Spritzgießwerkzeuge Auslegung, Bau, Anwendung ; mit 63 Tabellen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Hanser
2007
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| Ausgabe: | 6. Aufl. |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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1 Gestalten von Bauteilen für das Spritzgießen 1
1.1 Fertigungs- und werkstoffgerechte Gestaltung 1
1.1.1 Gestaltung von Spritzgussteilen 1
1.1.1.1 Wanddicke so dünn wie möglich auslegen 2
1.1.1.2 Gleiche Wanddicken vorsehen 9
1.1.1.3 Masseanhäufungen vermeiden 12
1.1.1.4 Ecken und Kanten mit Radien versehen 14
1.1.1.5 Rippen spritzgießgerecht gestalten 18
1.1.1.6 Ebene Flächen vermeiden 22
1.1.1.7 Ausreichende Konizitäten vorsehen 23
1.1.1.8 Hinterschneidungen vermeiden 24
1.1.1.9 Keine genauere Bearbeitung als nötig 27
1.1.1.10 Das Potential der freien Formgebung ausschöpfen 29
1.1.1.11 Position des Angusses bei der Formgestaltung beachten 32
1.1.1.12 Kunststoff-Metall-Verbunde spannungsausgleichend
gestalten 36
1.1.1.13 Löcher und Auskernungen kunststoffgerecht gestalten 40
1.1.1.14 Gewinde kunststoffgerecht gestalten 42
1.1.1.15 Formteile verfahrensgerecht optimieren 44
Literatur 46
2 Das Spritzgießverfahren 49
2.1 Zyklusablauf beim Spritzgießen 49
2.1.1 Spritzgießen von Thermoplasten 51
2.1.2 Spritzgießen von vernetzenden Formmassen 52
2.1.2.1 Spritzgießen von Elastomeren 52
2.1.2.2 Spritzgießen von Duroplasten 53
2.2 Bezeichnungen am Spritzgießwerkzeug 53
2.3 Einteilung der Werkzeuge 54
2.4 Aufgaben des Spritzgießwerkzeugs 54
2.4.1 Kriterien zur Einteilung der Werkzeuge in Gruppen 55
2.4.2 Prinzipielle Vorgehensweise bei der Werkzeugkonstruktion 59
2.4.3 Bestimmung der Werkzeuggröße 65
2.4.3.1 Maximale Fachzahl 65
2.4.3.2 Zuhaltekraft 65
2.4.3.3 Maximale Aufspannfläche 66
2.4.3.4 Erforderlicher Öffnungshub 66
2.4.4 Fließweg-Wanddickenverhältnis 66
2.4.5 Bestimmung der Formnestzahl 69
2.4.5.1 Algorithmus zur Bestimmung der technisch-wirtschaftlich
optimalen Formnestzahl (Werkzeug-Maschinen-Kombina¬
tion) 72
2.4.5.2 Kosten für Bemustern, Rüsten und Instandhaltung 82
2.5 Anordnung der Formnester in der Trennebene 84
2.5.1 Allgemeine Forderungen 84
2.5.2 Darstellung der Lösungsmöglichkeiten 85
2.5.3 Kräftegleichgewicht des Werkzeugs beim Füllvorgang 86
2.5.4 Zahl der Trennebenen 87
Literatur 88
3 Verfahren zur Abschätzung der Werkzeugkosten 91
3.1 Allgemeines 91
3.2 Verfahren zur Werkzeugkalkulation 92
3.3 Das Prinzip der Kostenfunktion 94
3.3.1 Kalkulationsgruppe I: Formnest (3.3.1-3.3.4 auszugsweise
aus) 95
3.3.2 Kalkulationsgruppe II: Grundaufbau 95
3.3.3 Kalkulationsgruppe III: Grundfunktionseinheiten 96
3.3.4 Kalkulationsgruppe IV: Sonderfunktionseinheiten 98
3.4 Das Prinzip der Kostenähnlichkeit 99
3.5 Weitere Kalkulationsansätze 102
3.5.1 Die ressourcenorientierte Prozesskostenrechnung 102
3.5.2 Das Prinzip der hierarchischen Ähnlichkeitssuche 103
3.6 Im Markt befindliche Rechenprogramme 104
Literatur 106
4 Eintritt der Schmelze ins Werkzeug, ihre Verteilung und der Füllvorgang
der Kavitäten 109
4.1 Beschreibung des Angusssystems 109
4.2 Prinzip und Definition verschiedener Augusskanalarten 110
4.2.1 Normale Verteilerkanäle 110
4.2.2 Heißkanäle 110
4.2.3 Kaltkanäle 111
4.3 Anforderungen an das Angusssystem 111
4.4 Angussformen 113
4.5 Angussbuchse 116
4.6 Gestaltung der Verteilerkanäle 119
4.7 Gestaltung der Angussstege (Anschnitte) 124
4.7.1 Lage des Anschnittes am Spritzling 127
4.8 Verteilerkanäle für hoch gefüllte Schmelzen 131
4.9 Verteilerkanäle und Anschnitte für vernetzende Formmassen 133
4.9.1 Elastomere 133
4.9.1.1 Nacharbeitsfreies Spritzgießen 134
4.9.1.2 Einfluss der Lage des Anschnittes bei Elastomeren 134
4.9.2 Duroplaste 134
4.10 Qualitative (Füllbild) und quantitative Berechnung des Füllvorganges
von Kavitäten (Simulationsmodelle) 135
4.10.1 Einleitung 135
4.10.2 Füllbild und seine Bedeutung 136
4.10.3 Vorbereitung einer Füllsimulation mit dem „Füllbild 137
4.10.4 Theoretische Grundlagen der Füllbildermittlung 138
4.10.5 Praktische Vorgehensweise bei der graphischen „Füllbildermittlung .. 140
4.10.5.1 Zeichnen der Fließfronten 140
4.10.5.2 Leitstrahlen zur Darstellung von Schattenbereichen 141
4.10.5.3 Analyse von kritischen Füllbereichen 143
4.10.6 Quantitative Füllanalyse/Grundlage der Füllsimulationen 144
4.10.7 Analytische Auslegung von Angüssen und Angussverteilern 147
4.10.7.1 Rheologische Grundlagen 147
4.10.7.2 Ermittlung des viskosen Fließverhaltens unter Scherung
mit Hilfe des Kapillarrheometers 153
4.10.7.3 Dehnviskosität 156
4.10.7.4 Einfache Gleichungen zur Druckverlustberechnung in
Angüssen und Angussverteilern 157
4.11 Besondere Phänomene bei Mehrfachanschnitten 160
4.12 Auslegung von Angüssen und Angussverteilern für vernetzende
Formmassen 162
4.12.1 Elastomere 162
4.12.1.1 Berechnung des Füllvorgangs 162
4.12.1.2 Einfluss der Verarbeitungseigenschaften ermittelt anhand
von Verarbeitungsfenstern 163
4.12.1.3 Kritische Anmerkungen und Beispiele zum Modell des
Verarbeitungsfensters 165
4.12.2 Duroplaste 167
4.12.2.1 Fließ-Härtungsverhalten von Duroplasten 167
Literatur 170
5 Ausführung der Angüsse 175
5.1 Stangenanguss 175
5.2 Band- oder Filmanguss 177
5.3 Schirmanguss 178
5.4 Ringanguss 179
5.5 Tunnelanguss 181
5.6 Abreiß-Punktanguss - Dreiplattenwerkzeug 183
5.7 Vorkammer-Punktanguss 185
5.8 Angussloses Anspritzen 188
5.9 Werkzeuge mit Isolierkanalverteilern 189
5.10 Temperierte Angusssysteme - Heißkanal 193
5.10.1 Heißkanalsysteme 193
5.10.1.1 Wirtschaftliche Vor- und Nachteile der Heißkanal¬
systeme 194
5.10.1.2 Heißkanäle für verschiedene Anwendungen und neue
Möglichkeiten 195
5.10.1.3 Aufbau und Bestandteile eines Heißkanalsystems 196
5.10.1.4 Heißkanaldüsen (Anspritzdüsen, Anschnittdüsen) 206
5.10.1.5 Daten zur Auslegung von Heißkanalverteilern 211
5.10.1.6 Beheizung von Heißkanalsystemen 214
5.10.2 Kaltkanäle 218
5.10.2.1 Kaltkanalsysteme für Elastomer-Spritzgießwerkzeuge 218
5.10.2.2 Kaltkanalwerkzeuge für Duroplaste 224
Literatur 226
6 Entlüften der Werkzeuge 229
6.1 Passive Entlüftung 229
6.2 Aktive Entlüftung 239
6.3 Entlüften beim Gasgegendruckspritzgießen 241
Literatur 243
7 Die thermische Auslegung 245
7.1 Kühlzeit (Temperierzeit) 246
7.2 Temperaturleitfähigkeit verschiedener Formmassen 249
7.2.1 Die Temperaturleitfähigkeit duroplastischer Formmassen 251
7.3 Kühlzeitermittlung bei Thermoplasten 251
