Spritzgießen - Reduzierung der Zykluszeit um 80 %

Spritzgießen ist aufgrund seiner Einfachheit und Wiederholbarkeit die bevorzugte Wahl von Herstellern in der Massenproduktion. Was jedoch vielen nicht bewusst ist, ist, dass Kupferbasislegierungen der Schlüssel zur Beschleunigung von Zykluszeiten sind, was die Produktivität erheblich steigert.

Produkte wie Legosteine, Autostoßstangen, PET-Flaschen und medizinische Spritzen haben eines gemeinsam: Sie werden in der Regel im Spritzgießverfahren hergestellt. Kein Wunder also, dass der weltweite Markt für spritzgegossene Kunststoffe floriert. Im Jahr 2021 wurde er auf 284,7 Milliarden Dollar geschätzt, und aufgrund der steigenden Nachfrage nach Kunststoffkomponenten wird der Markt voraussichtlich weiter wachsen. Von 2022 bis 2030 wird ein jährliches Wachstum von 4,2 % erwartet, da verschiedene Endverbraucherindustrien wie die Automobilindustrie, die Verpackungsindustrie und das Gesundheitswesen den Markt antreiben.

Doch was macht dieses Herstellungsverfahren so beliebt und gefragt? Moderne Innovationen haben das Kunststoffspritzgießen als Methode der Wahl für die Massenproduktion von Kunststoffteilen etabliert. Durch die Verwendung von Kupferbasislegierungen lassen sich beispielsweise die Produktionszyklen um bis zu 80 % verkürzen. Es ist an der Zeit, das Spritzgießverfahren genauer zu betrachten.

Was ist Spritzgießen?

Spritzgießen ist ein hervorragendes Herstellungsverfahren, das sich besonders für die Massenproduktion eignet, bei der ein und dasselbe Teil Tausende oder sogar Millionen Male hintereinander hergestellt wird. Alle in großen Mengen hergestellten Teile aus Glas, Gummi, Metall oder Kunststoff werden in der Regel durch Spritzgießen hergestellt. Obwohl das Spritzgießen mit einer Vielzahl von Materialien durchgeführt werden kann, werden wir uns hier auf Kunststoffspritzgießen konzentrieren.

Bild: Schematische Darstellung einer Spritzgießmaschine

Es gibt mehrere Gründe, warum das Kunststoffspritzgießen als eines der gängigsten und effizientesten Herstellungsverfahren überhaupt bekannt ist. Einer davon ist seine hohe Effizienz: In der Regel beträgt die Zykluszeit zwischen 15 Sekunden und 2 Minuten, je nach Komplexität des Teils. Diese schnelle Produktion macht es unglaublich wertvoll für die Massenproduktion.

Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren eine hohe Komplexität, bietet eine sehr niedrige Ausschussrate von unter einem Prozent und produziert praktisch keinen Abfall, da überschüssiger Kunststoff zerkleinert, recycelt und wiederverwendet wird.

Die Zyklen des Spritzgießprozesses

Der Spritzgießprozess ist in vier Stufen unterteilt, die alle zusammen einen Zyklus ergeben.

Diese Stufen sind:

• Klemmen: Eine Spritzgussform besteht aus zwei Teilen: der Kavität und dem Kern. Beide Hälften müssen geschlossen sein, bevor der Einspritzvorgang beginnt. Eine Schließeinheit drückt Kavität und Kern zusammen, um den Zyklus zu starten.

• Einspritzung: Kunststoffgranulat wird durch einen Trichter zugeführt. Während das Granulat auf die Form zubewegt, schmilzt es aufgrund von Wärme und Druck. Das geschmolzene Granulat wird dann innerhalb von Millisekunden in die Form gespritzt.

• Kühlung: Nach der Einspritzung muss der Kunststoff abkühlen, aushärten und die gewünschte Form annehmen. Die Form kann erst geöffnet werden, wenn dieser Abkühlungsprozess abgeschlossen ist. Die Abkühlzeit hängt stark von der Art des verwendeten Kunststoffs, der Formgestaltung und den Wärmeableitungseigenschaften des Formmaterials ab.

• Auswurf: Sobald der Kunststoff abgekühlt ist, öffnet sich die Form, und ein Auswerfersystem entfernt das fertige Kunststoffteil. Nach dem Auswurf ist die Form für den nächsten Zyklus bereit und kann erneut geschlossen werden.

Verwendung von Kupferbasislegierungen beim Spritzgießen

Kupfer ist aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und anderer Eigenschaften bekannt. Allerdings besitzt Kupfer nicht die notwendige Festigkeit, um als Spritzgussform zu dienen. Daher haben erfahrene Metallurgen Legierungen auf Kupferbasis entwickelt, die sowohl Festigkeit als auch Härte aufweisen und gleichzeitig einen Großteil ihrer Wärmeleitfähigkeit beibehalten.

Bild: Kernteil aus AMPCOLOY® 940 für die Herstellung von Kunststoffeimern

Ein Paradebeispiel ist Aluminium Bronze, das die Abkühlungsphase drastisch beschleunigt und so zu reduzierten Zykluszeiten und einer Produktivitätssteigerung von bis zu 80 % führt.

Beryllium Bronze – die Premiumlösung für schnellere Zykluszeiten!

Obwohl Aluminium Bronze bereits eine ausgezeichnete Lösung darstellt, ist Beryllium Bronze die beste Wahl für den Spritzguss. Diese Legierungen vereinen Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit und hohe Zähigkeit mit ausgezeichneter Leitfähigkeit. Daher werden Beryllium-Bronze-Legierungen häufig für Inneneinsätze von Kunststoffspritzgussformen, Kerne, Druckgussstempel und vieles mehr verwendet.

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