Fet Ott – Kunststoff 2.SA  Spritzgießen  für Massenproduktion  häufigst eingesetztes Verfahren  für technische Formteile  Vollautomatisierte Fertigung  Zum Teil keine Nacharbeit nötig 

Kunststoffe werden als Granulat oder in Pulverform verarbeitet



Thermoplaste werden durch Erwärmung plastisch und können mehrmals verarbeitet werden



für große Werkstücke -> Stoßstange, Fernsehgehäuse



für kleine Werkstücke -> Spielzeugteile

 Aufbau einer Spritzgießmaschine:  Maschinenständer (Maschinenbett) 

Spritzeinheit (platifiziereinheit)



Schließeinheit

Spritzgießvorgang I.

Granulat oder Pulver in den Trichter füllen

II.

Schnecke dreht sich, dabei

Aufgaben der Universalschnecke!!! fördern, plastifizieren, homogenisieren

a. wird das Granulat zum Sammelraum befördert, b. wird das Granulat (über Heizelemente) plastifiziert, c. wird das Granulat (durch Drehbewegung) homogenisiert (vermischt) III.

Schnecke dosiert

IV.

Schnecke drückt den Kunststoff durch die Düse in die Form

V.

Schnecke drückt Kunststoff nach

VI.

Werkstück wird gekühlt und erstarrt dabei

VII.

Form öffnen

VIII.

Werkstück mit Auswerfern auswerfen

IX.

Form Schließen! 1

Die wichtigsten Bauelemente der Spritzgießmaschine 

Spritzeinheit

Einfülltrichter   

Enthält Granulat oder Pulver -> muss rieselfähig sein Spezielle Beschichtung ->Lotusblüteneffekt Evtl. mit Stopfvorrichtung Für Formmassen, die vorgetrocknet werden müssen (PC, ABS, PMMA) kann der Trichter beheizbar sein

Massezylinder und Heizbänder  

Der Massezylinder besteht aus einem dickwandigen Stahlrohr Er wird mit elektrischen Heizbändern temperiert

Rückstromsperre 

Verhindert, dass beim Einspritzen Formmasse in die hinteren Schneckengänge zurückfließt

   

Ist das Verbindungsteil zwischen Massezylinder und Werkstück Befestigung durch Gewinde oder Schnellverschluss Fließkanal möglichst Strömungsgünstig Düse muss dicht mit dem Werkzeug abschließen

Düsen



Schließeinheit Aufgaben der Schließeinheit  Werkzeugzuhaltekraft aufbringen  Entformungsvorgang durchführen  Spritzgießwerkzeug öffnen und schließen  Das Spritzgießwerkzeug aufnehmen (Werkzeug = Form) (Kein Verzug bei schweren Formen erlaubt!!!) Weiterhin soll die Schließeinheit… (Anforderungen)  Schließkraft gleichmäßig verteilen  Große Säulenabstände und große Öffnungswege  Einfach, zuverlässig und genau einstellbar sein  Robust (und zuverlässig) sein (hohe Lebensdauer)  Geringen Wartungsaufwand benötigen  Stabile, biegesteife Werkzeugaufspannplatten besitzen 2

Der Aufbau eines Spritzgießwerkzeugs Schließseite

Düsenseite

Formeinsatz

Wst. Wird im gespritzt

Formeinsatz

Den Formeinsatz nennt man auch Formnest Aus hochwertigem Stahl (z.B. C60) Formplatten

befestigen den

Formplatten

Formeinsatz Aus S235

Trennebene Auswerferstifte

Führungssäulen

Rückdrückstifte

sind in der

Werden durch die 

Druckplatte geführt



Aufspannplatte befestigt



Aufspannplatte



Angusssystem mit



Zentrierbuchse

3-Platten-Werkzeug mit Klinkenzug 2Trennebenen sind notwendig: TE1 -> Werkstück TE2 -> Angusssystem Auswerfvorgang: I.

Schließseitige Formhälfte wird zurückgezogen

II.

TE1 wird geöffnet

III.

Werkstück muss auf Schließseite sein

IV.