7.3.1 Kühlzeit bei asymmetrischen Wandtemperaturen 252
7.3.2 Kühlzeit bei anderen Geometrien 253
7.4 Die Wärmeströme und die Temperierleistung 256
7.4.1 Wärmeströme 256
7.4.1.1 Thermoplaste 256
7.4.1.2 Vernetzende Formmassen 261
7.5 Analytische thermische Berechnung anhand des spezifischen Wärmestroms
(globale Auslegung) 264
7.5.1 Berechnungsablauf 265
7.5.1.1 Kühlzeitberechnung 268
7.5.1.2 Wärmestrombilanz 268
7.5.1.3 Temperiermitteldurchsatz 271
7.5.1.4 Temperierkanaldurchmesser 272
7.5.1.5 Lage der Temperierkanäle 276
7.5.1.6 Auslegung des Temperierkreislaufes 279
7.5.2 Beispiel für die Auslegung von Temperierkanälen 281
7.6 Numerische Berechnung zur thermischen Formteilauslegung 285
7.6.1 Zweidimensionale Berechnung 286
7.6.2 Dreidimensionale Berechnung 286
7.6.3 Einfache Abschätzung der unterschiedlichen Wärmeströme an
kritischenStellen 287
7.7 Praktische Ausführung der Kühlkanäle 289
7.7.1 Temperiersysteme für Kerne und rotationssymmetrische Formteile... 289
7.7.2 Temperiersysteme für flächige Formteile 294
7.7.3 Abdichten der Temperiersysteme 298
7.7.4 Konturnahe Temperierung 299
7.7.5 Empirische Praxis zur Kompensation des Verzugs aus Wärmestrom¬
differenzen in Ecken bei thermoplastischen Formteilen 300
7.7.5.1 Änderung der Eckengeometrie 300
7.7.5.2 Partielle Anpassung der Wärmeströme 301
7.8 Berechnung der Heizung von Werkzeugen für vernetzende Werkstoffe 301
7.9 Thermische Auslegung von Werkzeugen für vernetzende Kunststoffe 302
7.9.1 Wärmehaushalt 302
7.9.2 Temperaturverteilung 306
7.10 Praktische Ausführung der elektrischen Beheizung von Duroplast¬
werkzeugen 307
7.11 Temperiergeräte für Spritzgieß- und Presswerkzeuge 309
7.11.1 Aufgabe, Prinzip, Einteilung 309
7.11.2 Kontinuierlich arbeitende Anlagen 309
7.11.2.1 Durchflusstemperierung 309
7.11.2.2 Temperiergeräte mit eigenem Kreislauf. 309
7.11.2.3 Diskontinuierlich arbeitende Temperieranlagen
(Impulskühlung) 312
7.11.2.4 Diskontinuierlich mit alternativ wechselnder Temperatur
arbeitende Temperieranlagen (sogenannte variotherme
Temperierung) 313
7.11.3 Regelung 315
7.11.3.1 Regelungsarten 315
7.11.4 Gerätebestimmung 318
7.11.5 Wartung, Reinigung 319
Literatur 320
8 Maßänderungen, Schwindung und Verzug 325
8.1 Einleitung 325
8.2 Definitionen zur Schwindung 325
8.3 Toleranzen für Kunststoffformteile 327
8.4 Ursache der Schwindung 332
8.5 Ursachen des anisotropen Schwindungsverhaltens 334
8.6 Ursachen des Verzugs 337
8.7 Beeinflussung von Schwindung und Verzug durch den Prozess 338
8.8 Hilfsmittel zur Schwindungsvorhersage 341
Literatur 342
9 Mechanische Auslegung von Spritzgießwerkzeugen 343
9.1 Die Werkzeugverformung 343
9.2 Analyse und Bewertung der Verformungen 343
9.2.1 Bewertung der einwirkenden Kräfte 344
9.3 Grundlagen zur Beschreibung der Deformationen 345
9.3.1 Einfache Rechnung zur Abschätzung der Spaltbildung 346
9.3.2 Genauere Rechnung zur Abschätzung der Spaltbildung und
Verhinderung von Schwimmhäuten und Graten 347
9.4 Das Überlagerungsverfahren 349
9.4.1 Zusammengeschaltete Federn als Ersatzelemente 350
9.4.1.1 Parallelschaltung von Elementen 351
9.4.1.2 Reihenschaltung von Elementen 351
9.5 Ermittlung der Werkzeugwanddicken und ihrer Verformungen 352
9.5.1 Darstellung der einzelnen Belastungsarten und Verformungen 353
9.5.2 Dimensionierung kreiszylindrischer Formnester 354
9.5.3 Dimensionierung von nichtrunden Werkzeugkonturen 356
9.5.4 Dimensionierung der Werkzeugplatten 357
9.6 Vorgehen bei der Dimensionierung einer Werkzeugwand unter
Forminnendruck 358
9.7 Verformung von Backen und Schiebern unter dem Forminnendruck 359
9.7.1 Backenwerkzeuge 359
9.8 Vorbereitungen der Verformungsrechnungen 366
9.8.1 Vereinfachungen der Geometrie 369
9.8.2 Hinweise zur Wahl der Randbedingungen 370
9.9 Rechenbeispiele 372
9.10 Identifizierung kritischer Formteilbereiche und deren Auslegung im
Rahmen eines Virtual Prototyping 382
9.11 Versatz von Kernen und Einlegeteilen 384
9.11.1 Abschätzung des maximalen Kernversatzes 384
9.11.2 Kernversatz am runden Kern mit Punktanschnitt seitlich am Fuß
(starre Einspannung) 386
9.11.3 Kernversatz am runden Kern mit Schirmanguss
(starre Einspannung) 388
9.11.4 Kernversatz bei verschiedenen Anguss- und Anschnittformen
(starre Einspannung) 392
9.11.5 Versatz von Einlegeteilen 394
9.11.5.1 Analytische Berechnung der Verformung von Metalleinlege¬
teilen am Beispiel zylindrischer Walzenkörper 394
9.11.6 Konstruktionsbeispiele für die Kerneinspannung und für die
Zentrierung tiefer Werkzeuge 397
9.12 Weitere Belastungen 399
9.12.1 Die Abschätzung der zusätzlich auftretenden Belastungen 399
Literatur 400
10 Zentrierung, Führung und Handling der Werkzeuge 403
10.1 Aufgabe der Führung und Zentrierung 403
10.2 Zentrierung des Werkzeugs auf der Schließeinheit 403
10.3 Innere Führung und Zentrierung 404
10.4 Führung und Zentrierung bei großen Werkzeugen 410
10.5 Werkzeugwechsel- und Spannsysteme 414
10.5.1 Werkzeugwechselsysteme, allgemein 414
10.5.2 Manuell-mechanisch-arbeitende Werkzeugwechselsysteme 415
10.5.3 Hydraulisch-arbeitende Spannsysteme 419
10.5.3.1 Adaptive Spannsysteme 419
10.5.3.2 Integrierte Spannsysteme 421
10.5.4 Magnetsysteme zum Spannen von Spritzgießwerkzeugen 423
10.6 Automatische Kupplungssysteme für Energietransport und Sensorik 426
10.7 Auswerferkupplungssysteme 428
10.8 Transportmittel für den Werkzeugwechsel 429
Literatur 432
11 Entformen gespritzter Teile 435
11.1 Übersicht über Entformungsarten 435
11.2 Auslegung des Entformungssystems - Entformungskräfte und Öffnungs¬
kräfte 435
11.2.1 Allgemeines 435
11.2.2 Möglichkeiten zur Bestimmung der Entformungskräfte 441
11.2.2.1 Haftreibungskoeffizienten zur Ermittlung von Entformungs¬
und Öffnungskräften 441
11.2.2.2 Rechnerische Abschätzmethode für zylindrische Hülsen .... 443
11.2.2.3 Rechteckige Hülsen 446
11.2.2.4 Konische Hülsen 447
11.2.2.5 Zusammenstellung verschiedener Grundfälle 448
11.2.3 Entformungskraft für komplexe Formteile am Beispiel eines
Lüfterrades 451
11.2.4 Numerische Berechnung von Entformungsvorgängen
(bei Elastomerformteilen) 454
11.2.5 Abschätzung der Öffnungskräfte 459
11.2.5.1 Zustandsverlauf im p-v-T-Diagramm bei unterschiedlichen
Werkzeugsteifigkeiten 459
11.2.5.2 Mittlere Öffnungskräfte 460
11.2.5.3 Gesamte Öffnungskraft 460
11.3 Auswerferarten 460
11.3.1 Gestaltung und Dimensionierung von Auswerferstiften 460
11.3.2 Angriffsorte von Stiften und anderen Entformungselementen 463
