Beschichtungstechnologien für Spritzgießwerkzeuge

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. 1. Einleitung

   Ruben Schlutter

   Zusammenfassung

   Der deutsche Werkzeugbau gehört zu den am höchsten entwickelten weltweit und gehört zu den Allstars der Werkzeugmärkte. Die weiteren Allstars sind China, die USA, Japan, Südkorea. Diese zeichnen sich durch eine hohe Werkzeugkompetenz und ein großen Produktionsvolumen aus. Der deutsche Werkzeugmarkt zeichnet sich dabei durch die höchste Werkzeugbaukompetenz und den fünftgrößten Markt aus. Damit ist der deutsche Werkzeugbau der wichtigste in Europa. Im Jahr 2020 hatte der deutsche Werkzeugmarkt ein Marktvolumen von ca. 1,84 Mrd € für Spritzgießwerkzeuge und ca. 400 Mio € für Druckgusswerkzeuge. Besonders hochpreisige und komplexe Werkzeuge werden in Deutschland gefertigt. [BLK+22]

3. 2. Werkzeugstähle und deren Beschichtbarkeit

   Markus Pothmann

   Zusammenfassung

   Werkzeugstähle sind eine Gruppe hochfester, hochverschleißfester Stähle, die speziell für die Verwendung bei der Herstellung von Werkzeugen und anderen Komponenten entwickelt wurden, die wiederholten Stößen, Abrieb und hohen Belastungen ausgesetzt sind. Diese Stähle haben in der Regel eine hohe Härte, Zähigkeit und Verformungsbeständigkeit, wodurch sie sich ideal für den Einsatz in Anwendungen eignen, die eine hohe Präzision und lange Werkzeuglebensdauer erfordern.

4. 3. Grundlagen der Beschichtungstechnologien

   Orlaw Massler, Ruben Schlutter, Vanessa Frettlöh, Patrick Engemann, Sanjay Mathur, Veronika Brune, Thomas Fischer, Ameya Kulkarni

   Zusammenfassung

   Werkzeuge für das Spritzgießen und die Extrusion werden zunehmend komplexer hinsichtlich ihrer Funktionalität, Toleranzen und Belastungsanforderungen. In modernen Kunststoffen kommen verschiedenste Additive zum Einsatz, darunter Glasfasern, Flammschutzmittel, Farbmittel, Antioxidationsmittel, Antistatika und Wärmestabilisatoren. Einige davon sind stark abrasiv, was die Oberflächen der eingesetzten Werkzeuge deutlich fordert. Hierdurch kann es zu Ausfällen kritischer Bauteile, Stillstandzeiten und Produktionsausfällen kommen. Weitverbreitete Glasfaserverstärkungen beispielsweise verschleißen Werkzeuge und andere kritische Bauteile bereits früh im Betrieb. Korrosive und chemisch aggressive Additive verschärfen das Problem zudem, da sie Dämpfe freisetzen können, die zu Korrosionsund Verschleißerscheinungen am Werkzeug führen können, was sich ebenfalls negativ auf die Oberflächengüte und Leistungsfähigkeit auswirkt. Dadurch steigt zudem das Risiko, dass Formteile oder Rohmaterial an der Werkzeugoberfläche haften bleiben. Dies kann wiederum zu kostenintensiven Unterbrechungen der Produktion führen. Das ist angesichts des Preiskampfes mit Low-Cost-Ländern ein ernsthaftes Problem, wo einfache Werkzeuge und Ersatzteile zu einem Bruchteil der Kosten hergestellt werden.

5. 4. Messtechnik zur Schichtcharakterisierung

   Ruben Schlutter, Stefan Svoboda, Andreas Balster, Martin Ciaston, Anatoliy Batmanov, Patrick Engemann, Matthias Korres, Marko Gehlen, Orlaw Massler

   Zusammenfassung

   Der Kalottenschliff wird häufig zur Bestimmung von Schichtdicken nach DIN EN ISO 26 424–11 [DIN16–1] und der Evaluierung der Verschleißfestigkeit von Schichten und Werkstoffen nach DIN EN ISO 26 423 [DIN16–2] genutzt. Für beide Fragestellungen wird der gleiche Versuchsaufbau verwendet, wobei die Schicht bei Versuchen zur Bestimmung der Schichtdicke vollständig durchdrungen wird, während sie bei einer Verschleißmessung nur angeschliffen wird. [BN20]

6. 5. Anwendung funktioneller Schichten

   Marko Gehlen, Orlaw Massler, Anatoliy Batmanov, Vanessa Frettlöh, Mattias Korres, Ruben Schlutter, Angelo Librizzi, Martin Ciaston

   Zusammenfassung

   Spritzgießwerkzeuge unterliegen einem ständigen Verschleiß. Durch den zyklischen Prozess, bei dem die Schmelze unter hohem Druck und Temperatur in das Werkzeug mit hoher Geschwindigkeit injiziert wird, wird die Oberflächenstruktur mit jedem Schuss belastet. Kommen noch abrasive Füllstoffe wie z. B. Glasfasern hinzu, verstärkt sich dieser Effekt noch. Daher ist es heutzutage üblich, die Formeinsätze mit Beschichtungen zu versehen, welche aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften eine Schutzfunktion einnehmen. Um den Verschleißschutz zu verbessern, können auf die Werkzeuge beispielsweise Hartstoffschichten appliziert werden, wobei man sich beispielsweise die Härte bestimmter Stoffe zunutze macht, um den Materialabtrag am Werkzeug zu minimieren und dessen Standzeiten zu verlängern. Die Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) für die Beschichtung ist ein gängiges Verfahren. Je nach Anwendungsfall kann aber auch die Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) Vorteile bieten.

7. Backmatter