Durch Klinkenzug wird TE2 geöffnet

V.

Anguss muss auf Düsenseite sein (durch Hinterschneidungen)

VI.

Werkstück und Angusssystem auswerfen

VII.

Formhälfte Schließseite bewegt sich TE1 schließen TE2 schließen

3

Isolierkanalwerkzeug: Vorteil:



Materialersparnis



Entformung des Angusssystems entfällt



Angusssystem wird im  so stark vergrößert, dass sich an deren Innenwand eine erkaltete, isolierend wirkende Masseschicht bildet Damit Kunststoff nicht ganz erstarrt, muss man schnell hintereinander spritzen

Nachteil:



„Fehler“ durch Anguss im Werkstück



Keine Nacharbeit durch Angussentfernung notwendig

Anwendung: sehr große Stückzahlen, keine technischen Formteile!

Heißkanalsysteme: Im Heißkanalsystem wird die in den Verteilerkanälen enthaltene Masse durch Heizpatronen ständig auf Schmelztemperatur gehalten. Vorteil:



Einsparung von Kunststoffmaterial



Keine Nacharbeit notwendig (Entfernen des Angusses)



Keine Angussentsorgung und keine Aufbereitung



Anspritzpunkte in großer Entfernung von der Plastifiziereinheit realisierbar (z.B. PKWStoßfänger)



Etagenwerkzeuge nur mit Heißkanalsystemen realisierbar

Nachteil:



Höherer Energiebedarf



Höhere Werkzeugkosten



Größere Werkzeugeinbauhöhe



Farb- u. Materialwechsel schwierig

großer Aufwand

Anwendung: 4



sehr große Stückzahlen (Großserienwerkzeuge, große Losgrößen),



große Formteile mit mehreren Anspritzpunkten

Etagenwerkzeuge: Werkzeuge mit zwei Trennebenen, in denen jeweils die gleichen Werkzeughöhlungen (Werkstücke) liegen  Doppelte Anzahl der Werkstücke  Werkzeugzuhaltekraft bleibt gleich, da die projizierte Spritzfläche gleich groß ist (Druck bleibt gleichgroß) Es verändert sich: 

Die Einbauhöhe der Form



Der Öffnungsweg



Das Spritzvolumen

Werkzeugtemperierung:  Die Qualität des Werkstücks hängt meist direkt mit der Abkühlgeschwindigkeit zusammen

„Je genauer das Werkstück, desto gleichmäßiger die Werkzeugwandtemperatur“ Längere Kühlzeit, da gleichmäßiges Abkühlen erforderlich! Wst. Mit geringen Eigenspannungen

Der Temperaturunterschied zwischen Vor- und Rücklauf sollte 3°-5°C nicht überschreiten! Je nach Art des zu verarbeitenden Kunststoffes muss Wärme zu- oder abgeführt werden!  Thermoplastische Formmassen werden mit Öl oder Wasser gekühlt  Duroplastische Formmassen werden meist elektrisch beheizt

Angusse Stangen- oder Kegelanguss 

Hauptsächlich rotationssymmetrische Werkstücke



Abfräsen oder abschneiden des Angusses am Werkstück Anguss nicht an den Sichtflächen!



Anguss erstarrt später als Wst. Abhängig vom Durchmesser des Angusses! 5

Punktanguss

=



Kleiner Zapfen am Wst.



Für Kleinteile und Massenartikel



Größere Vorkammer dient als Isolator



Plastische Seele bleibt flüssig



Mehrmaliges Einspritzen pro Minute nötig

Keine Nacharbeit!