11.3.3 Aufnahme der Auswerferstifte in den Auswerferplatten 468
11.4 Betätigung und Betätigungsmittel für das Auswerfen 470
11.4.1 Betätigungsarten und Wahl des Angriffsortes 470
11.4.2 Betätigungsmittel 471
11.5 Besondere Auswerfersysteme 475
11.5.1 Doppeletagenauswurf (zweifacher Auswerferweg) 475
11.5.2 Gemischtes Auswerfen 478
11.5.3 Dreiplattenwerkzeug 478
11.5.3.1 Unterteilung der Auswerferbewegung durch Zuganker 479
11.5.3.2 Unterteilung der Auswerferbewegung durch einen
Klinkenzug 479
11.5.3.3 Entformen auf der Düsenseite 481
11.6 Auswerferrückzug 481
11.7 Entformen von Formteilen mit Hinterschneidungen 486
11.7.1 Entformen von Formteilen mit Hinterschneidungen durch
Abschieben 487
11.7.2 Zulässige Hinterschnitthöhe am Beispiel von Schnapp¬
verbindungen 487
11.8 Entformen von Gewinden 490
11.8.1 Entformen von Formteilen mit Innengewinde 490
11.8.1.1 Abstreiferwerkzeuge 490
11.8.1.2 Zusammenklappende Kerne 490
11.8.1.3 Werkzeuge mit Wechselkernen 492
11.8.2 Abschraubwerkzeuge 493
11.8.2.1 Halbautomatisch arbeitende Abschraubwerkzeuge 493
11.8.2.2 Vollautomatisch arbeitende Abschraubwerkzeuge 493
11.8.3 Entformen von Formteilen mit Außengewinde 500
11.9 Hinterschneidungen in nicht rotationssymmetrischen Formteilen 501
11.9.1 Innere Hinterschneidungen 501
11.9.2 Äußere Hinterschneidungen 501
11.9.2.1 Schieberwerkzeuge 502
11.9.2.2 Backenwerkzeuge 510
11.9.3 Werkzeuge mit Kernzügen 514
Literatur 515
12 Rechnerunterstützte Werkzeugauslegung und CAD-Einsatz in der
Werkzeugkonstruktion 519
12.1 Einleitung 519
12.1.1 Die Füllbildmethode zeigte den Weg 519
12.1.2 Geometrieaufbereitung als Schlüssel zum Erfolg 520
12.1.3 Komplexe Algorithmen sind beherrschbar 521
12.1.4 Simulationstechniken noch zu wenig genutzt 521
12.1.5 Einfacher und kostengünstiger 523
12.1.6 Technologische Möglichkeiten - Nutzen der Spritzgießsimulation... 524
12.1.7 Balancierung von Verteilersystemen 527
12.1.8 Mehrkomponentenspritzgießen und Umspritzen von Einlegeteilen . . 528
12.1.9 Sandwich Injection Molding 530
12.1.10 Gas- (GIT) und Wasserinjektionstechnik (WIT) 531
12.1.11 Folien- und Stoffhinterspritzprägen 535
12.1.12 Kaskadisches Einspritzen 535
12.1.13 Simulation und Optimierung der Kühlung 535
12.1.14 Schwindungs- und Verzugskompensation 539
12.1.15 Die nächsten Schritte sind vorgezeichnet 540
12.2 CAD-Einsatz in der Werkzeugkonstruktion 541
12.2.1 Einleitung 541
12.2.1.1 Assoziativität, Parametrik/Varimetrik, Feature -
Verarbeitung, Datenformate 541
12.2.2 CAD-Anwendung im Werkzeugbau 543
12.2.2.1 Geometrieerzeugung/Modellierung 543
12.2.3 Integrierte Funktionalitäten für den Werkzeugbau 548
12.2.3.1 Anwendungsspezifische Funktionserweiterung 551
12.2.3.2 Möglichkeiten des Concurrent Engineering durch
CAD-Einsatz 553
Literatur 555
13 Spezielle Werkzeuge zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit 559
13.1 Familienwerkzeuge 559
13.2 Etagenwerkzeuge 560
13.2.1 Etagenwendetechnik - Würfeltechnik 566
13.3 Tandemwerkzeuge 568
13.3.1 Tandemwendetechnik 571
13.4 Injection Transfer Molding-Werkzeuge (ITM) 573
13.4.1 Werkzeuge für das ITM-Verfahren in der Elastomerverarbeitung 573
13.4.2 Werkzeuge für das ITM-Verfahren in der Thermoplast¬
verarbeitung 576
Literatur 578
14 Werkzeuge für Spritzgießsonderverfahren 581
14.1 Mehrkomponenten-Spritzgießen 581
14.1.1 Additionsverfahren 581
14.1.2 Sequenzverfahren 586
14.1.2.1 Intervall-Spritzgießen 587
14.1.2.2 Sandwich-Spritzgießen 587
14.2 Fluidinjektionstechnik 590
14.2.1 Verfahrensvarianten 590
14.2.2 Verfahrenstechnische Aspekte 592
14.2.3 Injektortechnologie 594
14.2.4 Injektoren für die Gasinjektionstechnik 594
14.2.5 Injektoren für die Wasserinjektionstechnik 595
14.2.5.1 Selbst betätige Injektoren 596
14.2.5.2 Fremd betätigte Injektoren 597
14.2.5.3 Ziehende und stechende Injektoren 598
14.2.5.4 Axial- und Radialinjektoren 599
14.2.5.5 Generelle Gestaltungshinweise für WIT-Injektoren 600
14.2.6 Designrichtlinien für Bauteile und Werkzeuge bei der GIT/WIT 601
14.2.6.1 Stabförmige FIT-Formteile 601
14.2.6.2 Flächige Formteile mit Rippen 604
14.2.6.3 Formteile mit dickwandigen Bereichen 606
14.2.6.4 Mehrkavitätenwerkzeuge 606
14.2.6.5 Gestaltung von Nebenkavitäten 607
14.3 Schmelzkerntechnik 609
14.3.1 Werkzeuge für Formteile in Schmelzkerntechnik 609
14.3.2 Werkzeuge für das Umspritzen der Schmelzkerne 611
14.3.2.1 Anbindung des Formteils 613
14.3.2.2 Thermische Besonderheiten beim Umspritzen 613
14.3.2.3 Kernversatz 618
14.3.2.4 Entlüftung 619
14.3.3 Werkzeuge für die Herstellung der Schmelzkerne 619
14.3.3.1 Kernwerkstoff. 620
14.3.3.2 Aufbau eines Gießwerkzeuges 620
14.3.3.3 Angusssysteme 622
14.3.3.4 Werkstoffliche Anforderungen an das Kerngießwerkzeug.... 622
14.3.3.5 Entformen gegossener Schmelzkerne 623
14.4 Thermoplast-Schaumspritzgießen 623
14.4.1 Formteilgestaltung 624
14.4.1.1 Wanddicken, Wanddickensprünge 624
14.4.1.2 Rippen, Dome, Schnapphaken 626
14.4.1.3 Fließhindernisse 628
14.4.2 Angusssystem 629
14.4.2.1 Balancierung des Angusssystems 629
14.4.2.2 Angussbuchse 630
14.4.2.3 Anschnittarten 631
14.4.2.4 Lage der Anspritzpunkte 633
14.4.3 Temperierung beim Schaumspritzgießen 634
14.4.4 Entlüftung 635
14.4.5 Werkzeugmaterialien beim Schaumspritzgießen 635
14.4.6 Möglichkeiten zur Verbesserung der Oberflächenqualität beim
Schaumspritzgießen 636
14.4.6.1 „Atmendes Werkzeug 636
14.4.6.2 Gasgegendruckverfahren 639
14.4.6.3 Werkzeuginnendrücke beim Schaumspritzgießen 641
14.4.6.4 Verwendung von Oberflächenstrukturierungen 642
14.4.6.5 Verwendung von Beschichtungen im Werkzeug 642
14.5 Spritzprägen 643
14.5.1 Verfahrensvarianten 643
14.5.2 Anwendungsgebiete, Vor- und Nachteile des Spritzprägens 646
14.6 Hinterspritzen 648
14.6.1 Einleitung 648
14.6.2 Einstufige Dekorationsverfahren 649
14.6.2.1 Textilhmterspritztechnik/Textilmelttechnik 650
14.6.2.2 In-Mold Labeling (IML) 650
14.6.2.3 In-Mold Decoration (IMD) 650
14.6.2.4 In-Mold Decoration/Insert-Molding/Insert-Molding-
Decoration 651
14.6.2.5 Folienhinterspritztechnik (FHST)/In-mold Surfacing
Technik (ISF)/Paintless Film Molding/In-mold
Decoration (IMD-3D/F) 651
14.6.2.6 In-Mold Coating (IMC)/In-Mold Painting (IMP) 654
14.6.2.7 Mehrfarbenspritzgießen/In-Lay-Technik 654
14.6.3 Werkzeugtechnik 655
14.7 Spritzgießen von MikroStrukturen 661
14.7.1 Werkzeugtechnik und Prozessführung 661
14.7.2 Herstellungsverfahren für Mikrokavitäten 665
