Wahl des Innenwerkzeugmaterials und seine Wärmebehandlung

Formgebende Bauteile bezeichnen die Werkzeugkomponenten, die direkt mit dem Kunststoff in Kontakt kommen und das Formteil herstellen, wie Kavitäten, Kerne, Schieber, Einsätze, Schrägheber, Seiteneinsätze usw.

Die Materialwahl für formgebende Bauteile beeinflusst direkt die Qualität und Lebensdauer des Werkzeugs und bestimmt das Äußere und die innere Qualität der Kunststoffprodukte. Sie muss daher äußerst sorgfältig erfolgen und erfolgt im Allgemeinen auf der Grundlage vertraglicher Vorgaben unter Berücksichtigung der Anforderungen und Eigenschaften des Produkts und des Werkzeugs.

Die Auswahlprinzipien für formgebende Bauteile sind:

· Anpassung an die Art des zu verarbeitenden Kunststoffs, die Form des Produkts, die Maßgenauigkeit, die geforderte Oberflächenqualität und die Einsatzerfordernisse sowie die Produktionsmenge.

· Berücksichtigung der spanenden Bearbeitbarkeit, Polierbarkeit, Schweißbarkeit, Erodierbarkeit, Verformungsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit des Materials.

· Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit sowie der Herstellungsbedingungen und Verarbeitungsmethoden des Werkzeugs zur Auswahl geeigneter Stahlsorten.

Für Werkzeuge zur Herstellung transparenter Kunststoffprodukte müssen sowohl Kavität als auch Kern aus hochwertigen Importstählen mit ausgezeichneter Spiegelpoliereigenschaft gefertigt werden, wie z. B. 718 (P20 + Ni-Typ), NAK80 (P21-Typ), S136 (420-Typ), H13-Typ. Dabei sind 718 und NAK80 vorvergütet und erfordern keine weitere Wärmebehandlung. S136 und H13-Typ Stähle liegen im Anlasszustand vor, mit einer Härte von HB 160–200, und erfordern nach der Grobbearbeitung eine Vakuumhärtung und Anlassbehandlung. Die Härte von S136 beträgt dabei üblicherweise HRC 40–50, die von H13-Typ Stählen HRC 45–55 (je nach konkreter Stahlnummer).

Für Werkzeuge mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität des Produkts, lange Lebensdauer und Massenproduktion gelten folgende Anforderungen an die Materialwahl der formgebenden Bauteile:

① Die Kavität sollte aus hochwertigen Importstählen mit ausgezeichneter Spiegelpoliereigenschaft gefertigt werden, wie z. B. 718 (P20 + Ni-Typ), NAK80 (P21-Typ), die beide vorvergütet sind und keine weitere Wärmebehandlung erfordern. Die Oberfläche sollte einer Nitrierbehandlung unterzogen werden, mit einer Nitrierschichtdicke von 0,15–0,2 mm und einer Härte von HV 700–900.

② Der Kern kann aus mittel- bis niedrigwertigen Importstählen des P20- oder P20 + Ni-Typs gefertigt werden, wie z. B. 618, 738, 2738, 638, 318, die alle vorvergütet sind. Bei Werkzeugen für geringere Produktionsmengen können auch einheimische Kunststoffwerkzeugstähle oder hochwertige Importkohlenstoffstähle wie S50C, S55C verwendet werden.

Für Produkte mit durchschnittlichen Anforderungen an die Oberflächenqualität gelten folgende Anforderungen an die Materialwahl der formgebenden Bauteile:

① Bei kleinen, präzisen Werkzeugen sollten sowohl Kavität als auch Kern aus mittelwertigen Importstählen des P20- oder P20 + Ni-Typs gefertigt werden.

② Bei mittelgroßen bis großen Werkzeugen, bei denen der Kunststoff keine besonderen Anforderungen an den Stahl stellt, kann die Kavität aus mittel- bis niedrigwertigen Importstählen des P20- oder P20 + Ni-Typs gefertigt werden. Der Kern kann aus niedrigwertigen Importstählen des P20-Typs, hochwertigen Importkohlenstoffstählen wie S50C, S55C oder aus einheimischen Kunststoffwerkzeugstählen gefertigt werden.

③ Bei Kavitäten mit geprägter Oberfläche sollte bei der Prägung die Stahlnummer 2738 (738) des P20 + Ni-Typs vermieden werden.

