In der Welt der Herstellung von Kunststoffteilen hat jedes Verfahren, sei es Spritzguss, Bearbeitung oder Extrusion, einen wichtigen Platz. Die Verwirrung über diese Prozesse hält in vielen Branchen an. Diese Verwirrung kann tiefgreifende Auswirkungen auf das Endprodukt haben, sowohl bei den Kosten als auch bei der Leistung. Glücklicherweise ist die Auswahl des richtigen Materials und Verfahrens für eine bestimmte Bauteilproduktion mit einigen Tipps der Kunststoffexperten nicht schwierig. Mit einer Handvoll Fragen und ein wenig Wissen über die Verfahren sollte ein Ingenieur keine Probleme haben, ein Teil zu bekommen, das eine starke Leistung zu einem gezielten Preis bietet.in der Welt der Kunststoffteileherstellung hat jedes Verfahren, sei es Spritzguss, Bearbeitung oder Extrusion, einen wichtigen Platz. Die Verwirrung über diese Prozesse hält in vielen Branchen an. Diese Verwirrung kann tiefgreifende Auswirkungen auf das Endprodukt haben, sowohl bei den Kosten als auch bei der Leistung. Glücklicherweise ist die Auswahl des richtigen Materials und Verfahrens für eine bestimmte Bauteilproduktion mit einigen Tipps der Kunststoffexperten nicht schwierig. Mit einer Handvoll Fragen und ein wenig Wissen über die Prozesse sollte ein Ingenieur keine Probleme haben, ein Teil zu bekommen, das eine starke Leistung zu einem gezielten Preis bietet.

Überlegungen zur Gestaltung

Bevor man sich für ein Verfahren oder einen Kunststoff entscheidet, muss man sich über einige Dinge im Klaren sein. Dazu gehören:

  1. Leistungsanforderungen – Was muss das Teil leisten, wenn es eingebaut ist, und welchen Kräften und Belastungen muss es standhalten?
  2. Abmessungseigenschaften – Welche Größe und Form soll das zu fertigende Bauteil haben, und welche Oberflächeneigenschaften soll es haben?
  3. Zielkosten – Wie hoch ist das Budget, mit dem Sie arbeiten können? Wie kann dieses Budget die Leistung eines Teils maximieren und gleichzeitig das Ziel erreichen oder unterschreiten?

Für Konstrukteure sind die ersten beiden elementar und erfordern kaum mehr als angewandtes Wissen, um sie zu beantworten. Die Kosten sind jedoch etwas, das selten gut verstanden wird. Das liegt daran, dass in vielen Branchen die Annahme vorherrscht, dass Kunststoffteile immer billiger sind als Bauteile aus anderen Materialien, insbesondere aus Metall. Das ist eine falsche Annahme. Viele Hochleistungspolymere sind auf Volumenbasis wesentlich teurer als die teuersten Metalllegierungen. Obwohl Verfahrensoptionen wie das Spritzgießen die Möglichkeit bieten, die endgültige Gestalt zu erreichen und damit die Herstellungskosten pro Einheit zu senken, müssen die Ingenieure auch die Kosten für die Werkzeuge selbst berücksichtigen. Das Spritzgießen wird oft als kosteneffiziente Option angesehen, da das erwartete Volumen eines Produktionslaufs die Kosten pro Teil drückt. Die Werkzeuge müssen jedoch aus extrem haltbaren Metallen gefertigt werden, um Tausende von Teilen zu überstehen, was die Gesamtprojektkosten unerwartet in die Höhe treiben kann.

Obwohl das Spritzgießen auch unter Kostengesichtspunkten das richtige Verfahren sein kann, ist zu erwähnen, dass die spanende Bearbeitung von Bauteilen aus Halbzeuge den Bedarf an teuren Werkzeugen verringert und die Lieferung der ersten Teile beschleunigt. Außerdem bietet die spanende Bearbeitung einen Präzisionsvorteil, der häufig zu einer besseren Leistung und einer größeren Maßflexibilität führt.