Teller- und Scheibenanguss Anwendung: 

ringförmige Spritzgießteile

Vorteile:



Es entstehen keine Binde- und Fließnähte wie bei einem Punktanguss



Qualitätsminderung kann durch Erhöhung der Werkzeugtemperatur reduziert werden

Nachteil:



Zykluserhöhung

Schirmanguss Anwendung: 

Rotationssymmetrische Teile



Qualitativ hochwertige Teile

Vorteil:



Hohe Werkstückqualität

Nachteil:



Teure Nacharbeit



Einseitige Kernlagerung

6

Ringanguss Anwendung: 

Rohrförmige Spritzgießteile

Vorteil:



Verhältnismäßig lange und hülsenförmige Spritzgießteile mit gleichmäßiger Wanddicke



Beidseitige Lagerung des Kerns

Film- oder Bandanguss Anwendung: 

Optische Formteile wie durchsichtige Abdeckungen und optische Linsen

Vorteil:



Verzugsneigungen lassen sich durch gleichmäßigere Druckverhältnisse positiv beeinflussen



Herstellung von optischen Formteilen



Ungünstige Fließverhältnisse oder störende Bindenähte können durch Schneiden der flachen Teile über ein seitliches oder zentrales Band vermieden werden.

Nachteil:



Nacharbeit durch Abtrennen des Angusses

Tunnelanguss Anspritzen an verdeckte Flächen, seitlich oder an problemlosen Stellen möglich Verteilerkanal verläuft als konischer Tunnel durch die düsenseitige Werkzeughälfte in den Formhohlraum Die Formhälfte auf der Schließseite nimmt das Formteil durch Aufschrumpfen und das Angusssystem durch Hinterschneidungen mit Der Tunnelanguss am Anschnitt wird durch eine Schneidekante abgeschert Das Spritzgießteil und Angusssystem werden durch die Auswerfer entformt Anguss muss beim Öffnen der Werkzeughälften ausreichend biegsam sein Anwendung: 

Überwiegend zur Herstellung einfacher und kleinerer Spritzgießteile in Mehrfachwerkzeugen

Nachteil



Hoher Druckverlust 7

Gebogener Tunnelanguss (auch Haken- oder Säbelanguss genannt) 

Bietet die Möglichkeit ein Spritzgießteil an der Rückseite oder an verdeckter Stelle anzubinden



Entformungsprinzip entspricht dem des Tunnelangusses



Ausschließlich für elastische Formmassen



Hohe Druckverluste durch geringen Fließquerschnitt

Angießmöglichkeiten für Mehrfachwerkzeuge In einem Mehrfachwerkzeug werden in einem Spritzvorgang mehrere Teile gleichzeitig hergestellt. Liegen die Formnester der Wst. In der Trennfläche, werden diese über Verteilerkanäle mit dem plastifizierten Kunststoff versorgt.

Liegen die Formnester zentrisch um den Mittelpunkt des Angusskegels, so werden Verteilersternsysteme angewendet. Dabei sind die Fließwege der Formmasse gleich lang. Im Ringkanal sind die Fließwege kürzer.

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Wird ein Reihenanguss verwendet, kann es zu Qualitätsminderung einzelner Wst. Durch unterschiedlich lange Fließwege führen. Es können aber gleichzeitig mehr Teile gespritzt werden. Es kann durch die unterschiedliche Abkühlzeit Nacharbeit nötig sein.

Verteilerkanal und Anschnittform Der Verteilerkanalquerschnitt muss bei größtem Querschnitt die kleinste Fläche und damit die geringste Abkühlmöglichkeit haben. Kreisrunde Verteilerkanäle sind am besten, jedoch teurer da sie in beide Formhälften eingearbeitet werden müssen. Eine Trapezform müsste nur in eine Formhälfte eingearbeitet werden. Der Runde Anschnitt müsste ebenfalls in beide Formhälften eingebracht erden, ein rechteckiger Querschnitt 2mm kleiner sein als der Verteilerkanal. Es darf nur heiße Formmasse vom Bereich der Plastischen in den Formhohlraum gelangen. Erkaltete Teilchen werden somit zurückgehalten.

