Optimale Auslegung von Anguss und Angusskanal (eBook)

Spritzgießwerkzeuge erfolgreich einsetzen

John Beaumont (Autor)

eBook Download: PDF

2012 | 1. Auflage
XVIII, 426 Seiten
Carl Hanser Fachbuchverlag
978-3-446-42879-9 (ISBN)

Infos

Obwohl das Angusssystem einen starken Einfluss auf den Spritzgießprozess hat, wird für die Auslegung seiner Komponenten meistens ein relativ geringer Zeit- und Kostenaufwand betrieben. Auch in der Fachliteratur zum Spritzgießen wird die Gestaltung des Angusssystems und dessen Bedeutung oftmals nur am Rande behandelt. Diese Informationslücke wird mit dem Buch 'Auslegung von Anguss und Angusskanal', das nun erstmals in deutscher Übersetzung vorliegt, geschlossen.
Zunächst werden die rheologischen Eigenschaften der Kunststoffschmelze anschaulich und praxisnah erläutert. Schritt für Schritt entstehen daraus Strategien für die Gestaltung des Angusssystems und der Anschnittposition. Das Buch beschreibt präzise und detailliert die zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten bei Kaltkanal- und Heißkanalsystemen. Damit bietet es dem Leser eine unabhängige Betrachtung von Heiß- und Kaltkanalsystemen, ohne ein Urteil zu fällen, welches System sich am besten für eine bestimmte Anwendung eignet. Außerdem enthält das Buch einen umfangreichen, praxisorientierten Leitfaden zur Fehlerbehebung beim Spritzgießen.

Prof. John Beaumont ist am Behrendt College der Penn State University tätig und leitet außerdem eine erfolgreiche Beratungsfirma in den USA (Beaumont Technologies Inc.).