14.8 Flüssigsilikonverarbeitung 666
14.8.1 Maschinen- und Anlagentechnik für die LSR-Verarbeitung 666
14.8.2 Werkzeugtechnik 667
Literatur 670
15 Messen in Spritzgießwerkzeugen 681
15.1 Werkzeuginnendrucksensoren 681
15.1.1 Positionierung von Werkzeuginnendrucksensoren 682
15.1.2 Sensoren zur Messung des Werkzeuginnendrucks 682
15.1.2.1 Direkt messende Werkzeuginnendrucksensoren 684
15.1.2.2 Indirekt messende Werkzeuginnendrucksensoren 689
15.2 Temperatursensoren 690
15.3 Prozessoptimierung mit Werkzeuginnendrucksensoren 692
15.4 Produktions-/Qualitätsüberwachung und Qualitätsdokumentation mit
Sensoren 694
15.4.1 Online-Qualitätsüberwachung auf der Basis von Prozessgrößen 694
15.4.2 Online-Qualitätsüberwachung auf Basis von Qualitätsmodellen 695
15.5 Black Box zur Erfassung von Betriebsdaten 696
15.6 Messtechnik beim Einfahren und zur praktischen Überprüfung von
Spritzgießwerkzeugen im Betrieb 698
15.6.1 Einsatz der IR-Thermographie 699
15.6.1.1 Grundlagen 699
15.6.1.2 Anwendungen der Thermographie bei Spritzgie߬
werkzeugen 699
15.6.1.3 Ist-Analysen an Werkzeugen und Produktionsprozessen .... 700
15.6.1.4 Werkzeugwandtemperatur/Formteiloberflächentemperatur.. 700
15.6.1.5 Ermittlung der realistischen Kühlzeit, Zykluszeit und
Stückkosten 700
15.6.1.6 Unterschiedliche Werkzeugwandtemperaturen im Prozess... 701
15.6.2 IR-Thermographie: Möglichkeiten, Anwendung, Nutzen 701
15.6.2.1 Möglichkeiten 701
15.6.2.2 Thermographie der Formteile 702
15.6.2.3 Thermographie an Werkzeugen 702
15.6.3 Beispiele 703
15.6.3.1 Verstopfte Kühlbohrungen 703
15.6.3.2 Thermographie an Heißkanal-Systemen 703
15.6.4 Die häufigsten Temperierfehler bei der Werkzeugauslegung 703
15.6.4.1 Optimierungsbeispiel Stossfänger 706
Literatur 709
16 Maßnahmen zum Beseitigen von Verarbeitungsfehlern beim Spritzgießen 711
Literatur 725
17 Instandhaltung von Spritzgießwerkzeugen 727
17.1 Instandhaltung 727
17.2 Vorgehensweise zur planmäßigen Werkzeug-Instandhaltung 729
17.2.1 Datenerfassung 729
17.2.2 Datenauswertung und Schwachstellenanalyse 731
17.3 Lagerung der Werkzeuge und Anforderungen an das Werkzeuglager 733
17.3.1 Lagerung der Werkzeuge 733
17.3.2 Anforderungen an das Werkzeuglager 734
17.4 Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten 735
17.4.1 Wartungsvorrichtungen 735
17.4.2 Pflege und Wartung der Werkzeugoberflächen 736
17.4.2.1 Wischen, Bürsten und Polieren 737
17.4.2.2 Reinigen durch Strahlen 737
17.4.3 Reinigen mit Ultraschall 740
17.5 Pflege und Wartung der Temperiersysteme 741
17.6 Pflege und Wartung des Heiz- und Regelsystems 742
17.7 Pflege und Wartung des Angusssystems 742
17.8 Pflege und Wartung von Gleitführungen 743
17.9 Pflegemaßnahmen vor der Einlagerung 743
17.10 Reparaturen und Änderungen an Spritzgießwerkzeugen 743
17.10.1 Mechanische Nacharbeit und Austausch von Teilen oder
Baugruppen 745
17.10.2 Einsetzen oder Einlöten von Stiften oder Kernen 746
17.10.3 Reparaturen und Änderungen durch Materialauftrag 747
17.10.3.1 Laserstrahlschweißen 748
17.10.3.2 Elektrische Schweißverfahren 751
17.10.3.3 Werkzeugreparaturen mit „Plastik-Stahl 752
Literatur 753
18 Werkstoffe und Beschichtungen für den Werkzeugbau 757
18.1 Stähle 758
18.1.1 Genereller Überblick 758
18.1.2 Einsatzstähle 763
18.1.3 Nitrierstähle 763
18.1.4 Durchhärtende Stähle 768
18.1.5 Vergütete Stähle 769
18.1.6 Martensitisch aushärtende Stähle 770
18.1.7 Hartstofflegierungen 770
18.1.8 Korrosionsbeständige Stähle 771
18.1.9 Umschmelz-Stähle 772
18.2 Gusswerkstoffe 773
18.3 Nichteisenmetallische Werkstoffe 775
18.3.1 Kupferlegierungen 775
18.3.2 Zink und dessen Legierungen 777
18.3.3 Aluminiumlegierungen 777
18.3.4 Zinn-Wismut-Legierungen 782
18.4 Galvanisch abgeschiedene Werkstoffe 782
18.5 Oberflächenbehandlung von Stählen für Spritzgießwerkzeuge 784
18.5.1 Generelle Hinweise 784
18.5.2 Thermische Behandlungsverfahren 785
18.5.3 Thermochemische Behandlungsverfahren 785
18.5.3.1 Einsatzhärten 786
18.5.3.2 Nitrieren 787
18.5.3.3 Borieren 788
18.5.4 Elektrochemische Behandlungsverfahren 788
18.5.4.1 Hartverchromen 789
18.5.4.2 Vernickeln 789
18.5.5 Beschichten bei niedrigen Drücken 790
18.5.5.1 Chemische Gasphasenabscheidung, CVD-Verfahren 791
18.5.5.2 Physikalische Gasphasenabscheidung, PVD-Verfahren 792
15.5.6 Laserstrahloberflächenbehandlung (LOB) 795
18.5.6.1 Laserstrahlhärten und -umschmelzen 797
18.5.6.2 Laserstrahllegieren, -dispergieren und -beschichten 798
18.5.7 Elektronenstrahlhärten und -polieren 798
18.5.8 Lamcoat-Beschichtung 799
Literatur 799
19 Fertigungsverfahren für Spritzgießwerkzeuge 805
19.1 Herstellung metallischer Spritzgussformen und Formeinsätze durch Gießen.. . 806
19.1.1 Gießverfahren und Gusslegierungen 806
19.1.1.1 Gießen in verlorenen Formen mit Dauermodellen 807
19.1.1.2 Verfahren in verlorenen Formen mit verlorenen Modellen .. 810
19.1.1.3 Verfahren in Dauerformen 814
19.1.2 Wahl des Gießverfahrens beim Werkzeugbau 815
19.2 Rapid Tooling für Spritzgießwerkzeuge 816
19.2.1 Einleitung 816
19.2.2 Rapid Tooling 817
19.2.3 Direktes Rapid Tooling 818
19.2.3.1 Stereolithographieverfahren mit Harzen, Pasten und
Pulvern 818
19.2.3.2 Sintern von Metallen 819
19.2.3.3 Laserschmelzen von Stählen und Metallen 821
19.2.3.4 Rapid Tooling LOM
(Laminated Object Manufacturing) 827
19.2.4 Indirektes Rapid Tooling über mehrstufige Prozessketten 828
19.2.4.1 Prozessketten über ein Positivmodell 829
19.2.4.2 Prozessketten über ein Negativmodell 834
19.2.5 Ausblick 836
19.3 Einsenken 837
19.4 Spanende Bearbeitungsverfahren 840
19.4.1 Zerspanung mit definierter Schneide 840
19.4.1.1 Drehen 840
19.4.1.2 Bohren 841
19.4.1.3 Fräsen 841
19.4.1.4 Verfahrensabgrenzung 845
19.4.2 Zerspanung mit Undefinierter Schneide 845
19.4.2.1 Flachschleifen 845
19.4.2.2 Koordinatenschleifen 845
19.4.2.3 Strahlläppen 846
19.4.2.4 Druckfließläppen 846
19.5 Abtragende Fertigungsverfahren 846
19.5.1 Funkenerosives Abtragen (EDM, Electric Discharge Vlachining) 846
19.5.1.1 Funkenerosives Senken 847
19.5.1.2 Funkenerosives Schneiden mit Drahtelektroden 850
19.5.2 Abtragen durch elektrochemische Auflösung
(ECM-Electric Chemical Machining) 852
19.5.2.1 Elektrochemisches Polieren 852
19.5.2.2 Elektrochemisches Ätzen 852
19.6 Polieren 855
19.6.1 Theorien zum Materialabtrag bei der Politur 855
19.6.2 Maschinensysteme 856
19.6.3 Aufbau und Zusammensetzung der Werkzeuge 857
19.6.3.1 Poliermittelträger 857
19.6.3.2 Poliermittel 858
