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Vorteile des Spritzgießens

Ob Sie für Ihr nächstes Projekt ein Spritzgussteil in Betracht ziehen oder ein bestehendes ersetzen müssen – es gibt einige Faktoren, die Sie berücksichtigen sollten. Dazu gehören Design, Oberflächenbeschaffenheit, Werkzeugkosten und Materialverträglichkeit. Wenn Sie diese Faktoren verstehen, können Sie die richtige Entscheidung treffen. Lesen Sie weiter, um mehr über die Vorteile des Spritzgießens und die ersten Schritte zu erfahren.

Designfaktoren

Einer der wichtigsten Konstruktionsfaktoren für Spritzgussteile ist die Wandstärke. Sie beeinflusst zahlreiche Schlüsseleigenschaften des Bauteils, von der Oberflächenbeschaffenheit bis hin zur strukturellen Integrität. Die Berücksichtigung dieses Faktors kann kostspielige Verzögerungen durch Werkzeugprobleme oder Werkzeugmodifikationen verhindern. Um dieses Problem zu vermeiden, müssen Produktkonstrukteure die funktionalen Anforderungen des Bauteils sorgfältig prüfen, um die minimale und die nominale Wandstärke zu bestimmen. Darüber hinaus müssen sie auch die zulässigen Spannungsniveaus berücksichtigen, da Bauteile mit zu dünnen Wänden einen zu hohen Kunststoffdruck erfordern und Lufteinschlüsse verursachen können.
Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Bauteilkonstruktion ist die Auswurf- und Entformbarkeit. Nach dem Entformen muss das Kunststoffteil mithilfe der Werkzeuge problemlos herausgeschoben werden können. Spritzgussformen bestehen üblicherweise aus zwei Seiten: einer Auswurfseite und einer, die in der Form verbleibt. In manchen Fällen sind spezielle Merkmale wie Rampen oder Verstärkungsbleche erforderlich, um ein Entformen zu verhindern. Diese Konstruktionsmerkmale erhöhen zwar die Flexibilität, können aber auch die Kosten der Form steigern.
Bei der Konstruktion von Spritzgussteilen legt das Ingenieurteam zunächst die wichtigsten Konstruktionselemente fest. Diese Elemente gewährleisten einen möglichst reibungslosen Spritzgussprozess. Dazu gehören unter anderem Faktoren wie Wandstärke, Rippendesign, Zapfendesign, Eckübergänge und Schweißnaht. Anschließend führt das Ingenieurteam eine Analyse der Fertigungstauglichkeit durch und kann, falls alles in Ordnung ist, mit dem Bau und der Prüfung der Form beginnen.

Materialverträglichkeit

Mehrere Faktoren können die Materialverträglichkeit von Spritzgussteilen beeinflussen. Bei der Herstellung von Kunststoffteilen ist es wichtig, ein Material zu wählen, das mit dem vorgesehenen Verwendungszweck des Teils kompatibel ist. Viele Spritzgussverfahren setzen voraus, dass die beiden verwendeten Kunststoffe miteinander kompatibel sind. Dies gilt beispielsweise für das Umspritzen und das Zweikomponenten-Spritzgießen.
Das Material, das für ein Spritzgussteil verwendet wird, hat einen erheblichen Einfluss auf die Toleranz des Endprodukts. Daher ist die Materialauswahl genauso wichtig wie die Konstruktion des Teils. Viele Kunststoffe eignen sich für das Spritzgießen. Darüber hinaus lassen sich viele dieser Kunststoffe durch die Zugabe von Additiven, Füllstoffen und Stabilisatoren modifizieren oder verstärken. Diese Flexibilität ermöglicht es den Produktteams, das Material so anzupassen, dass die gewünschten Leistungseigenschaften erzielt werden.
Polypropylen ist einer der gebräuchlichsten Thermoplaste. Es ist extrem langlebig, schlagfest und feuchtigkeitsbeständig. Zudem ist es recycelbar und reagiert nicht mit Lebensmitteln.

