Gemeinsame Prozesse und Verfahren für die Präzisionsbearbeitung im Spritzgussformenbau

Im Allgemeinen besteht eine Kunststoff-Spritzgussform aus zahlreichen Teilen, und die Qualität der Teile wirkt sich direkt auf die Qualität der Form aus. Die endgültige Qualität der Spritzgussteile wird durch die Endbearbeitung sichergestellt. Daher ist es wichtig, den Nachbearbeitungsprozess zu kontrollieren. Die meisten Formenbauunternehmen setzen in der Endbearbeitungsphase Schleifen, elektrochemische Bearbeitung und Werkbankarbeit ein. In dieser Phase müssen viele technische Parameter wie die Verformung des Teils, die Eigenspannung, die Formtoleranz und die Maßhaltigkeit kontrolliert werden. In der konkreten Produktionspraxis gibt es viele betriebliche Schwierigkeiten, aber es gibt auch viele wirksame empirische Methoden, von denen es sich zu lernen lohnt.

Die Bearbeitung von Formteilen kann grob in drei Kategorien eingeteilt werden, je nach Aussehen und Form der Teile: Platten, unregelmäßige Teile und Wellen. Das übliche Verfahren sieht in etwa wie folgt aus: Schruppen - Wärmebehandlung (Härten, Anlassen) - Feinschleifen - elektrische Bearbeitung - Einpassen (Oberflächenbehandlung) - Montagebearbeitung.

1. Wärmebehandlung von Teilen

Bei der Wärmebehandlung von Teilen muss nicht nur die erforderliche Härte erreicht werden, sondern es müssen auch die inneren Spannungen kontrolliert werden, um die Maßhaltigkeit während der Bearbeitung des Teils zu gewährleisten. Für verschiedene Materialien gibt es unterschiedliche Behandlungsmethoden. Mit der Entwicklung der Formenbauindustrie in den letzten Jahren hat sich die Zahl der verwendeten Werkstoffe erhöht. Neben Cr12, 40Cr, Cr12MoV und Hartlegierungen können neue Werkstoffe wie pulverlegierter Stahl, z. B. V10 und ASP23, für einige hochfeste und stark beanspruchte männliche und weibliche Formen ausgewählt werden. Diese Werkstoffe haben eine hohe thermische Stabilität und einen guten organisatorischen Status.

Teile aus Cr12MoV werden nach der Grobbearbeitung einer Abschreckbehandlung unterzogen. Nach dem Abschrecken weist das Werkstück eine große Restspannung auf, die bei der Endbearbeitung oder im Betrieb leicht zu Rissen führen kann. Die Teile sollten nach dem Abschrecken im heißen Zustand angelassen werden, um die Abschreckspannung zu beseitigen. Die Abschrecktemperatur wird auf 900-1020℃ geregelt und dann zur Luftkühlung auf 200-220℃ abgekühlt. Dann wird es schnell zum Anlassen in den Ofen bei 220℃ zurückgeführt. Diese Methode wird als einmaliger Härteprozess bezeichnet, mit dem eine hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit erreicht werden kann. Es eignet sich für Formen, bei denen Verschleiß die Hauptausfallursache ist. Wenn in der Produktion Werkstücke mit vielen Ecken und komplexen Formen vorkommen, reicht das Anlassen nicht aus, um die Abschreckspannung zu beseitigen. Vor der Endbearbeitung sind ein Spannungsarmglühen oder mehrere Alterungsbehandlungen erforderlich, um die Spannungen vollständig abzubauen.

Für Teile aus pulverlegiertem Stahl wie V10 und APS23, die ein Anlassen bei hohen Temperaturen vertragen, kann während des Abschreckens ein sekundäres Härtungsverfahren durchgeführt werden. Die Abschrecktemperatur beträgt 1050-1080℃, und dann wird das Hochtemperaturanlassen mehrmals bei 490-520℃ durchgeführt. Mit diesem Verfahren kann eine hohe Schlagzähigkeit und Stabilität erreicht werden, die sich für Formen eignet, bei denen Ausbrüche die Hauptausfallursache sind. Obwohl die Kosten für pulverlegierten Stahl relativ hoch sind, ist seine Leistung gut, und es bildet einen weit verbreiteten Trend.

2. Schleifen von Teilen

Es gibt drei Haupttypen von Bearbeitungswerkzeugen, die zum Schleifen verwendet werden: Flächenschleifer, Innen- und Außenschleifer und Werkzeugschleifer. Beim Feinschleifen ist es notwendig, die Entstehung von Schleifverformungen und Schleifrissen streng zu kontrollieren, auch wenn sie noch so klein sind, da sie bei der späteren Bearbeitung sichtbar werden. Daher sollte der Vorschub beim Feinschleifen klein und nicht groß sein, die Kühlflüssigkeit sollte ausreichend sein, und Teile mit Maßtoleranzen innerhalb von 0,01 mm sollten möglichst bei konstanter Temperatur geschliffen werden. Berechnungen zufolge verändert sich das Material eines 300 mm langen Stahlstücks bei einem Temperaturunterschied von 3 °C um etwa 10,8 μm, was 10,8 = 1,2 x 3 x 3 entspricht (die Verformung pro 100 mm beträgt 1,2 μm/°C). Dieser Faktor muss bei jedem Feinbearbeitungsschritt vollständig berücksichtigt werden.