Inhalt

Inhalt 6
Vorwort 14
1. Überblick über Angusssysteme und Anschnittpositionierung 20
1.1? Angusssysteme in der ­primären Trennebene 20
1.2? Angusssysteme in einer parallelen Trennebene 21
1.2.1?Kaltkanalsysteme 21
1.2.2?Heißkanalsysteme 22
1.3? Kombinationen aus Heiß- und Kaltkanalsystemen 23
1.4? Gestaltung des Anschnitts 23
2. Rheologie der Kunststoffe 26
2.1?Vergleich von laminarer und turbulenter Strömung 26
2.2?Quellströmung 28
2.3?Einflussfaktoren der Viskosität 29
2.3.1?Viskositätsmodelle 30
2.3.2?Nicht-newtonsche Fluide 32
2.3.3?Temperatur 34
2.3.4?Druck 35
2.4?Kompressi­bi­lität der Schmelze 35
2.5?Bestimmung der Fließ­eigen­schaften der Schmelze 36
3. Einfluss des Füll- und Verdichtungsvorgangs auf das Material und das Formteil 42
3.1? Einfluss der Verarbeitung auf die Viskosität 42
3.1.1? Thermisches Gleichgewicht der Schmelze – Wärmeverlust durch Wärmeleitung und Schererwärmung 43
3.1.2?Entwicklung einer erstarrten Randschicht 45
3.2? Einflussfaktoren beim Materialabbau von Kunst­stoffen 46
3.2.1?Übermäßige Scherbelastung 47
3.2.2?Übermäßige Temperaturbelastung 49
3.3? Einfluss der Füllgeschwindig­keit auf den Fülldruck 50
3.4? Nachdruck- oder Verdichtungs­phase 52
3.4.1? Thermische Schwindung bei Abkühlen des Kunststoffs 52
3.4.2? Ausgleich der volumetrischen Schwindung durch Kompensationsströmung 53
3.4.3? Druckverteilung während der Verdichtungs­phase 54
3.4.4? Einfrieren des Anschnitts 55
3.5? Auswirkungen der Schmelze­strömung auf das Material und das Formteil 56
3.5.1?Schwindung 56
3.5.1.1?Volumenschwindung 57
3.5.1.2?Schwindung durch Orientierung 59
3.5.2? Entwicklung von Eigenspannungen und Verzug 63
3.5.2.1? Verzug und Eigenspannungen durch ungleich­mäßige Schwindung der Bauteilseiten 64
3.5.2.2? Verzug und Eigenspannungen durch ungleich­mäßige Schwindung in bestimmten Bereichen 65
3.5.2.3? Verzug und Eigenspannungen durch ungleich­mäßige Schwindung aufgrund von Orientierung 65
3.5.3? Einfluss der Orientierung auf die physikalischen Eigenschaften 66
3.6?Tempern von Formteilen 66
3.7?Zusammenfassung 67
4. Auswahl des Anspritzpunkts und Spritzgießstrategien 72
4.1? Überlegungen zur Auswahl des Anspritzpunkts 72
4.2? Gestaltungs- und Verfahrens­richtlinien für das Spritzgießen 75
4.2.1? Bauteilgestaltung mit gleichbleibender Wanddicke 75
4.2.2? Anwendung allgemeiner Richtlinien für die Gestaltung von Spritzgießteilen 77
4.2.3? Vermeidung der Schmelzeströmung aus dünnen Bereichen in dicke Bereiche 78
4.2.4? Aufbau eines einfachen Strömungsmusters in der Kavität 79
4.2.5? Vermeidung von Lufteinschlüssen 82
4.2.6?Filmscharniere 84
4.2.7?Balancierte Füllung des Werkzeugs 87
4.2.7.1?Lage des Anschnitts innerhalb einer Kavität 87
4.2.7.2?Mehrfachwerkzeuge 92
4.2.8? Gleichmäßige Werkzeug- und Schmelze­temperaturen 94
4.2.9?Vermeidung von Fließnähten 95
4.2.10?Vermeidung von Fließverzögerung 97
4.2.11? Begrenzung der Reibungswärme der Schmelze 98
4.2.12? Minimierung des Volumens der Anguss­kanäle bei Kaltkanalsystemen 99
4.2.13?Vermeidung übermäßiger Scherung 100
4.2.14? Vermeidung übermäßiger Scherspannungen, Erzeugung gleichmäßiger Scherspannungen 102
5. Systeme zur Verteilung der Schmelze im Werkzeug 104
5.1? Grundlagen für die Gestaltung von Fließkanälen 104
5.2? Übersicht des Schmelzeverteilungssystems 105
5.2.1?Maschinendüse 107
