Aluminium-Spritzguss in der Produktherstellung

Spritzgießen ist ein Herstellungsverfahren, das zur Herstellung von Prototypen und realen Produkten verwendet wird. Es ist zuverlässig und effizient, da es die Produktion komplexer Produktteile mit besserer Qualität und Ausbeute ermöglicht. Der Spritzgussprozess hängt stark vom Design und den Materialien ab, die für eine bessere Produktion verwendet werden. Daher bevorzugen Hersteller, die nach einfacheren Formprozessen suchen, die bessere Produkte zu geringeren Kosten ermöglichen, die Verwendung von Aluminium-Spritzguss.

Herkömmliches Spritzgussverfahren/Stahlspritzgussverfahren produziert mit Sicherheit langlebige Produkte. Sie lassen jedoch zu wünschen übrig, da sie keine schnelle Produktion garantieren. In diesem Artikel werden wir Aluminium-Spritzgussformen, ihre Vor- und Nachteile und Merkmale besprechen. Lesen Sie weiter.

Was ist Aluminiumspritzguss?

Aluminium-Spritzguss ist eine innovative Technik, die auf Spritzguss basiert und zur Herstellung von Teilen (entweder Prototypen/echte Produkte) mit Aluminiumwerkzeugen verwendet wird. Es ist eine perfekte Alternative zum Stahlspritzguss beim Rapid Prototyping und findet breite Anwendung in Automobil-, Luftfahrt- und Industrieprozessen.

Aluminiumform ist ideal, da sie eine einfache Herstellung komplexer Produkte mit minimalen Teilen garantiert. Außerdem garantiert es stabile Produkte mit konsistenten Strukturen, hoher Genauigkeit und glatten Oberflächen. Dies resultiert aus seinen Eigenschaften wie der Fähigkeit, Wärme effektiv aus der Form zu übertragen und eine schnellere Produktbildung zu gewährleisten.

Aluminium-Spritzguss VS Stahlspritzguss

Herkömmliches Spritzgießen stützt sich auf Stahlspritzgussformen, um eine große Anzahl von Teilen herzustellen. Das Stahlformen besitzt jedoch bestimmte Einschränkungen. Daher besteht ein Bedarf an einem alternativen Verfahren wie dem Aluminiumformverfahren.

Aufgrund unterschiedlicher Merkmale gibt es viele Unterschiede zwischen Aluminium-Spritzguss und Stahl-Kunststoff-Spritzguss. Dies geht über die Materialien hinaus, die zu ihrer Herstellung verwendet werden (Aluminium und Stahl), und basiert mehr auf ihren Merkmalen, Designs und Anwendungen.

Nachfolgend sind einige wesentliche Unterschiede zwischen Aluminiumform und Stahlform für den Kunststoffspritzguss aufgeführt.

· Flexibilität

Stahlformen sind nicht flexibel, da ihre Härte auf die Wärmebehandlung nach der Konstruktion wichtiger Teile der Form zurückzuführen ist. Im Vergleich zum Stahlspritzguss bestehen Aluminiumformen jedoch aus weicheren Materialien.

Sein Design ermöglicht die separate Herstellung seiner Formteile, was ein einfacheres Entfernen zum Anpassen von Prototypen ermöglicht.

· Bearbeitungszeit

Aluminium-Kunststoff-Spritzgussformen werden aus Aluminiummaterial im CNC-Bearbeitungsprozess hergestellt. Manchmal verwenden Hersteller eine elektrische Entladungsbearbeitung (EDM), wenn Hohlräume scharfe Ecken haben müssen. Dennoch wird ein typischer Aluminiumhohlraum in etwa 10–15 Tagen hergestellt, da der Prozess nur mechanische Verfahren erfordert. Es ist keine spezielle Fertigungsausrüstung oder thermische Verarbeitung erforderlich.

Auch Stahlspritzgussformen stammen aus dem gleichen Prozess. Sie sind jedoch teuer und ihre Herstellung dauert Monate. Dies liegt an der Steifigkeit und Härte von Stahl. Aufgrund der Härte von Stahl sind spezielle Fertigungsanlagen erforderlich und werden thermisch verarbeitet, um die Lebensdauer der Form zu verlängern.

· Robustheit der Form

Die Robustheit der Form bezieht sich auf die Anzahl der Teile, die eine Form herstellen kann, bevor sie zu stark korrodiert oder abgenutzt wird. Dieser Faktor hängt stark vom Design und der genetischen Ausstattung des Schimmelpilzes ab.