Die Auswahl der richtigen Schleifscheibe ist für das Feinschleifen von größter Bedeutung. Für Formstahl mit hohem Vanadium- und Molybdängehalt sind GD-Einkristallkorundscheiben am besten geeignet. Organisch gebundene Diamantschleifscheiben werden in der Regel bei der Bearbeitung von Materialien mit hoher Abschreckhärte eingesetzt. Organisch gebundene Schleifscheiben bieten hervorragende Selbstschleiffähigkeiten, und die Rauheit des Werkstücks kann mit dieser Option Ra=0,2 mm erreichen. Im Laufe der Zeit haben CBN-Schleifscheiben (d.h. Schleifscheiben aus kubischem Bornitrid) aufgrund der neuen Materialien, die für ihre Herstellung verwendet werden, eine hervorragende Bearbeitungswirkung gezeigt. Beim CNC-Formschleifen, Koordinatenschleifen, CNC-Innen- und Außenschleifen ist CBN im Vergleich zu anderen Schleifscheibentypen hinsichtlich seiner Bearbeitungsfähigkeit überlegen. Im Rahmen des Schleifprozesses ist es wichtig, dass eine Schleifscheibe regelmäßig nachgeschliffen wird, um ihre Schärfe zu erhalten. Andernfalls könnte ihre Passivierung zu Verbrennungen auf der Oberfläche führen und ihre Festigkeit erheblich verringern.

Die meisten Bearbeitungen von plattenförmigen Teilen erfolgen mit Flachschleifmaschinen. Bei der Bearbeitung trifft man häufig auf ein langes und dünnes Blechteil, das schwer zu bearbeiten ist. Während der Bearbeitung verformt sich das Werkstück durch die magnetische Anziehungskraft und bleibt an der Oberfläche des Arbeitstisches haften. Wenn das Werkstück entfernt wird, verformt es sich wieder in seine ursprüngliche Form. Die Dickenmessung ist konsistent, aber die Parallelität entspricht nicht den Anforderungen. Die Lösung kann durch die Anwendung der magnetischen Trennschleifmethode erreicht werden. Beim Schleifen wird ein Block mit gleicher Höhe unter das Werkstück gelegt, und vier Seitenblöcke werden dagegen gesetzt. Während der Bearbeitung werden ein geringer Vorschub und mehrere Durchgänge verwendet. Nach der Bearbeitung einer Seite kann der gleich hohe Block entfernt werden und das Werkstück kann direkt zur Bearbeitung aufgenommen werden. Dadurch kann die Schleifwirkung verbessert und die Anforderungen an die Parallelität erfüllt werden.

Achsenteile haben rotierende Oberflächen, und ihre Bearbeitung erfolgt in der Regel mit Innen- und Außenschleifmaschinen sowie Werkzeugschleifmaschinen. Während des Bearbeitungsprozesses sind der Spindelstock und die Zentrierspitze mit der Stromschiene gleichzusetzen. Wenn es ein Problem mit dem Rundlauf gibt, wird auch das bearbeitete Werkstück dieses Problem haben, was die Qualität des Teils beeinträchtigt. Daher ist es notwendig, den Spindelstock und die Zentrierspitze vor der Bearbeitung zu überprüfen. Beim Schleifen der Innenbohrung sollte die Kühlflüssigkeit vollständig auf die Schleifkontaktstelle gegossen werden, um den reibungslosen Ablauf des Schleifens zu erleichtern. Bei der Bearbeitung von dünnwandigen Wellenteilen ist es am besten, einen Spanntisch zu verwenden, und die Spannkraft sollte nicht zu groß sein, da es sonst leicht zu einer Verformung des "inneren Dreiecks" am Umfang des Werkstücks kommen kann.

3. Elektrische Bearbeitungssteuerung

Moderne Formenfabriken können nicht auf die elektrische Bearbeitung verzichten, mit der verschiedene geformte und hochharte Teile bearbeitet werden können. Sie wird unterteilt in Drahtschneiden und Funkenerosion.

Die Bearbeitungsgenauigkeit des Drahtschneidens kann ±0,003 mm erreichen, mit einer Rauheit von Ra0,2 μm. Zu Beginn des Bearbeitungsprozesses müssen der Zustand der Werkzeugmaschine, der Entionisierungsgrad des Wassers, die Wassertemperatur, die Rechtwinkligkeit des Drahtes, die Spannung und andere Faktoren überprüft werden, um einen guten Bearbeitungszustand zu gewährleisten. Beim Drahterodieren wird Material von einem ganzen Stück abgetragen, wodurch das ursprüngliche Spannungsgleichgewicht des Werkstücks zerstört wird und es leicht zu Spannungskonzentrationen kommt, insbesondere an den Ecken. Wenn R<0,2 ist (insbesondere bei scharfen Ecken), sollten daher der Konstruktionsabteilung Verbesserungsvorschläge unterbreitet werden. Während des Bearbeitungsprozesses kann die Methode zur Behebung der Spannungskonzentration durch Anwendung des Prinzips der Vektorverschiebung angewendet werden. Vor der Endbearbeitung sollte ein Spielraum von ca. 1 mm gelassen werden, und die grobe Form sollte vorbearbeitet werden. Dann kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die Bearbeitungsspannung vor der Endbearbeitung abzubauen und die thermische Stabilität zu gewährleisten.

