Konstruktionsprinzipien. Konstruktionsprinzipien. CAD Einfache Anwendung. CAD Einfache Anwendung. CAD Einfache Anwendung

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1 Konstruktionsprinzipien Von Innen nach Außen Werkzeug, Maschine Peripherie und evt. Sogar Gebäude werden ganz speziell auf das Produkt hin abgestimmt Bei der Entwicklung werden alle Register gezogen Enorme Investitionen Für Dauerläufer bspw. zur Herstellung von Preformlingen zur PET-Flaschenproduktion angewendet Fa. Husky und andere SG- Maschinenhersteller Von Außen nach Innen Beim Werkzeugbau werden Normalien verwendet Die vorhandenen Maschinen und Ausrüstungen werden eingesetzt Entwicklung oft auf Konstruktion beschränkt Verwendung von Normalien lässt Werkzeugkost im Rahmen bleiben Bspw. Zulieferindustrie Viele lokale mittelständische Werkzeugmacher HASCO, STRACK Konstruktionsprinzipien quantitativ sehr viel Entwick- lungskapazität benötigt Schnelle Lösungen möglich Entwicklungen, die eine komplette Fertigungslinie speziell auf ein Produkt hin ausrichten, sind selten. Solche Fertigungslinien zeigen nur geringe Flexibilität bei Produkt-modifizierungen Ganzheitliche Lösungen haben Zukunftspotential In den meisten Fällen werden beim Formenbau Normalien verwendet. Aufgrund der Masse von Erzeugnissen wird zum Formenbau mit Normalien Zur Herstellung eines Formteils analog des Zugprüfkörpers EN ISO Probekörper 1 A soll ein Spritzgusswerkzeug entwickelt werden. 4 +/- 0, /- 2 R = /- 0,2 Messlänge 50 +/- 0,5 Abstand der Klemmen 115 +/ /- 0,2 Mit einer Skizze wird der beabsichtigte Körper zweidimensional abgebildet. Aus der zweidimensionalen Darstellung wird der beabsichtigte Körper extrudiert. 1

2 Geränderte Darstellung des Probekörpers aus dem Drahtmodell wird ein Vollkörper Zur Herstellung eines Formteils analog des Zugprüfkörpers EN ISO Probekörper 1 A soll ein Spritzgusswerkzeug entwickelt werden. 4 +/- 0, /- 2 R = /- 0,2 Messlänge 50 +/- 0,5 Abstand der Klemmen 115 +/ /- 0,2 Festlegung von Sollmaßen (Schwundmaßen) 3D Darstellung des Probekörpers R= R = ,1 4 +/- 0, /- 2 20,1 10 +/- 0,2 Messlänge 50 +/- 0,5 20 +/- 0,2 Abstand der Klemmen 115 +/- 1 Symmetrische Bereiche des Probekörpers Der Probekörper stellt ein symmetrisches Bauteil dar. Bei CAD-Konstruktionen besteht die Möglichkeit Geometrien zu spiegeln. Für der Probekörper wird nur in einem Quadranten die Geometrie erzeugt und anschließend vervielfältigt. Ausgangsgeometrie it ist ein Quader mit 80 x 10 x 4 2

3 Für die folgenden Geometrien wird eine Hilfskonstruktion erstellt: Von Spiegelkante 40mm Richtung Einspannfläche Ab diesem Endpunkt 25mm aus dem Probekörper heraus Die Hilfslinien dienen zum Fangen für einen Hilfsquader, der die Einschnürung der Probekörpers abbildet. Weiterhin wird ein Hilfszylinder erzeugt, der an der zweiten Hilfslinie gefangen wird. Durch geometrische Subtraktion von Hilfszylinder und -quader erhält man die Grundgeometrie des Probekörpers. Durch geometrische Subtraktion von Hilfszylinder und -quader erhält man die Grundgeometrie des Probekörpers. Diese Grundgeometrie wird zunächst nach unten gespiegelt... 3