Stahlspritzgussformen sind hart, da ihr Herstellungsprozess eine Wärmebehandlung beinhaltet. Sie besitzen auch wenige Gelenke, was sie steif und langlebig macht. So können Stahlspritzgussformen Millionen von Teilen produzieren.

Aluminium-Prototypenformen bestehen jedoch aus Aluminium, das im Vergleich zu Stahl ein weiches Material ist. Daher hat es eine geringere Formfestigkeit als Stahlspritzgussformen. Dennoch sind Legierungen aus Aluminium stark und können eine Charge von bis zu 5000 Teilen garantieren.

· Produktionszeit

Die Produktionszeit ist die Zeit, die vom Einspritzen des Polymers bis zum Ausstoßen des Endprodukts vergeht. Dies ist ein wesentlicher Faktor im Herstellungsprozess von Chargenprodukten und hängt vom Material der Form, der Temperatur und dem Druck ab.

Aluminium-Spritzgussformen sind nicht stark genug, um starkem Druck und hohen Temperaturen standzuhalten. Daher liegt die Produktionszeit für Aluminium-Prototypenformen in der Regel innerhalb von 40 – 70 Sekunden. Spritzgussformen aus Stahl können jedoch hohen Temperaturen und Drücken besser standhalten als Aluminiumformen und benötigen nur wenige Sekunden, um Teile herzustellen.

Merkmale von Aluminiumwerkzeugen für Spritzguss

Aluminium ist aufgrund seiner vielen Eigenschaften für Werkzeuge nützlich, die bei der Herstellung von Spritzgussformen mit geringem Volumen zu angemessenen Kosten helfen. Von seinen Merkmalen sind unten die wichtigsten aufgeführt, die es ideal für den Aluminium-Spritzguss und Werkzeugbau im Allgemeinen machen.

· Wärmeausdehnung und Abkühlungsrate

Aluminium hat einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Daher kann es nach dem Erhitzen auf die richtige Temperatur leicht abkühlen, was die Produktion schnell macht.

Dies macht es zu einem wichtigen Material im Produktherstellungsprozess, der eine schnelle und effektive Produktion erfordert. Dadurch ist es auch ideal für das Spritzgussverfahren geeignet.

· Metallische Eigenschaften

Für die Genauigkeit des Werkstücks ist ein Werkzeug mit angemessener mechanischer Festigkeit und Steifigkeit erforderlich. Aluminium hat einen starken metallischen Charakter, der seine Steifigkeit und Festigkeit bis zu einem gewissen Grad beibehält. Es ist auch duktil, was es zum richtigen Material für die Verwendung von Werkzeugen macht.

Ein Werkzeug muss während des Herstellungsprozesses stark genug sein. Auch beim Aluminium-Spritzguss führt die richtige Wahl der Schnittparameter, Sorten und Geometrien zu einem effizienteren Aluminium-Formgebungsprozess. Daher werden Aluminiumlegierungen, die in Werkzeugen verwendet werden, die Produktivität steigern und gleichzeitig das Kosten-pro-Komponenten-Verhältnis senken.

Vorteile des Aluminiumspritzgusses

· Kosten

Die Kosten für Aluminium-Spritzgussformen sind im Vergleich zu Stahl bei der Herstellung einer Spritzgussform niedriger. Der Gesamtwert und die Rentabilität einer Form können erheblich von der Formnutzung abhängen. Dennoch ist die anfängliche Werkzeuginvestition für Aluminium geringer, wenn alle anderen Faktoren gleich sind.

· Führung

Aluminiumformen garantieren einen schnelleren Weg für die Herstellung von Produkten. Der Stahlspritzguss kann Monate von der Konstruktion der Form bis zur Realisierung des Endprodukts dauern. Aluminium-Spritzgussformen benötigen jedoch nur Tage, um Formen, Prototypen und Endprodukte herzustellen.

· Gut für geringe Lautstärken

Für die Kleinserienfertigung von Teilen bieten Aluminium-Kunststoff-Spritzgussformen ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis. Dies liegt an ihrer Zuverlässigkeit bei der Bereitstellung niedrigerer Vorlaufkosten und der Produktion zuverlässiger Teile in Tausenden.

