Lebensdauererhöhung von Kunststoffformen: Fortschrittliche Oberflächenhärtungsverfahren

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Materialtechnologie werden Kunststoffprodukte in der industriellen Fertigung und im Alltag breit eingesetzt. Daher steigen auch die Anforderungen an Leistung und Lebensdauer von Kunststoffformen.

Wie die Leistung und Lebensdauer von Kunststoffformen verbessert werden kann, ist ein wichtiges Thema der aktuellen Forschung. Studien zeigen, dass die Oberflächenverfestigungstechnologie der Schlüssel zur Verbesserung von Leistung und Lebensdauer ist. Durch Oberflächenverfestigung können Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften der Formoberfläche verbessert und die Leistung sowie Lebensdauer der Form effektiv gesteigert werden.

Was ist eine Kunststoffform?

Kunststoffform bezeichnet ein Werkzeug, das in Verbindung mit einer Formmaschine in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt wird, um kunststoffprodukte mit vollständiger Konfiguration und präziser Größe herzustellen. Beispielsweise kann eine Kombinationskunststoffform für diverse Verfahren wie Pressformen, Extrusionsformen, Blasformen, Spritzgießen etc. verwendet werden. Sie besteht allgemein aus Stempel (Kern) und Kavität (Höhle). Durch Kombination von Stempel, Kavität und Hilfsformsystemen lassen sich Kunststoffprodukte verschiedener Formen und Größen fertigen.

Es gibt viele Kunststoffarten, Kunststoffformmaschinen und -produkte haben vielfältige Strukturen und Verfahrensweisen. Um Produktionsanforderungen zu erfüllen, existieren viele Kunststoffformtypen. Unterschiedliche Kunststoffprodukte haben unterschiedliche Formverfahren. Nach Verfahrensarten unterteilt: Spritzgussformen, Extrusionsformen, Hochausdehnungs-Polystyrolformen, Vakuumformen etc.

Leistungsanforderungen an Kunststoffformen

Bei Einsatz mit Formmaschine liegt die Temperatur allgemein zwischen 150 °C und 200 °C – das Werkzeug unterliegt sowohl Druck als auch Temperatur. Grundlegende Leistungsanforderungen:

1. Gute Kavitätsoberflächengüte: Hochwertige Kunststoffprodukte fordern hohe Kavitätsglätte. Kavitätsoberfläche muss poliert werden zur Rauheitsreduzierung.
2. Ausreichende Oberflächenhärte, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit: Werkzeug unterliegt großem Druck und Reibung → Oberfläche muss ausreichende Härte, Steifigkeit, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
3. Exzellente Zerspanbarkeit: Kunststoffformen müssen manchmal nachbearbeitet werden → verwendeter Stahl muss gute Zerspanbarkeit besitzen.
4. Gute thermische Stabilität: Wegen komplexer Struktur ist Nachbearbeitung der Formkavität schwierig. Werkstoffe mit starker thermischer Stabilität als Rohmaterial sichern geringe Verformung und Dimensionsänderungen.

Kunststoffform-Oberflächenbehandlungstechnologien

Nach Prozesscharakteristika unterteilt sich die Oberflächenbehandlung in: Oberflächenwärmebehandlung, Galvanisieren, chemisches Vernickeln, Gasphasenabscheidung etc.

Oberflächenwärmebehandlung von Kunststoffformen

Umfasst Oberflächenhärten und chemische Wärmebehandlung (Diffusion).

• Oberflächenhärten: Ziel: Struktur- und Eigenschaftsänderung der Formoberfläche durch großen Temperaturwechsel → Oberfläche mit hoher Härte und starker Verschleißfestigkeit, Kern behält ursprüngliche gute Zähigkeit. Schnelles Aufheizen zum Härten, sofortiges Abkühlen vor Wärmediffusion in den Kern → lokales Härten.
• Oberflächen-Diffusions-Chemische Wärmebehandlung: Wärmebehandlungsprozess: Werkstück in bestimmtem Medium erhitzen und halten → aktive Atome des Mediums diffundieren in Oberflächenschicht → Änderung chemischer Zusammensetzung und Mikrostruktur → Oberflächenschicht erhält gewünschte Spezialeigenschaften. Arten: Aufkohlen, Nitrieren, Carbonitrieren (Ziel: Härte, Verschleißfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit); Nitrieren, Siliciumisieren, Aluminisieren (Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit). Am weitesten verbreitet: Aufkohlen, Nitrieren, Carbonitrieren.

Vorsichtsmaßnahmen bei der Wärmebehandlung von Kunststoffformen

(1) Verformung durch Eigenspannungen beachten. Stahl nach Schleifen, Biegen, Schneiden hochbeansprucht. Spannungen müssen vor Wärmebehandlung abgebaut werden, sonst Verformung. Beispiel: Formteile vorkonstruieren (ausreichend Finishzugabe belassen) zum Spannungsabbau, auf 250–300 °C erhitzen, ausreichend halten, auf Raumtemperatur abkühlen, dann Finishbearbeitung.

(2) Verformung durch zu schnelles Aufheizen beachten. Aufheizrate langsam genug für im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung. Schnelles Aufheizen: Dünne Bereiche dehnen schneller als dicke → Spannungen an Fügen → Verformung bei Überschreiten der Streckgrenze. Auch: Dünne Bereiche erreichen kritische Temperatur zuerst → Schrumpfung, während dicke noch expandieren → Verformung. Langsames Aufheizen: resultierende Spannungen unter Streckgrenze → keine Verformung.

Galvanisieren und chemisches Vernickeln

Oberflächenverzinken von Kunststoffformen umfasst Metallverzinken und Verbundverzinken. Niedrige Prozesstemperatur und einfache Bearbeitung sind signifikante Vorteile. Gängig: Verchromen, Vernickeln. Verbundverzinken: simultane Abscheidung von Metall und Feststoffpartikeln im Elektrolyt → Beschichtung. Feststoffpartikel wählbar nach Leistungsanforderungen. Verbundverzinken verbessert Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit der Formoberfläche.

Gleichmäßige und tiefe Abscheidung von chemischem Vernickeln besser als galvanisch. Gleichmäßige Schichtdicke, dichte Beschichtung, geringe Porosität. Weitere Vorteile: einfache Apparatur, einfache Bedienung.

Gasphasenabscheidung (Vapor Deposition)

Nutzung chemischer und physikalischer Prozesse in der Gasphase zur Änderung der Werkstückoberflächen-Zusammensetzung und Bildung von Metall- oder Verbindungsbeschichtungen mit speziellen Eigenschaften. Unterteilung in 3 Typen: Chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), Plasma-unterstützte chemische Abscheidung. Nach Behandlung: hohe Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit → signifikante Verbesserung von Leistung und Lebensdauer.

JTR verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Kunststoffformenfertigung und bietet auch Oberflächenbehandlungstechnologien für Kunststoffformen. Bei Bedarf kontaktieren Sie uns gerne.