4 ... und mit der Grundgeometrie durch geometrische Addition verbunden. Durch nochmaliges Spiegeln überträgt man die Geometrie auf die anderen beiden Quadranten Die endgültige Geometrie des Probekörpers erhält man durch geometrische Addition von Grundkörper und gespiegelter Geometrie Geränderte Darstellung des Probekörpers aus dem Drahtmodell wird ein Vollkörper Die Konstruktion kann primär nach fertigungstechnischen Gesichtspunkten erfolgen Das später verwendete Fertigungsverfahren muss bekannt sein Beim CAD-Aufbau des Teils wird die Fertigungstechnologie simuliert. Beispiel: Fräsen eines Probekörpers Ausgangspunkt ist ein Rohling von 160x20x4. Widerspiegelt Ziel der Lehrveranstaltung bereits bei der Konstruktion von Spritzgussteilen werkzeugtechnische technologische Gesichtspunkte zu berücksichtigen. Hier wird zur Veranschaulichung aber der Fräsprozess betrachtet. Wird von CAD-Systemen nicht explizit unterstütz! 4

5 Dieser Rohling soll von einem Fräser Ø 20mm bearbeitet werden. Der Fräser wird längs einer vorgegebenen Spur geführt. Diese wird in die Bearbeitungsmaschine einprogrammiert oder von dieser aus einem 3D-Modell bestimmt. Fräserspur Fräser Fräser Bei der hier vorgestellten Art des fertigungsgerechten Konstruierens wird längs der Spur des Fräsers ein Sweep - Körper geführt, der das vom Fräser überstrichene Volumen abbildet. Die Kontur des Formteils ergibt sich aus der geometrischen Subtraktion zwischen Rohling und vom Fräser überschrittenen Volumen auf der oberen - Die Kontur des Formteils ergibt sich aus der geometrischen Subtraktion zwischen Rohling und vom Fräser überschrittenen Volumen auf der oberen und auf der unteren Seite des Probekörpers. Die Kontur des Formteils ergibt sich aus der geometrischen Subtraktion zwischen Rohling und vom Fräser überschrittenen Volumen auf der oberen und auf der unteren Seite des Probekörpers. 5

6 Der Fräsprozess kann auch schrittweise simuliert werden radial abtragender Fräser Der Fräsprozess kann auch schrittweise simuliert werden radial abtragender Fräser Der Fräsprozess kann auch schrittweise simuliert werden radial abtragender Fräser Der Fräsprozess kann auch schrittweise simuliert werden radial abtragender Fräser Der Fräsprozess kann auch schrittweise simuliert werden stirnseitig abtragender Fräser Der Fräsprozess kann auch schrittweise simuliert werden stirnseitig abtragender Fräser 6

7 Der Fräsprozess kann auch schrittweise simuliert werden stirnseitig abtragender Fräser Der Fräsprozess kann auch schrittweise simuliert werden stirnseitig abtragender Fräser Spritzgusswerkzeuge Spritzgusswerkzeuge Aufbau Spritzgusswerkzeuge Beanspruchung Beim Spritzgießen sind enorme Prozessdrücke notwendig. Es werden große Kräfte übertragen. Das Material wird sehr stark belastet. Massive Bauweisen sind notwendig. Nennen Sie einen Ort in der Natur, wo ein Druck von 100 MPa herrscht! Welche Masse müsste ein Körper haben, um mit einer Kraft von 1500 kn auf die Erde zu drücken? Das Spritzgussverfahren ist zur Herstellung von sehr großen Stückzahlen in relativ kurzer Zeit geeignet. Hohe Werkzeugkosten können auf große Stückzahlen umgelegt werden: Für ein Projekt in der Autoindustrie wird ein Werkzeugpreis von kalkuliert. Legen Sie diesen Werkzeugpreis auf die Stückpreise um. Legen Sie a) , b) und c) Stück pro Jahr und 7 Jahre Modelllaufzeit zugrunde. 7