· Bearbeitungszeit

Aluminium-Prototypenformen leiten Wärme viel schneller ab als Stahlformen. Daher können sie viel schneller aufheizen und abkühlen. Beim Spritzgießen macht die Kühlzeit den Gesamtzyklus des Formprozesses aus. Daher ermöglicht die Wahl eines Aluminiumformverfahrens einen kürzeren Zyklus, was sich in einer schnelleren Produktion von Teilen niederschlägt.

· Bessere Produkte

Einer der Hauptgründe für Defekte in Teilen wie Einfallstellen, Lunker und Brandnarben ist ungleichmäßige Erwärmung und Abkühlung. Die hervorragenden Wärmeableitungseigenschaften von Aluminiumformen bieten den Vorteil, dass sich die Form schnell und gleichmäßig aufheizen und abkühlen lässt, wodurch die Anzahl fehlerhafter Teile und Ausschuss reduziert wird.

· Einfache Reparatur und Modifikation

Aufgrund der extremen Härte von Stahl können sich beschädigte oder verformte Stahlformen als äußerst schwierig und teuer zu reparieren erweisen. Oft ist eine neue Form die einzige Lösung. Aluminium-Kunststoff-Spritzgussformen bestehen jedoch aus weicheren Materialien und ihr Design ist trennbar und unkompliziert. Diese Funktion erleichtert die Reparatur und Modifikation im Falle eines Fehlers in der Aluminium-Spritzgussform.

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Nachteile des Aluminiumspritzgusses

· Haltbarkeit

Aluminium-Kunststoff-Spritzgussformen eignen sich für kleinere Stückzahlen. Stahlformen sind jedoch langlebiger, da sie korrosionsbeständig, verschleißfest und thermisch stabil sind. Dies ermöglicht die Produktion von mehr Produkten.

Ingenieure können jedoch die gleiche Haltbarkeit von Stahl durch Vernickeln oder Glühen von Aluminiumformen nachbilden. Es würde die Kosten für Aluminium-Spritzgussformen erhöhen, was den mit Aluminiumwerkzeugen verbundenen Kostenvorteil zunichte macht.

· Eingeschränkte Oberflächenbeschaffenheit

Aluminium-Kunststoff-Spritzgussformen bieten aufgrund ihrer geringen Dichte im Vergleich zu Stahlformen eine begrenzte Oberflächenbeschaffenheit. Die hohe Stahldichte ermöglicht verschiedene Texturauswahlen und kundenspezifische Oberflächen durch Hinzufügen von Stahleinsätzen.

· Flash On-Teil

Flashing ist die Bildung von überschüssigem Material an einer Form aufgrund von abgenutzten Kavitäten, die nicht mehr fest sitzen. Nach mehreren tausend Produktionszyklen verschleißen Aluminium-Kunststoff-Spritzgussformen und weisen Fehler auf, was zu Graten im Produkt führt.

· Weniger Produkte

Aluminium-Spritzgussteile können den hohen Temperaturen und Drücken, die mit Spritzgussverfahren verbunden sind, nicht über längere Zeit standhalten. Daher sind sie nicht ideal für die langfristige und hohe Stückzahl der Teileproduktion.

· Komplexität

Ingenieure können das Design von Aluminiumformen nicht verbessern, falls Änderungen vorgenommen werden müssen, da Formteile die Form beeinflussen können. Stahlformen können jedoch durch Wärmebehandlung gehärtet werden, um entwickelte Materialien unterschiedlicher Dichte zu handhaben.

Aluminium-Spritzguss-Design

Das Design der Aluminiumform ist ein wesentlicher Schritt im Designprozess der Produktherstellung. Dies liegt daran, dass es die Haltbarkeit von Produkten und die Effizienz der Form bestimmt.

Im Folgenden finden Sie Vorgehensweisen, die ein Konstruktionsexperte bei der Konstruktion einer Aluminiumform berücksichtigen muss.

· Vorkehrungen für mögliche Überarbeitungen treffen

Bei der Konstruktion von Aluminiumformen ist es von Vorteil, dass Ihr Design ein Verfahren für mögliche spätere Überarbeitungen enthält. Obwohl dies die Kosten für die Aluminium-Spritzgussform erhöhen kann, kann es sich später als kostengünstig erweisen, wenn eine Korrektur erforderlich ist.

Es ist möglich, Revisionen durchzuführen, ohne von Anfang an Kapazitäten dafür zu schaffen. Trotzdem muss in den meisten Fällen das Werkzeug geopfert werden.

