Zwei Erfolgsanwendungen
Die Technik der Aluminium-Spritzgußformen bei der Herstellung von thermoplastischen Formteilen
Steht man vor der Realisierung eines Projektes, können unvorhersehbare und beschleunigende Ereignisse dieses Vorhaben gefährden.
In der Tat, verträgt ein Kunststoffteil mit beachtlichen Dimensionen und ungewöhnlichen Herstellungsschwierigkeiten keine Eile.
Diese Zeilen dienen als Einleitung zu einer extrem erfolgreichen Anwendung, welche die Vorteile und Resultate schildert, die man mit der Technik der Aluminium-Spritzgußformen bei der Herstellung von thermoplastischen Formteilen erhalten kann.
Die Darstellung nebenan zeigt ein Teil des Kompostbehälters, bei dem zahlreiche Verstärkungsrippen zu erkennen sind.
Das für den Formenbau verwendete Material ist Certal SPC, eine Legierung der 7xxx Serie, die für den Luftverkehrsbereich entwickelt wurde, um den Anforderungen der Formenbauer hinsichtlich Bearbeitbarkeit, Maßbeständigkeit, Schweißbarkeit und Beständigkeit der mechanischen Eigenschaften von der Hülle bis zum Kern der Platte gerecht zu werden.
In diesem Fall können die durch den Einsatz eines Aluminiumwerkzeuges erhaltenen Vorteile folgendermaßen zusammengefasst werden:
- Schnelle Herstellung der Gießform.
- Möglichkeit, Modifikationen auf einfache und schnelle Weise auszuführen.
- Reduktion der Elektroerosionsarbeiten aufs Minimum. Alle Verstärkungsrippen werden durch Fräsen hergestellt.
- Dank des hohen Wärmeaustausches wurde der Gießvorgang erheblich vereinfacht.
- Deutlich verringerte Kosten im Vergleich zu einem gleichwertigen Werkzeug aus Stahl.
In dieser Abbildung sieht man die Fräsungen, die zur Formung der Verstärkungsrippen ausgeführt wurden. Die Möglichkeit, schmale und bis zu 20 Mal den Durchmesser des Werkzeuges tiefe Fräsungen auszuführen, hat die Arbeit des Formenbauers sicherlich erleichtert, da er dadurch jegliche elektroerosive Bearbeitungen vermeiden konnte. Dadurch konnte man die Arbeiten zur Herstellung der Elektroden und die nachfolgenden Arbeitsgänge des Fertigfräsens vermeiden.
Der absolut unerhebliche Werkzeugverschleiß gestattet die für den Kauf der Werkzeuge bestimmten Kosten erheblich zu reduzieren und die Bearbeitungen an den Werkzeugmaschinen über längere Zeit hinweg ohne Überwachung seitens Bediener ausführen zu können.
Dank des hohen Wärmeaustauschwertes des Aluminiums (höher als Berylliumkupfer) ist es nicht notwendig, ein hochentwickeltes System zur Aufbereitung der Gießform zu realisieren. Die Wasserkanäle können mit einem Durchmesser von 20 bis 25 mm und vom Formteil ausreichend entfernt ausgeführt werden.
Bevor man die endgültige Version des Formteils erhält, wurden mittels Schieber verschiedene Modifikationen an der Geometrie und an der Form der Gießformkomponenten ausgeführt. Diese Arbeitsgänge wurden durch die optimale Bearbeitbarkeit des Aluminiums vereinfacht und in kürzerster Zeit zu Ende geführt.
Schließlich haben Werkzeugmacher und Formenbauer das spezifische Gewicht des Aluminiums,
(1/3 im Verhältnis zum Stahl), besonders geschätzt, da sie das Werkzeug relativ einfach und in kürzerer Zeit mit einer nicht quantifizierbaren aber sicherlich bemerkenswerten Energieersparnis bewegen konnten.
