HSR HOCHSCHULE FÜR TECHNIK RAPPERSWIL Kunststoffverarbeitung: Spritzgiessen Werkzeugtechnik Für die Herstellung von Formteilen in einem Arbeitsgang - dem Spritzgiesszyklus - ist ein Werkzeug mit einer oder mehreren Formhöhlungen notwendig. Grundlegende Aufgaben des Werkzeuges: • Schmelze aufnehmen, • Schmelze verteilen, • Schmelze ausformen, • Schmelze abkühlen sowie • das Spritzgussteil auswerfen. Mit den folgenden Funktionskomplexen lassen sich die genannten Aufgaben lösen: • Angussystem • Formnest • Entlüftung • Temperierung • Entformungssystem • Führung und Zentrierung • Maschinenaufnahme • Kraftaufnahme • Bewegungsübertragung
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Kunststoffverarbeitung: Spritzgiessen · HSR HOCHSCHULE FÜR TECHNIK RAPPERSWIL Kunststoffverarbeitung: Spritzgiessen Werkzeugtechnik Für die Herstellung von Formteilen in einem
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RAPPERSWIL
Kunststoffverarbeitung: Spritzgiessen
Werkzeugtechnik
Für die Herstellung von Formteilen in einem Arbeitsgang - dem
Spritzgiesszyklus - ist ein Werkzeug mit einer oder mehreren Formhöhlungen
notwendig.
Grundlegende Aufgaben des Werkzeuges:
• Schmelze aufnehmen,
• Schmelze verteilen,
• Schmelze ausformen,
• Schmelze abkühlen sowie
• das Spritzgussteil auswerfen.
Mit den folgenden Funktionskomplexen lassen sich die genannten Aufgaben
lösen:• Angussystem
• Formnest
• Entlüftung
• Temperierung
• Entformungssystem
• Führung und Zentrierung
• Maschinenaufnahme
• Kraftaufnahme
• Bewegungsübertragung
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Werkzeugfunktionen:
•Trennebene: Fläche zwischen Werkzeughälften
• Stangenanguss: zum Füllen des Formteils
• Kühlbohrungen: schnelle und homogene Kühlung
• Zentrierflansch: Positionierung des Werkzeuges
• Grundplatten sind etwas grösser zur Befestigung
durch Spannpratzen an den Maschinenaufspannplatten
(automatische Spannvorrichtungen)
• Zwischenplatte mit Kühlbohrungen
• Zwischenplatte gegen Durchbiegung (Mechanik)
• Auswerferbolzen zur Betätigung der Auswerferplatte
Je nach Art des zu verarbeitenden Werkstoffes muss dem
Spritzgiesswerkzeug Wärme zu- und abgeführt werden. Diese Aufgabe wird
von der Werkzeugtemperierung übernommen.
[Stitz]
Wärmestrombilanz am Werkzeug:
UHFTM QQQQ
Alle Fragen zum Thema Wärmehaushalt im
Spritzgiesswerkzeug werden in der thermischen
Werkzeugauslegung behandelt!
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Ziele der thermische Werkzeugauslegung
Kunststoffverarbeitung: Spritzgiessen
• Werkzeugtemperatur so tief wie möglich, aus wirtschaftlichen Gründen
• Werkzeugtemperatur so hoch wie nötig für eine ausreichende
Formteilqualität
• Gleichmässige Abkühlung des Formteils unter Berücksichtung der
Wanddicken
• Zeitliche Konstanz der Werkzeugtemperaturen
• Niedrige Herstell- und Betriebskosten
Die Erfahrung zeigt, dass sich durch eine optimierte Werkzeugkühlung
Einsparpotentiale von 10-40 % im Spritzgießprozess erzielen lassen
Quelle: Bayer MaterialScience AG
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Temperiersystem
Das Temperiersystem besteht aus drei Komponenten:
Temperierkanalsystem im Werkzeug,
Kühlmittel und
Temperiergerät.
Zur Erzielung einer optimalen Werkzeugtemperierung
müssen die drei Komponenten bestimmte Bedingungen
erfüllen:
• Lage der Temperierkanäle
• Größe der Temperierkanäle
• Temperaturdifferenz
• Kühlmittel und Temperiergerät
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Werkzeugkühlung
Quellen: EMS-Grivory
Die Werkzeugkühlung hat zum Ziel, eine möglichst gleichmässige Temperatur-
verteilung über die Kavitätsoberfläche zu garantieren. Nur durch eine gute
thermische Auslegung des Spritzgiesswerkzeuges lässt sich eine hohe Formteil-
qualität bei kurzen Spritzzyklen erreichen.
