Kosten für Spritzgusserzeugnisse erklärt: Werkzeugkosten, Anzahl der Kavitäten und was Sie tatsächlich pro Teil bezahlen

Jedes Angebot für den Spritzguss enthält zwei Zahlen, die sich gegensätzlich verhalten. Die Werkzeugkosten werden einmalig bezahlt, noch bevor auch nur ein einziges Teil vorliegt. Die Stückkosten fallen während der gesamten Laufzeit des Programms für jedes einzelne Teil an. Um einen guten Preis zu erzielen, muss man verstehen, welche Faktoren jeweils für welche Kosten verantwortlich sind, denn die Konstruktionsentscheidungen, die die Werkzeugkosten senken, sind nicht immer dieselben, die auch die Stückkosten senken.

Dieser Leitfaden erläutert, wohin die Kosten bei beiden Verfahren fließen, wie sich Werkzeuge aus Aluminium und gehärtetem Stahl tatsächlich im Vergleich verhalten, wann sich das Hinzufügen weiterer Formnester auszahlt und welche Konstruktionsänderungen zuverlässig zu einer Senkung des Angebots führen, noch bevor überhaupt Stahl geschnitten wird.

Die sieben Faktoren, die den Preis Ihrer Werkzeuge bestimmen

Werkzeughersteller legen ihre Preise anhand der Geometrie fest, nicht anhand eines Katalogs. Dies sind die Faktoren, die den Preis am stärksten beeinflussen, grob geordnet nach ihrer Auswirkung.

Es ist zu beachten, dass der Großteil der Werkzeugkosten aus den Bearbeitungsstunden für die Kavität und den Kern sowie aus den Mechanismen besteht, die erforderlich sind, um das Bauteil aus der Form zu entnehmen. Alles in Ihrem Entwurf, was einen zusätzlichen Mechanismus erfordert, verursacht erhebliche Mehrkosten. Alles, was einen Mechanismus überflüssig macht, spart Kosten.

Aluminium gegen gehärteten Stahl

Dies ist die erste Weggabelung bei jeder Entscheidung bezüglich der Werkzeugherstellung, und sie wird eher durch die Stückzahl und den Kunststoff als durch persönliche Vorlieben bestimmt.

Aluminium hat einen Vorteil, den man selten berücksichtigt. Seine Wärmeleitfähigkeit ist weitaus höher als die von Werkzeugstahl, sodass die Wärme schneller aus dem Werkstück abgeführt wird und die Zykluszeiten verkürzt werden können. Bei einem Programm mit geringen Stückzahlen kann dies die kürzere Lebensdauer teilweise ausgleichen.

Wenn Aluminium die richtige Wahl ist

• Das Design steht noch nicht endgültig fest, und eine Änderung ist durchaus denkbar.
• Sie benötigen echte Formteile aus dem Serienharz für Tests, die Zertifizierung oder eine Pilotproduktion.
• Das Jahresvolumen liegt im niedrigen vierstelligen Bereich oder darunter.
• Der Starttermin steht fest, noch bevor ein Stahlwerkzeug realistisch gesehen hergestellt werden kann.

Wenn gehärteter Stahl die richtige Wahl ist

• Das Programm wird über Jahre hinweg in nennenswertem Umfang laufen.
• Das Harz ist glasverstärkt, mineralverstärkt oder auf andere Weise abrasiv.
• Das Bauteil muss hochglanzpoliert sein oder eine feine Struktur aufweisen, die über eine lange Produktionsserie hinweg gleichbleibend sein muss.
• Das Harz ist korrosiv, wie beispielsweise PVC oder bestimmte flammhemmende Typen; in diesem Fall wird anstelle eines allgemeinen Werkzeugstahls eine korrosionsbeständige Stahlsorte vorgeschrieben.

Falls Sie noch unentschlossen sind, ob eine Form überhaupt sinnvoll ist, finden Sie in unserer Übersicht über Spritzguss im Vergleich zu CNC-Bearbeitung und 3D-Druck befasst sich mit der Break-even-Berechnung, bevor die Werkzeugkosten ins Spiel kommen.

Anzahl der Kavitäten und wann sich zusätzliche Kavitäten lohnen

Eine Ein-Kavitäten-Form produziert ein Teil pro Zyklus und ist am kostengünstigsten in der Herstellung. Eine Mehrfachform produziert mehrere identische Teile im selben Zyklus, wodurch sich die Maschinenzeit pro Teil deutlich verringert.