Datenblatt der Anwendung
| Produkt |
Teil eines Kompostbehälters |
| Bearbeitungstechnik |
Fräsen auf Maschine OMV HS 320 |
| Material Gießform |
Certal®SPC |
| Ausmaß Gießform |
1200 x 900 x 1200 mm. |
| Gewicht Gießform |
3500 kg. |
| Unterschnitte |
Herstellung der beweglichen Teile in Bronze auf Aluminium |
| Kunststoff |
Polypropylen Kopolymerisat |
| Gewicht des Teils |
3400 Gramm |
| Ausmaß Kunststoff |
9400 cm ³ |
| Herstellungszeit Gießform |
40 Tage |
| Vorgesehene Einsatzdauer |
500.000 % 700.000 Stücke |
| Formenbauer |
Tagliabue modelli |
| Werkzeugmacher |
Plasteva |
| % Kostenersparnis zwischen Aluminium und Stahl in Bezug auf die Herstellung des Werkzeugs: - 30 bis 50 |
| % Zeitersparnis zwischen Aluminium und Stahl in Bezug auf die Herstellung des Werkzeugs: - 50bis 60 |
Rahmen für Behandlungsstuhl aus HIS- PUR
Die auf dem Foto dargestellte Anwendung bezieht sich auf einen Rahmen für einen ärztlichen Behandlungsstuhl aus HIS- PUR (Polyurethan mit hoher Stoßfestigkeit).
Dabei wurde das Reaktions-Spritzgußverfahren RIM über einen Stahlkern angebracht.
Die realisierte Serie der Einzelteile beläuft sich auf 15.000 Einheiten.
Aufgrund der wirtschaftlichen Analyse der Herstellungsphasen und Einsatz der Gießform (abgesehen von der beim Press-Zyklus gewonnenen Zeit) ergibt sich folgende Vergleichsübersicht zwischen Aluminium Certal® und Stahl Ck45.
Wirtschaftsbilanz Aluminium / Stahl
| Kriterium |
Certal® |
Stahl Ck45 |
Unterschied |
| Materialkosten |
540 Kg x 7 €/Kg
= 3.780 € |
1.540 Kg x 1,5 €/kg
= 2.310 € |
+ 1.470 € |
| Bearbeitungskosten |
50 Stunden x 70 €/Stunde
= 3.500 € |
150 Stunden x 70 €/Stunde
=10.500 € |
- 7.000 € |
| Energiekosten (*) |
89.200 x 0,08 €/Kwh
= 7.140 € |
135.900 x 0,08 €/Kwh
= 10.870 € |
- 3.730 € |
| INSGESAMT |
14.420 € |
23.680 € |
- 9.260 € |
(*) = siehe Energiebilanz
Energiebilanz
| Kriterium |
Anmerkungen |
Certal® SPC |
Stahl Ck45 |
| Transport der Blöcke |
Berechnungsgrundlage: Transportweg 500 km bei einem Verhältnis von 1,5 Liter/Tonne/100 km und 39 MJ/Liter für einen Diesel-LKW |
158 MJ |
459 MJ |
| Rohbearbeitung |
Fräsmaschine mit einer Leistung von 12 Kwh |
5.712 MJ |
17.136 MJ |
| Handling/Demontage |
Stahl: 12 Kwh erforderlich
Certal®: 8 Kwh erforderlich |
285.600 MJ |
428.400 MJ |
| Erwärmung Gießform |
Stahl: Cm = 0,11 kcal/kg.K
Certal®: Cm = 0,22 kcal/kg.K |
29.700 MJ |
43.170 MJ |
| INSGESAMT |
|
321.170 MJ =
89.200 Kwh |
489.165 MJ =
135.900 Kwh |
Anmerkung
Gewicht der Blöcke: Stahl 1570 kg, Aluminium 540 kg
Umsetzung: 1 Kwh = 3,6 MJ
Bei der Erwärmung entspricht die Energie = Cm (Massenwärme) x Masse Gießform x Temperaturunterschied / 1kcal. = 4,18 kJ
Betriebsdauer: 150 Wochen
Schlussfolgerung
Trotz der höheren Anfangskosten des für die Herstellung der Gießform erforderlichen Materials (+40%), beträgt die Gesamtersparnis (Material + Bearbeitung + Energie) ca. 40% im Vergleich zur gleichwertigen Lösung aus Stahl. Die Werkzeugmacher haben auch folgende Vorteile festgestellt:
- Keine Wärmebehandlung nach der Bearbeitung notwendig (Legierung in bereits gehärtetem und entspanntem Zustand)
- Verringerung der Kühlzeiten und dementsprechend der Zykluszeit
- Vereinfachte Wartung durch das geringere Gewicht
- Keine Korrosion der Gießformen während der Lagerung
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