5.2.1.1?Filterdüsen 108
5.2.1.2?Statische Mischer 109
5.2.2?Angusskegel 109
5.2.3?Angussverteiler 109
5.2.4?Anschnitt 110
5.3? Schmelzeströmung im Schmelzeverteilungssystem 110
5.3.1? Aufbereitung der Schmelze in der Spritzgießmaschine 110
5.3.1.1?Druckaufbau durch die Spritzgießmaschine 111
5.3.1.2?Strömung durch ein Angusssystem 113
5.3.2? Einfluss der Temperatur auf die Schmelzeströmung 114
5.3.2.1?Temperatur der Schmelze 114
5.3.2.2?Werkzeugtemperatur 115
5.3.3?Vergleich von Kalt- und Heißkanalsystemen 116
5.3.4? Druckverlust innerhalb des Schmelzeverteilungssystem (Düse, Angusskegel, Angusskanal, Anschnitt und Kavität) 116
5.4?Simulation des Füllvorgangs 118
5.5? Querschnitt des Angusssystems 120
5.5.1?Effizienz des Angusskanals 120
5.5.2?Druckverlauf im Angusssystem 121
5.5.2.1? Vergleich der Strömung in Heiß- und Kaltkanalsystemen 122
5.5.3? Einfluss des Angusssystems auf die Zykluszeit 122
5.5.3.1? Kühlzeit des Kaltkanalsystems und des Angusskegels 122
5.5.3.2?Heißkanalsysteme 123
5.5.4? Gegenüberstellung von Angusssystemen mit konstantem und variablem Durchmesser 123
5.6? Gestaltung des Angusssystems für scher- und temperaturempfindliche Materialien 126
5.7?Auslegung des Angusssystems 127
5.7.1?Geometrisch balancierte Angusssysteme 128
5.7.2? Geometrisch nicht balancierte Angusssysteme 129
5.7.3? Vergleich des Angusssystems mit Reihenanordnung mit dem geometrisch balancierten Angusssystem 129
5.7.3.1?Fließwegverhältnis 131
5.7.3.2? Abweichungen der Schmelzeeigenschaften in unbalancierten Werkzeugen 132
5.7.3.3?Künstliche Balancierung von Angusssystemen 133
5.7.3.4? Reduziert ein künstlich balanciertes Angusssystem das Angussvolumen? 134
5.7.4?Familienwerkzeuge 137
6. Ungleichmäßige Schmelzeeigenschaften in Mehrfachwerkzeugen 140
6.1? Ursachen für ungleichmäßige Werkzeugfüllung 141
6.1.1? Ungleichgewichte, die durch das Angusssystem entstehen 141
6.1.2? Ungleichgewichte, die nicht durch die Auslegung des Angusssystems verursacht werden 143
6.2? Auswirkungen der Ungleichgewichte auf den Prozess, die Produkteigenschaften und die Produktivität 147
6.3? Scherinduzierte Ungleichgewichte in geometrisch balancierten Angusssystemen 153
6.3.1? Entstehung und Aufteilung abweichender Schmelzeeigenschaften in einem Angusssystem 153
6.3.2? Ungleichmäßige Kavitätenfüllung durch Aufteilung von Schmelzeschichten in verzweigten Angusssystemen 154
6.3.3? Scherinduzierte Ungleichgewichte in der Schmelze in Etagenwerkzeugen 158
6.3.4? Entstehung von Abweichungen innerhalb einer Kavität 158
6.3.4.1?Verzug 160
6.3.4.2?Kernversatz 161
6.3.4.3? Auswirkungen auf konzentrische Teile 162
6.3.5? Alternative Theorien zur Ursache der Ungleichgewichte bei der Formfüllung 163
6.3.5.1?Ungleichmäßige Werkzeugkühlung 163
6.3.5.2?Werkzeugdurchbiegung 164
6.3.5.3?Auswirkungen von Ecken 165
6.3.5.4? Schmelzedruck als Ursache ungleichmäßiger Füllung 165
6.4? Auslegung von Angusssystemen 166
6.4.1? Bestimmung verschiedener Fließgruppen in geometrisch balancierten Angusssystemen 166
6.4.2? Scheinbar geometrisch balancierte Angusssysteme 168
6.5? Auswirkungen scherinduzierter Abweichungen der Schmelzeeigenschaften auf zweistufige Spritzgießverfahren 169
6.5.1?Gas-Innendruck-Spritzgießen 170
6.5.2?Zwei-Komponenten-Spritzgießen 172
6.5.3? Spritzgießen von geschäumten Kunststoffen 172