8 Spritzgusswerkzeuge Auslegung Zur Herstellung von Formteilen im Spritzgussprozess muss zunächst geklärt werden, wie viele Teile in einem Schuss produziert werden sollen. Ökonomische Faktoren: Anteil der Werkzeugumlage am Preis des Erzeugnisses Kreditwürdigkeit Übernahme von Teilen der Werkzeugkosten durch den Kunden... Trend: aus möglichst vielen Formnestern fertigen Technische Faktoren: Entformbarkeit Kapazität der Handlingsysteme Platzverhältnisse auf der Maschine Prozesssicherheit... Trend: begrenzte Anzahl von Formnestern Schnittstelle Maschine Beim Konstruieren des Werkzeuges sind die baulichen Gegebenheiten der beabsichtigten Maschine zu berücksichtigen: Schließkraft der Maschine Muss größer sein als auftreibende Kraft beim Einspritzen Beispielrechnung Spritzdruck: 200 MPa projizierte i Fläche Formteil: 160x20 p=f/a F = 2(200*3200)N 1280 kn Dosiervolumen L*b*h = 160*20*4 = 12,8 cm³ Geometrische Daten: Durchmesser des Zentrierflansches Holmabstände Aufspannmatrix und Aufnahme der Auswerferstange... Schnittstelle Maschine Schnittstelle Maschine Das Herstellen der mechanischen Verbindung zwischen Werkzeug und Maschine nennt man Aufspannen Das Aufspannen der Werkzeuge kann mit Hilfe von Pratzen Kraftspannern oder Durchschrauben erfolgen. Kosten Schnittstelle Maschine Schnittstelle Maschine 8

9 Schnittstelle Maschine So nicht!!! Schnittstelle Maschine Zentrierflansch: Positioniert die Form auf der Maschinenlängsachse Schnittstelle Maschine Schnittstelle Maschine Schnittstelle Maschine 9

10 Formteil Wandstärke Formteil Wandstärke Für Spritzgussteile eine möglichst gleichmäßige Wandstärke wählen. Grobe Faustformel: pro mm Wandstärke 10 s Zykluszeit Regionen mit unterschiedlicher Wandstärken an einem Formteil bewirken: Verkleinerung des technologischen h Prozessfensters Unterschiedliche Abkühlungsgeschwindigkeiten bei der Aushärtung des Teils Gefügeunterschiede Entformungsprobleme Thermische Eigenspannungen einen verstärkten Verzug Lunkerbildung Formteil Wandstärke Zu große Wandstärken bedeuten Längere Zykluszeiten Deformationen der Teile beim (frühzeitigen) Entformen weil viskos-flüssige Bereiche im Kern des Formteils deformiert werden Höherer Materialverbrauch Höheres Gewicht der Formteile Teilweise Funktionseinschränkungen (bspw. bei Deformationselementen) Formteil Wandstärke Zu geringe Wandstärken bedeuten: Probleme beim Füllen der Kavität l kritisches L/D Verhältnis Ist vom verwendeten Kunststoff abhängig d Spritzgusstypen ermöglichen ein hohes L/D-Verhältnis, neigen aber stärker zur Gratbildung Sichere Entformung der Teile kann nicht garantiert werden Mechanische Belastungen können von den Teilen nicht aufgenommen werden Problematisches Handling der Teile Montierbarkeit der Teile kann problematisch werden Ausbrechen von Formteilbereichen Formteil Wandstärke Gestaltung von Wandstärkeübergängen einige Gestaltungselemente erfordern Wandstärkeunterschiede (bspw. Filmscharniere) Wandstärkeübergänge g allmählich realisieren große Wandstärken angussnah legen, geringe angussfern Bereiche mit geringer Wandstärke mit breiter Fließfront durchströmen Bindenähte in Bereiche mit großer Wandstärke legen Formteil Wandstärke Vermeidung von Wandstärkeanhäufungen mit konstruktiven Mitteln Mechanische Stabilisierung von Formteilen durch einen lokalen Einzug Einbringung einer (rückseitigen) Verrippung 10

