Was ist Kunststoffspritzguss und wie funktioniert es?

Nach Ansicht einiger Experten 5.9 Millionen Tonnen Kunststoffprodukte werden im Jahr 2024 spritzgegossen. Bis 2029 wird dieser Wert voraussichtlich 7.24 Millionen erreichen. Angesichts der immense Popularität Angesichts der heutigen Anzahl von Kunststoff-Spritzgussprodukten dürfte dies keine Überraschung sein.

In diesem Artikel haben wir Kunststoffspritzguss im Detail untersuchen, einschließlich der Prozessschritte, der Maschinenkomponenten, der verwendeten Materialien usw. Wir untersuchen auch, wie sich Spritzguss im Vergleich zum immer beliebter werdenden 3D-Druckverfahren schlägt.

Was ist Kunststoffspritzguss?    

Kunststoff-Spritzguss ist ein Formgebungsprozess, bei dem ein Kunststoffmaterial in einen geschmolzenen Zustand überführt und in eine dicht verschlossene Form. Das geschmolzene Material wird in der Form gehalten, bis es fest wird und die Gestalt der Form annimmt, wodurch das Kunststoffteil entsteht. 

Spritzguss kann zur Herstellung von Produkten mit verschiedenen Polymereeinschließlich Duroplaste und Elastomere. Dieser Prozess ist jedoch hauptsächlich verbunden mit Thermoplaste.

Unternehmen, die Kunststoffprodukte verwenden oder verkaufen, können wählen zwischen eine breite Palette von Herstellungsverfahreneinschließlich Formpressen, Blasformen, Extrusionund Rotationsformen. Allerdings wird das Spritzgießen aufgrund folgender Vorteile häufiger eingesetzt:

• Designkomplexität: Mit dem Spritzgussverfahren lassen sich Teile mit einem hohen Detaillierungsgrad und einer hohen Komplexität herstellen. Dies ist auf die Natur des Prozesses sowie auf Fortschritte bei der Formenkonstruktion und -bearbeitung zurückzuführen.

• Konsistenz: Das Spritzgießen ermöglicht eine genauere Kontrolle der Prozessparameter. Mit einer einzigen Form können Millionen von Teilen mit geringen Abweichungen hergestellt werden. 

• Niedrige Stückkosten: Beim Spritzgießen in der Massenproduktion sind die Stückkosten sehr gering. Denn die Kosten für eine einzelne Form, das teuerste Bauteil, können sich auf Millionen Einzelteile verteilen.

• Qualität: Durch die bessere Kontrolle des Prozesses und einen hohen Automatisierungsgrad können beim Spritzgießen qualitativ hochwertigere Produkte erzielt werden als mit anderen Kunststoffformungsverfahren.

• Energie- und Materialeffizienz: Bei der Massenproduktion verbraucht das Spritzgießen für die Herstellung jedes einzelnen Teils nur sehr wenig Energie. Durch die geschlossenen Formen entsteht zudem nur sehr wenig Materialverschwendung.

Herstellungsprozess des Kunststoffspritzgusses

Der Kunststoff-Spritzgussprozess kann zusammengefasst werden in fünf Schritte weiter untenAufgrund der zyklischen Natur der Produktion erfolgen einige Schritte gleichzeitig. Dies beschleunigt den Prozess und hält die Produktionszeiten gering. 

#1: Materialzuführung 

Das rohe Plastik wird über einen Trichter in den Zylinder der Maschine eingefüllt. Das Material liegt üblicherweise in Form von Pellets vor und kann neuwertig sein, recycelt, oder eine Mischung aus beidem.

Im Inneren des Fasses werden die Kunststoffpellets geschmolzen durch eine Kombination aus Druck von der Schnecke und Wärme von Heizelementen außerhalb des Zylinders. Die Temperatur des geschmolzenen Materials muss sorgfältig kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass das Teil effizient eingespritzt und geformt werden kann. 