19.7 Laser-Carving 859
Literatur 862
20 Standardisierung - Werkzeugnormalien 869
Literatur 883
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| adam_txt |
Inhalt
1 Gestalten von Bauteilen für das Spritzgießen 1
1.1 Fertigungs- und werkstoffgerechte Gestaltung 1
1.1.1 Gestaltung von Spritzgussteilen 1
1.1.1.1 Wanddicke so dünn wie möglich auslegen 2
1.1.1.2 Gleiche Wanddicken vorsehen 9
1.1.1.3 Masseanhäufungen vermeiden 12
1.1.1.4 Ecken und Kanten mit Radien versehen 14
1.1.1.5 Rippen spritzgießgerecht gestalten 18
1.1.1.6 Ebene Flächen vermeiden 22
1.1.1.7 Ausreichende Konizitäten vorsehen 23
1.1.1.8 Hinterschneidungen vermeiden 24
1.1.1.9 Keine genauere Bearbeitung als nötig 27
1.1.1.10 Das Potential der freien Formgebung ausschöpfen 29
1.1.1.11 Position des Angusses bei der Formgestaltung beachten 32
1.1.1.12 Kunststoff-Metall-Verbunde spannungsausgleichend
gestalten 36
1.1.1.13 Löcher und Auskernungen kunststoffgerecht gestalten 40
1.1.1.14 Gewinde kunststoffgerecht gestalten 42
1.1.1.15 Formteile verfahrensgerecht optimieren 44
Literatur 46
2 Das Spritzgießverfahren 49
2.1 Zyklusablauf beim Spritzgießen 49
2.1.1 Spritzgießen von Thermoplasten 51
2.1.2 Spritzgießen von vernetzenden Formmassen 52
2.1.2.1 Spritzgießen von Elastomeren 52
2.1.2.2 Spritzgießen von Duroplasten 53
2.2 Bezeichnungen am Spritzgießwerkzeug 53
2.3 Einteilung der Werkzeuge 54
2.4 Aufgaben des Spritzgießwerkzeugs 54
2.4.1 Kriterien zur Einteilung der Werkzeuge in Gruppen 55
2.4.2 Prinzipielle Vorgehensweise bei der Werkzeugkonstruktion 59
2.4.3 Bestimmung der Werkzeuggröße 65
2.4.3.1 Maximale Fachzahl 65
2.4.3.2 Zuhaltekraft 65
2.4.3.3 Maximale Aufspannfläche 66
2.4.3.4 Erforderlicher Öffnungshub 66
2.4.4 Fließweg-Wanddickenverhältnis 66
2.4.5 Bestimmung der Formnestzahl 69
2.4.5.1 Algorithmus zur Bestimmung der technisch-wirtschaftlich
optimalen Formnestzahl (Werkzeug-Maschinen-Kombina¬
tion) 72
2.4.5.2 Kosten für Bemustern, Rüsten und Instandhaltung 82
2.5 Anordnung der Formnester in der Trennebene 84
2.5.1 Allgemeine Forderungen 84
2.5.2 Darstellung der Lösungsmöglichkeiten 85
2.5.3 Kräftegleichgewicht des Werkzeugs beim Füllvorgang 86
2.5.4 Zahl der Trennebenen 87
Literatur 88
3 Verfahren zur Abschätzung der Werkzeugkosten 91
3.1 Allgemeines 91
3.2 Verfahren zur Werkzeugkalkulation 92
3.3 Das Prinzip der Kostenfunktion 94
3.3.1 Kalkulationsgruppe I: Formnest (3.3.1-3.3.4 auszugsweise
aus) 95
3.3.2 Kalkulationsgruppe II: Grundaufbau 95
3.3.3 Kalkulationsgruppe III: Grundfunktionseinheiten 96
3.3.4 Kalkulationsgruppe IV: Sonderfunktionseinheiten 98
3.4 Das Prinzip der Kostenähnlichkeit 99
3.5 Weitere Kalkulationsansätze 102
3.5.1 Die ressourcenorientierte Prozesskostenrechnung 102
3.5.2 Das Prinzip der hierarchischen Ähnlichkeitssuche 103
3.6 Im Markt befindliche Rechenprogramme 104
Literatur 106
4 Eintritt der Schmelze ins Werkzeug, ihre Verteilung und der Füllvorgang
der Kavitäten 109
4.1 Beschreibung des Angusssystems 109
4.2 Prinzip und Definition verschiedener Augusskanalarten 110
4.2.1 Normale Verteilerkanäle 110
4.2.2 Heißkanäle 110
4.2.3 Kaltkanäle 111
4.3 Anforderungen an das Angusssystem 111
4.4 Angussformen 113
4.5 Angussbuchse 116
4.6 Gestaltung der Verteilerkanäle 119
4.7 Gestaltung der Angussstege (Anschnitte) 124
4.7.1 Lage des Anschnittes am Spritzling 127
4.8 Verteilerkanäle für hoch gefüllte Schmelzen 131
4.9 Verteilerkanäle und Anschnitte für vernetzende Formmassen 133
4.9.1 Elastomere 133
4.9.1.1 Nacharbeitsfreies Spritzgießen 134
4.9.1.2 Einfluss der Lage des Anschnittes bei Elastomeren 134
4.9.2 Duroplaste 134
4.10 Qualitative (Füllbild) und quantitative Berechnung des Füllvorganges
von Kavitäten (Simulationsmodelle) 135
4.10.1 Einleitung 135
4.10.2 Füllbild und seine Bedeutung 136
4.10.3 Vorbereitung einer Füllsimulation mit dem „Füllbild" 137
4.10.4 Theoretische Grundlagen der Füllbildermittlung 138
4.10.5 Praktische Vorgehensweise bei der graphischen „Füllbildermittlung". 140
4.10.5.1 Zeichnen der Fließfronten 140
4.10.5.2 Leitstrahlen zur Darstellung von Schattenbereichen 141
4.10.5.3 Analyse von kritischen Füllbereichen 143
4.10.6 Quantitative Füllanalyse/Grundlage der Füllsimulationen 144
4.10.7 Analytische Auslegung von Angüssen und Angussverteilern 147
4.10.7.1 Rheologische Grundlagen 147
4.10.7.2 Ermittlung des viskosen Fließverhaltens unter Scherung
mit Hilfe des Kapillarrheometers 153
4.10.7.3 Dehnviskosität 156
4.10.7.4 Einfache Gleichungen zur Druckverlustberechnung in
Angüssen und Angussverteilern 157
4.11 Besondere Phänomene bei Mehrfachanschnitten 160
4.12 Auslegung von Angüssen und Angussverteilern für vernetzende
Formmassen 162
4.12.1 Elastomere 162
4.12.1.1 Berechnung des Füllvorgangs 162
4.12.1.2 Einfluss der Verarbeitungseigenschaften ermittelt anhand
von Verarbeitungsfenstern 163
4.12.1.3 Kritische Anmerkungen und Beispiele zum Modell des
Verarbeitungsfensters 165
4.12.2 Duroplaste 167
4.12.2.1 Fließ-Härtungsverhalten von Duroplasten 167
Literatur 170
5 Ausführung der Angüsse 175
5.1 Stangenanguss 175
5.2 Band- oder Filmanguss 177
5.3 Schirmanguss 178
5.4 Ringanguss 179
5.5 Tunnelanguss 181
5.6 Abreiß-Punktanguss - Dreiplattenwerkzeug 183
5.7 Vorkammer-Punktanguss 185
5.8 Angussloses Anspritzen 188
5.9 Werkzeuge mit Isolierkanalverteilern 189
5.10 Temperierte Angusssysteme - Heißkanal 193
5.10.1 Heißkanalsysteme 193
5.10.1.1 Wirtschaftliche Vor- und Nachteile der Heißkanal¬
systeme 194
5.10.1.2 Heißkanäle für verschiedene Anwendungen und neue
Möglichkeiten 195
5.10.1.3 Aufbau und Bestandteile eines Heißkanalsystems 196
5.10.1.4 Heißkanaldüsen (Anspritzdüsen, Anschnittdüsen) 206
5.10.1.5 Daten zur Auslegung von Heißkanalverteilern 211
5.10.1.6 Beheizung von Heißkanalsystemen 214
5.10.2 Kaltkanäle 218
5.10.2.1 Kaltkanalsysteme für Elastomer-Spritzgießwerkzeuge 218
5.10.2.2 Kaltkanalwerkzeuge für Duroplaste 224
Literatur 226
6 Entlüften der Werkzeuge 229
6.1 Passive Entlüftung 229
6.2 Aktive Entlüftung 239
6.3 Entlüften beim Gasgegendruckspritzgießen 241
Literatur 243
7 Die thermische Auslegung 245
7.1 Kühlzeit (Temperierzeit) 246
7.2 Temperaturleitfähigkeit verschiedener Formmassen 249
7.2.1 Die Temperaturleitfähigkeit duroplastischer Formmassen 251
7.3 Kühlzeitermittlung bei Thermoplasten 251
7.3.1 Kühlzeit bei asymmetrischen Wandtemperaturen 252
7.3.2 Kühlzeit bei anderen Geometrien 253
7.4 Die Wärmeströme und die Temperierleistung 256
