Wie funktioniert das Kunststoffspritzgießen?

Das Spritzgießen ist ein beliebtes Herstellungsverfahren, das häufig zur Herstellung von Kunststoffteilen in großen Mengen mit komplexen Designs und Spezifikationen eingesetzt wird. Aber wie genau funktioniert dieses Verfahren? Als Profi Hersteller von Kunststoff-SpritzgussteilenIch werde Ihnen helfen, es herauszufinden.

Was ist Spritzgießen?

Das Spritzgießen ist ein Fertigungsverfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen in einem zyklischen Prozess. Vorgewogenes Kunststoffmaterial in Granulatform wird geschmolzen und unter hohem Druck in eine Metallform gespritzt, um ihm die gewünschte Form zu geben. Sobald der geschmolzene Kunststoff in der Form erstarrt und abkühlt, ist das Endprodukt ein netzförmiges thermoplastisches Teil, das den Konstruktionsspezifikationen entspricht.

Das verwendete Hochpräzisionswerkzeug wird als Spritzgussform bezeichnet - es verleiht dem Kunststoff seine einzigartige Form und muss für jedes Produkt speziell entworfen werden. Die Form besteht aus zwei Hauptteilen - Kavität und Kern - sowie aus Komponenten wie Kühlleitungen, Auswerferstiften usw. Wenn sie unter Druck zusammengepresst werden, bilden sie den Formhohlraum, in den der geschmolzene Kunststoff während des Formgebungsprozesses eingespritzt wird.

Verständnis des Spritzgießprozesses

Der Spritzgießprozess lässt sich in vier grundlegende Schritte unterteilen:

1. Klemmen
2. Einspritzung
3. Kühlung
4. Auswurf

Schritt 1: Einspannen

Während des Schließens werden die Werkzeughälften durch die Schließeinheit sicher verschlossen, um ein Austreten von Material zu verhindern, wenn der geschmolzene Kunststoff mit hohem Druck eingespritzt wird.

Hydraulische, mechanische oder hydraulisch-mechanische Schließsysteme sorgen für die nötige Kraft, um die Form sicher geschlossen zu halten, bis der geschmolzene Kunststoff im Inneren abgekühlt und vollständig erstarrt ist. Eine ausreichende Schließkraft sorgt für ein dichtes Schließen entlang der Trennebenen des Formwerkzeugs.

Schritt 2: Injektion

Wenn das Werkzeug geschlossen und bereit ist, beginnt die Einspritzphase. Hier wird das gewünschte Kunststoffmaterial, das in der Regel in Form von Granulat vorliegt, durch Schwerkraft aus einem Trichter in den beheizten Zylinder der Spritzgießmaschine befördert.

Im Inneren des Zylinders befindet sich eine lange Schnecke, die sich dreht, um den Kunststoff zu schmelzen, zu mischen und zu sammeln, und zwar dank der konduktiven und mechanischen Erwärmung, die durch ihre Drehung entsteht. Der geschmolzene Kunststoff wird dann unter hohem Druck durch die Düse in die Anschnitte, Angüsse und Hohlräume der Form gespritzt, bis alle Zwischenräume gefüllt sind.

Die Geschwindigkeit und der Druck müssen während des Einspritzvorgangs angemessen aufrechterhalten werden, um sicherzustellen, dass alle leeren Räume in der Form (Angüsse, Angusskanäle, Hohlräume usw.) gefüllt werden, ohne zu verstopfen.

Schritt 3: Kühlung

Während des Abkühlens verfestigt sich das geschmolzene Kunststoffmaterial allmählich in die gewünschte fertige Form, indem die Wärme durch Kühlkanäle in der Form abgeleitet wird. Diese Abkühlphase ist notwendig, bevor die Formplatten geöffnet werden und das fertige Kunststoffteil zum Vorschein kommt.

Flüssigkeiten auf Wasser- oder Ölbasis zirkulieren durch Kühlleitungen, die jeden Hohlraum umgeben, um die Wärme aus dem heißen geschmolzenen Kunststoff im Inneren abzuführen. Das Kühlsystem muss richtig eingestellt werden, um eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten, ohne dass die Bauteile einfrieren oder sich verformen.