6.6? Kosten durch ungleichmäßige Schmelzeeigenschaften 174
7. Erfolgreiches Spritzgießen trotz scherinduzierter Abweichungen der Schmelzeeigenschaften 178
7.1?Statische Mischer 178
7.2?Künstliche Balancierung 181
7.2.1? Gleichmäßige Füllung durch Anpassung der Größen von Fließkanälen und Anschnitten 181
7.2.2? Gleichmäßige Füllung durch Anpassung der Temperaturen 182
7.3? Schmelze-Rotations-Technik 183
7.3.1? Schmelze-Rotations-Technik in Heißkanalwerkzeugen 189
7.3.2? Schmelze-Rotations-Technik in Kaltkanalwerkzeugen 191
7.3.3? Schmelze-Rotations-Technik bei Ungleichgewichten innerhalb einer Kavität 192
7.3.4? Mehrachsige Symmetrien in der Schmelze 193
7.3.5? Verstellbares rheologisches Kontrollsystem (In-Mold Adjustable Rheological Control, iMARC) 196
7.3.5.1?3D-Spritzgießen 196
7.4? Schmelze-Rotations-Technik zur Regelung zweistufiger Spritzgießverfahren 200
7.5? Steuerung des Verzugs durch Schmelze-Rotations-Technik 202
7.5.1?Entstehung des Verzugspotentials 205
7.5.2? Kontrollierter Verzug durch Schmelze-Rotations-Technik 207
7.5.3?Neue Anwendungen für das 3D-Molding 211
8. Kaltkanalwerkzeuge 214
8.1?Angusskegel 216
8.1.1?Kalter Angusskegel 216
8.1.2?Heißer Angusskegel 220
8.2?Kaltkanalsysteme 221
8.2.1? Wichtige Überlegungen zur Bearbeitung des Kaltkanalsystems 223
8.2.2?Dimensionierung von Fließkanälen 224
8.2.3?Entlüftung 225
8.2.4?Auswerfen des Angusssystems 226
8.2.4.1?Angusszieher 226
8.2.4.2?Sekundäre Angusskegel 226
8.2.4.3?Angusskanäle 227
8.2.5?Pfropfenfänger 228
8.3? Angusssysteme für Dreiplattenwerkzeugen mit Kaltkanalsystem 229
8.4?Anschnittgestaltung 232
8.4.1?Stangenanguss 234
8.4.2?Seitenanschnitt 235
8.4.3?Bandanschnitt 236
8.4.4?Filmanschnitt 237
8.4.5?Ringanschnitt 238
8.4.6?Schirmanschnitt 239
8.4.7?Tunnelanschnitt 240
8.4.8?Gebogener Tunnelanschnitt 242
8.4.9?Innen liegender Tunnelanschnitt 243
8.4.10?Punktanschnitt 243
8.4.11?Meißelförmiger Anschnitt 243
8.4.12?Anschnitt mit Überlauf 244
8.5? Einfluss des Anschnittdurchmessers bei Mehrfachwerkzeugen 244
8.5.1?Untersuchung 1 245
8.5.2?Untersuchung 2 246
8.5.3?Messtoleranzen 248
9. Heißkanalwerkzeuge 254
9.1?Übersicht 254
9.1.1? Vor- und Nachteile von Heißkanalsystemen 255
9.1.1.1?Vorteile von Heißkanalsystemen 256
9.1.1.2?Nachteile von Heißkanalsystemen 259
9.1.1.3? Zusammenfassung der Merkmale verschiedener Angusssysteme 262
9.2? Vergleich der Heißkanalsysteme für Mehrfachwerkzeuge 263
9.2.1? Außenbeheizung von Verteiler und Düsen 264
9.2.2? Extern beheizter Verteiler mit innenbeheizter Düse 265
9.2.3?Innenbeheizung von Verteiler und Düse 266
9.2.4?Isoliertes Verteiler- und Düsensystem 267
9.3?Etagenwerkzeuge 269
10. Gestaltung des Fließkanals bei Heißkanalsystemen 272
10.1? Gestaltungregeln für balanciertes Spritzgießen 273
10.2?Querschnittsform 274
10.3?Ecken 275
10.4?Einfluss des Durchmessers 276
10.4.1?Druck 276
10.4.2?Regelung des Einspritzvorgangs 279
10.4.3?Farbwechsel 281
10.4.4?Materialwechsel 284
11. Düsen und Anschnitte für Heißkanalsysteme 286
11.1?Heißkanaldüsen 287
11.1.1?Außenbeheizte Düsen 287
11.1.2?Innenbeheizte Düsen 288
11.1.3?Wärmeleitende Düsen 289
11.2?Punktanschnitte 290
11.3? Überlegungen zur Gestaltung des Anschnitts 292
11.3.1?Einfrieren des Anschnitts 292
11.3.2?Fadenbildung und Nachtropfen 293
11.3.3?Verdichtung 294
11.3.4?Mechanische Verschlussdüsen 296