7.4.1 Wärmeströme 256
7.4.1.1 Thermoplaste 256
7.4.1.2 Vernetzende Formmassen 261
7.5 Analytische thermische Berechnung anhand des spezifischen Wärmestroms
(globale Auslegung) 264
7.5.1 Berechnungsablauf 265
7.5.1.1 Kühlzeitberechnung 268
7.5.1.2 Wärmestrombilanz 268
7.5.1.3 Temperiermitteldurchsatz 271
7.5.1.4 Temperierkanaldurchmesser 272
7.5.1.5 Lage der Temperierkanäle 276
7.5.1.6 Auslegung des Temperierkreislaufes 279
7.5.2 Beispiel für die Auslegung von Temperierkanälen 281
7.6 Numerische Berechnung zur thermischen Formteilauslegung 285
7.6.1 Zweidimensionale Berechnung 286
7.6.2 Dreidimensionale Berechnung 286
7.6.3 Einfache Abschätzung der unterschiedlichen Wärmeströme an
kritischenStellen 287
7.7 Praktische Ausführung der Kühlkanäle 289
7.7.1 Temperiersysteme für Kerne und rotationssymmetrische Formteile. 289
7.7.2 Temperiersysteme für flächige Formteile 294
7.7.3 Abdichten der Temperiersysteme 298
7.7.4 Konturnahe Temperierung 299
7.7.5 Empirische Praxis zur Kompensation des Verzugs aus Wärmestrom¬
differenzen in Ecken bei thermoplastischen Formteilen 300
7.7.5.1 Änderung der Eckengeometrie 300
7.7.5.2 Partielle Anpassung der Wärmeströme 301
7.8 Berechnung der Heizung von Werkzeugen für vernetzende Werkstoffe 301
7.9 Thermische Auslegung von Werkzeugen für vernetzende Kunststoffe 302
7.9.1 Wärmehaushalt 302
7.9.2 Temperaturverteilung 306
7.10 Praktische Ausführung der elektrischen Beheizung von Duroplast¬
werkzeugen 307
7.11 Temperiergeräte für Spritzgieß- und Presswerkzeuge 309
7.11.1 Aufgabe, Prinzip, Einteilung 309
7.11.2 Kontinuierlich arbeitende Anlagen 309
7.11.2.1 Durchflusstemperierung 309
7.11.2.2 Temperiergeräte mit eigenem Kreislauf. 309
7.11.2.3 Diskontinuierlich arbeitende Temperieranlagen
(Impulskühlung) 312
7.11.2.4 Diskontinuierlich mit alternativ wechselnder Temperatur
arbeitende Temperieranlagen (sogenannte variotherme
Temperierung) 313
7.11.3 Regelung 315
7.11.3.1 Regelungsarten 315
7.11.4 Gerätebestimmung 318
7.11.5 Wartung, Reinigung 319
Literatur 320
8 Maßänderungen, Schwindung und Verzug 325
8.1 Einleitung 325
8.2 Definitionen zur Schwindung 325
8.3 Toleranzen für Kunststoffformteile 327
8.4 Ursache der Schwindung 332
8.5 Ursachen des anisotropen Schwindungsverhaltens 334
8.6 Ursachen des Verzugs 337
8.7 Beeinflussung von Schwindung und Verzug durch den Prozess 338
8.8 Hilfsmittel zur Schwindungsvorhersage 341
Literatur 342
9 Mechanische Auslegung von Spritzgießwerkzeugen 343
9.1 Die Werkzeugverformung 343
9.2 Analyse und Bewertung der Verformungen 343
9.2.1 Bewertung der einwirkenden Kräfte 344
9.3 Grundlagen zur Beschreibung der Deformationen 345
9.3.1 Einfache Rechnung zur Abschätzung der Spaltbildung 346
9.3.2 Genauere Rechnung zur Abschätzung der Spaltbildung und
Verhinderung von Schwimmhäuten und Graten 347
9.4 Das Überlagerungsverfahren 349
9.4.1 Zusammengeschaltete Federn als Ersatzelemente 350
9.4.1.1 Parallelschaltung von Elementen 351
9.4.1.2 Reihenschaltung von Elementen 351
9.5 Ermittlung der Werkzeugwanddicken und ihrer Verformungen 352
9.5.1 Darstellung der einzelnen Belastungsarten und Verformungen 353
9.5.2 Dimensionierung kreiszylindrischer Formnester 354
9.5.3 Dimensionierung von nichtrunden Werkzeugkonturen 356
9.5.4 Dimensionierung der Werkzeugplatten 357
9.6 Vorgehen bei der Dimensionierung einer Werkzeugwand unter
Forminnendruck 358
9.7 Verformung von Backen und Schiebern unter dem Forminnendruck 359
9.7.1 Backenwerkzeuge 359
9.8 Vorbereitungen der Verformungsrechnungen 366
9.8.1 Vereinfachungen der Geometrie 369
9.8.2 Hinweise zur Wahl der Randbedingungen 370
9.9 Rechenbeispiele 372
9.10 Identifizierung kritischer Formteilbereiche und deren Auslegung im
Rahmen eines Virtual Prototyping 382
9.11 Versatz von Kernen und Einlegeteilen 384
9.11.1 Abschätzung des maximalen Kernversatzes 384
9.11.2 Kernversatz am runden Kern mit Punktanschnitt seitlich am Fuß
(starre Einspannung) 386
9.11.3 Kernversatz am runden Kern mit Schirmanguss
(starre Einspannung) 388
9.11.4 Kernversatz bei verschiedenen Anguss- und Anschnittformen
(starre Einspannung) 392
9.11.5 Versatz von Einlegeteilen 394
9.11.5.1 Analytische Berechnung der Verformung von Metalleinlege¬
teilen am Beispiel zylindrischer Walzenkörper 394
9.11.6 Konstruktionsbeispiele für die Kerneinspannung und für die
Zentrierung tiefer Werkzeuge 397
9.12 Weitere Belastungen 399
9.12.1 Die Abschätzung der zusätzlich auftretenden Belastungen 399
Literatur 400
10 Zentrierung, Führung und Handling der Werkzeuge 403
10.1 Aufgabe der Führung und Zentrierung 403
10.2 Zentrierung des Werkzeugs auf der Schließeinheit 403
10.3 Innere Führung und Zentrierung 404
10.4 Führung und Zentrierung bei großen Werkzeugen 410
10.5 Werkzeugwechsel- und Spannsysteme 414
10.5.1 Werkzeugwechselsysteme, allgemein 414
10.5.2 Manuell-mechanisch-arbeitende Werkzeugwechselsysteme 415
10.5.3 Hydraulisch-arbeitende Spannsysteme 419
10.5.3.1 Adaptive Spannsysteme 419
10.5.3.2 Integrierte Spannsysteme 421
10.5.4 Magnetsysteme zum Spannen von Spritzgießwerkzeugen 423
10.6 Automatische Kupplungssysteme für Energietransport und Sensorik 426
10.7 Auswerferkupplungssysteme 428
10.8 Transportmittel für den Werkzeugwechsel 429
Literatur 432
11 Entformen gespritzter Teile 435
11.1 Übersicht über Entformungsarten 435
11.2 Auslegung des Entformungssystems - Entformungskräfte und Öffnungs¬
kräfte 435
11.2.1 Allgemeines 435
11.2.2 Möglichkeiten zur Bestimmung der Entformungskräfte 441
11.2.2.1 Haftreibungskoeffizienten zur Ermittlung von Entformungs¬
und Öffnungskräften 441
11.2.2.2 Rechnerische Abschätzmethode für zylindrische Hülsen . 443
11.2.2.3 Rechteckige Hülsen 446
11.2.2.4 Konische Hülsen 447
11.2.2.5 Zusammenstellung verschiedener Grundfälle 448
11.2.3 Entformungskraft für komplexe Formteile am Beispiel eines
Lüfterrades 451
11.2.4 Numerische Berechnung von Entformungsvorgängen
(bei Elastomerformteilen) 454
11.2.5 Abschätzung der Öffnungskräfte 459
11.2.5.1 Zustandsverlauf im p-v-T-Diagramm bei unterschiedlichen
Werkzeugsteifigkeiten 459
11.2.5.2 Mittlere Öffnungskräfte 460
11.2.5.3 Gesamte Öffnungskraft 460
11.3 Auswerferarten 460
11.3.1 Gestaltung und Dimensionierung von Auswerferstiften 460
11.3.2 Angriffsorte von Stiften und anderen Entformungselementen 463
11.3.3 Aufnahme der Auswerferstifte in den Auswerferplatten 468
11.4 Betätigung und Betätigungsmittel für das Auswerfen 470