Auswählen eines Materials

Es gibt Hunderte von Kunstoffen, von denen die meisten in verschiedenen Typen und Viskositäten erhältlich sind. Dieses breite Feld auf einige wenige Kunstsroffe, Typen und Viskositäten einzugrenzen, ist die Hauptaufgabe der Materialauswahl, aber um dies zu erreichen, müssen mehrere wichtige Fragen beantwortet werden.

Ein Material wird nach seiner Fähigkeit ausgewählt, mehrere Leistungsmerkmale unter verschiedenen Umweltbelastungen zu erfüllen. Zu diesen Leistungsmerkmalen gehören Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Transparenz, während zu den Umweltbelastungen extreme Temperaturen, Abrieb- oder Stoßkräfte, korrosive Chemikalien und Sonnenlicht gehören können. Alles in allem sind dies die Fragen, die von Polymeranbietern häufig gestellt werden:

  1. Wird das Teil stark beansprucht oder handelt es sich um eine strukturelle Komponente?
  2. In welchem Temperaturbereich wird das Teil arbeiten?
  3. Welche Umweltstressoren müssen berücksichtigt werden?
  4. Welche Mindestanforderungen an die Festigkeit muss das Teil erfüllen?
  5. Gibt es bestimmte Anforderungen an das Erscheinungsbild, wie Farbe oder Transparenz?

Die Antworten auf diese Fragen werden dazu beitragen, das Feld der in Frage kommenden Polymere einzugrenzen.

Das ist jedoch nur der Anfang, denn jedes Harz gibt es in verschiedenen Qualitäten, die sich auf die Leistung auswirken. Jede Type wird mit einer anderen Zusammensetzung hergestellt, und die Zusammensetzung muss genau beachtet werden. Im Folgenden finden Sie eine kurze Übersicht über die verschiedenen Güteklassen und ihre Eignung für bestimmte Zwecke:

  1. Glas- oder kohlenstoffverstärkte Kunststoffe – Diese Typen sind für eine hohe Festigkeit und Steifigkeit ausgelegt. Außerdem bieten sie eine hohe Formstabilität.
  2. Graphit- und PTFE-haltige Verschleißtypen – Diese Typen sind auf maximale Verschleißfestigkeit ausgelegt und erzeugen wenig Reibung.
  3. Ungefüllte oder glasfaserverstärkte Typen – Diese Typen bieten eine hervorragende thermische oder elektrische Isolierung, was sie zur idealen Materialwahl für Isolatoren macht.
  4. Unverstärkte Werkstoffe – Diese Werkstoffe bieten die beste chemische Beständigkeit, und wenn das maximale Spannungsniveau niedrig genug ist, können sie auch eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit aufweisen.

Auswahl eines Prozesses

Zu diesem Zeitpunkt steht die Auswahl der Type weitgehend fest, aber die Wahl der endgültigen Kunststoff hängt auch von dem gewählten Verfahren ab. Konstrukteure sollten beachten, dass die Wahl des Verfahrens die Auswahl der Kunststoffe beeinflusst und sich erheblich auf die Kosten des Projekts sowie die Leistung der Teile auswirken kann. Auch hier ist eine kurze Zusammenfassung angebracht, dieses Mal zwischen Spritzguss und Bearbeitung:

  1. Wann sollte man sich für die maschinelle Bearbeitung entscheiden? Wenn die Teile großflächig hergestellt werden müssen (Wandstärke größer als 12 mm), ist die spanende Bearbeitung die richtige Wahl. Wenn Kerbschlagzähigkeit und Zähigkeit im Vordergrund stehen oder wenn die Teile innerhalb enger Toleranzen und ohne Verzug gefertigt werden müssen, ist die spanende Bearbeitung am sinnvollsten. Wenn die Produktion auf kleinere Stückzahlen beschränkt wird (weniger als 5.000 Teile oder weniger in einem Jahr), ist die spanznde Bearbeitung eine kostengünstige Option.
  2. Wann sollte man sich für das Spritzgießen entscheiden? Wenn die Teile Merkmale aufweisen, die schwer zu bearbeiten sind, oder wenn größere Produktionsserien erforderlich sind (mehr als 5.000 Teile pro Jahr), dann ist das Spritzgießen die richtige Wahl.

