Optimierung von Spritzgießprozessen (eBook)

Willi Steinko (Autor)

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2007 | 1. Auflage
557 Seiten
Carl Hanser Fachbuchverlag
978-3-446-41532-4 (ISBN)

Infos

Das wirtschaftliche und erfolgreiche Betreiben von Spritzgießmaschinen und den darauf zu nutzenden Werkzeugen erfordert analytisches Vorgehen bei der Auslegung und Planung von Formteilen und Spritzgießwerkzeugen sowie der Verarbeitungsprozesse. Systematisches Vorgehen bei der Optimierung des Produktionsprozesses ist entscheidend für den Erfolg eines jeden Spritzgießunternehmens.



Alle wesentlichen Kenngrößen, die Formteilqualität und Fertigungskosten bestimmen, von der qualitätsbeeinflussenden Formteilgestaltung über die Anlage im Werkzeug, der Anspritzsituation, der Auslegung der Temperierung, dem gesamten Spritzgießprozess mit Unterstützung durch die Infrarot-Thermographie, werden hier praxisorientiert beschrieben.



Darüber hinaus kann der Leser mit Hilfe der ganzheitlichen, analytischen Vorgehensweise zur Fehlerbeseitigung und Prozess-Optimierung wertvolle Anleitungen zur Problembehebung für sein Unternehmen ableiten.



Inhalt:



