Spritzguss: Häufig gestellte Fragen

Formungsmethode – Es können zwei grundlegende Materialtypen gewählt werden:

A) Warmarbeitswerkzeugstahl, der den relativ hohen Temperaturen des Druckguss, der Schmiedetechnik und der Extrusion standhalten kann.

B) Kaltarbeitsstahl, der für das Stanzen und Schneiden, Kaltumformen, Kaltpressen, Kaltverformen und Pulverspritzgießen verwendet wird.

Kunststoffe – Einige Kunststoffe erzeugen korrosive Nebenprodukte, wie PVC.

Korrosion kann auch durch Faktoren wie Kondensation aufgrund längerer Stillstandszeiten, korrosive Gase, Säuren, Kühlung/Heizung, Wasser oder Lagerbedingungen auftreten.

In diesen Fällen wird Edelstahlformstahl empfohlen.

Moldgröße – Große Formen verwenden oft vorgehärteten Stahl. Vollhärtender Stahl wird häufig für kleine Formen verwendet.

Mold Usage Cycles – Formen, die für den langfristigen Einsatz (>1.000.000 Zyklen) vorgesehen sind, sollten aus hochhärtendem Stahl mit einer Härte von 48-65 HRC hergestellt werden. Formen, die für den moderaten bis langfristigen Einsatz (100.000 bis 1.000.000 Zyklen) vorgesehen sind, sollten aus vorgehärtetem Stahl mit einer Härte von 30-45 HRC gefertigt werden.

Kurzzeitige Nutzung (Oberflächenrauhigkeit – Viele Hersteller von Kunststoffformen sind an einer guten Oberflächenrauhigkeit interessiert. Während der Zugabe von Schwefel zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Metallen die Oberflächenqualität abnimmt. Stähle mit hohem Schwefelgehalt werden ebenfalls spröder.)

Die chemische Zusammensetzung des Stahls ist wichtig.

Je höher der Legierungsgehalt des Stahls ist, desto schwieriger ist die Bearbeitung.

Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Bearbeitbarkeit von Metallen ab.

Die Struktur des Stahls ist ebenfalls sehr wichtig für die Bearbeitbarkeit von Metallen.

Verschiedene Strukturen umfassen: geschmiedet, gegossen, extrudiert, gewalzt und bearbeitet. Schmiedeteile und Gussstücke haben sehr schwer zu bearbeitende Oberflächen.

Härte ist ein wichtiger Faktor, der die Bearbeitbarkeit von Metallen beeinflusst. Die allgemeine Regel besagt, dass je härter der Stahl ist, desto schwieriger ist die Bearbeitung. Schnellarbeitsstahl (HSS) kann verwendet werden, um Materialien mit einer Härte von bis zu 330-400 HB zu bearbeiten; Schnellarbeitsstahl mit einer Titannitrid (TiN) Beschichtung kann Materialien mit einer Härte von bis zu 45 HRC bearbeiten; und für Materialien mit einer Härte von 65-70 HRC… Zum Beispiel müssen Hartmetall, Keramiken, Cermets und kubisches Bornitrid (CBN) verwendet werden.

Nichtmetallisches Doping hat im Allgemeinen negative Auswirkungen auf die Werkzeuglebensdauer. Zum Beispiel hat Al2O3 (Aluminiumoxid), ein reines Keramikmaterial, starke abrasive Eigenschaften.

Schließlich kann Restspannung Probleme mit der Metallbearbeitungsleistung verursachen. Spannungsabbau wird oft nach dem Grobschlichten empfohlen.

Ungefähr gesprochen, ist die Kostenverteilung wie folgt:

Bearbeitung 65%

Werkstückmaterial 20%

Wärmebehandlung 5%

Montage/Einstellung 10%

Dies zeigt eindeutig die Bedeutung einer guten Metallbearbeitungsleistung und hervorragender Gesamtschneidlösungen für die wirtschaftliche Herstellung von Formen.

Allgemein gesagt ist es: Je höher die Härte und Festigkeit von Gusseisen, desto geringer ist seine Metallbearbeitungsleistung und desto kürzer ist die erwartete Lebensdauer der Einsätze und Werkzeuge.

Gusseisen, das für die Metallbearbeitungsproduktion verwendet wird, hat im Allgemeinen eine gute Metallbearbeitungsleistung für die meisten Arten von Anwendungen. Die Bearbeitbarkeit von Metallen hängt mit ihrer Struktur zusammen; härteres perlitisches Gusseisen ist schwieriger zu bearbeiten.

Flake-Graphit-Gusseisen und schmiedbares Gusseisen haben eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, während duktiles Gusseisen ziemlich schlecht ist.

Die Hauptarten des Verschleißes, die beim Bearbeiten von Gusseisen auftreten, sind Abrieb, Adhäsion und Diffusionsverschleiß. Abrieb wird hauptsächlich durch Karbide, Sandeinschlüsse und eine harte Gussoberfläche verursacht.