Das entscheidende Detail ist, dass Formnester in großen Stückzahlen kostengünstiger sind. Eine Verdopplung der Kavitätenanzahl führt nicht zu einer Verdopplung des Werkzeugpreises, da die Formbasis, das Auswerfer-System und ein Großteil der Konstruktionsarbeit gemeinsam genutzt werden. Allerdings halbiert sich dadurch in etwa die auf jedes Teil entfallende Maschinenzeit, da ein Zyklus zur Herstellung von vier Teilen nur geringfügig länger dauert als ein Zyklus zur Herstellung eines einzelnen Teils. Diese Asymmetrie ist der Grund, warum sich die Kavitation lohnt.

Bei Familienformen gibt es einen Vorbehalt, der klar und deutlich erwähnt werden sollte. Sie sind nur dann sinnvoll, wenn die Teile in demselben Verhältnis verbraucht werden, in dem die Form sie produziert. Wird ein Teil der Produktfamilie doppelt so oft verwendet wie die anderen, führt dies entweder zu einer Überproduktion der übrigen Teile oder zu einem ineffizienten Einsatz des Werkzeugs. Zudem erschweren sie die Füllbalance, da Kavitäten unterschiedlicher Größe sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit füllen und eine sorgfältige Gestaltung der Angusskanäle und Angussstutzen erfordern.

Die Dimensionierung der Kavitation sollte sich nach dem realistischen Jahresvolumen richten und nicht nach dem ersten Auftrag. Eine Anlage, die für eine Menge ausgelegt ist, die Sie nie erreichen werden, verursacht dauerhafte Kosten, und eine zu klein dimensionierte Anlage wird zu einer Kapazitätsgrenze, deren Behebung später teuer wird.

Woraus setzen sich die Kosten pro Teil eigentlich zusammen?

Die wiederkehrende Zahl hat weniger Bestandteile als die Werkzeugnummer, doch einer davon dominiert.

1. Maschinenzeit. Stundensatz der Presse geteilt durch die Anzahl der Teile pro Zyklus. Dies macht in der Regel den größten Anteil aus.
2. Kunststoff. Stückgewicht zuzüglich Angussgewicht zum aktuellen Preis der jeweiligen Sorte. Gefüllte und technische Sorten kosten deutlich mehr als Standardkunststoffe.
3. Angussabfall. Bei Kaltangussverfahren fällt bei jedem Schuss Ausschuss an. Ein Teil davon kann, sofern Material und Anwendung dies zulassen, wiederaufbereitet und wiederverwendet werden, doch nicht alle Anwendungen lassen eine Wiederaufbereitung zu.
4. Nachbearbeitung. Das Besäumen, Gewindeschneiden, die Oberflächenstrukturierung, das Etikettieren, das Ultraschallschweißen und die Montage verursachen jeweils zusätzlichen Arbeitsaufwand pro Teil.
5. Prüfung und Verpackung. Probenahme, Dokumentation und Schutzverpackung skalieren mit dem Volumen, anstatt in den Werkzeugkosten unterzugehen.

Die Zykluszeit ist der entscheidende Faktor für die Stückkosten

Ein Spritzgusszyklus besteht aus den Phasen „Füllen“, „Nachpressen“, „Abkühlen“ und „Auswerfen“. Die Abkühlzeit macht in der Regel den größten Teil der Gesamtzeit aus und nimmt nicht linear mit der Wandstärke zu. Die Abkühlzeit steigt in etwa mit dem Quadrat der Wandstärke, sodass ein Bauteil mit einer Wandstärke von 3 mm etwa viermal so lange zum Abkühlen benötigt wie dasselbe Bauteil mit einer Wandstärke von 1,5 mm.

Dieser Zusammenhang erklärt, warum die Wandstärke der wichtigste Kostenfaktor bei der Konstruktion von Bauteilen ist. Eine Verringerung der Wandstärke spart nicht nur Kunststoff, sondern verkürzt auch jeden Zyklus über die gesamte Lebensdauer des Werkzeugs hinweg. Praktische Wandstärken für die meisten Thermoplaste liegen zwischen etwa 0,6 mm und 4,5 mm, wobei die Gleichmäßigkeit wichtiger ist als der absolute Wert.

Konstruktionsänderungen zur Senkung der Kosten für Spritzgussformen

Die meisten Einsparungen ergeben sich aus dem Modell und nicht aus den Verhandlungen. Es lohnt sich, diese Änderungen zu prüfen, bevor ein Angebot für die Werkzeuge erstellt wird.