Auch nach der Auswahl des Harzes und des Verfahrens kann noch eine Feinabstimmung erforderlich sein. Dies erfordert wahrscheinlich einen Beitrag des Polymerlieferanten oder -herstellers.

Ein häufiges Problem tritt auf, wenn eine Type, die nicht für Bearbeitung vorgesehen ist, dennoch für die Bearbeitung ausgewählt wird. Für die Herstellung extrudierter Halpzeuge werden fast immer hochviskose Harze verwendet, da diese sowohl während als auch nach der Extrusion eine höhere Steifigkeit und Festigkeit aufweisen. Wenn die spanende Verarbeitung die bevorzugte Methode zur Herstellung von Teilen ist, sollte ein hochviskoser Kunststoff gewählt werden, um sicherzustellen, dass Halbfertigteile für die Endbearbeitung hergestellt werden können. Es kann schwierig sein, die Nomenklatur der Branche ohne professionelle Hilfe zu entziffern. Einige Polymere, wie z. B. Torlon 4203, kennzeichnen niedrigviskose Typen, die für das Spritzgießen dünnwandiger Teile bestimmt sind, mit einem L. Die meisten Polymertypen sind ebenfalls mit einer bestimmten Nummernreihe gekennzeichnet, die für niedrigviskose Kunststoffe reserviert ist. Ein Beispiel dafür ist Victrex PEEK 150, eine niedrigviskose Type für dünnwandige Spritzgussteile, während die 450er Qualität eine höhere Viskosität aufweist und für Teile mit dickeren Querschnitten und alle extrudierten Halbzeuge geeignet ist.

Kurz gesagt, das Spritzgießen ist die schnellste und effizienteste Art der Verarbeitung, aber es kann auch Probleme geben, nämlich Anlaufkosten und Vorlaufzeit. Die maschinelle Bearbeitung von Teilen aus Halbzeuge kann der schnellste Weg zur Herstellung von Prototypen sein, sollte aber auch dann noch in Betracht gezogen werden, wenn die Teile in die Serienproduktion gehen. Das gewählte Material mag zwar gleich klingen und sogar den gleichen Handelsnamen tragen, aber Prozessunterschiede und scheinbar subtile Qualitätsunterschiede können zu unerwarteten Ergebnissen führen, wenn diese Überlegungen außer Acht gelassen werden. Am sichersten ist es, wenn Sie Ihren Verarbeiter so früh wie möglich in den Prozess der Materialauswahl einbeziehen. Ihre Erfahrung mit und ihr Verständnis für die vielen Polymertypen ist von unschätzbarem Wert und muss berücksichtigt werden, bevor eine technische Zeichnung für die Produktion freigegeben wird.

Ein letzter Hinweis zu den Produktionsphasen

So mancher Konstrukteur ist beim Übergang von Teilen zwischen Spritzguss und spanende Bearbeitung frustriert gewesen. Die Verwendung desselben Kunststoffes garantiert nicht die gleiche Leistung. Beispiele sind spanend bearbeitete Prototypen, die gut funktionieren, aber spritzgegossene Serienteile nicht, oder spritzgegossene Teile, die Zehntausende von Euro mehr kosten als besser funktionierende maschinell bearbeitete Teile. Es ist wichtig, dass ein Konstrukteur die beiden Verfahren und die wesentlichen Unterschiede zwischen den in Frage kommenden Verfahren und Polymertypen genau kennt. Zusätzlich zu den bereits erwähnten Unterschieden können diese die Faserorientierung, die Faserlänge, die Haftvermittler, die Farbzusätze, die Verschleißraten, die Zähigkeit und eine ganze Reihe anderer Leistungsmerkmale umfassen.

Die Auswahl von Material und Verfahren bei der Konstruktion mit Kunststoffen kann schwierig sein, aber mit einer integrierten Betrachtung von Material und Verfahren werden Ihre Chancen auf einen erfolgreichen Entwurf maximiert.