Die Gussform ist einer der wichtigsten Bestandteile des Spritzgießens. Eine Gussform besteht aus zwei Hälften, zwischen denen sich ein Hohlraum befindet, in den ein geschmolzenes Material gegossen wird. Dieser Hohlraum wird beim Schließen der Gussform durch den Kern und die Kavität gebildet.
Viele Menschen verwechseln die Kavität mit dem Kern. Beim Spritzgießen ist die Kavität der weibliche Teil der Form, der die äußere Form des Produkts bildet. Der Kern ist der männliche Teil, der für die innere Form des Produkts verantwortlich ist.
In diesem Artikel werden die Kavitäten des Spritzgießens genauer untersucht, wobei der Schwerpunkt auf dem Spritzgießen mit mehreren Kavitäten liegt.
Es gibt drei Haupttypen des Kavitätsspritzgießens, auf die ein Hersteller zurückgreifen kann: Einfach-, Mehrfach- und Familienkavitäten-Spritzgießen
Nr. 1 - Einfach Kavität
Die einfachste und kostengünstigste Option sind Einfachwerkzeuge, mit denen pro Produktionszyklus ein Formteil hergestellt wird. Diese Werkzeuge sind einfacher herzustellen als Mehrkavitätenwerkzeuge, was die Vorlaufzeiten verkürzt und es dem Hersteller ermöglicht, schneller mit der Produktion zu beginnen. Sie sind jedoch nicht für stark nachgefragte Teile geeignet, da das Werkzeug schnell seine Produktionsgrenze erreicht.
Das Einfachkavität-Spritzgießen kann eine gute Wahl für Kleinserien sein. Diese Art des Spritzgießens wird oft als 1 x 1 bezeichnet, um auf die Tatsache hinzuweisen, dass in der Gussform eine Kavität vorhanden ist, in der pro Zyklus ein Teil hergestellt wird.
Nr. 2 – Mehrfach Kavität
Wie der Name schon sagt, wird beim Mehrkavitäten-Spritzgießen eine Gussform verwendet, in der mehrere Teile pro Produktionszyklus hergestellt werden. Dadurch werden nicht nur die Kosten pro Teil gesenkt, sondern auch der Produktionsprozess beschleunigt. Die Herstellung der Form selbst ist teurer. Bei hohen Stückzahlen werden diese Kosten jedoch schnell durch die schnelleren und kostengünstigeren Produktionszeiten wettgemacht.
Mehrfachformen werden oft als Multiplikationssummen bezeichnet, zum Beispiel 1 x 2. In diesem Fall produziert die Form zwei identische Teile pro Produktionszyklus. Dies kann je nach den Bedürfnissen des Herstellers auf 1 x 4, 1 x 8 usw. erweitert werden.
Nr. 3 – Familien Kavität
Eine Erweiterung des Konzepts der 1+1-Gussformen sind die Familiengussformen. Diese Werkzeuge sind zwar in der Herstellung teurer, können aber mit einer einfachen Spritzgussform mehrere verschiedene Formteile herstellen. Obwohl 1 +1 am häufigsten vorkommt, ist es möglich, 1 + 1 + 1 + 1 Gussformen herzustellen, wodurch vier verschiedene Teile pro Zyklus entstehen würden. Beispiele hierfür sind :
1 + 1 – Die Gussform produziert zwei verschiedene Teile pro Zyklus.
2 + 2 – Die Gussform produziert 2 verschiedene Teile mit jeweils 2 Kavitäten. Eine modernere Form des Spritzgießens, bei der zwei verschiedene Materialien in eine Form gespritzt werden, aus der zwei Teile entstehen, erfordert jedoch Ventile in den Kanälen, um den Polymerfluss zu steuern.
Familienformen stellen eine Herausforderung dar, wenn die Teile unterschiedlich groß sind. Der Hersteller muss dafür sorgen, dass jede Kavität gleichmäßig gefüllt wird. Große Ungleichgewichte führen zu Problemen mit der Produktqualität, da der Druck nicht gleichmäßig verteilt wird.