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Arten von Temperierkanälen
• Konventionelle Kühlbohrungen
• Einsätze aus Kupfer-Beryllium oder
Wärmeleitstiften
• Gefräste Kühlkanäle
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Arten von Temperierkanälen
• Konventionelle Kühlbohrungen
• Einsätze aus Kupfer-Beryllium oder
Wärmeleitstiften
• Gefräste Kühlkanäle
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Arten von Temperierkanälen
• Konventionelle Kühlbohrungen
• Einsätze aus Kupfer-Beryllium
oder Wärmeleitstiften
• Gefräste Kühlkanäle
[Stitz]
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Temperiersystem
Einfluss von Temperaturdifferenzen
Quellen: Bayer MaterialScience AG
Wärmebilder nicht optimal temperierter Werkzeuge
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Arten von Temperierkanälen
Selective Laser Melting: Schichtweiser Einsatzaufbau mit konturnaher
Temperierung
x-y Scanner Laser
Laser Beam
Levelling System
Inert
Gas
Window
Metal Powder
Part
Retractable
Platform
Part
Laser Beam
Powder
x-y Scanner Laser
Laser Beam
Levelling System
Inert
Gas
Window
Metal Powder
Part
Retractable
Platform
x-y Scanner Laser
Laser Beam
Levelling System
Inert
Gas
Window
Metal Powder
Part
Retractable
Platform
Part
Laser Beam
Powder
[ILT, MCP]
[FH St. Gallen]
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Arten von Temperierkanälen
Bauzeit: 15 h
Härte: 54 HRC
Selective Laser Melting
Prozessablauf
1) Das .stl – File (3D Daten) wird in 30 m dicke Schichten aufgeteilt.
2) Der ND-YAG Laser schmilzt eine Metall-pulverschicht auf und verschweisst diese mit dem bereits aufgebauten Untergrund (Stahl, in Zukunft Titan, Aluminium).
3) Nach jeder Schicht wird die Bauplattform um eine Schichtdicke nach unten verfahren und eine neue Pulverschicht aufgetragen.
Einsatz für Spritzgiesswerkzeug
[FH St. Gallen]
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Werkzeugkühlung
Quellen: Spritzgiesswerkzeuge (Menges)
Serienkühlung durch
Trennblech
Parallelkühlung durch
Sprudler
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Werkzeugkühlung
Quellen: Spritzgiesswerkzeuge (Menges)
Kühlkreis der Kernkühlung eines Kühlschrankboxwerkzeugs
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Auswerfer und Entformungsarten
Quellen: Spritzgiessen (Menges)
Die Art der Auswerfer ist von der Formteilgestaltung abhängig. Dabei sollte die
Flächenpressung auf die auszuwerfende Formteilpartie so gering wie möglich
sein, um Deformationen zu vermeiden.
Zur Entformung werden folgende Auswerferarten verwendet:
• Auswerfstifte
• Flachauswerfer
• Auswerfhülsen
• Abstreifplatten, Abstreifringe, Abstreifleisten
• Schieber-Backen
• Teller- oder Pilzauswerfer
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Entformung mittels Auswerferstiften
a) Auswerferbolzen
b) Auswerferplatten
c) Auswerferstifte
Spritzgiesswerkzeug mit Auswerfstiften
Quellen: Kunststoffverarbeitung (Schwarz)
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Entformung mittels Abstreifring
1) Auswerferbolzen
2) Auswerferplatten
3) Abstreifring
4) Spritzgussteil
5) düsenseitige
Werkzeughälfte
Spritzgiesswerkzeug mit Auswerfvorrichtung in Form
eines Abstreifringes
Quellen: Kunststoffverarbeitung (Schwarz)
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Entformung mittels Druckluft
1) Lufteintritt
2) Luftaustritt
Mit Druckluft arbeitendes Auswerfsystem am Beispiel
eines Becherwerkzeugs
Quellen: Kunststoffverarbeitung (Schwarz)
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Abhängigkeit des Entformungsprinzip
Durch die Konizität des linken Spritzgussteils ist eine Entformung durch Öffnen
des Werkzeuges in einer Richtung gegeben. Die Hinterschneidungen des rechten
Spritzgussteils machen eine zusätzliche Entformungsbewegung erforderlich. Mit
dem Öffnen des Werkzeuges geben die seitlich angeordneten Schieber die
Hinterschneidungen frei.
Quellen: Kunststoffverarbeitung (Schwarz)
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Entformungsarten
Quellen: Spritzgiesswerkzeuge (Menges), Hasco
Zum Entformen von Hinterschnitten sind im allgemeinen Schieber notwendig.
Innere Hinterschneidungen lassen sich durch Faltkerne entformen. Um Gewinde