Overmolding: Werkzeugkonstruktion

Werkzeugstahl und -bearbeitung

Bei hohen Stückzahlen rechnet sich die Investition in Qualitätswerkzeuge. Die Wahl des Werkzeugstahls hängt von der gewünschten Menge und Qualität der zu produzierenden Teile ab und wird primär vom „harten“ Substrat der Anwendung bestimmt. Bei verstärkten Materialien kann eine hochharte, abriebfeste Stahlsorte erforderlich sein.

Die meisten Overmolding-Materialien von GLS sind nicht-abrasiv, nicht-korrosiv und bilden die formgebenden Werkzeugflächen gut ab.

• Für glänzende oder klar transparente Oberflächen ist ein poliertes Werkzeug erforderlich.
• Um Teile mit dem mattem Aussehen von duroplastischem Kautschuk zu fertigen, müssen die formgebenden Werkzeugflächen rauer sein. Funkenerosion liefert normalerweise zufriedenstellend raue Werkzeuginnenflächen, die auch eine gute Entformbarkeit der Teile sicherstellen.
• Variable Glanzgrade und Oberflächenqualität lassen sich mittel Dampfhonen, Sand- oder Kugelstrahlen sowie chemischem Ätzen erzielen.
• Um die Entformbarkeit der Teile zu optimieren, können die Kavitäten- oder Kernflächen nach dem Sandblasen oder Funkenerodieren mit einem Formtrennmittel beschichtet werden, wie PTFE-imprägniertem Nickel.

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Werkzeugauslegung

Mehrkavitätenwerkzeuge sollten gut balanciert sein. Bei einem balancierten Verteilersystem fließt die Schmelze in jede Kavität bei gleichem Zeit- und Druckprofil. Beispiele für balancierte Verteilerspinnen und Querverteilersysteme sind nachstehend illustriert.

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Fließkanalauslegung

Für herkömmliche Kaltkanalwerkzeuge sind kreisrunde Fließkanaldurchmesser am besten geeignet, da sie den geringsten Fließwiderstand bieten und die Kühlung im Fließkanal minimieren. Letzteres beruht darauf, dass die kreisrunde Form weniger Oberfläche hat und daher das Material länger geschmolzen hält.

Der zweiteffizienteste Querschnitt ist der modifiziert trapezoide. Seine Geometrie ist der kreisrunden Variante am ähnlichsten, erfordert aber nur die Bearbeitung einer der beiden Platten.

Der Durchmesser ist selbst bei primären Fließkanälen nur selten größer als 7,5 mm. An allen Umlenkpunkten und Abzweigen des Fließkanals sollten Auffangbohrungen für kalte Pfropfen vorgesehen werden.

Das folgende Bild zeigt typische Fliekanalabmessungen:

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Heißkanalsysteme

Heißkanalsysteme sollten natürlich oder geometrisch balanciert sein. Am besten eignen sich außenbeheizte Verteiler. Innenbeheizte, die mit Torpedo-Heizelementen arbeiten, werden nicht empfohlen, da sie zu Wärmestau- sowie Fließverzögerungszonen neigen, in denen sich teilweise verfestigtes Material an den Wänden des Fließkanals anreichert.

Alle Übergänge sollten im Querschnitt kreisrund und hochglanzpoliert sein, mit Durchmessern von 6,35 bis 9,5 mm und mäßigen Radien, um mögliche Fließverzögerungen zu minimieren. Getrennt regelbare Heizzonen ermöglichen dem Bediener die thermische Feinbalancierung des Systems, um die Qualität der Formteile zu optimieren.

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Anschnittauslegung

Die thermoplastischen Elastomere von GLS sind grundsätzlich für alle Anschnittarten geeignet. Art und Lage des Anschnitts kann je nach Formteil folgende Kriterien beeinflussen:

• Verdichtung des Formteils
• Angussabtrennung bzw. Anschnittrest oder -markierung
• Ästhetisches Aussehen des Formteils
• Produktabmessungen, einschließlich Verzug des Substrats

Der ideale Anschnitt hängt sowohl vom Produktdesign als auch von der Werkzeugkonstruktion ab. Bei Werkzeugen mit automatischer Angussabtrennung und weicheren TPE kann sich die Anschnittauslegung jedoch aufgrund der hochelastischen Natur dieser Materialien etwas schwieriger gestalten. Dies gilt insbesondere für Tunnelanschnitte oder Etagenwerksysteme mit integrierter Angussabtrennung. Härtere und gefüllte TPE-Typen haben eine geringere Reißdehnung, was die Angussabtrennung erleichtert. Um sicherzustellen, dass der Anguss an einer spezifischen Stelle abreißt, sollte der Steg kurz gehalten werden, sodass am Abreißpunkt eine hohe Spannungskonzentration entsteht.

Die nachstehende Tabelle fasst die Vor- und Nachteile diverser Anschnittarten zusammen. Weiterführende Informationen zu spezifischen Anschnittarten finden Sie in der Vollversion dieses Ratgebers, die Sie hier herunterladen können.

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Anschnittarten im Vergleich

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