#2: Spannen der Form

Die verschiedenen Teile der Form werden unter hohem Druck zusammengepresst. Der Hohlraum in der Form bestimmt die Form des Endprodukts. Die Form muss unter hohem Druck zusammengepresst werden, um verhindern, dass das geschmolzene Material vor dem Austreten aus der Kavität.

#3: Einspritzung in die Form

Wenn der geschmolzene Kunststoff das Ende des Fassesöffnet sich der Anguss, der zum Einspritzen verwendet wird, und das geschmolzene Material an der Vorderseite des Zylinders wird unter hohem Druck in den Formhohlraum gepresst. Dies wird durch die Vorwärtsbewegung der Kolbenschnecke erreicht. 

Der Spann- und Einspritzdruck muss ausgeglichen sein, um Grate (Materialüberlauf) zu begrenzen.

#4: Halten und Kühlen

Während der Haltephase bleibt die Schraube an Ort und Stelle, nachdem der richtige Druck erreicht wurde. Dies hat drei bemerkenswerte Vorteile, nämlich:

• Dadurch wird sichergestellt, dass der Formhohlraum vollständig mit Material gefüllt ist
• Es verhindert den Rückfluss des Materials in das Fass
• Es reduziert das Schrumpfen des Formteils

Nach dem Halten wird das Teil noch etwas länger in der Form gehalten, um geben Sie ihm genügend Zeit, abkühlen, erstarren und seine richtige Form behalten, bevor es ausgeworfen wird.

#5: Auswerfen und Nachbearbeitung

Sobald das Teil ausreichend gekühltwerden die Formhälften getrennt und das Formteil fällt entweder heraus oder wird mithilfe von Auswerferplatten oder -stiften ausgeworfen.

Je nach Teil einige Nachbearbeitung Möglicherweise ist eine Wartung erforderlich, bevor das Teil verpackt und versendet wird. Dies kann das Entfernen von Graten, Laserätzen usw. sein. Die Nachbearbeitung kann automatisiert oder manuell erfolgen. 

Komponenten für Spritzgießmaschinen

Die Teile von Kunststoff-Spritzgießmaschinen können in drei Teile geteilt. Dabei handelt es sich um die Komponenten Spritzeinheit, Form und Schließeinheit.

Injektionseinheit

Die Einspritzeinheit besteht aus Trichter, Zylinder, hin- und hergehende Schraubeund Heizbänder. Diese erfüllen folgende Rollen:

• Trichter: Dies ist die Öffnung, durch die die Kunststoffpellets in das Fass eingeführt werden.

• Fass: Dies ist das Gehäuse für die Kolbenschnecke. An einem Ende befinden sich die Polymerpellets, am anderen Ende das geschmolzene Material.

• Kolbenschnecke: Durch die rotierende und hin- und hergehende Bewegung der Schnecke wird das Material von einem Ende des Zylinders zum anderen gedrückt. Die Schnecke übt auch den Druck aus, der zum Einspritzen des geschmolzenen Materials in die Form erforderlich ist.

• Heizbänder: Diese werden außerhalb des Zylinders platziert, um ihn zu erhitzen und dabei zu helfen, das Kunststoffmaterial zu schmelzen und es vor dem Einspritzen auf einer bestimmten Temperatur zu halten.

Form

Die Form ist der Teil, der den geschmolzenen Kunststoff in die gewünschte Form bringt. Es besteht aus zwei oder mehr separaten Teilen, die zusammengeklemmt werden, um den Hohlraum in der Form des Endprodukts zu bilden.

Typische Formteile sind:

• Hohlraum: Dieses Teil ist fest und schafft den Raum, in den das Kunststoffmaterial eingespritzt wird.
• Kerndurchmesser: Der Kern ist der bewegliche Teil der Form und passt in die Kavität, um die Form des endgültigen Teils zu erzeugen.
• Nebenwirkung: Dabei handelt es sich um Einsätze, die dazu dienen, Hinterschneidungen im Formdesign zu erzielen.
• Kühlkanäle: Diese ermöglichen, dass ein Kühlmittel durch die Form fließt, um das Teil schneller abzukühlen.
• Auswerferstifte/ Auswerferplatten: Diese helfen dabei, das abgekühlte Teil aus der Form zu lösen.