Anordnung der Kavitäten
Nachdem der Hersteller verstanden hat, dass es verschiedene Arten des Kavitäten-Spritzgießens gibt, muss er festlegen, wie die Kavitäten in der Gussform angeordnet werden sollen. Dazu gehört auch die Entscheidung, wie viele Kavitäten die Gussform haben soll. Diese Entscheidungen werden von mehreren Faktoren beeinflusst.
Zentrisches Klemmen
Wenn eine Gussform geschlossen ist, muss sie zusammengeklemmt werden, um Leckagen zu verhindern und sicherzustellen, dass auf jede Seite der Gussform der gleiche Druck ausgeübt wird. Dies kann bei größeren Gussformen eine Herausforderung darstellen. Wenn ein Hersteller die Gussform oben und unten einspannt, wird auf die Mitte der Gussform möglicherweise nicht der richtige Druck ausgeübt, um gleichmäßige Teile herzustellen.
In diesen Fällen muss eine zentrische Klemmung verwendet werden. Diese Art der Klemmung gewährleistet, dass der Druck auf die Mitte der Gussform ausgeübt wird.
Die zentrische Klemmung ist bei einem Einfachkavität-Spritzgießen relativ einfach zu bewerkstelligen. Mehrfach- und Familienkavitäten Spritzgießen erfordern jedoch eine vorausschauende Planung der Schließmechanismen, da jede Gussform mehrere Kavitäten hat.
Einfaches Werkzeug oder Mehrfachwerkzeug
Einfaches Werkzeug ist ein anderer Begriff für das Spritzgießen mit einer Kavität. Oft verwendet ein Hersteller ein großes Werkzeug, bei dem der Formhohlraum leicht außermittig liegt. Dadurch erhält das Werkzeug größere Abmessungen, ermöglicht aber das Einspritzen der Schmelze über einen seitlichen Anguss. Einige Hersteller platzieren den Anguss direkt auf dem Teil, was eine direktere Einspritzung ermöglicht und zu kleineren Werkzeuggrößen führt.
Bei Mehrfach- und Familienwerkzeugen muss der Hersteller den Angussabstand berücksichtigen. Dieser Abstand muss für jedes Teil gleich sein, sonst füllen sich die Formhohlräume ungleichmäßig. In diesem Artikel werden später verschiedene Angussarten untersucht.
Druck im Formnest
Laut einer Studie der Clemson University, die das Konzept des Werkzeuginnendrucks als Qualitätsindikator beim Spritzgießen untersucht hat, ist der Werkzeuginnendruck ein zuverlässiger Indikator für die Teilequalität und die Prozessüberwachung.
Die Untersuchung ergab, dass die Erstellung einer Werkzeuginnendruckkurve den Verlauf des Spritzgießzyklus veranschaulicht, selbst beim Mikro-Spritzgießen:
Wie aus der Grafik hervorgeht, entspricht die Linie des maximalen Werkzeuginnendrucks der Linie des Teilegewichts. Er steigt mit zunehmendem Gewicht und nimmt entsprechend ab. So kann ein Hersteller den Druckanstieg und -abfall in Abhängigkeit vom Teilegewicht verfolgen. Wenn der Druck bei einem schwereren Teil erheblich abnimmt, deutet dies auf ein Problem in der Form hin, das zu Qualitätsproblemen führen könnte.
Es wurde auch kein signifikanter Unterschied zwischen den Kurven verschiedener Materialtypen festgestellt, so dass der Werkzeuginnendruck ein geeigneter Indikator für die Produktqualität ist.
Oberflächenbeschaffenheit
Alle spritzgegossenen Teile haben eine Oberflächenbeschaffenheit, die von den Werkzeugen aufgebracht wird, mit denen sie hergestellt werden. Die Art der Oberflächenveredelung wirkt sich auf den Zeit- und Arbeitsaufwand aus, der für die Herstellung eines Teils erforderlich ist. Die Oberfläche muss hergestellt werden, wobei jeder Veredelungsschritt zusätzliche Zeit in Anspruch nimmt.