Werkzeugkosten

Einer der größten Kostenfaktoren bei der Herstellung von Spritzgussteilen sind die Werkzeugkosten. Für einen Erstausrüster (OEM) können diese zwischen 15.000 INR pro Teil für ein einfaches Bauteil und 500.000 INR für eine Form mit komplexer Geometrie liegen. Die Werkzeugkosten variieren je nach verwendetem Stahl und Produktionsmenge des Bauteils.
Um eine realistische Kostenschätzung zu erhalten, sollten Unternehmen bei der Angebotsanfrage eine finale und eine vorläufige Konstruktionszeichnung sowie ein Musterteil bereithalten. Die Abmessungen und die Komplexität des Formhohlraums sind ebenso wie die Teiletoleranzen entscheidend für die Bestimmung der Werkzeugkosten. Die Teiletoleranzen richten sich nach der vom Teil abgedeckten Fläche und seiner Funktion innerhalb der Form.
Die Art der benötigten Form kann sich auch auf Ihre Werkzeugkosten auswirken. Spritzgießmaschinen können viele verschiedene Formen verarbeiten. Manche Formen werden aus einer einzigen Form hergestellt, andere erfordern mehrere Formen. Einige Formen sind so komplex, dass sie nicht herstellbar sind, was wiederum die Werkzeugkosten in die Höhe treibt.
Die Kosten für Werkzeuge im Spritzgussverfahren sind oft nicht bekannt, summieren sich aber schnell. Viele Produktentwicklungsteams betrachten die Kosten des Spritzgussverfahrens anhand von Materialkosten, Maschinenzeit und Arbeitskosten, doch dieses Kostenmodell berücksichtigt häufig nicht die zusätzlichen Komponenten.

Oberflächenbeschaffenheit

Oberflächenveredelungen bei Spritzgussteilen dienen häufig dazu, Fehler zu kaschieren, Abnutzungserscheinungen zu verbergen oder das Erscheinungsbild eines Produkts zu verbessern. Diese Veredelungen sind auch dann sinnvoll, wenn das Produkt mit den Händen in Berührung kommt. Die Wahl der Oberflächenstruktur hängt von der gewünschten Funktionalität und der beabsichtigten Nutzung des Produkts ab. Im Allgemeinen bieten rauere Oberflächen eine bessere Griffigkeit und kaschieren kleinere Formfehler. Allerdings kann sich das Produkt dadurch schwieriger aus der Form lösen lassen. Dies kann bedeuten, dass der Entformungswinkel der Form vergrößert werden muss. Um eine optimale Oberflächengüte zu erzielen, ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Werkzeugmacher und Produktdesigner bereits in der frühen Entwicklungsphase unerlässlich.
Für Spritzgussteile stehen verschiedene Oberflächenveredelungen zur Verfügung. Eine davon ist die sogenannte B-Qualitäts-Oberfläche, die mit einer Vielzahl von Spritzgusskunststoffen kompatibel ist. Eine andere Art der Oberflächenveredelung ist das Steinpolieren, das sich ideal für Teile ohne ästhetischen Wert eignet.

Überhänge

In der Spritzgussindustrie werden Überhänge an Spritzgussteilen als „Hinterschnitte“ bezeichnet, die zu Konstruktionsinstabilität führen können. Um Hinterschnitte zu minimieren, muss die Konstruktion parallel zur Teileoberfläche verlaufen. Ist ein Hinterschnitt vorhanden, kann eine Zickzack-Trennlinie verwendet werden.
Der Überhang ist üblicherweise einige Millimeter kürzer als die Oberfläche der Form. Er besteht in der Regel aus einem kostengünstigeren Kunststoff als die Oberfläche des Bauteils. Das Material des Überhangs muss ausreichend fest sein, um seine Funktion zu erfüllen. Ein Überhang trägt außerdem dazu bei, Verformungen oder Risse des Bauteils zu vermeiden.
Beim Spritzgießen können Überhänge am Umfang eines Bauteils entstehen. Diese Überhänge sind nicht immer notwendig und können nach Bedarf hinzugefügt werden. Allerdings verursachen sie erhebliche Werkzeugkosten. Daher ist es ratsam, die Gesamtdicke eines Bauteils so gering wie möglich zu halten. In manchen Fällen kann ein Überhang jedoch die Optik des Bauteils verbessern.
Für Bauteile mit komplexen Geometrien gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Gestaltung von Überhängen. Einige Hersteller verwenden Seitenformwerkzeuge, um komplexere Formen herzustellen.

CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung von Spritzgussteilen ermöglicht Herstellern die präzise Herstellung von Oberflächen und Formen. Der Prozess beginnt typischerweise mit dem Fräsen des Werkzeugs, das üblicherweise aus Aluminium oder Stahl gefertigt wird. Dieses Werkzeug wird anschließend in eine CNC-Fräsmaschine eingespannt. Die Maschine fräst die Negativform des fertigen Kunststoffteils und ermöglicht so die Realisierung spezifischer Oberflächengüten. Das Verfahren lässt sich an die Herstellung von Teilen mit komplexen Strukturen oder speziellen Merkmalen anpassen.
Die CNC-Bearbeitung ermöglicht die Herstellung von Hochleistungsbauteilen. Dies ist möglich, da MIM-Bauteile während des Fertigungsprozesses keinen induzierten Spannungen oder Innendruck ausgesetzt sind. Darüber hinaus sind MIM-Bauteile langlebiger als CNC-Bauteile. Trotz ihrer Vorteile stößt die CNC-Bearbeitung an ihre Grenzen, insbesondere hinsichtlich Designfreiheit und Komplexität. Dieser Faktor hängt maßgeblich von der vom Hersteller oder Konstrukteur verwendeten Software ab.
Ein Nachteil der CNC-Bearbeitung sind die höheren Kosten. Im Vergleich zum Spritzguss ist die CNC-Bearbeitung pro Teil teurer. Dies liegt an den relativ hohen Anschaffungskosten für die Form, die sich auf eine große Anzahl von Teilen verteilen. Nach Abschluss des Spritzgussverfahrens sind die Kosten der so hergestellten Teile wettbewerbsfähiger als die von CNC-bearbeiteten Teilen. Der Kostenunterschied vergrößert sich jedoch mit der Produktionsmenge. Dieser Kostenübergang tritt in der Regel bei Stückzahlen von mindestens 100 und maximal 5000 Teilen ein.

Produktionsvolumen

Die Produktionsmenge von Spritzgussteilen variiert je nach verwendetem Material. Große Stückzahlen sind teuer in der Herstellung, während kleine Stückzahlen kostengünstig gefertigt werden können. Für den Spritzguss wird eine präzise Form benötigt, die CNC-gefräst aus Werkzeugstahl oder Aluminium hergestellt wird. Die Form besteht aus einem Negativ des zu spritzenden Teils, einem Angusskanal und internen Wasserkühlkanälen zur Kühlung des Teils. Dank jüngster Fortschritte bei 3D-Druckmaterialien ist es nun möglich, Formen für den Spritzguss in Kleinserien herzustellen. Zuvor war dies aufgrund der hohen Kosten der traditionellen Formenherstellung wirtschaftlich nicht rentabel.
Zur Herstellung von Kunststoffteilen wird eine Form verwendet. Der Spritzgussprozess ist sehr schnell; ein Zyklus dauert zwischen 30 und 90 Sekunden. Nach dem Spritzgießen wird das Teil aus der Form entnommen und auf einen Behälter oder ein Förderband gelegt. Spritzgegossene Teile sind in der Regel sofort einsatzbereit und erfordern nur minimale Nachbearbeitung. Ihre Form ähnelt einem Foto, da die Geometrie direkt auf die Oberflächenstruktur des Teils übertragen wird.
Bei der Auswahl einer Kunststoffform ist es wichtig, die Produktionsmenge des Teils zu bestimmen. Bei geringen Stückzahlen können weichere Kunststoffe verwendet werden. Allerdings können sich die Leistungseigenschaften des Teils durch das Umspritzen verschlechtern. Bei der Kleinserienfertigung ist die Gesamtkomplexität des Teils zu berücksichtigen. Dazu gehören Formschräge, Wandstärke und Oberflächenbeschaffenheit.

Bearbeitet von czh2023-02-15