Bei jedem Fertigungsprojekt ist die Form normalerweise die teuerste Komponente. Die übrigen Teile der Kunststoffspritzgussmaschine können bei der Herstellung verschiedener Produkte wiederverwendet werden. Die Form muss für jedes neue Produkt ausgetauscht werden. Selbst kleine Änderungen im Teiledesign können die Herstellung einer neuen Form erfordern.

Für lange Produktionsläufe wird hochfester Stahl verwendet. Die Bearbeitung solcher Materialien ist teuer und kann teurer werden, wenn die Der letzte Teil ist sehr komplex und erfordert ein hohes Maß an Genauigkeit. Um diese Kosten zu senken, Prototyping kann mit günstigeren Materialien durchgeführt werden.

Spanneinheit

Die Klemmeinheit erzeugt den Druck, der das zwei Formhälften an Ort und Stelle. Es besteht aus einer beweglichen Platte, die mit dem Formkern verbunden ist. Die Bewegung erfolgt über ein Hydrauliksystem, einen Kniehebelmechanismus oder ein Magnetmodul. 

Arten des Kunststoffspritzgusses

Es gibt verschiedene Formen des Spritzgießens für verschiedene Arten von Materialien, wie zum Beispiel Duroplast-Spritzgießen und flüssiges Silikonkautschuk-Spritzgießen. Allerdings können auch herkömmliche Thermoplaste auf mehr als eine Art geformt werden.

Konventionelles Spritzgießen

Es handelt sich um das oben beschriebene Spritzgussverfahren. Ein geeigneter thermoplastisches Material wird geschmolzen und eingespritzt in eine Form geben und abkühlen lassen. Das geschmolzene Material erstarrt in der durch die beiden Formhälften geschaffenen Form.

Das konventionelle Spritzgießen ist eines der am häufigsten verwendeten Verfahren. Seine Einfachheit ermöglicht die Herstellung von Millionen von Produkten mit einer einzigen Form. Dieses Verfahren wird bei der Herstellung von Produkten wie Flaschenverschlüsse. 

Multi-Shot-Spritzguss

Dies ist eine Form von Multimaterial-Spritzgießen mit zwei oder mehr Spritzeinheiten. Diese Spritzeinheiten enthalten unterschiedliche Materialien, die nacheinander injiziert, wodurch ein Schichteffekt entsteht.

Mehrkomponenten-Spritzguss kann durch Drehen der Form von einer Spritzeinheit zur anderen oder durch die Gestaltung der Form mit zwei Tore. 

Mehrkomponenten-Spritzguss wird verwendet, um verschiedene Effekte erzielen Dazu gehört die Herstellung von Teilen aus mehreren Materialien oder die Schaffung einer Soft-Touch-Oberfläche. Zu den mit diesem Verfahren hergestellten Produkten gehören Zahnbürsten, Plastikbecher, Gehäuse von Elektrowerkzeugen usw.

Mikrospritzguss

Dabei handelt es sich um Spritzgussteile, die wiegen zwischen 0.1 und 1 Gramm. Die Teile sollten außerdem Toleranzen zwischen 10 und 100 Mikrometern aufweisen. 

Der grundlegende Prozess des konventionellen Spritzgießens gilt auch für das Mikrospritzgießen, aber Spritzgießen in diesem Maßstab erfordert besondere Überlegungen. Diese umfassen:

• Mikroformen: Die für diesen Prozess verwendeten Formen sind in jeder Hinsicht klein. Die Bearbeitung der Formen erfordert den Einsatz spezieller Werkzeuge und Techniken, darunter Präzisions-CNC und EDM. 

• Schussgröße: Die in die Form eingespritzte Materialmenge kann Bruchteile eines Gramms betragen. Dies erfordert Spritzeinheiten, die eine sehr hohe Förderauflösung erreichen können.