11 Formteil Wandstärke Entschärfung von Wandstärkeanhäufungen mit technologischen Mitteln Anwendung des Gasinjektions- oder des Wasserinjektionsverfahrens Herstellung von Integralschäumen Spritzgusswerkzeuge Symmetrie Spritzgusswerkzeuge Symmetrie Werkzeuganlage immer symmetrisch gestalten Die auftretenden Kräfte verursachen Verformungen am Werkzeug und der Maschine Es bildet sich an der Trennebene ein minimaler Spalt Formteilgrat entseht Am Werkzeug treten in bestimmten Bereichen Spannungskonzentrationen auf, die eine Schädigung bewirken und über kurz oder lang zur Zerstörung führen können Die Symmetrielinien der Aufspannplatten sind ebenfalls die Symmetrielinien des Spritzgusswerkzeuges Beim Wirken der Zuhaltekraft erfolgt so eine gleichmäßige Belastung von Werkzeug und Maschine Die Kavitäten müssen ebenfalls symmetrisch angeordnet werden. Niemals Spritzgusswerkzeuge Symmetrie Die Anspritzung erfolgt bei Standartmaschinen zentrisch. Die Symmetrie des Werkzeugs muss dann parallel zu den Ebenen der Aufspannplatten gegeben sein. Spritzgusswerkzeuge Symmetrie Sonderlösung: horizontal verschiebbares Spritzaggregat Realisierung: Anspritzung im Flächenschwerpunkt Heißkanalwerkzeuge Stranganguss Tauchdüse Mehrere Formnester um den Flächenschwerpunkt herum verteilen 11

12 Trennebenen Nach der Formbildung und fixierung muss der Spritzling aus der Form entnommen werden. Die Form muss geöffnet werden. Es ist mindestens eine Trennebene notwendig Bei der Formöffnung darf der Spritzling nicht beschädigt werden. Hinterschneidungen sind zu vermeiden Lassen sich bei der Beschränkung auf eine Trennebene nicht alle Hinterschneidungen vermeiden, müssen zusätzliche Trennebenen in Kauf genommen werden: Schieber- und Backenwerkzeuge, Innenschieber, Schmelzkerne, Ausspindeln Trennebenen Trennebenen an der größten Fläche des Formteils ansetzen Sichere Entformung: Teil muss beim Öffnen des Werkzeugs auf der Auswerferseite der Form verbleiben Maße über die Trennebene erfordern eine größere technologische Toleranz Komplexe Funktionselemente t der Teile nicht iht über die Werkzeugtrennung anlegen Düsenseite von Spritzgussformen möglichst einfach gestalten Trennebenen Trennebenen Trennebenen Trennebenen 12

13 Trennebenen Trennebenen Trennebenen Trennebenen Von allen Varianten ist die hier gezeigte die geeignetste. Mitunter stehen zwei oder mehr Varianten gleichwertig zur Auswahl Besonders wenn mehrere Entformungsebenen notwendig sind, muss eine Entscheidung getroffen werden Trennebenen an der größten Fläche des Formteils ansetzen Sichere Entformung: Teil muss beim Öffnen des Werkzeugs auf der Auswerferseite der Form verbleiben Maße über die Trennebene erfordern eine größere technologische Toleranz Komplexe Funktionselemente der Teile nicht über die Werkzeugtrennung anlegen Düsenseite von Spritzgussformen möglichst einfach gestalten ν ν ν ν ν Angussgestaltung Zur Befüllung der Kavität mit Schmelze muss Kunststoff von der Maschinendüse zur Kavität gelangen. Dazu wird ein Kanal vorgesehen: Angusskanal Die Fließrichtung erfolgt zunächst senkrecht zur Maschinenlängsachse. Die Düsenseite des Werkzeuges wird durchdrungen. In der Trennebene erfolgt eine Umlenkung, Verteilung und Weiterleitung zum Formnest hin. 13

