Oberflächenbeschichtung Vorausschauende Planung und Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen

CN-Oberflächenschichten – vorausschauend eingeplant in das Spritzgusswerkzeug und den Produktionsprozess – helfen Kosten sparen. Auf diesen einfachen Nenner lassen sich die vielen positiven Erfahrungen von NovoPlan aus Aalen bringen.

Anbieter zum Thema

Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

ATE Antriebstechnik und Entwicklungs GmbH & Co. KG

NovoPlan GmbH

Die Kunststoff Verarbeitende Industrie und dabei insbesondere das Kunststoffspritzgießen mit all seinen Facetten ist einer der dynamischsten Wachstumsmärkte in der heutigen Zeit.

Ständig werden dabei die Grenzen in Regionen verschoben, die noch vor kurzem kaum vorstell- und machbar schienen. Sei es eine komplette Teilefertigung ohne Nacharbeit in einer aufwändigen Mehrkomponententechnik auch für komplexeste Geometrien; ultrapräzise Mikrokomponenten für die Medizintechnik; hochfeste, zähe und dabei äußerst leichte Teile aus speziellen Verbundwerkstoffen für den Automobilbau (Abb. 1).

Das Spritzgießwerkzeug als KernelementEin Schlüsselelement in diesem Prozess ist das Werkzeug selbst, das den flüssigen Kunststoff selbst und immer häufiger auch im Verbund mit festen Zusatzteilen in die finale Form bringt.

Eine ganze Branche - der Formen- und Werkzeugbau für die Kunststoffindustrie – lebt praktisch ausschließlich von den immer komplexeren und schwierigeren Anforderungen und Wünschen der Kunststoffverarbeiter und Zulieferer für die verschiedensten Industriezweige.

Viele Hersteller und Verarbeiter von Kunststoffteilen investieren deshalb auch in eine eigene leistungsfähige Abteilung, welche die benötigten Werkzeuge plant, entwickelt, fertigt und in Betrieb nimmt. Den Löwenanteil der verantworteten Kosten im Fertigungsprozess – ca. 70% - Trägt der Werkzeugkonstrukteur.

Die Verantwortung des Konstrukteurs

Betrachtet man die gesamten Fertigungskosten, werden in der Konstruktion des Werkzeuges 85% der Kosten festgelegt. Daraus ist die enorme Bedeutung einer schon sehr frühen Überlegung und Planung des späteren Werkzeuges und seiner Funktionseinheiten für einem effizienten und kostengünstigen Fertigungsprozess ersichtlich (Abb. 2).

Die meisten Erfahrungen zeigen, dass sich Fehler oder Nachlässigkeiten in dieser frühen Planungsphase später schnell rächen können, und mancher musste schon ein Vielfaches seiner scheinbar gesparten Kosten später im Fertigungsprozess zuzahlen – z. B. durch Produktionsausfall wegen Nacharbeit, Reparatur, Stillstandszeiten usw.

Funktionelle Chemisch-Nickel-Oberflächenschichten sind der Schlüssel zum Erfolg

Analysiert man die Kosten im Lebenszyklus eines Spritzgießwerkzeuges, so kann man dies in fünf wesentliche Blöcke einteilen (Abb. 3):

Der erfahrene Konstrukteur berücksichtigt beim Konzept und den Planungen des späteren Werkzeuges vorausschauende diese Erkenntnisse und kann durch die Vorwahl und Einplanung wichtiger Oberflächeneigenschaften sie später anfallenden Kosten in diesen Bereichen gezielt beeinflussen und damit einen effizienten Werkzeugeinsatz unter möglichst günstigen Kosten ermöglichen.

Die Erfahrungen zeigen, dass sich insbesondere Chemisch-Nickel-Oberflächenschichten hervorragend für den Einsatz zur Kostenreduzierung in den verschiedenen Phasen des Spritzgießprozesses eigenen und deshalb gezielt geplant und eingesetzt werden. Der Einsatz dieser Beschichtungen kann direkt von den bekannten Vorteilen von CN- Oberflächen-schichten abgeleitet werden:

*Absolut gleichmässige, konturtreue und gezielt steuerbare Schichtdicke

*Stromlose Abscheidung bei max. 90° C und verzugsfreie Aufbringung

*Keine Einebnung von Erodier- und Ätzstrukturen

*Hohe Härte und Abriebfestigkeit – HCN

*Korrosionsfest – KSCN

*Hochglanzoberfläche – HoCN

*Antiadhäsiver Eigenschaften – CNPTFE

*Geringe Reibwerte bei hoher Verschleissfestigkeit – CNB

Bewährte Einsatzgebiete von Chemisch-Nickel (CN) im Bereich Formen- und Werkzeugbau

Verschleissschutz: HCN wird eingesetzt bei der Verarbeitung abrasiver, gefüllter oder faserverstärkter Kunststoffe. Dadurch wird eine hohe Standzeit gewährleistet. Durch das Prinzip, Kern- und Oberflächeneigenschaften getrennt zu betrachten und zu nutzen, lassen sich kostengünstigere Stahlsorten verwenden, die durch die „Veredlung“ mit HCN die gewünschten Oberflächeneigenschaften aufweisen. Außerdem lassen sich so auch gezielt „weichere“ Grundwerkstoffe wie Aluminium- und Kupferlegierungen nutzen (siehe Abb. 1).

Korrosionsschutz Konturbereich/Temperiersystem: KSCN wird eingesetzt als Schutz vor korrosiven Kunststoffen, feuchtem Klima, Handschweiß und insbesondere dem Temperiermedium Wasser in Kühlkreisläufen. Dadurch kann ein dauerhafter stabiler Betrieb von Temperiersystemen bei maximalen Wartungsintervallen erreicht werden (Abb. 4).

Antiadhäsive Oberfläche: CNPTFE wird eingesetzt als Entformungshilfe und zur Belagsverhinderung. Es garantiert eine gleich bleibende hohe Teilequalität, verlängert Reinigungsintervalle und ermöglicht eine trennmittelfreie Produktion. Es eignet sich neben KSCN oder in Kombination mit dieser Schicht auch besonders für die vorbeugende Innenbeschichtung von Temperiersystemen zur Vermeidung von Ablagerungen („Kesselstein“) (Abb. 5).

Reibwertminderung: CNB wird eingesetzt als Gleitbeschichtung, zur Verhinderung von Reibverschleiss und wegen seiner hervorragenden Trockenlaufeigenschaften zur Vermeidung von „Fressen“ Metall auf Metall (Abb. 6).

Reparatur/Masskorrektur: Galvanisch-Nickel wird eingesetzt zur verzugsfreien Masskorrektur bis in mm-Bereiche, als Alternative zum Schweissen und zur Reduzierung von Wanddicken am Artikel. In Verbindung mit einer HCN-Schicht läst sich GalNi hervorragend für Masskorrekturen bis in den mm-Bereich als Schichtkombination nutzen.

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