• Die Wandstärken sollten einheitlich und dünn sein. Gleichmäßige Querschnitte kühlen gleichmäßig ab, wodurch Verformungen und Einfall reduziert und gleichzeitig die Zykluszeit verkürzt werden. Dies wirkt sich positiv auf beide Kennzahlen aus.
• Dicke Abschnitte aushöhlen. Ersetzen Sie einen massiven Vorsprung oder Block durch eine ausgehöhlte Form, die durch Stege gestützt wird. Die Stege sollten in der Regel eine Dicke zwischen etwa 0,6 mm und 2,5 mm aufweisen, damit sie auf der gegenüberliegenden Seite keine Einfallstellen verursachen.
• Reichlich Entformungsschräge vorsehen. Ein bis drei Grad an den Flächen, die senkrecht zur Ziehrichtung stehen, sorgen dafür, dass sich das Teil sauber lösen lässt. Eine unzureichende Entformungsschräge verursacht Ziehspuren und kann nach den T1-Mustern eine Neukonstruktion erforderlich machen.
• Entfernen Sie Hinterschneidungen, wo immer dies möglich ist. Jeder Gleitblock, Heber oder zusammenklappbare Kern erhöht die Fertigungskosten, stellt eine zusätzliche Verschleißstelle dar und verursacht zusätzlichen Wartungsaufwand. Manchmal lässt sich eine Hinterschneidung durch eine kleine geometrische Änderung oder eine neu positionierte Trennlinie vollständig beseitigen.
• Vereinfachen Sie die Trennfuge. Eine flache Trennfuge lässt sich wesentlich kostengünstiger bearbeiten und montieren als eine abgestufte oder konturierte.
• Geben Sie die Oberflächenbeschaffenheit nur dort an, wo sie sichtbar ist. Das Polieren jeder Oberfläche auf einen kosmetischen Standard erfordert viele Arbeitsstunden von Fachkräften. Nicht sichtbare Flächen benötigen dies nicht.
• Wählen Sie den Kunststoff mit Bedacht aus. Eine Standardqualität, die die Anforderungen erfüllt, ist sowohl hinsichtlich der Materialkosten als auch – oft – hinsichtlich der Zykluszeit einer technischen Spezialqualität überlegen.

Die Gestaltung der Angusskanäle verdient besondere Beachtung, da sie sich gleichzeitig auf die Werkzeugkosten, das optische Erscheinungsbild und die Füllqualität auswirkt. Unser Leitfaden zu Arten und Anordnung von Angusskanälen beim Spritzgießen erläutert, wie sich diese Entscheidung bei einem konkreten Bauteil auswirkt.

Kosten, die nach dem Angebot für die Werkzeugherstellung anfallen

Eine Werkzeugnummer entspricht nicht den Gesamtkosten für die Aufnahme der Serienfertigung. Einige Posten fallen nicht darunter.

• T1-Muster und Überarbeitungen. Die ersten Probedrucke geben fast immer Aufschluss. Erkundigen Sie sich, wie viele Probedrucke und kleinere Werkzeuganpassungen im Preis inbegriffen sind, bevor Änderungen kostenpflichtig werden.
• Konstruktionsänderungen. Sobald der Stahl zugeschnitten ist, kann eine Maßänderung Schweißarbeiten und eine erneute Bearbeitung oder in manchen Fällen sogar einen neuen Einsatz erfordern. Hier wird ein nicht festgelegtes Design kostspielig.
• Werkzeugwartung. Formen müssen regelmäßig gereinigt, poliert und Verschleißteile müssen ausgetauscht werden. Bei langlaufenden Serien ist dies ein nicht zu vernachlässigender Kostenfaktor.
• Aufbewahrung und Eigentumsverhältnisse. Legen Sie schriftlich fest, wem das Werkzeug gehört, wo es aufbewahrt wird und was passiert, wenn Sie die Produktion verlagern. Klären Sie dies, bevor das Werkzeug überhaupt existiert, und nicht erst danach.
• Preisentwicklung bei Kunststoffen. Bei mehrjährigen Programmen unterliegen die Materialpreise Schwankungen. Klären Sie, ob Ihr Stückpreis fest oder indexiert ist.

So vergleichen Sie zwei Angebote für Formen richtig

Zwei Angebote für Werkzeuge mit unterschiedlichen Nummern beziehen sich oft auf unterschiedliche Leistungsumfänge. Bevor Sie diese vergleichen, vergewissern Sie sich, dass jedes Angebot denselben Leistungsumfang abdeckt.