14 Angussgestaltung Zur Befüllung der Kavität mit Schmelze muss Kunststoff von der Maschinendüse zur Kavität gelangen. Dazu wird ein Kanal vorgesehen: Angusskanal Die Fließrichtung erfolgt zunächst senkrecht zur Maschinenlängsachse. Die Düsenseite des Werkzeuges wird durchdrungen. In der Trennebene erfolgt eine Umlenkung, Verteilung und Weiterleitung zum Formnest hin. Angussgestaltung Zur Befüllung der Kavität mit Schmelze muss Kunststoff von der Maschinendüse zur Kavität gelangen. Dazu wird ein Kanal vorgesehen: Angusskanal Die Fließrichtung erfolgt zunächst senkrecht zur Maschinenlängsachse. Die Düsenseite des Werkzeuges wird durchdrungen. In der Trennebene erfolgt eine Umlenkung, Verteilung und Weiterleitung zum Formnest hin. Angussgestaltung Zur Befüllung der Kavität mit Schmelze muss Kunststoff von der Maschinendüse zur Kavität gelangen. Dazu wird ein Kanal vorgesehen: Angusskanal Die Fließrichtung erfolgt zunächst senkrecht zur Maschinenlängsachse. Die Düsenseite des Werkzeuges wird durchdrungen. In der Trennebene erfolgt eine Umlenkung, Verteilung und Weiterleitung zum Formnest hin. Angusskanal Aufgaben Formmasse rasch und ungehindert in den Werkzeughohlraum leiten auf kürzestem Wege, bei geringstem Wärme- und Druckverlust Material muss an allen Anschnittstellen gleichzeitig in die Werkzeughohlräume gelangen mit gleichem Druck und gleicher Temperatur. Querschnitt: Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen möglichst klein halten. Aus Gründen des Materialersparnis möglichst klein. Für optimale Werkzeugfüllung und ausreichenden Nachdruck möglichst groß aber: großer Querschnitt verlängert unter Umständen die Kühlzeit des Prozesses. Angussgestaltung - Kanal Angusskanal rund Geometrie: Durchmesser des Angusskanals = 1,4 * größte Teilwanddicke Angusskanal hat minimal 4 mm und maximal ca. 12 mm Durchmesser Unnütz lange Wege vermeiden Bereich zum Auffangen eines Pfrofens aus erkaltetem Material vorsehen Vorteile: Geringste Oberfläche bezogen auf den Querschnitt, geringste Abkühlung, geringste Wärme- und Reibungsverluste, Masse erstarrt im Zentrum eines runden Kanals zuletzt, t dadurchd gute Nachdruckwirkung Nachteile: Muss zu gleichen Teilen in beide Werkzeughälften eingearbeitet werden, schwierig und teuer D max = s max + 1,5 mm 14

15 Angusskanal parabelförmig Angusskanal Trapezförmig Vorteile: Gute Annäherung an Rundkanal, einfachere Herstellung, Einarbeitung nur in einer Werkzeughälfte (Auswerferseite) Anwendung, wenn Schieber relativ zur Trennebene bewegt werden müssen. D max = s max + 1,5 mm Vorteile: Alternativlösung zum parabelförmigen Kanal Nachteile: Wärmeverluste und Abfall grösser gegenüber parabelförmigem Kanal D max = s max + 1,5 mm Nachteile: Stärkere Wärmeverluste als bei rundem Querschnitt Mehr Restmaterial im Anguss Angusskanal rechteckig Angusskanal beheizt Vorteile: Einfache Fertigung bei der Werkzeugherstellung Nachteile: große Oberfläche bezogen auf den Querschnitt Problematische Entformung des Verteilerkanals Vorteile: keine Nacharbeit Einsparen des Angussmaterials einfachere Automatisierung es können längere Fliesswege realisiert werden Nachteile: Zusätzlicher technologischer Aufwand Zusätzliche Qualitätsüberwachung für den Betriebes des Heißkanals Außenbeheizter Heißkanal Angusskanal beheizt Anschnitt Stangen Vorteile: keine Nacharbeit Einsparen des Angussmaterials einfachere Automatisierung es können längere Fliesswege realisiert werden Unbehinderter Nachdruckvolumenstrom Einfache Herstellung beim Werkzeugbau Geringer Fließwiderstand Anguss muss mechanisch vom Formteil getrennt werden Deutlich sichtbare Anschnittmarkierung Kalte Pfropfen gelangen ins Teil Lange Kühlzeiten Nachteile: Zusätzlicher technologischer Aufwand Zusätzliche Qualitätsüberwachung für den Betriebes des Heißkanals Innenbeheizter Heißkanal 15