Adhäsionsverschleiß mit Aufbaurändern tritt bei niedrigen Schnitttemperaturen und -geschwindigkeiten auf. Der Ferritanteil von Gusseisen lässt sich am leichtesten mit dem Schneidwerkzeug verschweißen, aber dies kann durch Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit und -temperatur überwunden werden.

Andererseits ist der Diffusionsverschleiß temperaturabhängig und tritt bei hohen Schnittgeschwindigkeiten auf, insbesondere bei der Verwendung von hochfesten Gusseisenqualitäten.

Diese Materialien haben eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Verformung, was zu hohen Temperaturen führt. Dieser Verschleiß steht im Zusammenhang mit der Wechselwirkung zwischen dem Gusseisen und dem Schneidwerkzeug, was es erforderlich macht, einige Gusseisen mit keramischen oder kubischen Bornitrid (CBN) Werkzeugen bei hohen Geschwindigkeiten zu bearbeiten, um eine gute Werkzeuglebensdauer und Oberflächenqualität zu erreichen.

Typische Werkzeugeigenschaften, die für die Bearbeitung von Gusseisen allgemein erforderlich sind, sind: Hohe thermische Härte und chemische Stabilität sind wünschenswert, hängen jedoch auch vom Prozess, dem Werkstück und den Schneidbedingungen ab; die Schneide muss Zähigkeit, Widerstand gegen thermische Ermüdungsabnutzung und Schneidkanteneigenschaften aufweisen. Die Zufriedenheit mit dem Schneiden von Gusseisen hängt davon ab, wie sich der Verschleiß der Schneide entwickelt: schnelles Abstumpfen bedeutet die Bildung von thermischen Rissen und Kerben, die zu vorzeitigem Bruch der Schneide, Werkstückschäden, schlechter Oberflächenqualität und übermäßiger Welligkeit führen. Normaler Flankenverschleiß, der eine ausgewogene und scharfe Schneide aufrechterhält, sind im Allgemeinen die Ziele, die erreicht werden müssen.

Der Schneidprozess sollte in mindestens drei Arten von Prozessen unterteilt werden: Grobschlichten, Halbschlichten und Feinschlichten, und manchmal sogar Superfeinschlichten (hauptsächlich für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsanwendungen). Restfräsen erfolgt natürlich nach dem Halbschlichten, um auf das Feinschlichten vorzubereiten. Es ist entscheidend, zu versuchen, eine gleichmäßig verteilte Restmenge für den nächsten Prozess in jedem Prozess zu hinterlassen. Wenn sich die Werkzeugbahnrichtung und die Arbeitslast selten schnell ändern, kann die Werkzeuglebensdauer verlängert und vorhersehbarer werden. Wenn möglich, sollten Feinschlichtprozesse auf speziellen Werkzeugmaschinen durchgeführt werden. Dies verbessert die geometrische Genauigkeit und Qualität des Werkzeugs in kürzerer Debugging- und Montagezeit.

Rauheit: Zirkuläre Einstechfräser, Kugelkopffräser und Fräser mit großem Spitzenradius.

Halbverarbeitung: Zirkularinsert-Fräser (Zirkularinsert-Fräser mit Durchmessern von 10-25 mm), Kugelkopf-Fräser.

Finishing: Zirkularer Einstechfräser, Kugelkopf-Fräser.

Restmaterialfräsen: Rundinsert-Endfräser, Kugelkopf-Fräser, gerade Endfräser.

Die Optimierung des Schneidprozesses durch die Auswahl spezifischer Werkzeuggrößen, Flötenformen und Gradkombinationen sowie durch Schneidparameter und geeignete Frässtrategien ist entscheidend.

Eines der wichtigsten Ziele im Schneidprozess ist es, einen gleichmäßig verteilten Bearbeitungsüberstand für jedes Werkzeug in jedem Prozess zu schaffen.

Dies bedeutet, dass Werkzeuge unterschiedlicher Durchmesser (von größtem zu kleinstem) verwendet werden müssen, insbesondere in den Grob- und Feinbearbeitungsprozessen. Der primäre Standard sollte jederzeit darin bestehen, die endgültige Form der Form in jedem Arbeitsschritt so genau wie möglich zu approximieren.

Die Bereitstellung eines gleichmäßig verteilten Bearbeitungszuschlags für jedes Werkzeug gewährleistet eine durchgehend hohe Produktivität und einen sicheren Schneidprozess.

Wenn die ap/ae (axiale Schnitttiefe/radiale Schnitttiefe) konstant bleibt, können die Schnittgeschwindigkeit und der Vorschub ebenfalls konstant auf einem hohen Niveau gehalten werden.

