Fertigung von
Spritzguss
Werkzeugen

Was ist das Werkzeug beim Spritzguss?

Die Herstellung von Spritzguss-Elementen steht und fällt mit der Qualität der Spritzgusswerkzeuge. Als Werkzeuge werden bei der Spritzgussproduktion jene Formen bezeichnet, in die die Kunststoffmasse eingeführt wird, um in die geplante Größe und Form des Gießlings gepresst zu werden. Man kann sich das Werkzeug für den Spritzguss wie eine dreidimensionale Schablone vorstellen, die je nach Anspruch an das Endprodukt sehr komplex aufgebaut sein kann. Meist besteht so ein Werkzeug aus der Mutterform, also der Matrize und gegebenenfalls aus einem Kern, der die inneren Hohlräume beim Gießling erzeugt.

Nachdem die Kunststoffmasse erstarrt ist, öffnet sich das Werkzeug in zwei Hälften, die Auswerferseite und die Düsenseite. Der Gießling verbleibt dabei zunächst in der Auswerferseite am Werkzeug und wird dann mit einer Auswurfvorrichtung entweder als fertig ausgestoßen oder maschinell zur Weiterverarbeitung entnommen. Da es beim fertigen der Spritzgussprodukte meist um größere Stückzahlen geht, muss solch ein Werkzeug natürlich einiges aushalten und wird überwiegend aus Metall gefertigt. Dennoch ist nach einigen tausend Spritzguss-Elementen Schluss und das Werkzeug für den Spritzguss muss ausgetauscht werden.

Materialien der Spritzgusswerkzeuge

Meist bestehen die Werkzeuge aus harten Metallen, bei denen eine Nachbearbeitung teuer und aufwendig wäre. Wenn es sich um ein komplexes und teures Werkzeug handelt, wird heute in manchen Firmen bereits mit speziellen Beschichtung z.B. aus Wolfram gearbeitet, um die Haltbarkeit der Werkzeuge für den Spritzguss zu erhöhen.

Der Werkzeugbau für den Spritzguss

Die Herstellung eines komplexen Werkzeugs mit manchmal Dutzenden an Formteilen ist eine Wissenschaft für sich. Wir von der Stocker Kunststoff GmbH haben uns daher vor vielen Jahren schon einen ausgewiesenen Experten gesucht, der sich von der Ausbildung seiner Mitarbeiter bis zum nötigen Maschinenpark ganz auf die Produktion von Werkzeugen für den Spritzguss spezialisiert hat. Mit der AB-FormTECH in Bad Aibling verbindet uns eine langjährige Partnerschaft. Für die tägliche Zusammenarbeit ist es von großem Vorteil, dass Bad Aibling und unser Firmengelände in Untersteppach bei Edling nur 30 Kilometer auseinanderliegen. In enger Zusammenarbeit lösen wir die kniffligsten Anforderungen an Bauteile und erfüllen auch ausgefallene Kundenwünsche. Gerade, wenn es um Mehrkomponenten-Spritzgusswerkzeuge geht, sorgen die erfahrenen Fachleute von AB-FormTECH mit modernster 3d-Software und 3D-CAD Konstruktion, ähnlich wie bei der CNC Produktion, für herausragende Ergebnisse.

Techniken beim Werkzeugbau

Neben der anspruchsvollen Planung, Darstellung und Konstruktion einer Matrize stellt natürlich auch die tatsächliche Produktion eines solchen Werkzeugs für den Spritzguss große Anforderungen an die verwendeten Maschinen und die Techniker. Dazu werden bei AB-FormTECH computergesteuerte Fräs-, Dreh-, und Bohrmaschinen eingesetzt. Speziell bei Kleinstteilen und in der Bearbeitung von Hohlräumen oder strukturierten Oberflächen bei den Formen wird das sogenannte Erodieren eingesetzt. Mit Hilfe von Elektroden werden Funken erzeugt, die extrem genau berechnete Öffnungen oder Aufrauhungen im Material erzeugen. Falls Sie sich für die eingesetzten Techniken und die verwendeten Maschinen interessieren, schauen Sie einfach einmal auf der Website von AB-FormTECH in Bad Aibling vorbei oder nehmen Sie direkt Kontakt auf.

