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Werkzeugbau Bessere Ergebnisse bei Spritzgusswerkzeugen

| Redakteur: Simone Käfer

Ein Knackpunkt bei Werkzeugen für den Spritzguss ist eine ausgewogene Kühlung. Welchen Beitrag die Additive Fertigung dazu leisten kann, erklärt der Werkzeugbauer Nonnenmann.

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Mit Additiver Fertigung lässt sich eine konturnahe Kühlung realisieren, die das Spritzgusswerkzeug verbessert.
Mit Additiver Fertigung lässt sich eine konturnahe Kühlung realisieren, die das Spritzgusswerkzeug verbessert.
(Bild: Nonnenmann GmbH)

Der Vorteil der Additiven Fertigung für Spritzgusswerkzeuge liegen in der Kühlung. In der Kunststoffverarbeitung hat die Werkzeugtemperierung einen großen Einfluss auf die Bauteilqualität des Spritzgussteils sowie den gesamten Fertigungsprozess und bestimmt dabei die effiziente und wirtschaftliche Fertigung. Aus der Perspektive der Wirtschaftlichkeit ist somit eine möglichst kurze Kühlzeit anzustreben. Aus technischer Sicht ist die Kühlzeit so lange erforderlich, bis das Bauteil die erforderliche Entformungstemperatur erreicht hat und somit ohne Beschädigungen entformt werden kann. Dies erfordert idealerweise eine ausgewogene Temperierung des Werkzeugs, da dann eine gleichmäßige Temperaturabführung möglich ist. Inhomogene Temperaturen im Werkzeug führen zu unterschiedlichen Abkühlbedingungen und somit zu lokalen Schwindungsunterschieden am Bauteil.

Die Werkzeugtemperatur ist ein Kompromiss

Eine konventionelle Temperierung, gefertigt durch klassische spanende Bearbeitungsverfahren, besteht aus geradlinigen Rohrkühlbohrungen. Die geometrische Freiheit der Temperierkanalanordnung ist hierbei durch die Fertigungstechnik eingeschränkt. Somit ist die Positionierung nicht (immer) optimal möglich. Außerdem besteht Kollisionsgefahr mit anderen Bauteilen, etwa mit den Auswerfern. Das führt zu lokalen Temperaturerhöhungen im Werkzeug. Das grundsätzliche Ziel der Temperierung muss daher eine einheitliche Werkzeugwandtemperatur sein. Die Werkzeugtemperatur ist ein Kompromiss zwischen Produktivität und Qualität des Formteils. Eine Reduzierung der Zykluszeit bei optimaler Bauteilqualität erfordert daher eine Optimierung der Werkzeugtemperierung.

Mehr Freiheit mit Additiver Fertigung

Dieses Ziel ist durch den Einsatz von konturnaher Temperierung möglich. Dabei folgen die Temperierkanäle der Kavitätskontur, die Anordnung ist der Bauteilkontur angepasst. Auch kleine Kanalquerschnitte dicht unter der Oberfläche sind realisierbar. Die konturnahe Temperierung bewirkt eine einheitliche Werkzeugwandtemperatur, da lokale Temperaturerhöhungen vermieden werden. Daraus resultieren die Vorteile von höheren Kühlleistungen, besserer Bauteilqualität und kürzeren Zykluszeiten, wodurch die Ausschussquote gesenkt und die Ausbringungsmenge pro Werkzeug und Maschine erhöht wird. Die Freiheit dieser flexiblen Anordnung der Temperierkanäle wird durch die Additive Fertigung möglich. Auch kann die Bauteilentformung optimiert werden, da der in der Werkzeugkonstruktionsphase bekannte Kompromiss aus Temperierung und Entformung umgangen werden kann. Auswerferpositionen können ideal gesetzt und von der Temperierung „umlaufen“ werden.

Konstrukteure sind gefragt

Die Potenziale der Additiven Fertigung müssen bereits in der Konstruktionsphase bedacht werden. Dafür ist ein Umdenken in der Konstruktion erforderlich, ermöglicht aber auch, neue Wege zu gehen. Hier sind die Konstrukteure gefragt, das Bauteil auch additiv-fertigungsgerecht zu konstruieren. So sind zum Beispiel bei Schrägen > 45 ° oder Bohrungen > 8 mm bei vielen additiven Verfahren Stützstrukturen erforderlich, die in der Konstruktionsphase eingeplant und im Postprocessing (Nachbearbeitung) wieder entfernt werden müssen.

Allerdings ist nicht alles, was bisher klassisch gefertigt und zerspant wurde, auch für die Additive Fertigung geeignet. Die teure Fertigungstechnologie muss zielgerichtet eingesetzt werden, um im folgenden Produktionsprozess von den Vorteilen des additiv-gefertigten Bauteils zu profitieren. Wenn man das bedenkt, ermöglichen additiv gefertigte Formeinsätze und Formkerne eine effizientere Produktion von Spritzgussteilen.

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* Weitere Informationen: Nonnenmann GmbH in 73650 Winterbach, www.nonnenmann.net.

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