Spritzgusswerkzeug

Ein Spritzgusswerkzeug (auch Spritzgießwerkzeug oder Spritzgussform, in der Praxis oft nur Werkzeug, englisch Injection Mold) ist ein präzises Metallwerkzeug mit formgebendem Hohlraum (Kavität), in dem der beim Spritzguss eingespritzte Kunststoff zum fertigen Teil erstarrt. Es bestimmt Form, Genauigkeit und Oberfläche des Formteils und ist meist die größte Anfangsinvestition.

Zwei Hälften treffen in der Trennebene aufeinander: die feststehende Düsenseite an der Spritzeinheit und die bewegliche Auswerferseite, auf der das Teil nach dem Öffnen bleibt, bis das Auswerfersystem es ausstößt. Die Kontur des Teils bilden die Formeinsätze (Kern und Formnest). Der Kunststoff fließt über das Angusssystem (Angusskanal, Verteilerkanäle und Anschnitt) ein, die Luft entweicht über Entlüftungen. Hinterschnitte, die das Entformen in Öffnungsrichtung verhindern, erfordern Schieber oder Schrägauswerfer und verteuern das Werkzeug.

Temperierkanäle halten das Werkzeug auf der für den Kunststoff vorgeschriebenen Temperatur, bei gängigen Kunststoffen im zweistelligen Celsiusbereich, bei manchen technischen Kunststoffen über 100 °C. Die Kühlung macht meist den größten Teil der Zykluszeit aus. Werkzeuge unterscheiden sich außerdem in der Kavitätenzahl (Einfach- und Mehrfachwerkzeuge, bei kleinen Teilen mit Dutzenden Kavitäten), im Angusssystem (Kaltkanal, dessen Anguss als Abfall anfällt oder recycelt wird, oder Heißkanal mit weniger Abfall und kürzerem Zyklus) und in der Bauart (Zweiplatten-, Dreiplatten- und Etagenwerkzeuge). Ein Familienwerkzeug fertigt pro Zyklus mehrere verschiedene Teile einer Baugruppe, ein Zweikomponentenwerkzeug verbindet harten und weichen Kunststoff in einem Prozess.

Serienwerkzeuge bestehen aus Werkzeugstahl: vorvergütet für kleine und mittlere Serien, gehärtet für Großserien und abrasive, glasfasergefüllte Kunststoffe. Gehärtete Werkzeuge sind meist für Hunderttausende bis Millionen Zyklen ausgelegt. Günstigere, schneller gefertigte Aluminiumwerkzeuge halten weniger lange und dienen vor allem als Prototypenwerkzeuge für kleinere Stückzahlen. Der Bau eines Serienwerkzeugs dauert typischerweise einige Wochen bis Monate und kostet von einigen tausend Euro für einfache bis zu sechsstelligen Beträgen für große, komplexe Werkzeuge.

Ein Spritzgusswerkzeug lohnt sich, wenn die Konstruktion abgesichert ist und das erwartete Volumen bei Tausenden Teilen und mehr liegt, oder wenn Anforderungen an Genauigkeit, Oberfläche oder Werkstoff kein anderes Verfahren erfüllt. Kavitätenzahl, Werkzeugwerkstoff und Angussart richten sich vor allem nach der Jahresstückzahl: Für kleinere Serien genügt ein Einfachwerkzeug mit Kaltkanal, bei Hunderttausenden Teilen pro Jahr rechnet sich meist ein Mehrfachwerkzeug mit Heißkanal und gehärteten Einsätzen.

Zur Absicherung der Konstruktion oder für kleinere Stückzahlen prüfen Sie zuerst ein günstigeres Aluminiumwerkzeug, Wechseleinsätze in einem Stammwerkzeug oder Vakuumguss.

Die teuersten Fehler entstehen in der Bauteilkonstruktion, nicht im Werkzeug: fehlende Entformungsschrägen, ungleichmäßige Wandstärken, unnötige Hinterschnitte und scharfe Ecken. Zudem sind Änderungen am fertigen Werkzeug nicht gleich aufwendig. Stahl im Werkzeug abzutragen (und damit Material am Teil hinzuzufügen) ist relativ einfach, die umgekehrte Änderung erfordert Auftragsschweißen oder einen neuen Einsatz. Kritische Maße legt man deshalb oft so aus, dass sie sich durch Abtrag im Werkzeug nachjustieren lassen („steel safe“).

Lassen Sie vor der Bestellung vom Werkzeugbau eine DFM-Analyse des Teils erstellen, bei komplexeren Teilen auch eine Füllsimulation, und stimmen Sie die Lage von Anschnitt, Trennebene und Auswerfern mit Blick auf die Sichtflächen ab. Legen Sie im Vertrag fest: Standzeit und Werkzeugwerkstoff, Kavitätenzahl, Eigentum am Werkzeug und Lagerort, im Preis enthaltene Bemusterungs- und Korrekturschleifen, Messprotokoll der Erstmuster sowie Kostenübernahme für Wartung und Reparaturen.