Sandstrahlen und Funkenerosion sind zwei gängige Methoden, um eine stabile Hohlraumoberfläche zu erzielen. Die Funkenerosion ist ein subtraktives Verfahren, bei dem elektrische Entladungen verwendet werden, um Merkmale auf einer Gussform zu erzeugen. Beim Sandstrahlen werden feste Partikel mit Druckluft über die Oberfläche des Teils geblasen. Dies dient der Reinigung und Glättung der Oberfläche.
Hier einige Beispiele von verschiedenen Anguss/Anspritzarten
Ein Anguss ist ein Kanal, durch den geschmolzenes Material während des Spritzgießprozesses fließt. Angüsse leiten das Material aus dem Trichter an die gewünschte Stelle in der Gussform.
Beim Spritzgießen mit mehreren Kavitäten ist der Abstand des Angusses von entscheidender Bedeutung für die Herstellung von Qualitätsteilen. Abweichungen bei den Angussabständen führen zu einer ungleichmäßigen Füllung der Kavitäten, was die Qualität der Teile beeinträchtigt. Es gibt mehrere Arten von Angüssen, die ein Hersteller beim Spritzgießen verwenden kann.
Sektion Film
Bei großflächigen Teilen wird der Anguss mit einem rechteckigen Querschnitt in das Formteil eingefüllt. Dies verhindert innere Spannungen und Verformungen, allerdings muss der Anguss nach der Entformung mechanisch vom Teil getrennt werden.
Tunnelausschnitt
Das Formteil wird mit einem zylindrischen und konischen Querschnitt gefüllt. Dies wird auch als Seiteneinspritzung bezeichnet. Tunnelschnitte ermöglichen die automatische Trennung von Gussform und Anguss bei der Entformung, führen aber auch zu Druckverlust und Materialscherung.
Bananenschnitt
Bananenschnitt-Angüsse sind gekrümmt, um den Zugang zu schwierigeren Anspritzpunkten zu ermöglichen. Es erfordert die Verwendung von leicht verformbaren Schmelzematerialien, ermöglicht jedoch ein automatisches Auswerfen des Angusses beim Entformen.
Siebanschnitt
Speziell für ringförmige Teile eingesetzt, verhindert dieser Anguss, dass Schweiß- und Fließlinien auf dem Teil erscheinen. Er verteilt die Schmelze beim Durchfließen gleichmäßig und ermöglicht so die Herstellung von qualitativ hochwertigen Teilen. Allerdings muss dieser Anguss bei der Nacharbeit manuell entfernt werden und hinterlässt dabei Spuren.
Kegel oder Stab
Kegel- und Stangenangüsse bieten der Schmelze nur sehr wenig Widerstand, so dass sie direkt in die Kavität fließt. Dies macht sie ideal zum Füllen schwieriger Kavitäten. Allerdings muss die Gussform manuell entfernt werden, was wiederum zu sichtbaren Angussmarkierungen führt.
Ringangüsse
Ringangüsse sind ideal für lange rohrförmige Teile. Sie lösen das Problem, dass der Druck der einfließenden Schmelze zu Biegungen führt, indem sie die Gussform an allen Seiten stützen.
Verständnis des Kavitätsspritzgießens
Es gibt verschiedene Arten des Kavitätsspritzgießens, so dass ein Hersteller entscheiden kann, welche Art von Gussformen für seine Produkte am besten geeignet ist. Für Kleinserien eines einzelnen Produkts ist eine einzelne Gussform oder ein einfaches Werkzeug am besten geeignet. Bei hohen Stückzahlen ist es oft am besten, eine Familie oder mehrere Gussformen zu verwenden, um mehrere Teile pro Spritzgusszyklus herzustellen.