· Stellen Sie eine gleichmäßige Wandstärke sicher

Einerseits tendieren dünnere Abschnitte in einer Aluminiumformkonstruktion dazu, zuerst abzukühlen und sich zu verfestigen. Andererseits fungieren dichte Bereiche als Reservoire, die die leichteren Zellen ernähren, wenn sie abkühlen und aushärten.

Trotzdem haben die meisten Teile unterschiedliche Querschnitte und neigen dazu, schneller einzufrieren als dickere Teile. Die Vorschubwege müssen daher so beschaffen sein, dass sie die Erstarrung sowohl im Dick- als auch im Dünnschnitt berücksichtigen.

Dadurch wird sichergestellt, dass die Dicke des Kunststoffteils konstant ist, der Aluminiumformprozess vereinfacht wird und eine progressive Erstarrung schnell erfolgen kann.

· Geeignete Legierungen verwenden

Silizium ist das am besten geeignete Element, das als Legierung zum Entwerfen von Aluminium-Kunststoff-Spritzgussformen verwendet wird. Dies liegt an seiner hohen spezifischen Wärmekapazität, d.h. es speichert Wärme besser als Aluminium.

Silizium ist nicht die einzige geeignete Legierung. Jede verwendete Legierung sollte einen kurzen Gefrierbereich haben, da dies dazu beiträgt, solide mechanische Eigenschaften in Produkten zu fördern.

· Teildetails beachten

Verwenden Sie beim Entwerfen von Aluminium-Kunststoff-Spritzgussformen anstelle von scharfen Ecken im Design Verrundungen. Das Vorhandensein von scharfen Ecken im Verfahren kann die Schrumpfung des hergestellten Teils erheblich beeinflussen und zu Rissen oder dauerhaften Verformungen führen.

· Einfügungen verwenden

Einsätze mit unterschiedlichen Formen und unterschiedlichen Materialien, wie z. B. Gewindeeinsätze aus Messing, können in die Aluminiumformkonstruktion integriert werden, um die Haltbarkeit der Form zu verbessern und bei Bedarf extra harte Oberflächen zu bieten.

Schlussfolgerung

Das Versagen einer Aluminiumform für den Kunststoffspritzguss ist häufig auf ein schlechtes Design oder schlechte Werkzeugpraktiken sowie auf eine fehlerhafte Auswahl der Aluminiumlegierung zurückzuführen. Daher wurden in diesem Artikel Aluminiumspritzguss, seine Eigenschaften und einige Designtipps vorgestellt.

Aluminium-Prototypenformen können überwältigend wirken. Mit dem richtigen Unternehmen mit vertieften Prozesskenntnissen und einer hervorragenden Bilanz im Umgang mit der Produktentwicklung können Sie jedoch eine bessere Produktbildung garantieren.

Wir bei RapidDirect bieten ein optimiertes Design von Aluminium-Spritzgussformen in der Produktherstellung. Wenden Sie sich an unser Support-Team, um eine Fertigungsberatung zu erhalten. Wenn Sie bereits eine CAD-Datei haben, laden Sie sie jetzt hoch, um ein sofortiges Angebot für Ihr Design zu erhalten.

Häufig gestellte Fragen

Wie lange hält eine Aluminium-Spritzgussform?

Die Lebensdauer einer Aluminium-Spritzgussform hängt von ihrer Verwendung in der Produktherstellung ab. Beim Prototypenbau können Aluminium-Spritzgussformen aufgrund der Dichte ihrer Formen einige tausend Teile produzieren. Die Lebensdauer verkürzt sich jedoch, wenn sie für die intensive Produktherstellung verwendet werden.

In jüngster Zeit wurden Prozesse wie Oberflächenbeschichtung und Eloxierung eingeführt, um die Haltbarkeit von Aluminiumformen zu verbessern und sie in Produktionszyklen nützlich zu machen.

Ist Aluminium-Spritzguss eine bessere Option im Vergleich zu Stahl-Spritzguss?

Die Verwendung von Aluminium- oder Stahlspritzguss hängt maßgeblich von der Art Ihres Designs und der Art der Produkte ab, die Sie erzielen möchten. Obwohl beide Einspritzverfahren komplementäre Alternativen sind, bieten sie beide deutliche Vor- und Nachteile, die Ingenieure berücksichtigen müssen, bevor sie ein Herstellungsverfahren übernehmen.