Schritt 4: Auswurf

Im letzten Schritt öffnet sich die Form, sobald sie ausreichend abgekühlt ist, und wird mithilfe von Auswerferstiften in eine Kavitäts- und eine Kernseite getrennt. Dadurch können die vollständig verfestigten Kunststoffteile bequem ausgeworfen werden.

In diesem Schritt werden auch die Kunststoffreste, die sich in den Angusskanälen befinden, aus den Werkzeugen entfernt. Die fertigen Spritzgussteile können einige Schönheitsfehler aufweisen, so dass eine Nachbearbeitung wie z. B. ein CNC-Beschnitt erforderlich sein kann.

Und der zyklische Prozess beginnt wieder mit der Einspannphase!

Wie Spritzgießmaschinen funktionieren

Hochentwickelte Spritzgießmaschinen sind erforderlich, um diesen grundlegenden Prozess für die Massenproduktion von Kunststoffteilen präzise und wiederholt durchzuführen.

Solche speziellen Einheiten haben drei Hauptbereiche:

1. Feststelleinheit

Beinhaltet Formhalteplatten, um die Formwerkzeuge vor und während des Einspritzens geschlossen und ausgerichtet zu halten.

2. Einspritzeinheit

Schmelzen von Kunststoff und Einspritzen von geschmolzenem Polymer in Hohlräume durch hohe Temperatur und Druck.

3. Schimmelpilz

Geformtes Werkzeug, das zwischen den Platten gehalten wird und einen Abdruck der negativen Reliefdetails des Teils aufweist.

Hochentwickelte programmierbare Prozesssteuerungen regeln feinfühlig verschiedene Verarbeitungsparameter wie Heizung, Schneckendrehzahl, Hydraulik, usw. Dadurch können Merkmale wie Plastifiziergeschwindigkeit, Schussgrößen, Einspritzprofile und Drücke präzise eingestellt werden.

Durch diese Automatisierung wird das Spritzgießen für die Massenproduktion in hohem Maße wiederholbar, während gleichzeitig eine strenge Qualitätskontrolle komplexer Präzisionskunststoffteile gewährleistet ist.

Verwendete Materialien

Für das Spritzgießen eignen sich zwar mehrere Materialien, aber zu den gängigen gehören ABS, Acryl, Nylon, Polycarbonat und Polypropylen. Jedes hat einzigartige Eigenschaften, die es für bestimmte Anwendungen geeignet machen.

ABS - Acrylnitril-Butadien-Styrol hat eine hohe Schlagzähigkeit in Kombination mit Zähigkeit, Steifigkeit und thermischer Stabilität. Bei Haushaltsgeräten, der Innenausstattung von Kraftfahrzeugen und Konsumgütern wird ABS-Spritzguss in großem Umfang eingesetzt.

Polycarbonat - Mit seiner unübertroffenen Transparenz und Hitze-/Stoßfestigkeit eignet sich Polycarbonat für Anwendungen, die eine solche Widerstandsfähigkeit erfordern. Von kugelsicheren Glasscheiben bis hin zu medizinischem Zubehör und CDs werden Polycarbonat-Formteile verwendet.

Nylon - Vom ausgezeichneten Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht bis hin zu natürlicher Schmierfähigkeit, Abriebfestigkeit und chemischer Inertheit ist Nylon eine häufige Wahl für das Spritzgießen. Zahnräder, Nocken, Lager und spezielle Armaturen für Sanitär- und Kraftfahrzeuge werden häufig im Spritzgussverfahren aus Nylon hergestellt.

Und viele andere - PBT, POM, Acryl-PMMA, HDPE, LDPE, PP, PS, PPS, PEEK usw.

Wichtige Überlegungen zur Gestaltung

Um spritzgießbare Teile effizient herstellen zu können, müssen mehrere kritische Designregeln berücksichtigt werden:

Konsistente Wandstärke - Schwankende Wandstärken führen zu ungleichmäßiger Schrumpfung, die Verzug und Einfallstellen verursacht. Die Beibehaltung einer nahezu gleichmäßigen Dicke führt zu einer gleichmäßigen Kühlung.