16 Anschnitt Punkt Einfache Trennung von Formteil und Anguss Sichere Simulation des Formfüllvorgangs möglich Wirkung des Nachdrucks kann eingeschränkt sein Anschnitt muss in Trennebene liegen Anschnitt Tunnel Selbständiges Abtrennen des Angusses beim Öffnen der Form Sichere Simulation des Formfüllvorgangs möglich Problempotential bei Verschluss des Anschnitts wenn Material vor der Schnittkante abreißt: Kalter Pfropfen im Formteil Erhöhter Formfülldruck der anderen freien Formnester Anschnitt Film Anschnitt Ring Bei flächigen Teilen, wie Platten oder Leisten, Bindenähte sind seltener Es besteht kaum Neigung zur Freistrahlbildung Trennung von Formteil und Anguss ist aufwendiger Hoher Materialverbrauch für Angussrest Gleichmäßige radiale Befüllung von rotationssymmetrischen Teilen Keine Bindenähte Problemlose Entlüftung Wegen Problemen mit der Entformung nur für rohrförmige Formteile geeignet Trennung von Formteil und Anguss ist problematisch Anschnitt Schirm Gleichmäßige radiale Befüllung von rotationssymmetrischen Teilen Keine Bindenähte Problemlose Entlüftung Trennung von Formteil und Anguss ist problematisch Zusätzliche Bereiche für das Auffangen eines kalten Pfropfens müssen vorgesehen werden Angussgestaltung Regeln Anschnitt an die dickste Wandstärke legen Immer einen Propfenfänger für kaltes Material vorsehen Durchmesser / Wanddicke des Verteilerkanals muss immer größer als die Teilewanddicke sein Anschnittdicke = 1/2 bis 2/3 der Teilewanddicke Empfohlener Startwert: 50% Freistrahlbildung durch große Anschnittquerschnitte und Spritzen gegen eine Wand verhindern Bildung von Bindenähten beachten besonders, wenn mehrere Anschnitte notwendig sind gleichmäßiges Füllen des Teils sicherstellen 16

17 Formnester Anzahl Zur Herstellung von Formteilen im Spritzgussprozess muss geklärt werden, wie viele Teile in einem Schuss produziert werden sollen. Ökonomische Faktoren: Anteil der Werkzeugumlage am Preis des Erzeugnisses Kreditwürdigkeit Übernahme von Teilen der Werkzeugkosten durch den Kunden... Trend: aus möglichst vielen Formnestern fertigen Technische Faktoren: Entformbarkeit Kapazität der Handlingsysteme Platzverhältnisse auf der Maschine Prozesssicherheit... Trend: begrenzte Anzahl von Formnestern Formnester Anordnung Für das spezielle Produkt muss die Anzahl der Formester festgelegt sein. Im Beispiel Prüfkörper: 2 Problem: Wie werden die einzelnen Formnester im Werkzeug platziert. t Symmetriebedingung müssen erfüllt bleiben Möglichst geringe Anzahl von Schiebern und Backen Freigängigkeit beweglicher Werkzeugteile Spritzgusswerkzeug sollte möglichst kompakt aufgebaut werden können Gleichmäßige Versorgung der Kavitäten mit Schmelze muss sichergestellt werden können Formnester Anordnung Lineare Symmetrie Rotationssymmetrische Anordnung Formnester Anordnung Lineare Symmetrie Platzsparend Kostengünstige kompakte Form für kleine Maschinen Schieber und Backen für mehrere Formnester gleichmäßige Ausrichtung der Formteile zur der Entnahme mit Robotern Rotationssymmetrische Anordnung größerer Platzbedarf: massiveres Werkzeug und größerer Holmabstand notwendig Schieber und Backen funktio- nieren nur an einem Nest Die Formteile sind in der Form unterschiedlich ausgerichtet Entnahme komplizierter Unterschiedliche Länge der Verteilerkanäle Angusskanal mit großem Restvolumen Gleichemäßige Länge der Verteilerkanäle Geringes Restvolumen im Angusskanal Formnester Anordnung Lineare Symmetrie Für mehr längliche Teile Schieber können an mehreren Formnestern angreifen größere technologische Stabilität aufgrund unterschiedlicher h Fülldrücke erforderlich Rotationssymmetrische Anordnung Für kleine kompakte Formteile Komplikationen bei mehreren Trennebenen gleichmäßige Fülldrücke ermöglichen die Herstellung von Präzisionsteilen Formnester Anordnung Lineare Symmetrie Rotationssymmetrische Anordnung Persönliche Vorlieben 17

18 Formnester Anordnung Formnester Anordnung Künstliche Verlängerung des Fließweges Rheologisches Ausballancieren Ausbalanciertes Angusssystem: Der Fließweg vom Angusskegel bis zur Kavität ist immer gleich lang. Formnester Anordnung Formnester Anzahl Beispiel Prüfkörper Ausbringungsmenge sehr gering Ein Formnest allein ist aus Symmetriegründen ungeeignet Nicht ausbalanciertes Angusssystem Der Fließweg vom Angusskegel bis zur Kavität ist unterschiedlich lang. Die angussnahen Kavitäten sind möglicherweise überspritzt, die anderen nicht vollständig gefüllt. Zwei Formnester sollen realisiert werden 18

