Spritzgießen |
Das Spritzgießen (oft umgangssprachlich auch als Spritzguss oder Spritzgussverfahren bezeichnet) ist ein Urformverfahren, das hauptsächlich in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt wird. Es ist ein Herstellverfahren für Kunststoffartikel, bei dem Kunststoffgranulat aufgeschmolzen (Plastifiziert) und dann in den Hohlraum (Formnest, Kavität) eines Werkzeugs eingespritzt wird (Einspritzen). Spritzgießen ist das am häufigsten eingesetzte Verarbeitungsverfahren zum vollautomatischen
Herstellen von Kunststoffteilen. Mit diesem Verfahren lassen sich wirtschaftlich direkt verwendbare Formteile mit grosser Stückzahl herstellen. Es wird sowohl für Massenartikel als auch für technische Formteile eingesetzt. Mithilfe einer Spritzgießmaschine (kurz "SGM") wird der Werkstoff (Kunststoffgranulat/Formmasse oder -pulver) plastifiziert (verflüssigt) und unter Anwendung von Druck in eine Urform, die man Spritzgießwerkzeug nennt, gespritzt. Der Hohlraum, die Kavität, des Werkzeugs bestimmt die Form und die Oberflächenstruktur des fertigen Teils. Die Kunststoffschmelze verfestigt sich in der Kavität bei den meisten Kunststoffen durch Erstarren (Abkühlen), so dass das gespritzte Teil der Form entnommen werden kann (Entformen). Die Herstellung von Kunststoffartikeln mit einer Spritzgussmaschine läuft in mehreren aufeinanderfolgenden Zyklen ab und zählt deshalb zu dendiskontinuierlichen Verfahren der Kunststoffverarbeitung. Es können so Mikrokunststoffteile entstehen von wenigen Milligramm Gewicht, bis hin zu großen sperrigen Formteilen mit z.B weit über 150 kg Gewicht. Auf Spritzgussmaschinen werden die unterschiedlichsten Materialien verarbeitet. Vom Standard PP bis zu Hochleistungswerkstoffen wie z.B. PPS. Auch neueste Materialien wie Holz-Kunststoffcompounds und Biokunststoffe werden verarbeitet. Die heute übliche Schneckenkolbenspritzgießmaschine besteht aus zwei Einheiten: der Spritzeinheit oder auch Plastifiziereinheit, welche den Kunststoff plastifiziert, aufbereitet und dosiert, und der Schließeinheit, die das Formwerkzeug schließt, zuhält und wieder öffnet. dem Plastifizierzylinder und einer darin befindlichen Schnecke zusammen. Die Schnecke rotiert und kann auch axial im Zylinder bewegt werden. An einem Ende des Plastifizierzylinders befindet sich der Einfülltrichter zum Beschicken mit dem Rohmaterial, am anderen befindet sich eine verschließbare Düse, die den Übergang zur Schließeinheit darstellt. getrennt werden kann. Die Hälften sind auf zwei Aufspannplatten montiert, von denen die eine, die Düsenseite, starr und der Düse der Spritzeinheit zugewandt ist. Die andere, die Auswerferseite, ist beweglich. Sie kann hydraulisch oder elektromechanisch von der Düsenseite wegbewegt oder mit Kraft auf sie gepresst werden. Prozess temperiert werden. Da die beiden Einheiten unterschiedliche Temperaturen aufweisen, können sie, außer bei Heißkanalsystemen, zur thermischen Trennung voneinander wegbewegt werden. Schritte eines Zyklusablaufs grob zusammengefasst: Im ersten Schritt wird über den Einfülltrichter das Kunststoffgranulat der Schnecke zugeführt. Durch die Drehbewegung der Schnecke wird das Material nach vorne gefördert, zur Düse. Die entstehende Reibungswärme (Friktion) und die elektrische Heizung des Schneckenzylinders führen zum Schmelzen des Granulats (Plastifizieren). Solange die Düse an der werkzeugnahen Seite des Schneckenzylinders geschlossen ist, sammelt sich die Schmelze vor der Schneckenspitze (Schneckenvorraum) und schiebt die Schnecke zurück. Um die Reibungskräfte während des Plastifizierens zu erhöhen, bremst man die Rückwärtsbewegung der Schnecke mit einem hydraulischen Gegendruck (Staudruck) im Antriebszylinder (Einspritzzylinder). Das für den Spritzgießprozess notwendige Schmelzevolumen wird während des Plastifizierens im Schneckenvorraum dosiert. Mit Hilfe eines Wegmesssystems wird über den Rücklauf der Schnecke das Dosiervolumen bestimmt. Bevor ein Formteil gespritzt werden kann, wird das Werkzeug mit hoher Kraft (Schließkraft) geschlossen und das Spritzaggregat mit der Düse zur Angussbuchse des Werkzeugs gefahren. Die Schmelze wird mit einer vorgegebenen Einspritzgeschwindigkeit der Schnecke in den Werkzeughohlraum gespritzt. Dabei