· Wahl des Rohstoffs

· Bedeutung von Zuschlagstoffen

· Der Spritzgießprozess

· Das Spritzgießwerkzeug

· Heißkanalsysteme und Regelung

· Temperierung

· Finite Elemente-Simulation

· Optimierungsvoraussetzungen

· Ist-Analyse und Optimierung beim Spritzgießprozess

Inhalt

1 Einleitung 6
1.1 Die Spritzgießfertigung als Verbund Mensch, Werkzeug und Maschine 6
1.2 Die Situation der Spritzgießverarbeiter in den Fertigungsbetrieben 8
1.3 Die Erkenntnis daraus 11
1.4 Ganzheitlicher Optimierung von Spritzgießprozessen – was ist darunter zu verstehen? 12
1.5 Qualifikation der Mitarbeiter – Personalschulung 14
2 Wahl des Rohstoffs 22
2.1 Die Wahl des Kunststoffwerkstoffs 22
2.2 Materialvorauswahl – Einflussnahme durch folgende Bedingungen 23
2.3 Werkstoffauswahl 24
2.4 Mechanische Eigenschaften 24
2.5 Oberflächeneigenschaften 24
2.6 Chemikalienbeständigkeit, Kraftstoffe, Öle 25
2.7 Elektrische Eigenschaften 25
2.8 Thermische Belastung und thermische Eigenschaften 25
2.9 Verhalten gegenüber Umgebungseinflüssen 25
2.10 Fazit zur Rohstoffauswahl 26
2.11 Stetig wachsender Kunststoffverbrauch 26
3 Die Bedeutung von Zuschlagstoffen für die anwendungstechnischen Eigenschaften von Kunststoffen 28
3.1 Zuschlagstoffe für Polymere 28
3.2 Wirkungsmechanismen von Zuschlagstoffen in Thermoplasten 28
3.3 Wirkungsmechanismen ausgewählter Zuschlagstoffe 29
3.4 Modifizierung der Polymere 37
3.5 Beeinflussung der Materialeigenschaften durch Blends 38
3.6 Brandschutzmittel 39
3.7 Wechselwirkungen von Zuschlagsstoffen 43
3.8 Die Entwicklung und Fertigung von anwendungsspezifischen Compounds 44
3.9 Anwendungen 45
3.10 Lasersensitive Compounds 46
3.11 Kochplatte von IMS 47
3.12 Polyman® CA und Schulablend® CA 48
4 Der Spritzgießprozess 50
4.1 Auswahlkriterien für eine Spritzgießmaschine 50
4.2 Verfahrenstechnische Voraussetzungen – die qualitätsbestimmenden Parameter 51
4.3 Einflüsse der Peripherie Trocknen und Fördern 58
4.4 Werkzeugabmusterung und Prozessoptimierung beim Spritzgießen 70
5 Das Spritzgießwerkzeug 100
5.1 Vollheißkanal-Spritzgießformen für schnelllaufende Produkte 100
5.2 Das prozessoptimierte Spritzgießwerkzeug im Großformenbau 113
5.3 Werkzeuge, Werkzeugkonzepte 127
5.4 Produktivitätssteigerung bei der PET-Vorformlingsherstellung durch den Einsatz von Hochkavitätenwerkzeugen 140
6 Heißkanalsysteme und Regelung 176
6.1 Aufbau und Konzepte 176
6.2 Heißkanalsysteme – Beispiele einiger Spezialanwendungen 180
6.3 Heißkanaltechnik 193
6.4 Leistungsfähige Heißkanalregelung zur Qualitätsgarantie 214
6.5 Wirtschaftliches Temperieren erfordert die Steigerung des Wirkungsgrades an Werkzeug und Heißkanalverteiler durch Einsatz von Wärmeschutz 221
7 Einfluss der Werkzeugtemperierung auf die Qualität und Stückkosten von Spritzgießteilen 232
7.1 Die thermische Behandlung von Werkzeugen im Prozess 232
7.2 Physikalisches/Grundlegendes zur Thermografie – was macht die Thermografie eigentlich? 263
7.3 Die Werkzeugtemperierung, Mehrkreis-Temperierung, Anforderungen an die Wasserqualität 275
7.4 Quasi-kontinuierliche Temperierung, Impulskühlung 324
7.5 Die geregelte CO2- Werkzeugkühlung, eine Optimierungsvariante 346
8 Finite Elemente-Simulation 362
8.1 Finite-Elemente-Berechnungen an thermoplastischen Kunststoffbauteilen 362
8.2 Simulation an Spritzgießbauteilen 379
8.3 Computerunterstützte Fehlerbehebung in der Spritzgießtechnik 406
9 Optimierungsvoraussetzungen 438
9.1 Möglichkeiten ganzheitlicher Produktionsoptimierung und Qualitätssicherung im Spritzgießprozess aus der Erfahrung des Maschinenherstellers 438
9.2 Der Werkzeuginnendruck zur Prozess- und Qualitätsüberwachung 451
9.3 Die Werkzeugwandtemperatur als Basis zur Qualitätssicherung 466
9.4 Anwendung von statistischen Prozessmodellen zur Optimierung und Qualitätssicherung 492
10 Istanalyse und Optimierung beim Spritzgießprozess 508
10.1 Istanalyse am Formteil und im Prozess 508
10.2 Rheologische und Thermische Analyse an Spritzgießwerkzeugen und Prozessen 510
10.3 Die thermische Prozesskette 512
10.4 Ermittlung und Berechnung von Zeiten und Kosten 513
10.5 Optimierungsbeispiele an Formteilen und Prozessen 515
10.6 Elektro-Schaltgerätegehäuse 519
10.7 Steckverbinder für die Kfz-Elektronik 528
10.8 Haushalt- und Weißgeräteindustrie 530
10.9 Automobilindustrie 534
10.10 Bugstoßfänger für PORSCHE 911 538
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Textauszug

2 Wahl des Rohstoffs (S. 17-18)

2.1 Die Wahl des Kunststoffwerkstoffs

Die richtige Wahl des Kunststoffs als Konstruktionswerkstoff wird für den Konstrukteur immer schwieriger, entscheidet er doch schlussendlich mit über die Bauteilqualität, die Lebensdauer und die Kosten. Der Auswahlprozess vonWerkstoffen birgt enorme Risiken. Fehler bei der Werkstoffauswahl werden oft erst in einem späteren Stadium der Bauteilentwicklung bemerkt. Eine Werkstoffänderung ist zu diesem Zeitpunkt hohen Kosten verbunden. Es gibt kein schlechtes Material, wohl aber für bestimmte Anwendungen den falschenWerkstoff. Aus diesem Grunde ist es für den Konstrukteur unumgänglich, die Eigenschaften der in Frage kommenden Werkstoffe genau zu kennen und alle Einflüsse auf das durch Spritzgießen hergestellte Formteil zu prüfen.