11.3.4.1?Sequentielle Nadelverschlussdüsen 299
11.3.5?Anschnitte mit thermischem Verschluss 300
11.3.6?Heißer Seitenanschnitt 300
11.3.7?Düsen mit mehreren Spitzen 301
12. Thermische Auslegung von Heißkanalsystemen 302
12.1?Heizelemente 302
12.1.1?Heizwendeln 303
12.1.2?Heizbänder 304
12.1.3?Rohrheizkörper 304
12.1.4?Heizpatronen 305
12.1.5?Wärmerohr-Technik 306
12.2?Temperaturregelung 307
12.2.1?Thermoelemente 307
12.2.2?Temperaturregler 308
12.3?Strombedarf 309
12.4? Thermische Isolation von Heißkanalsystemen 311
12.5? Temperaturregelung am Anschnitt 313
12.5.1?Anschnittheizung 314
12.5.2?Anschnittkühlung 315
13. Mechanische Aspekte beim Betrieb von Heißkanalsystemen 316
13.1?Montage und Leckage 316
13.1.1?Auslegung des Systems 317
13.1.2? Bearbeitung und Montage von Heißkanalsystemen 320
13.2? Verformung des Werkzeugs und der Maschine 325
13.3? Vorgehensweisen bei der Inbetriebnahme 327
13.4?Farb- und Materialwechsel 328
13.5?Anschnitte 329
13.5.1?Angussrest 329
13.5.2?Verstopfung 330
13.5.3?Verschleiß 331
13.6?Wartung 331
14. Vorgehensweise bei der ­Gestaltung des Angusssystems – Zusammenfassung 332
14.1?Anzahl der Anschnitte 332
14.2? Position des Anschnitts am Bauteil 333
14.2.1?Ästhetik 333
14.2.2? Einfluss auf Schwindung, Verzug und Eigenspannungen 333
14.2.2.1?Orientierung 333
14.2.2.2? Volumenschwindung in einzelnen Bauteil­bereichen 334
14.2.2.3?Ungleichmäßige Füllung 335
14.2.3?Strukturelle Aspekte 336
14.2.3.1?Spannungen im Anschnittbereich 336
14.2.3.2?Fließorientierung 336
14.2.4?Anspritzen an schwer zugänglichen Stellen 337
14.3?Anordnung der Kavität 337
14.4?Material 337
14.5?Freistrahlbildung 338
14.6? Dicke und dünne Bereiche des Spritzgießteils 338
14.6.1?Volumenschwindung 339
14.6.2?Fließverzögerung 339
14.7?Anzahl der Kavitäten 339
14.8?Produktionszahlen 340
14.9?Präzisionsspritzgießen 340
14.10?Farbwechsel 340
14.11?Materialwechsel 341
14.12?Einmahlen von Angüssen 342
14.13?Dicke der Spritzgießteile 342
14.13.1?Dünnwandige Spritzgießteile 342
14.13.2?Dickwandige Spritzgießteile 343
14.14?Größe des Spritzgießteils 343
14.15?Erfahrung der Mitarbeiter 344
14.16? Handhabung nach dem Spritzgießen 344
14.17? Spannungsprobleme im Bauteil und im Anschnitt 345
14.18? Kombination von Heißkanal- und Kaltkanalsystemen 345
14.19? Zweistufige Spritzgießverfahren 346
15. Fehlerbehebung 348
15.1?5 Step Process 349
15.1.1? Scherinduzierte Ungleichgewichte in geometrisch balancierten Angusssystemen 349
15.1.2?Abweichungen im Werkzeug 350
15.1.3?Kühlwirkung 351
15.1.4?Heißkanalsysteme 351
15.1.5?Zusammenfassung der Versuchsergebnisse 351
15.1.6?Anwendung des 5 Step Process 352
15.2? Leitlinien zur Problembehandlung beim Spritzgießen 355
15.3? Einrichtung des Spritzgießprozesses in zwei Stufen 398
15.4?Übersetzungsverhältnis 413
15.5? Beschreibung des Fließverhaltens in einem Spritzgießwerkzeug 414
15.6? Liste amorpher und teilkristalliner Kunststoffe 415
Index 418

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 3.4.2012
• Übersetzer: Harald Sambale
• Verlagsort: München
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Chemie
• Themenwelt: Technik
• Schlagworte: Anguss • Angusskanal • Heisskanal • Kaltkanal • Spritzguss • Werkzeugauslegung
• ISBN-10: 3-446-42879-8 / 3446428798
• ISBN-13: 978-3-446-42879-9 / 9783446428799