steigt der Druck (Einspritzdruck) stetig an. über eine Düse und den Angusskanal in den formgebenden Hohlraum des Spritzgiesswerkzeugs gedrückt. Bei den meisten Spritzgießmaschinen wird heute die Einspritzgeschwinidkeit geregelt über ein Ventil unterhalb des Spritzzylinders/Antriebsmotor. Ein vom Maschinenbediener eingestellter Spritzdruck ist nur ein Begrenzungsdruck, der vom Antriebssystem der Maschine nicht überschritten werden soll! Der Einspritzvorgang ist beendet, wenn die Kavität fast vollständig mit Schmelze gefüllt ist. Ab jetzt muss noch weitere Schmelze nachgedrückt werden (Nachdruck), um die Materialschwindung des Formteils während des Abkühlens auszugleichen. Anschliessend wird die Schnecke zurückgezogen geringer als der Einspritzdruck, damit die in der Kavität wirkende Kraft die Schließkraft der Maschine nicht übersteigt. Andernfalls kommt es zum Überspritzen. Die Umschaltung von Einspritzen auf Nachdrücken erfolgt meist mit Erreichen eines vorgegebenen Wegpunkts der Schnecke während ihrer Vorwärtsbewegung (Umschaltpunkt). Wenn das Formteil erkaltet und die Schmelze abgekühlt und geschrumpft ist und ausreichend stabil ist, kann das Werkzeug geöffnet und das Formteil mittels im Werkzeug integrierter Ausstosser/Auswerfer entformt werden. Das durch die Abkühlung im Angusskanal des Werkzeugs verbleibende erstarrte Material, der sogenannte Anguss, wird entweder beim Öffnen des Werkzeugs automatisch abgetrennt, oder verbleibt zunächst am Die Maschineneinstellwerte (Geschwindigkeiten, Wege und Drücke) können spezifisch oder maschinenbezogen sein. Beide Angaben lassen sich mit dem Schneckendurchmesser "D" ineinander umrechnen. Spezifische Angaben sind unabhängig vom Schneckendurchmesser und ermöglichen eine einfache Übertragung einer Maschineneinstellung auf eine andere Maschine. Das Spritzgießen umfasst das Plastifizieren des pulverförmigen oder granulierten Materials (Formmasse) und seine Überführung unter hohem Druck in die Werkzeugkavität/Formnesterin der es durch Abkühlen oder Vernetzen erstarrt, so dass das Formteil entformt werden kann. Die zum Herstellen eines Formteils erforderlichen Schritte laufen vollautomatisch ab, sie bilden den Zyklus/Zyklusablauf mit den entsprechenden Zykluszeiten, während sich der periodisch ablaufende Fertigungsablauf vollzieht. Durch das Spritzgießverfahren können sowohl kleine Teile wie Zahnräder/Feinwerktechnik für Uhren als auch große Teile wie Mülltonnen oder Stoßfänger für Kraftfahrzeuge hergestellt werden. Es sind Teile von wenigen Zehntel Gramm bis in den zweistelligen Kilogramm-Bereich herstellbar. Mit dem Spritzgießen lassen sich Gegenstände mit hoher Genauigkeit in kurzer Zeit herstellen. Dabei kann die Oberfläche des Bauteiles nahezu frei gewählt werden. Glatte Oberflächen für optische Anwendungen, Narbungen für berührungsfreundliche Bereiche, Muster und Gravuren lassen sich herstellen. Das Spritzgussverfahren ist (fast nur) für größere Stückzahlen wirtschaftlich sinnvoll. Die Kosten für das Werkzeug machen einen großen Teil der notwendigen Investitionen aus. Selbst bei einfachen Werkzeugen ist die Schwelle der Wirtschaftlichkeit erst bei eingen tausend Teilen erreicht. Dafür können die Werkzeuge, abhängig von der verwendeten Formmasse, für die Herstellung von bis zu einigen Millionen Teile verwendet werden. Viele spezielle Spritzgußverfahren gibt es ebenso, wie Maschinenhersteller. Werkzeuggrundtypen beim Spritzgießen:
Spritzgussmaschine in fünf verschiedene Phasen. Zuerst wird das Werkzeug geschlossen. Dann wird die Formmasse eingespritzt. Danach erfolgt die Nachdruckphase mit gleichzeitiger Die zeitliche Steuerung erfolgt oft durch eine Messung des Werkzeuginnendrucks. Der Nachdruck ist entscheidend um die Volumenkontraktion der Schmelze während der Abkühlphase (Schwindung) zu verringern. Die Spritzgussmaschine dosiert nun die Formmasse für ein weiteres Werkstück. Das Werkzeug wird nun geöffnet und das Werkstück ausgeworfen. Die Verfahrensparameter Nachdruck und die jeweiligen Zeiten etc. sind für jeden Kunststoff verschieden. Ihre optimale Einstellung und die entsprechende Erfahrung der Mitarbeiter, sind für die Herstellung fehlerfreier Formteile im Spritzgußbereich unabdingbar. Form   Spritzgußmaschine |