Bei internen Strukturteilen ohne Anforderungen an die Oberflächenqualität und wenn der Formstoff keine besonderen Anforderungen an den Stahl stellt, gelten folgende Anforderungen an die Materialwahl der formgebenden Bauteile:

① Bei mittelgroßen bis großen Werkzeugen kann die Kavität aus niedrigwertigen Importstählen des P20- oder P20 + Ni-Typs, aus hochwertigen Importkohlenstoffstählen wie S55C, S50C oder aus einheimischen P20- oder P20 + Ni-Typ Kunststoffwerkzeugstählen gefertigt werden. Der Kern kann aus Import- oder einheimischen hochwertigen Kohlenstoffstählen gefertigt werden.

② Bei kleinen Werkzeugen mit hoher Produktionsmenge und komplexer Struktur kann die Kavität aus niedrigwertigen Importstählen des P20- oder P20 + Ni-Typs oder aus einheimischen P20- oder P20 + Ni-Typ Kunststoffwerkzeugstählen gefertigt werden. Der Kern kann aus einheimischen Kunststoffwerkzeugstählen gefertigt werden.

③ Bei kleinen Werkzeugen mit einfacher Struktur und geringer Produktionsmenge können sowohl Kavität als auch Kern aus einheimischen Kunststoffwerkzeugstählen oder hochwertigen Kohlenstoffstählen gefertigt werden.

Bei der Verarbeitung von Kunststoffen mit korrosiven Elementen wie Fluor oder Chlor oder von Kunststoffen mit Flammschutzmitteln sollte bei hohen Anforderungen an das Produkt für das Innenwerkzeug ein Importstahl mit Korrosionsbeständigkeit gewählt werden, wie z. B. S136, gehärtet auf RC 50–52. Bei durchschnittlichen Anforderungen kann ein einheimischer Stahl mit Korrosionsbeständigkeit gewählt werden.

Bei der Verarbeitung von Kunststoffen mit hoher Reibung und Schlagbeanspruchung, wie z. B. Nylon + Glasfaser-Mischungen, müssen Werkzeuge aus Import- oder einheimischen H13-Typ Stählen mit hoher Verschleißfestigkeit, hoher Warmrissbeständigkeit und hoher Zähigkeit gefertigt werden. Alternativ kann SKD11, gehärtet auf HRC 56–58, gewählt werden.

Einsätze werden in der Regel aus demselben Material wie das umgebende Bauteil gefertigt. Für schwierig zu kühlende Bereiche oder Bereiche mit hohen Kühlanforderungen sollten Einsätze aus Berylliumbronze oder Aluminiumlegierungen gefertigt werden.

Für bewegliche Bauteile im Werkzeug, die an der Formgebung beteiligt sind, gelten folgende Anforderungen an die Materialwahl:

① Bei transparenten Teilen sollten hochwertige Importstähle mit guter Polierbarkeit wie 718, NAK80 gewählt werden.

② Bei nicht transparenten Teilen sollten in der Regel mittelwertige Importstähle mit höherer Härte und Stärke wie 618, 738, 2738, 638, 318 gewählt werden, deren Oberfläche einer Nitrierbehandlung unterzogen wird, mit einer Nitrierschichtdicke von 0,15–0,2 mm und einer Härte von HV 700–900.

③ Bei Werkzeugen mit geringen Anforderungen können auch niedrigwertige Importstähle oder einheimische Stähle gewählt werden, deren Nitrierhärte üblicherweise HV 600–800 beträgt.

Die Auswahlprinzipien für Hartwerkzeugstähle sind:

① Bei Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit sollte S136, gehärtet auf HRC 50–52, gewählt werden.

② Bei Werkzeugen für Fasermaterialien und Verschleißanforderungen kann SKD11, gehärtet auf HRC 56–58, gewählt werden.

③ Bei beweglichen Teilen mit Verschleißanforderungen, wie z. B. Schräghebern oder Stößeln, kann 8407, gehärtet auf HRC 43 ± 2 und anschließend nitriert, gewählt werden.

④ Für kostengünstigere Hartwerkzeuge kann W302, gehärtet auf HRC 50–52, gewählt werden.

⑤ Bei Werkzeugen mit sehr hoher Lebensdauer kann der Stahl M2 in Betracht gezogen werden.