1. Werkstoff und Güteklasse der Form, nicht nur die Bezeichnung „Stahl“ oder „Aluminium“.
2. Anzahl der Kavitäten und ob das Werkzeug später erweitert werden kann.
3. Garantierte oder erwartete Lebensdauer der Schussladung, angegeben als Zahl.
4. Ob vor dem Schneiden eine Formflussanalyse durchgeführt wird.
5. Wie viele T1-Musterrunden und Werkzeuganpassungen sind enthalten?.
6. Welcher Standard für die Oberflächenbeschaffenheit oder -struktur wird angewendet?.
7. Laufkanaltyp, da bei einem Heißkanalsystem die Kosten von pro Teil auf eine Vorabzahlung verlagert werden.
8. Werkzeugverantwortung, Lagerbedingungen und Vorlaufzeit bis zur ersten Musterlieferung.

Ein Werkzeug, für das diese Angaben fehlen, ist nicht günstiger, sondern weniger detailliert spezifiziert. Unser Dienstleistungen im Bereich Formenbau umfasst sowohl Aluminium- als auch gehärtete Stahlkonstruktionen, wobei die Werkzeugfertigung in der Regel innerhalb von 15 bis 25 Arbeitstagen abgeschlossen ist, und Schnellwerkzeugbau verfügbar, wenn ein Testlauf gestartet werden muss, bevor ein Produktionswerkzeug hergestellt werden kann.

Eine genaue Zahl für Ihren eigenen Teil ermitteln

Die Werkzeugkosten lassen sich anhand einer Beschreibung nicht zuverlässig abschätzen. Sie hängen von der Geometrie ab: von der Größe des Teils, der Anzahl der Hinterschneidungen, den Wandstärken, der Oberflächenbeschaffenheit und dem benötigten Volumen. Ein Angebot, das auf der Grundlage des tatsächlichen Modells erstellt wird, ist sowohl genauer als auch aussagekräftiger als ein Richtwert, der aus einem Online-Rechner stammt.

Senden Sie uns das CAD-Modell zusammen mit Ihrer angestrebten Jahresmenge und dem von Ihnen gewünschten Kunststoff, und XY-Bearbeitung liefert innerhalb von 24 Stunden ein detailliertes Angebot, in dem die Werkzeugkosten vom Stückpreis getrennt aufgeführt sind, sowie Rückmeldung zur Fertigungsfreundlichkeit. Wenn ein Merkmal die Kosten in die Höhe treibt, ohne einen funktionalen Mehrwert zu bieten, ist es weitaus kostengünstiger, dies zu erfahren, bevor das Werkzeug gefertigt wird. Den vollständigen Umfang unserer Spritzgussdienstleistungen oder erfahren Sie mehr über unseren Ansatz bei Kunststoffspritzguss.

Häufig gestellte Fragen

F: Warum ist die Form im Vergleich zu den Bauteilen so teuer?

A: Eine Form ist eine präzisionsgefertigte Baugruppe aus Stahl oder Aluminium mit Kühlkanälen, Auswurfmechanismen und häufig beweglichen Schlitten. Im Grunde handelt es sich um eine maßgeschneiderte Werkzeugmaschine. Ihre Kosten verteilen sich auf jedes einzelne Teil, weshalb der Stückpreis bei steigender Stückzahl stark sinkt.

F: Wie lange hält eine Aluminiumform?

A: In der Regel bis zu mehreren Tausend Teilen, wobei die tatsächliche Anzahl vom Kunststoff und der Geometrie abhängt. Glasfaserverstärkte Typen verschleißen Aluminium wesentlich schneller als unverfüllte Standardkunststoffe, sodass abrasive Materialien die Standzeit der Werkzeuge erheblich verkürzen.

F: Kostet eine Form mit vier Kavitäten viermal so viel wie eine Form mit einer Kavität?

A: Nein. Da die Formbasis, das Auswerfer-System und ein Großteil der Technik gemeinsam genutzt werden, liegt der Anstieg deutlich unter dem Vierfachen. Die Maschinenzeit pro Teil sinkt jedoch um fast ein Viertel, weshalb sich die Kavitation auszahlt.

F: Wie lassen sich die Kosten pro Teil am schnellsten senken?

A: Die Wandstärke reduzieren und gleichmäßig gestalten. Die Abkühlzeit steigt in etwa quadratisch mit der Wandstärke und macht den größten Teil des Zyklus aus; daher verkürzen dünnere, gleichmäßige Wände jeden Zyklus über die gesamte Lebensdauer des Werkzeugs hinweg.

F: Wem gehört die Form, nachdem sie hergestellt wurde? A: Das hängt ganz von Ihrer Vereinbarung ab; halten Sie diese daher schriftlich fest, bevor das Werkzeug zugeschnitten wird. Regeln Sie dabei Eigentumsverhältnisse, Aufbewahrungsort, Wartungsverantwortung und