• Präzision: Aufgrund der Größe und Anwendung der mit dieser Methode hergestellten Teile weisen sie geringere Toleranzen auf als Teile, die mit anderen Spritzgussverfahren hergestellt werden.

Mikrospritzguss wird zur Herstellung von Kunststoffteilen für viele Anwendungen verwendet, darunter Smartphone-Komponenten, Arzneimittelabgabesysteme, Hörgerätekomponenten, Motorteile usw.

Formteil einlegen

Insert-Molding ist eine Form des Spritzgießens, bei der das Material über ein bestehender Kunststoff oder Metallteil. Beispielsweise kann das Material über metallische Gewinde gespritzt werden, um Erstellen Sie ein Kunststoffteil mit stärkeren Fäden.

Der geschmolzene Kunststoff kühlt um den Einsatz herum ab und bildet eine dauerhafte Verbindung zwischen beiden. Dies führt zu einer starken und dennoch Leichtbauteile. 

Bei diesem Verfahren wird der Einsatz vor dem Einspritzen in die Form eingelegt. Dies kann manuell oder automatisiert erfolgen, um eine höhere Qualität und Konsistenz sowie kürzere Zykluszeiten zu erreichen. Beispiele für Teile, die im Einlegeformverfahren hergestellt werden, sind: elektrische Stecker, Schraubverschlüsse, Stifte mit Kunststoffkopf usw.

Wie wählt man Kunststoffmaterial für den Spritzguss aus?

Die Materialauswahl ist ein kritischer Punkt bei der SpritzgussprozessDas gewählte Material beeinflusst Prozessparameter, Produktionszeiten und Formmaterialien. Noch wichtiger ist, dass das Material auch die Eignung beeinträchtigen des Fertigteils für die Anwendung.

Halbkristalline vs. amorphe Thermoplaste

Kunststoffe, die für den Spritzguss verwendet werden, sind typischerweise entweder teilkristallin oder amorph. In amorphen Kunststoffen ist die Polymer Die Ketten, die die Molekülstruktur bilden, sind zufällig verwickelt. In teilkristallinen Polymeren sind die Polymerketten auf irgendeine Weise strukturiert.

Dieser Unterschied in der Molekülstruktur beeinflusst bestimmte Eigenschaften von Thermoplasten, einschließlich ihrer Reaktion auf Wärme, Transparenz, chemische Resistenzund Ermüdungsbeständigkeit. Zu den allgemeinen Eigenschaften teilkristalliner Thermoplaste gehören:

• Hohe Deckkraft
• Scharfe Schmelzpunkte
• Hohe Dauerfestigkeit
• Gute chemische Beständigkeit
• Lässt sich mit Lösungsmitteln und Klebstoffen nicht leicht verkleben

Gängige Beispiele für teilkristalline Thermoplaste sind Polypropylen, Polyethylenterephthalat (PET) und HDPE. 

Andererseits haben amorphe Thermoplaste Eigenschaften wie:

• Einfaches Formen
• Hohe Transparenz
• Geringe chemische Beständigkeit
• Es kann mit Lösungsmitteln und Klebstoffen verklebt werden
• Über einen größeren Temperaturbereich erweichen

Beispiele für amorphe Thermoplaste sind Polycarbonat, Polystyrol, ABS und Acryl-.

Die Wahl des amorphen oder teilkristallinen Thermoplasts wird hängen von den Besonderheiten der Anwendung ab. Teilkristalline Kunststoffe eignen sich für Anwendungen, bei denen mit einem hohen Verschleiß zu rechnen ist, während amorphe Thermoplaste am besten auf strukturelle Anwendungen beschränkt sind.

Allerdings gibt es andere wichtige Überlegungen auch im Hinterkopf behalten.

Überlegungen bei der Auswahl von Spritzgussmaterialien

Die Auswahl eines bestimmten Thermoplasten für ein Spritzgussprojekt wird durch die Anwendung des Endteils bestimmt. 