Hinterschneidungen Schieber -> für Hinterschneidungen, die nicht für den ganzen Umfang des Wst. Vorgesehen sind. Backen (immer paarweise) -> für Hinterschneidungen am ganzen Umfang Durch Schrägbolzen bewegen sich die Schieber bzw. Backen beim Öffnen und Schließen auf und zu. Die Schrägbolzen besitzen einen Neigungswinkel von 15°-30°

9

Fließverhalten beim Einspritzen Optimal:



Schmelze bewegt sich mit einer gleichmäßigen Fließfront vorwärts



Schmelze erstarrt zuerst an der Wandung



Erstarrter Kunststoff isoliert und Schmelze bleibt innen länger flüssig



Form füllt sich gleichmäßig

Problem:



Fließfront reißt



Ein voreilender Strang entsteht, der vorher abkühlt



Bereits abgekühlter Strang geht keine Verbindung mit nachfolgender Schmelze ein



Schwachstellen im Spritzgießteil

Einflussgrößen auf den Spritzgießvorgang Einspritzdruck  Zu hoch: Werkzeuginnendruck zu hoch -> Grat am Spritzgießteil  Zu niedrig: geringe Formhohlraumfüllung -> Schwachstellen im und am Spritzgießteil  Wirkt zu kurz: geringe Formhohlraumfüllung -> zu leichte Spritzgießteile  Wirkt zu lang: zu schwache Spritzgießteile -> Spannungen im Spritzgießteil

Einspritz- bzw. Füllgeschwindigkeit Zu hoch:  Freistrahlbildung  Geringe Molekülorientierung  Verbrennungen am Spritzgießteil Zu niedrig:  Hohe Temperaturunterschiede Spannungen im Werkstück  Schlechtes Verschweißen der Schmelzströme  Lunker (Luft- Schlackeeinschlüsse im Wst.)

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Formenbau Schraubkerne: Schraubkerne dienen zur Formgebung von Innen- und Außengewinden, wenn diese ohne Kernmarkierungen entformt werden müssen. Aufgrund der Hinterschneidungen, die die Gewindegänge bilden, müssen diese Kerne durch Ausdrehen aus dem Formteil entformt werden. Das Ausdrehen kann durch elektrisch betriebene Ausdreheinheiten oder durch einen Steilgewindespindelantrieb erfolgen. Die Bewegung der Spindel ist mittels der Öffnungsbewegung des Werkzeuges oder eines Hydraulikzylinders möglich. Beim Antrieb durch die Werkzeugbewegung wird die Steilgewindespindel im feststehenden Teil des Werkzeugs angeordnet. In die Spindel ist eine Hülse mit entsprechendem Muttergewinde geschraubt, die beim Öffnen des Werkzeuges in eine Drehbewegung zum Ausschrauben des Kerns meist nicht ausreicht, wird sie mit Hilfe einer Zahnradübersetzung vergrößert und dann auf den Schraubkern übertragen. Neben der Festlegung der Zähnezahlen ist die Bestimmung der Zahnradabmessungen und des Achsabstandes vorzunehmen. Bei Mehrfachformen hat der Zahnradtrieb auch die Aufgabe, die Drehbewegung auf mehrere Kerne zu übertragen.

Zusammenfallbare Kerne Diese Kerne dienen zum Entformen kleiner Innengewinde bei denen unterbrochene Gewindegänge zulässig sind. Sie werden angewendet, wenn Schraubkerne aus Platz- oder Kostengründen nicht sinnvoll sind. Die Arbeitsweise ähnelt der eines Abstreiferwerkzeuges. Nach dem Öffnen des Werkzeugs wird das Auswerfersystem mittels Steuerzylinder betätigt. Dadurch wird die Außenhülse und die Segmenthülse vom Mittelkern wegbewegt und die Segmente fallen dadurch nach innen (zusammen). Sie geben die Innenkontur des Formteils frei, das nun abgestreift werden kann. Das entstehende Gewinde ist im Bereich der Mittelkernstege unterbrochen.

Spreizkerne Spreizkerne werden verwendet, wenn runde Formteile, die kleine Hinterschneidungen aufweisen, zu entformen sind. Nachdem die Auswerferplatte betätigt wird, klappt der ähnlich wie eine Spannzange gestaltete Spreizkern nach außen weg und gibt das Formteil frei.

