Grundlagen von Spritzgussformen und -kernen

1. Was sind Hohlraum und Kern?

Hohlraum

Der Hohlraum bezeichnet den konkaven, hohlen Bereich auf der festen Hälfte bzw. der Hohlraumseite der Form. Beim Einfließen des geschmolzenen Kunststoffs haftet dieser an der Innenfläche des Hohlraums und bildet die Außenfläche des Formteils.

Vereinfacht gesagt: Die Aussparung bildet das äußere Profil des Produkts nach. Kosmetische Oberflächen, Texturen, Maserungen und Glanzgrade werden durch die Oberfläche der Aussparung bestimmt. Gebogene Konturen an Handygehäusen und eingravierte Logos werden direkt in die Aussparung eingearbeitet.

Kern

Der Kern ist das hervorstehende Formteil, das sich üblicherweise auf der beweglichen Hälfte bzw. der Kernseite befindet. Geschmolzener Kunststoff umhüllt den Kern und bildet so die Innenflächen , Rippen, Gewindebuchsen und Durchgangsbohrungen des Bauteils.

Vereinfacht gesagt: Der Kern bildet die innere Geometrie des Produkts nach. Innere Schraubbolzen, Verstärkungsrippen, Schnappverbindungen und Hohlstrukturen werden alle durch den Kern geformt. Nach dem Öffnen der Form schrumpft das Formteil und haftet am Kern, von dem es durch das Auswerfersystem ausgeworfen wird.

Grundprinzip: Geschmolzener Kunststoff füllt den Spalt zwischen Hohlraum und Kern, wobei die Dicke dieses Spalts der Wandstärke des Kunststoffbauteils entspricht.

2. Wesentliche Unterschiede zwischen Hohlraum und Kern

• Geformte Oberflächen

• Hohlraum: bildet die äußere / kosmetische Oberfläche des Teils.
• Kern: bildet die inneren Oberflächen, hauptsächlich nicht kosmetische Bereiche.

• Fokus Oberflächenbehandlung

• Kavität: Erfordert hochwertiges Polieren und Texturieren. Jede Oberflächenunebenheit wird auf die sichtbare Oberfläche des Teils übertragen.
• Kernbereich: Priorisiert werden Maßgenauigkeit und Formschrägen. Die Anforderungen an die Politur sind im Allgemeinen geringer; leichte Bearbeitungsspuren sind akzeptabel.

• Auswurfverhalten: Beim Öffnen der Form bewirkt die Schrumpfung des Kunststoffs, dass das Teil den Kern umschließt und sich zusammen mit der beweglichen Hälfte nach hinten bewegt, während es sich von der Formwand löst. Unzureichendes Entformungsgefälle kann dazu führen, dass das Teil an der Formwand kleben bleibt, was zu Verfärbungen oder Rissen am Bauteil führen kann.
• Stahlsortenauswahl

• Kavität: Hochglanzpolierbare Formstähle wie S136 und NAK80 werden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und hervorragenden Polierbarkeit bevorzugt und sind ideal für kosmetische Teile.
• Kern: Häufig werden Werkstoffe wie P20 oder 718H verwendet. Für besonders beanspruchte Bereiche oder Bauteile mit dichten Rippenstrukturen werden Stähle mit höherer Härte ausgewählt.

3. Wichtige Konstruktionsrichtlinien für Hohlraum und Kern

3.1 Geeignete Tiefgangwinkel

Für Hohlraum und Kern müssen Formschrägen berücksichtigt werden.

• Hohlraum (Außenfläche): Unzureichender Luftzug erhöht das Risiko des Festklebens im Hohlraum und kosmetischer Oberflächenbeschädigungen.
• Kern (Innenfläche): Durch die Abkühlungsschrumpfung entsteht eine starke Umhüllungskraft um den Kern; unzureichendes Entformungsgefälle führt leicht zu Kratzern oder Auswurfverfärbungen. Bei hochglänzenden kosmetischen Teilen wird ein mäßig erhöhtes Entformungsgefälle empfohlen, um Oberflächenbeschädigungen beim Auswerfen zu vermeiden.