1. Betriebstemperatur 

Die Leistungsfähigkeit von Kunststoffen verändert sich bei sehr kalten oder hohen Temperaturen. Bei der Materialauswahl sollten die Temperaturextreme der Anwendung berücksichtigt werden, da verschiedene Kunststoffe unterschiedlich auf diese Extreme reagieren.

Acryl und ABS sind beide amorph, aber Acryl ist mehr temperaturbeständigtDas bedeutet, dass es bei höheren Temperaturen als ABS eingesetzt werden kann.

2. Exposition gegenüber den Elementen

Bestimmte Kunststoffe sollten nur dann für den Spritzguss in Betracht gezogen werden, wenn die Anwendung drinnen sein.

Im Freien können Kunststoffteile hohen und niedrigen Temperaturen, extremen Temperaturschwankungen, UVund Feuchtigkeit. 

Diese Faktoren können dazu beitragen, schnellerer Abbau von Kunststoffen Materialien wie PLA eignen sich besser für den Einsatz im Außenbereich.  

3 Stärke

Wenn ein Kunststoffteil einer Belastung ausgesetzt ist, muss es die erforderliche Festigkeit aufweisen. Beispiele für belastete Kunststoffteile sind:

• Rohrverbindungen, die hohen Innendrücken durch Flüssigkeiten oder Gase ausgesetzt sind
• Zur Bewegungsübertragung werden Zahnräder aus Kunststoff verwendet
• Kunststoffbügel werden zum Halten von Teilen usw. verwendet

Verschiedene Arten von Stärken sollte ebenfalls berücksichtigt werden. Einige Materialien haben eine ausgezeichnete Zugfestigkeit, aber eine geringe Druck- oder Biegefestigkeit. Daher müssen Sie die spezifische Belastung des Teils berücksichtigen.

4. Chemische Belastung

Kunststoffe reagieren unterschiedlich auf Chemikalien. Zum Beispiel, ABS reagiert mit Aceton und sollte nicht in einer Umgebung verwendet werden, in der Aceton stark verwendet oder gelagert wird. Informieren Sie sich über das Verhalten von Kunststoffen, die Sie verwenden möchten, wenn sie verschiedene Chemikalien, um vorzeitigen Ausfall zu vermeiden.

5. Sicherheit

Wenn ein Spritzgussteil mit der menschlichen Haut in Berührung kommt oder zum Essen verwendet wird, muss es zertifiziert sein sicher für diese Anwendung. 

Viele alltägliche Kunststoffe sind nicht lebensmittelecht und können bei Kontakt mit Lebensmitteln unterschiedliche Reaktionen hervorrufen. Kontakt mit der menschlichen Haut. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn eine wiederholte oder längere Exposition erfolgt. 

6. Kosten

Kunststoffe gelten im Allgemeinen als preiswert, aber es gibt verschiedene Arten von Kunststoffen, und einige sind teurer als andere. 

Einige Kunststoffe sind schon länger im Massengebrauch und haben sich etabliert Lieferketten und vorhersehbare Nachfrage. Sie sind möglicherweise auch einfacher herzustellen und daher billig. Andere liegen am anderen Ende des Spektrums und kosten daher mehr.

Die Stückkosten für die Wahl eines Kunststoffs gegenüber einem anderen mögen minimal erscheinen, aber bei der Herstellung von Millionen von Teilen sind die Auswirkungen der teureres Material wird erheblich sein.

3D-Druck vs. Spritzguss

Der Aufstieg des 3D-Drucks hat zu Vergleichen zwischen diesen geführt zwei Fertigungstechnologien. Es gibt jedoch viele wichtige Unterschiede zwischen spritzgegossenen und 3D-gedruckten Produkten. Die folgende Tabelle fasst den Vergleich dieser beiden Technologien zusammen.

Trotz der Wahrnehmung vieler Menschen Spritzguss und 3D-Druck sind größtenteils keine konkurrierenden Technologien. Jede Technologie hat spezifische Vorteile die es für bestimmte Anwendungen zur idealen Wahl machen.