19 Werkzeuge Größe Werkzeuge Größe Zur Auswahl der Größe von Spritzgusswerkzeugen müssen vielfältige Einflussfaktoren berücksichtigt werden. Die Wirkung der einzelnen Einflussfaktoren ist ihrer Tendenz teilweise entgegengesetzt. Bei der Verwendung von Normalien gibt es in Übereinstimmung zum Holmabstand der Spritzgussmaschinen Größenklassen: Kriterien für die Größenauswahl von Spritzgussformen Maximal wirksame Kraft große Form Aufspannfläche bei Betrieb im Prozess kleine Form Werkzeuge Größe Für große Werkzeuge spricht große Stabilität gegenüber Zuhaltekräften Hohe Robustheit Längere Lebensdauer Geringer Verschleiß = längere Wartungsintervalle t Hohe Flexibilität bei späteren Änderungen und Umbauten Bessere Reproduzierbarkeit der Qualitätsmerkmale hergestellter Teile Stabile technologische Verhältnisse (Temperaturkonstanz) für kleinere Formen spricht Geringere Herstellungskosten Schnellere Lieferung des fertigen Werkzeuges Geringeres Einbauvolumen = geringere Betriebskosten weil die Fertigung auf preiswerteren Maschinen möglich ist Bessere Wartungsfreundlichkeit Einfache Logistik Bessere Integration in Fertigungszellen Werkzeuge Größe Man einen Startwert für die Größe von Spritzgusswerkzeugen. Werkzeuge Größe Man einen Startwert für die Größe von Spritzgusswerkzeugen. Um die Eckpunkte des in projizierte Fläche geleg-ten Rechtecks werden Kreise mit dem Radius der kleineren Seite dieses Rechtecks gebildet. 19

20 Werkzeuge Größe Werkzeuge Größe Man einen Startwert für die Größe von Spritzgusswerkzeugen. Um die Eckpunkte des in projizierte Fläche geleg-ten Rechtecks werden Kreise mit dem Radius der kleineren Seite dieses Rechtecks gebildet. Um diese Hilfskreise herum legt man ein weiteres Rechteck. Das so gebildete Rechteck wird als Startwert für die Größe der Spritzgussform herangezogen Werkzeuge Größe Werkzeugbelastung Kräfte Das so gebildete Rechteck wird als Startwert für die Größe der Spritzgussform herangezogen. Nach den Vorzugreihen bietet an: 296 x Im Formteil wirkt Druck Dieser Druck leitet auf der projizierten Fläche eine Kraft in das Werkzeug ein. Schließkraftberechnung für die Maschine FSchließ F wirk Ist die Schließkraft zu gering, werden beim Einspritzen beide Formhälften auseinander gerückt und die Form öffnet. Die wirksame Kraft errechnet sich aus dem maximal wirksamen Druck und der projizierten Fläche. F p wirk max A Projeziert Werkzeuggröße Kräfte Werkzeugbelastung Kräfte Beispiel Probekörper Überschlagsberechnung für die projizierte Fläche: Berechnung der wirksamen Kräfte für die gewünschte Prüfkörperanordnung: Zwei Rechtecke werden angenommen Länge 160mm Breite 20mm A A A Projiziert Projiziert Projiziert 2lb 2 160mm 20mm 6400mm 2 Wirksamer Druck: 1. Maximaler Spritzdruck 220 MPa 2. Prozesstechnisch realistischer Spritzdruck 100 MPa Projizierte Fläche = 6400 mm² 1. Fall: maximal möglicher Spritzdruck Fwirk Apmax Fwirk 6400mm² 220N / mm² Fwirk 1408kN Spritzgussmaschine mit 150 t Schließkraft erforderlich Wirksamer Druck MPa MPa 2. Fall: prozesstechnisch erwarteter Spritzdruck F F F wirk wirk wirk Apmax 6400mm² 100N / mm² 640kN Spritzgussmaschine mit 65 t Schließkraft ausreichend 20