Bei der Bearbeitung des Patrizenstempels sollte die Wahl der Schnittposition und des Drahtverlaufs sorgfältig bedacht werden. Das beste Ergebnis wird durch Stanzen und Gewindeschneiden erzielt. Hochpräzises Drahtschneiden wird in der Regel viermal durchgeführt, um die Qualität der Teile zu gewährleisten. Bei der Bearbeitung einer Matrize mit Kegel werden im Sinne der Schnelligkeit und Effizienz im ersten Durchgang die geraden Kanten grob bearbeitet, im zweiten Durchgang die Kegel bearbeitet und dann die geraden Kanten verfeinert. Dadurch entfällt das vertikale Schlichten des X-Abschnitts, und es werden nur die geraden Kanten des Schneidkantenabschnitts geschliffen, was Zeit und Kosten spart.

Beim Erodieren müssen zunächst Elektroden hergestellt werden, die in Grob- und Feinelektroden unterteilt werden können. Feine Bearbeitungselektroden erfordern eine gute Formkonstanz und werden am besten mit CNC-Werkzeugmaschinen bearbeitet. Bei der Auswahl des Elektrodenmaterials werden Kupferelektroden hauptsächlich für die allgemeine Stahlbearbeitung verwendet. Elektroden aus einer Cu-W-Legierung haben eine gute Gesamtleistung, insbesondere bei der Bearbeitung, und verbrauchen deutlich weniger als Kupfer. Bei ausreichender Spülflüssigkeit eignen sie sich für die Bearbeitung schwieriger Werkstoffe und die Endbearbeitung komplexer Profile. Bei der Herstellung von Elektroden ist es notwendig, die Spaltgröße und die Anzahl der Elektroden zu berechnen. Bei der Bearbeitung großflächiger oder schwerer Elektroden sollten Werkstück und Elektrode sicher eingespannt sein, um eine ausreichende Festigkeit zu gewährleisten und ein Lösen während der Bearbeitung zu verhindern. Bei der Bearbeitung in tiefen Stufen ist auf den Verlust der Elektrode an verschiedenen Stellen und auf Lichtbögen zu achten, die durch schlechte Drainage entstehen.

4. Oberflächenbehandlung und Montage

Die Oberfläche des Werkstücks, die während der Bearbeitung Werkzeug- und Schleifspuren aufweist, ist der Ort, an dem sich die Spannungen konzentrieren und die Quelle für die Rissausbreitung ist. Daher ist es notwendig, nach der Bearbeitung die Oberfläche des Werkstücks zu verstärken und die Bearbeitungsrisiken durch Feinschleifen zu beseitigen. Einige Kanten, scharfe Winkel und Öffnungen des Werkstücks werden abgestumpft und R-behandelt. Im Allgemeinen bildet sich auf der Oberfläche durch die elektrische Bearbeitung eine metamorphe, gehärtete Schicht von etwa 6-10μm, die eine grauweiße Farbe aufweist. Die gehärtete Schicht ist spröde und weist Eigenspannungen auf. Vor der Verwendung muss die gehärtete Schicht durch Polieren und Schleifen der Oberfläche vollständig entfernt werden.

Während des Schleifens und der elektrochemischen Bearbeitung wird das Werkstück bis zu einem gewissen Grad magnetisiert, mit einer schwachen Magnetkraft, die sehr leicht einige kleine Dinge anzieht. Daher sollte das Werkstück vor der Montage entmagnetisiert und die Oberfläche mit Ethylacetat gereinigt werden. Bei der Montage sollten Sie sich zunächst auf die Montagezeichnung beziehen, alle Teile finden und dann die Reihenfolge der Ausrüstung jedes Teils auflisten. Führen Sie die zu treffenden Vorsichtsmaßnahmen auf, und beginnen Sie dann mit dem Zusammenbau der Form. Im Allgemeinen werden zuerst die Führungssäule und die Führungshülse montiert, dann der Formrahmen und die Patrize und Matrize. Anschließend wird das Spiel der einzelnen Teile eingestellt, insbesondere das Spiel zwischen Patrize und Matrize. Nach der Montage sollte die Form geprüft und ein Bericht über die Gesamtsituation verfasst werden. Bei festgestellten Problemen kann die Methode des umgekehrten Denkens angewandt werden, d. h. von der Nachbearbeitung zur Vorbearbeitung, von der Feinbearbeitung zur Grobbearbeitung, und eine Prüfung nach der anderen, bis der springende Punkt gefunden und das Problem gelöst ist.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass eine gute Kontrolle des Fertigbearbeitungsprozesses die Teileabweichung und den Ausschuss wirksam reduzieren und die einmalige Erfolgsquote und die Lebensdauer der Form effektiv verbessern kann.