Kunststoffspritzguss ist die Standardoption für die Massenproduktion. Die hohen Stückkosten beim 3D-Druck und die langsame Fertigungsgeschwindigkeit machen ihn jedoch zu einer weniger idealen Wahl. Spritzguss ist auch die bessere Wahl wo spezifische Oberflächenveredelung gewünscht sind oder ein Teil unterschiedliche Materialien oder Einlagen erfordert.

Andererseits ist der 3D-Druck unschlagbar, wenn die Vorlaufzeiten für die Produktion extrem kurz sind oder wenn geringe Produktionsmengen die Herstellung von Formen zu teuer machen. Es ist auch die ideale Wahl für den Prototypenbau wenn verschiedene Iterationen desselben Produkts getestet werden müssen.

Herausforderungen und Überlegungen beim Kunststoffspritzguss

Es gibt bestimmte Herausforderungen Sie müssen beim Spritzgießen berücksichtigen. Werden diese Herausforderungen nicht richtig angegangen, können sie den Erfolg des Projekts gefährden.

Design-Überlegungen

Spritzgussformen müssen sein im Spritzgussverfahren entworfen im Auge. Neben Genauigkeit und Konsistenz sollte das Formdesign eine schnelle und einfaches Auswerfen der Teile. Es muss außerdem über Merkmale wie Entlüftungslöcher, Angüsse, Tore und Kühlkanäle an den richtigen Stellen verfügen. 

Schlecht konstruierte Formen können zu Defekten und langen Spritzgießzykluszeiten führen.

Werkzeugkosten

Spritzguss kommt mit hohe Anschaffungskosten. Dies liegt vor allem an den Kosten der Form. Bei geringen Produktionsmengen sollte die Verwendung kostengünstigerer Formmaterialien, z. B. Aluminium, in Betracht gezogen werden. 

Qualitätskontrolle

Die Qualitätskontrolle kann über den Erfolg oder Misserfolg des Spritzgussprojekts entscheiden. Aufgrund eines schlechten Formdesigns, einer schlechten Prozesskontrolle, minderwertiger Materialien, Formfehlern usw. kann es zu fehlerhaften Teilen kommen. 

Qualitätskontrollmaßnahmen müssen in allen Phasen des Kunststoffspritzgussprozesses umgesetzt werden, um Erkennen Sie diese Probleme frühzeitig und begrenzen Sie ihre Auswirkungen auf das Gesamtprojekt. 

Es gibt automatisierte Maßnahmen, die in der Produktionslinie eingesetzt werden können und physikalische Maßnahmen die Bediener in der Produktionshalle und ein gutes Kommunikationssystem erfordern.

Fazit

Kunststoffspritzguss ist auch heute noch einer der wichtigsten Fertigungsprozesse weltweit. Trotz der hohen Einrichtungskosten ist kein anderer Prozess so kostengünstig für die Massenproduktion.

Es gibt verschiedene Arten von Kunststoff-Spritzgussverfahren Heute ist die Liste der kompatiblen Materialien lang. Wenn Sie sich für Kunststoffspritzguss entscheiden, sollten Sie Experten hinzuziehen, die Ihnen helfen, das Beste aus diesem Verfahren herauszuholen.

Warum Hongju Silicone der Kunststoffspritzgießer ist, den Sie brauchen

Wenn Sie für Ihr nächstes großes Projekt Kunststoffspritzgussdienstleistungen benötigen, Hongju-Silikon ist der richtige Partner. Wir haben 23 Jahre herausragende Design- und Fertigungsqualität, und unsere Kunststoff- und Silikonkautschukteile werden auf der ganzen Welt verwendet.

Wir haben Partnerschaften mit anderen Unternehmen zur Herstellung von OEM- und ODM-Teilen geschlossen und auch Sie können von unseren niedrigen Mindestbestellmengen und schnellen Lieferungen profitieren. Besuchen Sie unsere Website um mehr über unsere Dienstleistungen zu erfahren.