Großzügig abgerundete Ecken - Scharfe 90-Grad-Ecken beeinträchtigen den Materialfluss. Große Hohlkehlen verbessern die Füllung und gewährleisten gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit.

Luftzug an vertikalen Flächen - Selbst geringfügige Verformungen erleichtern das Auswerfen der Teile nach dem Spritzgießprozess, ohne die Teileoberfläche zu verformen.

Uneingeschränkte Kernzüge - Seitliche Kerne, Schlitten müssen in ihrer Bewegungsachse einen sauberen, ungehinderten Rückzug ermöglichen.

Diese konstruktiven Überlegungen führen zu schnelleren Zyklen, geringeren Problemen mit der Dimensionsstabilität und einer längeren Lebensdauer von Formen und Bauteilen durch geringeren Verschleiß.

FAQs

Wie wird das Kunststoffgranulat beim Spritzgießen geschmolzen?

Im Inneren des Zylinders der Spritzgießmaschine wird das Kunststoffgranulat in die rotierende Schnecke eingefüllt. Durch die konduktive Erwärmung des Metallzylinders und seine Scherwirkung wird das Kunststoffharz allmählich weich, schmilzt und sammelt sich als Schuss vor dem Rückschlagventil.

Wie wird der Druck beim Spritzgießen erzeugt?

Die vor der Schnecke angesammelte Kunststoffschmelze wird durch den auf die Schnecke wirkenden hydraulischen Einspritzdruck in Verbindung mit dem Schließen des Rückschlagventils in den Formhohlraum gedrückt. Dies ermöglicht die Einspritzung von geschmolzenem Kunststoff ohne Rückfluss.

Warum ist die Kühlzeit beim Spritzgießen so wichtig?

Eine angemessene Kühlzeit gewährleistet die ordnungsgemäße Erstarrung des eingespritzten geschmolzenen Kunststoffs, der sich vor dem Öffnen des Werkzeugs in den Kavitäten befindet. Eine unzureichende Kühlung führt zu einer dauerhaften Verformung beim Auswerfen aufgrund der Weichheit des Restmaterials.

Wie viele Arten des Spritzgießens gibt es heute?

Mehrere Varianten des Spritzgießens sind auf spezielle Nischenanwendungen ausgerichtet - Multi-Material-Spritzgießen, Umspritzen, Insert-Molding, gasunterstütztes Spritzgießen sind einige der sich ständig weiterentwickelnden Techniken.

Die Zukunft des Spritzgießens

Das Spritzgießen ist zwar bereits eine vielseitige Technik für die Polymerverarbeitung, wird aber immer ausgefeilter. Mit der fortschreitenden Automatisierung werden die Maschinen immer präziser und übertreffen die engen Toleranzen bei gleichbleibender Qualität über Millionen von Teilen hinweg. Durch die Integration von Sensoren und vernetzten Datensystemen optimieren intelligente Netzwerke wichtige Verarbeitungsparameter in Echtzeit. Durch die Nutzung solcher sich selbst verfeinernden Ökosysteme für das Spritzgießen 4.0 wird die Maßgenauigkeit der Teile in den Nanometerbereich vorstoßen!

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Spritzgießen das Rückgrat für die Massenherstellung von Präzisionskunststoffteilen in verschiedenen Sektoren bildet. Dieses zyklische Herstellungsverfahren beruht auf hochentwickelten Formwerkzeugen, in die geschmolzene Thermoplaste unter hohem Druck eingespritzt werden. Nach dem Abkühlen und Erstarren werden die komplexen Kunststoffteile herausgeschleudert und der Formgebungsprozess abgeschlossen.

Mit strengen Verarbeitungskontrollen und der Einhaltung von Designüberlegungen wird beim Spritzgießen eine hohe Konsistenz über große Mengen, Präzision und Automatisierung erreicht. Diese vielseitige, leistungsstarke Fertigungstechnik gewinnt daher immer mehr an Bedeutung und macht verbesserte Produkte weltweit verfügbar!