch das Einspritzen in die Schnecke wird der flüssige Kunststoff in die Kavitäten der geschlossenen Spritzgussform gespritzt. Der Einspritzdruck hängt von dem verwendeten Kunststoff, seiner Geometrie und Masse ab. Durch die Aushärtung des eingebrachten Kunststoffs kann dieser als fertiges Teil aus der Spritzgussform entnommen werden. Der Zyklus wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von Teilen erreicht ist oder bis zu einer bestimmten Zeit.

Eine der Kunststoffverarbeitungstechniken ist das so genannte Insert Moulding. Bei diesem Verfahren ist es nicht erforderlich, eine große, teure Form herzustellen. Es genügen Einsätze, die in die Matrize eingesetzt werden, wo sich die Formhohlräume befinden. Die Anwendung dieser Methode ermöglicht es, die Zeit für die Herstellung einer Gussform erheblich zu verkürzen (in der Regel weniger als 30 Arbeitstage) und die Kosten im Vergleich zu einer Gussform, die beim traditionellen Spritzguss verwendet wird, zu senken – die Kosten für eine Gussform können bis zu 50 % niedriger sein. Diese Lösung ist für die Produktion von kleinen Teilen mit unkomplizierter Struktur und kleineren Mengen (10’000-100’000 Stück) geeignet. Der Herstellungsprozess ändert sich bei dieser Technologie nicht.

Kunststoffspritzguss – Vor- und Nachteile

Vorteile:

• Sehr kurze Zykluszeit.
  Da sie in der Regel ein Dutzend oder mehr Sekunden dauern, ist es möglich, Hunderte oder sogar Tausende von Einheiten eines Produkts in kurzer Zeit herzustellen.
• Jede Form.
  Fähigkeit zur Herstellung von Teilen mit sehr komplexen Formen und engen Maßtoleranzen.
• Geringer Abfall.
  Das Kunststoffspritzgießen zeichnet sich im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren (z. B. CNC-Bearbeitung) durch eine geringe Abfallerzeugung aus. Darüber hinaus kann gebrauchtes Material oft wiederverwendet werden. Zu den ökologischen Vorteilen gehören auch geringe Schadstoffemissionen.
• Flexibilität bei der Formgestaltung und der Materialwahl.
  Der Hersteller hat einen großen Spielraum bei der Gestaltung der Form und der Auswahl des Thermoplasts für die einzelnen Komponenten.
• Energieeffizienz.
  Moderne elektrische Spritzgießmaschinen können relativ wenig Energie verbrauchen.
• Produktionswiederholbarkeit und Maßhaltigkeit der hergestellten Formteile.
  Eine angemessene Kontrolle der Prozessparameter gibt uns Vertrauen in die Qualität und Geometrie der Komponenten, die bei der schnellen Produktion einer großen Anzahl von Formteilen nicht leiden werden.
• Eine Nachbearbeitung ist nicht erforderlich.
  Die Verwendung der Spritzgusstechnik erfordert keine zusätzliche Bearbeitung in der Nachproduktion.
• Fähigkeit, den Prozess vollständig zu automatisieren.
  Eine integrierte Produktionslinie, die von IT-Systemen unterstützt wird, ermöglicht es, die für den Betrieb erforderlichen Humanressourcen zu reduzieren.
• Hohe Qualität der hergestellten Formteile.
  Die Abnehmer suchen nach robusten, flexiblen und komplexen Bauteilen. Das Kunststoffspritzgießen eignet sich gut für ihre Produktion und gewährleistet ein hohes Qualitätsniveau.

Benachteiligungen:

• Hohe Kosten für die Umsetzung des Formulars.
  Die Kosten für eine Spritzgussform können sehr hoch sein. Daher sollte die Herstellungstechnologie sorgfältig ausgewählt werden, um die Kosten zu optimieren.
• Lange Herstellungszeit der Form.
  In der Regel dauert dieser Prozess etwa 12-16 Wochen.
• Hochqualifizierte Mitarbeiter erforderlich.
  Das Design- und Implementierungsteam muss unter anderem. den Prozess richtig planen, die Form entwerfen und die geeigneten Verarbeitungsparameter auswählen.
• Diese Technologie ist für kleine Chargen nicht kosteneffizient.
  Damit die Produktion rentabel ist, sollte das Auftragsvolumen bei mindestens 10.000 Einheiten beginnen.
• Kontrolle der Wandstärke.
  Die Wände dürfen nicht zu dick sein, da dies dazu führen kann, dass die Außenfläche des Werkstücks kalt wird und vollständig erstarrt. Andererseits kann das Innere des Materials noch dehnbar sein, so dass sich die Festigkeit des Werkstücks verschlechtert und Fehler auftreten können (es wird empfohlen, die Dicke unter 4 mm zu halten). Andererseits kann eine zu geringe Dicke (weniger als 1 mm) bei den meisten Werkstoffen auch zu Problemen führen, da die Festigkeit möglicherweise nicht ausreicht und ebenfalls Fehler auftreten können.
• Die Notwendigkeit, enge Toleranzen bei den Produktionsparametern einzuhalten.
  Es ist eine kontinuierliche Überwachung der Prozesse erforderlich, wobei insbesondere die Frage der Qualitätskontrolle zu berücksichtigen ist.

Beispiele für Spritzgießanwendungen

• Komponenten für Haushalts- und Gewerbegeräte
• Beschläge
• Kappen
• Medizinische Testkassetten
• Spulen
• Rosetten
• Möbelkomponenten (z.B. Füße)
• Gummi-Elemente
• Endkappen
• Kabelanschlüsse
• Blöcke für Kinder
• elektronische Komponenten
• Alltagsgegenstände
• Komponenten für die medizinische Industrie (z. B. Testkassetten)
• Boxen Möbelelemente
• Türstützen

Zusammenfassung

Das Spritzgießen hat sich zu einer der wichtigsten Technologien in der kunststoffverarbeitenden Industrie entwickelt. Marktprognosen sagen voraus, dass das Interesse an dieser Technologie aufgrund der zunehmenden Anwendungen in neuen Bereichen wie Optik, Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Biomedizin und Kommunikation von Jahr zu Jahr wachsen wird.

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