11.4.1 Betätigungsarten und Wahl des Angriffsortes 470
11.4.2 Betätigungsmittel 471
11.5 Besondere Auswerfersysteme 475
11.5.1 Doppeletagenauswurf (zweifacher Auswerferweg) 475
11.5.2 Gemischtes Auswerfen 478
11.5.3 Dreiplattenwerkzeug 478
11.5.3.1 Unterteilung der Auswerferbewegung durch Zuganker 479
11.5.3.2 Unterteilung der Auswerferbewegung durch einen
Klinkenzug 479
11.5.3.3 Entformen auf der Düsenseite 481
11.6 Auswerferrückzug 481
11.7 Entformen von Formteilen mit Hinterschneidungen 486
11.7.1 Entformen von Formteilen mit Hinterschneidungen durch
Abschieben 487
11.7.2 Zulässige Hinterschnitthöhe am Beispiel von Schnapp¬
verbindungen 487
11.8 Entformen von Gewinden 490
11.8.1 Entformen von Formteilen mit Innengewinde 490
11.8.1.1 Abstreiferwerkzeuge 490
11.8.1.2 Zusammenklappende Kerne 490
11.8.1.3 Werkzeuge mit Wechselkernen 492
11.8.2 Abschraubwerkzeuge 493
11.8.2.1 Halbautomatisch arbeitende Abschraubwerkzeuge 493
11.8.2.2 Vollautomatisch arbeitende Abschraubwerkzeuge 493
11.8.3 Entformen von Formteilen mit Außengewinde 500
11.9 Hinterschneidungen in nicht rotationssymmetrischen Formteilen 501
11.9.1 Innere Hinterschneidungen 501
11.9.2 Äußere Hinterschneidungen 501
11.9.2.1 Schieberwerkzeuge 502
11.9.2.2 Backenwerkzeuge 510
11.9.3 Werkzeuge mit Kernzügen 514
Literatur 515
12 Rechnerunterstützte Werkzeugauslegung und CAD-Einsatz in der
Werkzeugkonstruktion 519
12.1 Einleitung 519
12.1.1 Die Füllbildmethode zeigte den Weg 519
12.1.2 Geometrieaufbereitung als Schlüssel zum Erfolg 520
12.1.3 Komplexe Algorithmen sind beherrschbar 521
12.1.4 Simulationstechniken noch zu wenig genutzt 521
12.1.5 Einfacher und kostengünstiger 523
12.1.6 Technologische Möglichkeiten - Nutzen der Spritzgießsimulation. 524
12.1.7 Balancierung von Verteilersystemen 527
12.1.8 Mehrkomponentenspritzgießen und Umspritzen von Einlegeteilen . . 528
12.1.9 Sandwich Injection Molding 530
12.1.10 Gas- (GIT) und Wasserinjektionstechnik (WIT) 531
12.1.11 Folien- und Stoffhinterspritzprägen 535
12.1.12 Kaskadisches Einspritzen 535
12.1.13 Simulation und Optimierung der Kühlung 535
12.1.14 Schwindungs- und Verzugskompensation 539
12.1.15 Die nächsten Schritte sind vorgezeichnet 540
12.2 CAD-Einsatz in der Werkzeugkonstruktion 541
12.2.1 Einleitung 541
12.2.1.1 Assoziativität, Parametrik/Varimetrik, Feature -
Verarbeitung, Datenformate 541
12.2.2 CAD-Anwendung im Werkzeugbau 543
12.2.2.1 Geometrieerzeugung/Modellierung 543
12.2.3 Integrierte Funktionalitäten für den Werkzeugbau 548
12.2.3.1 Anwendungsspezifische Funktionserweiterung 551
12.2.3.2 Möglichkeiten des Concurrent Engineering durch
CAD-Einsatz 553
Literatur 555
13 Spezielle Werkzeuge zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit 559
13.1 Familienwerkzeuge 559
13.2 Etagenwerkzeuge 560
13.2.1 Etagenwendetechnik - Würfeltechnik 566
13.3 Tandemwerkzeuge 568
13.3.1 Tandemwendetechnik 571
13.4 Injection Transfer Molding-Werkzeuge (ITM) 573
13.4.1 Werkzeuge für das ITM-Verfahren in der Elastomerverarbeitung 573
13.4.2 Werkzeuge für das ITM-Verfahren in der Thermoplast¬
verarbeitung 576
Literatur 578
14 Werkzeuge für Spritzgießsonderverfahren 581
14.1 Mehrkomponenten-Spritzgießen 581
14.1.1 Additionsverfahren 581
14.1.2 Sequenzverfahren 586
14.1.2.1 Intervall-Spritzgießen 587
14.1.2.2 Sandwich-Spritzgießen 587
14.2 Fluidinjektionstechnik 590
14.2.1 Verfahrensvarianten 590
14.2.2 Verfahrenstechnische Aspekte 592
14.2.3 Injektortechnologie 594
14.2.4 Injektoren für die Gasinjektionstechnik 594
14.2.5 Injektoren für die Wasserinjektionstechnik 595
14.2.5.1 Selbst betätige Injektoren 596
14.2.5.2 Fremd betätigte Injektoren 597
14.2.5.3 Ziehende und stechende Injektoren 598
14.2.5.4 Axial- und Radialinjektoren 599
14.2.5.5 Generelle Gestaltungshinweise für WIT-Injektoren 600
14.2.6 Designrichtlinien für Bauteile und Werkzeuge bei der GIT/WIT 601
14.2.6.1 Stabförmige FIT-Formteile 601
14.2.6.2 Flächige Formteile mit Rippen 604
14.2.6.3 Formteile mit dickwandigen Bereichen 606
14.2.6.4 Mehrkavitätenwerkzeuge 606
14.2.6.5 Gestaltung von Nebenkavitäten 607
14.3 Schmelzkerntechnik 609
14.3.1 Werkzeuge für Formteile in Schmelzkerntechnik 609
14.3.2 Werkzeuge für das Umspritzen der Schmelzkerne 611
14.3.2.1 Anbindung des Formteils 613
14.3.2.2 Thermische Besonderheiten beim Umspritzen 613
14.3.2.3 Kernversatz 618
14.3.2.4 Entlüftung 619
14.3.3 Werkzeuge für die Herstellung der Schmelzkerne 619
14.3.3.1 Kernwerkstoff. 620
14.3.3.2 Aufbau eines Gießwerkzeuges 620
14.3.3.3 Angusssysteme 622
14.3.3.4 Werkstoffliche Anforderungen an das Kerngießwerkzeug. 622
14.3.3.5 Entformen gegossener Schmelzkerne 623
14.4 Thermoplast-Schaumspritzgießen 623
14.4.1 Formteilgestaltung 624
14.4.1.1 Wanddicken, Wanddickensprünge 624
14.4.1.2 Rippen, Dome, Schnapphaken 626
14.4.1.3 Fließhindernisse 628
14.4.2 Angusssystem 629
14.4.2.1 Balancierung des Angusssystems 629
14.4.2.2 Angussbuchse 630
14.4.2.3 Anschnittarten 631
14.4.2.4 Lage der Anspritzpunkte 633
14.4.3 Temperierung beim Schaumspritzgießen 634
14.4.4 Entlüftung 635
14.4.5 Werkzeugmaterialien beim Schaumspritzgießen 635
14.4.6 Möglichkeiten zur Verbesserung der Oberflächenqualität beim
Schaumspritzgießen 636
14.4.6.1 „Atmendes" Werkzeug 636
14.4.6.2 Gasgegendruckverfahren 639
14.4.6.3 Werkzeuginnendrücke beim Schaumspritzgießen 641
14.4.6.4 Verwendung von Oberflächenstrukturierungen 642
14.4.6.5 Verwendung von Beschichtungen im Werkzeug 642
14.5 Spritzprägen 643
14.5.1 Verfahrensvarianten 643
14.5.2 Anwendungsgebiete, Vor- und Nachteile des Spritzprägens 646
14.6 Hinterspritzen 648
14.6.1 Einleitung 648
14.6.2 Einstufige Dekorationsverfahren 649
14.6.2.1 Textilhmterspritztechnik/Textilmelttechnik 650
14.6.2.2 In-Mold Labeling (IML) 650
14.6.2.3 In-Mold Decoration (IMD) 650
14.6.2.4 In-Mold Decoration/Insert-Molding/Insert-Molding-
Decoration 651
14.6.2.5 Folienhinterspritztechnik (FHST)/In-mold Surfacing
Technik (ISF)/Paintless Film Molding/In-mold
Decoration (IMD-3D/F) 651
14.6.2.6 In-Mold Coating (IMC)/In-Mold Painting (IMP) 654
14.6.2.7 Mehrfarbenspritzgießen/In-Lay-Technik 654
14.6.3 Werkzeugtechnik 655
14.7 Spritzgießen von MikroStrukturen 661
14.7.1 Werkzeugtechnik und Prozessführung 661
14.7.2 Herstellungsverfahren für Mikrokavitäten 665
14.8 Flüssigsilikonverarbeitung 666
14.8.1 Maschinen- und Anlagentechnik für die LSR-Verarbeitung 666
14.8.2 Werkzeugtechnik 667
Literatur 670