Klinkensysteme Klinkensysteme kommen zur Anwendung, wenn bei einem Werkzeug mehrere Trennebenen gesteuert geöffnet werden müssen. Die gebräuchlichsten sind Rastsysteme und Hakensysteme. Sobald die Länge des Öffnungsweges erreicht ist, fahren die Rasten in die Aussparung der Steuerplatte zurück, wodurch die Zugleiste entriegelt ist. Gleichzeitig wird die Zwischenplatte positioniert und die zweite Trennebene geöffnet. Um eine sichere Arbeitsweise zu garantieren sollen Klinkensysteme immer paarweise verwendet werden. 11

Beispielfragen: 1) Beschreiben Sie den Aufbau einer Spritzgießmaschine.

b) Nennen Sie die 4 wichtigsten Bauelemente der Spritzgießmaschine und dazu jeweils 1 Aufgabe

c) Nenen Sie 3 Aufgaben und 3 Anforderungen der Schließeinheit

2) Nennen Sie 3 Vorteile des Spritzgießverfahrens.

12

3) Beschreiben Sie den Spritzgießvorgang ausführlich!

4) Benennen Sie die Zonenaufteilung einer Universalschnecke sowie die Hauptaufgaben dieser.

5) Berechnen Sie die Werkzeugzuhaltekraft des Gabelkopfes! PWi= 50 bar ; A= Zeichnung

6) Benennen Sie den Aufbau eines Spritzgießwerkzeugs.

13

7) Erläutern Sie die Funktion des Klinkenzuges Ausführlich!

8) Beschreiben Sie den Auswerfvorgang eines 3-Platten-Werkzeuges in 7 Punkten!

9) Erläutern Sie die Funktion des „Anschnittes“ und der „Hinterschneidung“.

10) Nennen Sie jeweils 2 Vor- und Nachteile eines Isolierkanalwerkzeuges.

14

11) Beschreiben Sie die Funktion eines Isolierkanalwerkzeuges.

12) Zeichnen Sie eine Schraubenverbindung zweier Stahlplatten (h=10mm) mittels Zylinderschraube M10 x 40mm und einer Mutter nach DIN ISO 6410-1.

13) Nennen Sie das Nummerierungsschema in einer Gesamtzeichnung.

14) Werden von genormten Teilen Teilzeichnungen angefertigt?

15

15) Nennen Sie a) den Sinn

b) jeweils 2 Vor- und Nachteile

c) ein Anwendungsbeispiel

von Heißkanalsystemen. 16) Nennen Sie die Auswirkung von Etagenwerkzeugen auf a) die Produktion

b) die Werkzeugzuhaltekraft

16

17) Womit hängt die Qualität eines Werkstückes meist direkt zusammen?

b) Bilden Sie daraus ein Fazit (Je… desto…).

18) Nennen Sie den Maximaltemperaturunterschied des Kühlschmiermittels bei Vor- und Rücklauf.

19) Je nach Art des zu verarbeitenden Kunststoffes muss Wärme zu- oder abgeführt werden. Welche Kunststoffe müssen gekühlt, welche beheizt werden?

20) Nennen Sie den Anwendungsbereich für Stangen- oder Kegelanguss.

17

b) Ist nacharbeit notwendig? Worauf muss geachtet werden?

c) Was ist die Besonderheit bei diesem Verfahren?

21) Nennen Sie 4 Merkmale des Punktangusses

22) Nennen Sie den Anwendungsbereich für Teller- und Scheibenanguss

b) Nennen Sie dazu 2 Vor- und 1 Nachteil

18

23) Nennen Sie den Anwendungsbereich zum Schirmanguss

b) dazu 1 Vor- und 2 Nachteile

24) Nennen Sie den Anwendungsbereich zum Ringanguss

b) dazu 2 Vorteile

25) Nennen Sie den Anwendungsbereich für Film- Bandanguss sowie 2 Vor- und 1 Nachteil

19

26) Wie heißen a) Hinterschneidungen, die nicht für den ganzen Umfang des Werkstückes vorgesehen sind?

b) Hinterschneidungen, am ganzen Umfang?

27) Nennen Sie den Bereich der Neigungswinkel bei Schrägbolzen.

28) Aufgabe: Wie groß muss der Öffnungsweg Lo mind. sein? Geg.: Neigungswinkel α= 18°; Höhe Hinterschneidung h= 20mm

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