Die Auswahlkriterien der einzelnen Anwendungsbereiche wie die Automobil -, Elektro- und Haushaltsgeräteindustrie, die Lichttechnik, Unterhaltungselektronik, Chemische Industrie der Maschinenbau, die Medizintechnik, die optische Industrie sowie weitere Einsatzgebiete in diesen ständig wachsenden Branchen erfordern genaue Kenntnis über die Einsatzbereiche der einzusetzenden Kunststoffe.

Das eingesetzte Material bietet später auch die erste Möglichkeit im Prozess die Produktivität zu steigern. Bereits der Konstrukteur sollte daran denken und versuchen Materialien, welche ein größeres Verarbeitungsfenster aufweisen, einzusetzen. Diese erlauben größere Freiheitsgrade in der Verarbeitung.

Ob amorphe oder teilkristalline Kunststoffe zur Anwendung kommen entscheidet meist schon der Verwendungszweck des Bauteils selbst. Generell ist zu jedoch sagen, dass teilkristalline Thermoplaste auf Grund der höheren Festigkeitswerte vorwiegend in mechanisch anspruchsvollen Bauteilen eingesetzt werden. Amorphe Thermoplaste hingegen finden wegen ihrer geringeren Verzugsneigung oft im Gehäusebereich ihren Einsatz.

Bei Anwendungsfällen mit höher beanspruchten mechanischen oder thermischen Anforderungen werden in der Regel glasfaser- und glaskugelgefüllte sowie mineralgefüllte Materialien angewandt. Diese Füll- und Verstärkungskomponenten haben natürlich einen Einfluss auf die Verarbeitung und die Formgebung (Verzug, Oberfläche).

Neben der Kenntnis um das Bauteil, die Einsatzbedingungen, die Anforderungen an die Konstruktion, dieWirtschaftlichkeit und die Kenntnis der durch die Verarbeitung im Spritzgießprozess beeinflussbaren Formteil- und Qualitätsmerkmale, muss der Konstrukteur detaillierte Kenntnis hinsichtlich der chemischen, mechanischen und physikalischen Voraussetzungen an das zu erzeugende Spritzgießteil haben.

Um die für das zu konstruierende Produkt erforderlichen Kriterien festzulegen, müssen über eine entsprechende Matrix die Auswahlkriterien definiert werden. Diese unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Physikalischen Eigenschaften, das Verhalten gegenüber Umgebungseinflüssen und ihrer Verarbeitung.

Folgende Kriteriengruppen sind hier im Besonderen zu nennen:

- Festigkeit, Steifigkeit, Flexibilität, Haptik,
- Anforderungen an die Oberfläche, Lackierung, Metallisieren,
- Temperaturbelastung, Flammwidrigkeit,
- Chemikalienbeständigkeit, Kraftstoffe, Öle,
- Elektrische Eigenschaften/ Isolator/Leitfähigkeit
- Schweiß- und Klebefähigkeit, Recyclingfähigkeit.

2.2 Materialvorauswahl – Einflussnahme durch folgende Bedingungen

Bezüglich ihrer Einsatzgebiete wird häufig so verfahren, dass Materialien aus der Erfahrung oder ähnlichen Anwendungen für die Vorauswahl des Werkstoffs herangezogen werden. Eine wesentliche Hilfe für den Konstrukteur sind die von den jeweiligen Rohstoffherstellern zur Verfügung gestellten Datenblätter über die Materialeigenschaften ihrer Werkstoffe. Die international anerkannte Kunststoffdatenbank CAMPUS® [2] ,in welcher Daten von mehr als 40 weltweit der führenden Kunststoffhersteller verfügbar sind, wird von den Konstrukteuren zunehmend genutzt. Die CAMPUS-Philosophie beruht auf der Vergleichbarkeit der Daten weltweit.

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.1.2007
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Chemie
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• ISBN-10: 3-446-41532-7 / 3446415327
• ISBN-13: 978-3-446-41532-4 / 9783446415324