15 Messen in Spritzgießwerkzeugen 681
15.1 Werkzeuginnendrucksensoren 681
15.1.1 Positionierung von Werkzeuginnendrucksensoren 682
15.1.2 Sensoren zur Messung des Werkzeuginnendrucks 682
15.1.2.1 Direkt messende Werkzeuginnendrucksensoren 684
15.1.2.2 Indirekt messende Werkzeuginnendrucksensoren 689
15.2 Temperatursensoren 690
15.3 Prozessoptimierung mit Werkzeuginnendrucksensoren 692
15.4 Produktions-/Qualitätsüberwachung und Qualitätsdokumentation mit
Sensoren 694
15.4.1 Online-Qualitätsüberwachung auf der Basis von Prozessgrößen 694
15.4.2 Online-Qualitätsüberwachung auf Basis von Qualitätsmodellen 695
15.5 Black Box zur Erfassung von Betriebsdaten 696
15.6 Messtechnik beim Einfahren und zur praktischen Überprüfung von
Spritzgießwerkzeugen im Betrieb 698
15.6.1 Einsatz der IR-Thermographie 699
15.6.1.1 Grundlagen 699
15.6.1.2 Anwendungen der Thermographie bei Spritzgie߬
werkzeugen 699
15.6.1.3 Ist-Analysen an Werkzeugen und Produktionsprozessen . 700
15.6.1.4 Werkzeugwandtemperatur/Formteiloberflächentemperatur. 700
15.6.1.5 Ermittlung der realistischen Kühlzeit, Zykluszeit und
Stückkosten 700
15.6.1.6 Unterschiedliche Werkzeugwandtemperaturen im Prozess. 701
15.6.2 IR-Thermographie: Möglichkeiten, Anwendung, Nutzen 701
15.6.2.1 Möglichkeiten 701
15.6.2.2 Thermographie der Formteile 702
15.6.2.3 Thermographie an Werkzeugen 702
15.6.3 Beispiele 703
15.6.3.1 Verstopfte Kühlbohrungen 703
15.6.3.2 Thermographie an Heißkanal-Systemen 703
15.6.4 Die häufigsten Temperierfehler bei der Werkzeugauslegung 703
15.6.4.1 Optimierungsbeispiel Stossfänger 706
Literatur 709
16 Maßnahmen zum Beseitigen von Verarbeitungsfehlern beim Spritzgießen 711
Literatur 725
17 Instandhaltung von Spritzgießwerkzeugen 727
17.1 Instandhaltung 727
17.2 Vorgehensweise zur planmäßigen Werkzeug-Instandhaltung 729
17.2.1 Datenerfassung 729
17.2.2 Datenauswertung und Schwachstellenanalyse 731
17.3 Lagerung der Werkzeuge und Anforderungen an das Werkzeuglager 733
17.3.1 Lagerung der Werkzeuge 733
17.3.2 Anforderungen an das Werkzeuglager 734
17.4 Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten 735
17.4.1 Wartungsvorrichtungen 735
17.4.2 Pflege und Wartung der Werkzeugoberflächen 736
17.4.2.1 Wischen, Bürsten und Polieren 737
17.4.2.2 Reinigen durch Strahlen 737
17.4.3 Reinigen mit Ultraschall 740
17.5 Pflege und Wartung der Temperiersysteme 741
17.6 Pflege und Wartung des Heiz- und Regelsystems 742
17.7 Pflege und Wartung des Angusssystems 742
17.8 Pflege und Wartung von Gleitführungen 743
17.9 Pflegemaßnahmen vor der Einlagerung 743
17.10 Reparaturen und Änderungen an Spritzgießwerkzeugen 743
17.10.1 Mechanische Nacharbeit und Austausch von Teilen oder
Baugruppen 745
17.10.2 Einsetzen oder Einlöten von Stiften oder Kernen 746
17.10.3 Reparaturen und Änderungen durch Materialauftrag 747
17.10.3.1 Laserstrahlschweißen 748
17.10.3.2 Elektrische Schweißverfahren 751
17.10.3.3 Werkzeugreparaturen mit „Plastik-Stahl" 752
Literatur 753
18 Werkstoffe und Beschichtungen für den Werkzeugbau 757
18.1 Stähle 758
18.1.1 Genereller Überblick 758
18.1.2 Einsatzstähle 763
18.1.3 Nitrierstähle 763
18.1.4 Durchhärtende Stähle 768
18.1.5 Vergütete Stähle 769
18.1.6 Martensitisch aushärtende Stähle 770
18.1.7 Hartstofflegierungen 770
18.1.8 Korrosionsbeständige Stähle 771
18.1.9 Umschmelz-Stähle 772
18.2 Gusswerkstoffe 773
18.3 Nichteisenmetallische Werkstoffe 775
18.3.1 Kupferlegierungen 775
18.3.2 Zink und dessen Legierungen 777
18.3.3 Aluminiumlegierungen 777
18.3.4 Zinn-Wismut-Legierungen 782
18.4 Galvanisch abgeschiedene Werkstoffe 782
18.5 Oberflächenbehandlung von Stählen für Spritzgießwerkzeuge 784
18.5.1 Generelle Hinweise 784
18.5.2 Thermische Behandlungsverfahren 785
18.5.3 Thermochemische Behandlungsverfahren 785
18.5.3.1 Einsatzhärten 786
18.5.3.2 Nitrieren 787
18.5.3.3 Borieren 788
18.5.4 Elektrochemische Behandlungsverfahren 788
18.5.4.1 Hartverchromen 789
18.5.4.2 Vernickeln 789
18.5.5 Beschichten bei niedrigen Drücken 790
18.5.5.1 Chemische Gasphasenabscheidung, CVD-Verfahren 791
18.5.5.2 Physikalische Gasphasenabscheidung, PVD-Verfahren 792
15.5.6 Laserstrahloberflächenbehandlung (LOB) 795
18.5.6.1 Laserstrahlhärten und -umschmelzen 797
18.5.6.2 Laserstrahllegieren, -dispergieren und -beschichten 798
18.5.7 Elektronenstrahlhärten und -polieren 798
18.5.8 Lamcoat-Beschichtung 799
Literatur 799
19 Fertigungsverfahren für Spritzgießwerkzeuge 805
19.1 Herstellung metallischer Spritzgussformen und Formeinsätze durch Gießen. . 806
19.1.1 Gießverfahren und Gusslegierungen 806
19.1.1.1 Gießen in verlorenen Formen mit Dauermodellen 807
19.1.1.2 Verfahren in verlorenen Formen mit verlorenen Modellen . 810
19.1.1.3 Verfahren in Dauerformen 814
19.1.2 Wahl des Gießverfahrens beim Werkzeugbau 815
19.2 Rapid Tooling für Spritzgießwerkzeuge 816
19.2.1 Einleitung 816
19.2.2 Rapid Tooling 817
19.2.3 Direktes Rapid Tooling 818
19.2.3.1 Stereolithographieverfahren mit Harzen, Pasten und
Pulvern 818
19.2.3.2 Sintern von Metallen 819
19.2.3.3 Laserschmelzen von Stählen und Metallen 821
19.2.3.4 Rapid Tooling LOM
(Laminated Object Manufacturing) 827
19.2.4 Indirektes Rapid Tooling über mehrstufige Prozessketten 828
19.2.4.1 Prozessketten über ein Positivmodell 829
19.2.4.2 Prozessketten über ein Negativmodell 834
19.2.5 Ausblick 836
19.3 Einsenken 837
19.4 Spanende Bearbeitungsverfahren 840
19.4.1 Zerspanung mit definierter Schneide 840
19.4.1.1 Drehen 840
19.4.1.2 Bohren 841
19.4.1.3 Fräsen 841
19.4.1.4 Verfahrensabgrenzung 845
19.4.2 Zerspanung mit Undefinierter Schneide 845
19.4.2.1 Flachschleifen 845
19.4.2.2 Koordinatenschleifen 845
19.4.2.3 Strahlläppen 846
19.4.2.4 Druckfließläppen 846
19.5 Abtragende Fertigungsverfahren 846
19.5.1 Funkenerosives Abtragen (EDM, Electric Discharge Vlachining) 846
19.5.1.1 Funkenerosives Senken 847
19.5.1.2 Funkenerosives Schneiden mit Drahtelektroden 850
19.5.2 Abtragen durch elektrochemische Auflösung
(ECM-Electric Chemical Machining) 852
19.5.2.1 Elektrochemisches Polieren 852
19.5.2.2 Elektrochemisches Ätzen 852
19.6 Polieren 855
19.6.1 Theorien zum Materialabtrag bei der Politur 855
19.6.2 Maschinensysteme 856
19.6.3 Aufbau und Zusammensetzung der Werkzeuge 857
19.6.3.1 Poliermittelträger 857
19.6.3.2 Poliermittel 858
19.7 Laser-Carving 859
Literatur 862
20 Standardisierung - Werkzeugnormalien 869
Literatur 883 |
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