3.2 Kontrolle der gleichmäßigen Wandstärke

Die Wandstärke wird durch den Spalt zwischen Formhohlraum und Kern bestimmt. Eine Fehlausrichtung zwischen Formhohlraum und Kern führt zu variierender Wandstärke und kann Einfallstellen, Vertiefungen, Verzug und Blasenbildung verursachen. Eine präzise Ausrichtung ist daher bei der Werkzeugbearbeitung und -montage unerlässlich.

3.3 Belüftungsdesign

Eingeschlossene Luft sammelt sich leicht in den Ecken des Brennraums und um die Kernrippen herum. Entlüftungsschlitze sollten entlang der Brennraumkanten angeordnet und in die Spalten des Kerns eingesetzt werden, um Verbrennungen, Kurzschüsse und Strömungslinien zu vermeiden.

3.4 Anordnung der Kühlkanäle

Kühlkanäle sollten sowohl für den Formhohlraum als auch für den Kern angeordnet werden, wobei ein gleichmäßiger Abstand zu den Formoberflächen eingehalten werden muss. Ungleichmäßige Kühlung führt zu Verformungen des Bauteils. Viele Formen konzentrieren sich ausschließlich auf die Kühlung des Formhohlraums und vernachlässigen die Kernkühlung, was zu langsamer innerer Kühlung, längeren Zykluszeiten und verstärkter Verformung führt.

3.5 Einfügestrategie

Tiefe Rippen, scharfe Vorsprünge und Hinterschneidungen sollten nicht integral in den Haupthohlraum oder Kern eingefräst werden. Die Verwendung einer geteilten Wendeschneidplattenkonstruktion erleichtert die Bearbeitung, das Polieren, die Wartung und den Austausch und senkt somit zukünftige Umbaukosten.

4. Typische Defekte im Zusammenhang mit Hohlraum und Kern

• Oberflächenkratzer und Lochfraß : Abnutzung der Kavitätsoberfläche, unvollständiges Polieren, Werkzeugspuren oder Oberflächenverunreinigungen.
• Anhaften an der Kavität (fixierte Hälfte) : Unzureichender Kavitätszug, raue Kavitätsoberfläche oder unzureichende Reibung auf der Kernseite.
• Auswurfaufhellung / Rissbildung : Übermäßige Umhüllungskraft aufgrund unzureichenden Entformungswinkels an Kernrippen und Vorsprüngen, wodurch konzentrierte Auswurfspannungen entstehen.
• Lokale Einfallstellen : Ungleichmäßiger Hohlraum-Kern-Abstand, der zu lokalisierten Einfallstellen in überdicken Bereichen führt.
• Instabile Dimensionsabweichung : Unterschiedliche Wärmeausdehnung der Stähle in Hohlraum und Kern oder ungleichmäßige Abkühlung, die zu temperaturabhängigen Dimensionsdrift führt.

5. Empfehlungen zur Projektauswahl

• Teile mit kosmetischer Optik: Priorisieren Sie die Anforderungen an die Stahlsorte und die Oberflächenbeschaffenheit des Hohlraums; bestätigen Sie die Spezifikationen für Polieren/Texturierung im Voraus.
• Bauteile mit dichten inneren Rippen: Fokus auf Kernstruktur, Einsatzlösungen und Kernkühlungsleistung.
• Bei der Bewertung von Werkzeugangeboten: Berücksichtigen Sie nicht nur den Werkzeugkörper; prüfen Sie auch das Material des Hohlraumkerns und die Härte der Wärmebehandlung, da diese Faktoren die Lebensdauer des Werkzeugs und die Produktionsausbeute direkt bestimmen.
• Wenn es bei den ersten Probeläufen häufig zu Formklemmungen oder Abrieb kommt, überprüfen Sie zunächst die Entformungswinkel und die Oberflächenrauheit von Hohlraum und Kern.