Dies führt zu minimalen Variationen in der mechanischen Aktion und der Arbeitslast an der Schneidkante, wodurch weniger Wärme und Ermüdung erzeugt werden, was die Werkzeuglebensdauer erhöht.

Wenn nachfolgende Operationen Halbfertigungsverfahren sind, insbesondere alle Fertigungsverfahren, dann kann eine unbemannte oder teilweise unbemannte Bearbeitung durchgeführt werden.

Konstante Bearbeitungsreserve ist ebenfalls ein grundlegender Standard für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsanwendungen.

Ein weiterer vorteilhafter Effekt des konstanten Bearbeitungszuschlags sind minimale negative Auswirkungen auf die Komponenten der Werkzeugmaschine—Führungen, Kugelgewinde und Spindellager.

Wenn ein quadratischer Schulterfräser für das Grobmilling einer Kavität verwendet wird, muss in der Zwischenbearbeitungsphase eine große Menge an gestuftem Schnittvorrat entfernt werden.

Dies wird zu Veränderungen der Schnittkräfte führen, was zu einer Werkzeugverformung führt. Das Ergebnis sind ungleichmäßige Bearbeitungszugaben beim Finishen, die die geometrische Genauigkeit der Form beeinträchtigen.

Die Verwendung von Fräsern mit quadratischen Schultern (mit dreieckigen Einsätzen) mit schwacher Spitzenfestigkeit führt zu unvorhersehbaren Schneideffekten.

Dreieckige oder diamantförmige Einsätze erzeugen ebenfalls größere radiale Schneidkräfte und sind aufgrund der geringeren Schneidkanten weniger wirtschaftliche Grobwerkzeuge.

Andererseits können runde Einsätze in verschiedenen Materialien und in verschiedenen Richtungen fräsen. Ihre Verwendung führt zu sanfteren Übergängen zwischen benachbarten Werkzeugbahnen und hinterlässt kleinere und gleichmäßigere Bearbeitungszugaben für die Teilbearbeitung.

Eine Eigenschaft von runden Einsätzen ist, dass sie variable Spanndicken erzeugen. Dies ermöglicht es ihnen, höhere Vorschubgeschwindigkeiten als die meisten anderen Einsätze zu verwenden.

Der Hauptschneidkantenwinkel von runden Einsätzen variiert von fast null (sehr flache Schnitte) bis 90 Grad, was zu einer sehr sanften Schneidaktion führt. Bei der maximalen Schnitttiefe beträgt der Hauptschneidkantenwinkel 45 Grad, und beim Konturschneiden entlang einer geraden Wand mit einem Außenkreis beträgt er 90 Grad.

Dies erklärt auch, warum runde Wendeschneidplatten eine hohe Festigkeit aufweisen – die Schnittlast steigt allmählich an. Für das Grobschlichten und das Halbgrobschlichten sollten immer runde Wendeschneidplatten-Fräswerkzeuge verwendet werden. Bei richtiger Programmierung können runde Wendeschneidplatten-Fräswerkzeuge weitgehend Kugelkopffräser ersetzen.

Runde Einsätze mit geringem Lauf, kombiniert mit fein geschliffenen Einsätzen, positiven Freiwinkel und leicht schneidenden Flötenprofilen, können auch für das Halbfinishen und einige Finish-Bearbeitungen verwendet werden.

Beim Schneiden ist die grundlegende Berechnung der effektiven Schnittgeschwindigkeit über den tatsächlichen oder effektiven Durchmesser stets entscheidend.

Da der Tischvorschub von der Spindeldrehzahl bei einer bestimmten Schnittgeschwindigkeit abhängt, wird der Tischvorschub falsch berechnet, wenn die effektive Geschwindigkeit nicht berechnet wird.

Wenn der Nenn-Durchmesserwert (Dc) des Werkzeugs zur Berechnung der Schnittgeschwindigkeit verwendet wird, wird die effektive oder tatsächliche Schnittgeschwindigkeit bei geringer Schnitttiefe deutlich niedriger sein als die berechnete Geschwindigkeit.

Dies gilt für Werkzeuge wie Rundstechplatten (insbesondere im kleinen Durchmesserbereich), Kugelkopf-Fräser und Fräser mit großem Spitzenradius. Folglich ist die berechnete Vorschubgeschwindigkeit ebenfalls viel niedriger, was die Produktivität erheblich reduziert. Noch wichtiger ist, dass die Schneidbedingungen des Werkzeugs unter seinen Fähigkeiten und dem empfohlenen Anwendungsbereich liegen.

Beim Durchführen von 3D-Schneidvorgängen variiert der Schneiddurchmesser und steht in Zusammenhang mit der Geometrie der Form.

Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, die steilwandigen Bereiche der Form und die flachgeometrischen Bereiche des Teils zu definieren. Ein guter Kompromiss und ein gutes Ergebnis können erzielt werden, indem spezialisierte CAM-Programme und Schneidparameter für jede Region entwickelt werden.