Die Abläufe beim Spritzguss

Wie bei jeder maschinellen Produktion mit langer Tradition und ständiger Weiterentwicklung sind in den letzten 65 Jahren auch im Spritzguss eine Menge verschiedener Verfahren und Methoden hinzugekommen. Dabei stellen vor allem die digitalen Messverfahren zur Qualitätssicherung während des Vorgangs des Spritzgießens selbst einen Quantensprung dar. Die Messverfahren samt der dazugehörigen maschinellen Reaktion in Bezug auf die Rohstoffzusammensetzung, die Füllmenge und die Einspritzgeschwindigkeit beim Herstellungsprozess erlauben heute eine ganz andere Geschwindigkeit und Genauigkeit. Die Qualitätssicherung spielt im gesamten Qualitätsmanagement schon wegen der Kostenreduzierung eine große Rolle.

Das Spritzgießen im Prinzip

Dabei ist das Spritzgießen vom Prinzip her immer noch derselbe Vorgang wie seit jeher. Nach der aufwendigen Herstellung der Formwerkzeugs wird diese zweiteilige Hohlform mit dem unteren Teil (der Düsenseite) auf eine Aufspannplatte montiert. Der obere Teil der Hohlform bildet mit der dazugehörigen Aufspannplatte die Auswerferseite. Beide Teile zusammen werden als Schließeinheit bezeichnet. Davor befindet sich in der Spritzgießmaschine die Spritzeinheit. In diesen rotierenden Zylinder wird der Rohstoff also z.B. der thermoplastische Kunststoff durch einen Trichter als Granulat eingefüllt und per Erhitzung plastifiziert also verflüssigt. Wenn die Spritzgussmaschine mit einer passend ausgesuchten Schließkraft soweit vorbereitet ist, kann der gesamte Ablauf beginnen.

Das fertig verflüssigte Granulat wird durch einen Schneckenkolben im Plastifizierzylinder nach vorn durch eine Düse gedrückt und landet exakt portioniert in der Schließeinheit. Die beiden Werkzeugteile werden aufeinander gesetzt und der flüssige Kunststoff wird mit hohem Druck in die genau berechnete Form gepresst. Spritzeinheit und Schließeinheit sind unterschiedlich stark temperiert. Während sich die Schließeinheit ein Stück von der Düse der Spritzeinheit entfernt, kühlt sie ab und die fertig geformte Masse des Kunststoffgranulats erstarrt. Nach einigen Sekunden erreicht das neue Spritzgussteil eine ausreichende Stabilität. Die Auswerferseite öffnet sich und wirft das fertige Teil aus oder leitet es ggf. zum nächsten Teilprozess weiter.

Ansprüche an die Spritzgussteile

Das klingt zunächst einmal recht simpel und entspricht in seinem Ablauf tatsächlich den frühen Methoden der 50er Jahre. Wie gesagt, hat sich seither in der Technik viel Neues ergeben. Das hängt vor allem auch mit den gewachsenen Ansprüchen an die Spritzgussteile zusammen. Diese Ansprüche beziehen sich besonders auf

• die Größe und das Gewicht bis zum zehntel Gramm Bereich
• die Komplexität der Formgebung und Spritzgusswerkzeuge
• die verlangten Eigenschaften der Bauteile z.B. in Bezug auf Stabilität, Temperaturbeständigkeit und Langlebigkeit
• die kombinierten Eigenschaften der Bauteile mit gänzlich unterschiedlichen Komponenten und Additiven

Wie unten genauer ausgeführt wird, entstehen die größten Kosten bei der Produktion durch die Berechnung und Herstellung der Werkzeuge, die Auswahl des geeigneten Materials, bei der Vorbereitung und Justierung der Maschinen und zuletzt bei der erforderlichen Qualitätsprüfung. Weitere Problemfelder ergeben sich schon lange vor dem eigentlich Spritzgussvorgang. Das betrifft einerseits die geplante Größe der Stückzahlen im Verhältnis zum Aufwand beim Werkzeugbau und die Ausrüstung der Maschinen, die häufig unterschätzt werden. Komplizierter wird es, wenn sich bei der Konstruktion der Spritzgussteile im 3D-CAD oder auch der Prototypenherstellung im 3D Druck Fehler einschleichen.

Spritzgussmaschine anstatt 3D Drucker

Die Eigenschaften der Bauteile aus einem 3D-Druckers können sich teils erheblich von denen aus einer Spritzgießmaschine unterscheiden. Falsch berechnete Wandstärken, Materialzusammensetzungen oder unerwartete Belastungsreaktionen können sich zu massiven Kostenträgern entwickeln. Solche Probleme können nur umgangen werden, wenn der Produzent, also in diesem Fall die Stocker Kunststoff GmbH schon zu einem frühen Zeitpunkt ins Boot geholt wird. Auf diese Weise lassen sich häufig Fehler vermeiden, die ansonsten spätere Nachbesserungen und teure Konstruktionsfehler beim Werkzeugbau und aller Spritzgusswerkzeuge verursachen können.

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