21 Werkzeugbelastung Kräfte Werkzeugbelastung Kräfte 1. Fall: maximal möglicher Spritzdruck Stellt die größte Belastung für das Werkzeug dar Belastungsanforderung: Form darf durch die Schließkraft nicht beschädigt werden Werkzeug muss Schließkräfte von 250 t sicher aushalten! 250 t 2. Fall: prozesstechnisch erwarteter Spritzdruck Realisiert die üblichen Produktionsanforderungen Konstruktionsanforderung: Werkzeug muss auf Maschinen dieser Größe montiert werden Von den Einbaumaßen von Maschinen der 50t-Klasse für die Werkzeugkonstruktion ausgehen 50 t Spritzgussmaschinenpressen die Werkzeughälften zusammen Werkzeugbelastung Kräfte Spritzgussmaschinenpressen die Werkzeughälften zusammen Werkzeugbelastung Kräfte Spritzgussmaschinenpressen die Werkzeughälften zusammen Werkzeugbelastung Kräfte Spritzgussmaschinenpressen die Werkzeughälften zusammen Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die Werkzeughälften auseinander drückt. Werkzeugbelastung Kräfte Spritzgussmaschinenpressen die Werkzeughälften zusammen Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die Werkzeughälften auseinander drückt. Bei zu geringen Schließkräften entsteht ein Spalt in der Trennebene 21

22 Werkzeugbelastung Kräfte Spritzgussmaschinenpressen die Werkzeughälften zusammen Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die Werkzeughälften auseinander drückt. Bei zu geringen Schließkräften entsteht ein Spalt in der Trennebene In diesen Spalt dringt Material vor Werkzeugbelastung Kräfte Spritzgussmaschinenpressen die Werkzeughälften zusammen Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die Werkzeughälften auseinander drückt. Bei zu geringen Schließkräften entsteht ein Spalt in der Trennebene In diesen Spalt dringt Material vor Wird im Spalt der Massedruck voll wirksam, vergrößert sich die projizierte Fläche Werkzeugbelastung Kräfte Spritzgussmaschinenpressen die Werkzeughälften zusammen Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die Werkzeughälften auseinander drückt. Bei zu geringen Schließkräften entsteht ein Spalt in der Trennebene In diesen Spalt dringt Material vor Wird im Spalt der Massedruck voll wirksam, vergrößert sich die projizierte Fläche, das Kräftegleichgewicht ist verändert Werkzeugbelastung Kräfte Spritzgussmaschinenpressen die Werkzeughälften zusammen Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die Werkzeughälften auseinander drückt. Bei zu geringen Schließkräften Voll überspritztes Werkzeug entsteht ein Spalt in der Trennebene In diesen Spalt dringt Material vor Wird im Spalt der Massedruck voll wirksam, vergrößert sich die projizierte Fläche, das Kräftegleichgewicht ist verändert und der Spalt wird weiter gefüllt Werkzeuggröße Verformung Bei Gussprozessen dringen dringt die Schmelze auch in Spalte ein Auch beim Spritzgießen wird Gratbeildung beobachtet Kunststoffschmelzen sind zähflüssig. Die Kapillarwirkung ist nur gering ausgebildet Die Viskosität ität der Masse it ist abhängig von: Dem Grundmaterial (Monomerbaustein) Dem Verzweigungsgrad der Moleküle Der Kettenlänge Der Molmasseverteilung Der Temperatur Der Schergeschwindigkeit Dem Dehnungsanteil der Bewegung Werkzeuggröße Verformung Eine theoretisch fundierte Vorhersage, wann eine Gratbildung einsetzt, ist derzeit nicht möglich Man geht davon aus, dass kritische Spaltweiten für Thermoplaste bei Ursache für Gratbildung vermeiden 0, ,04 mm liegen Für Elastomere und nicht vorvernetzte Duromere sind die kritischen Spaltbreiten deutlich geringer und liegen im Bereich von tausendstel Millimetern. Wirkung der Gratbildung vermeiden 22

23 Werkzeuggröße Verformung Spritzgusswerkzeuge haben Brückenform. Werkzeuggröße Verformung Spritzgusswerkzeuge haben Brückenform. Werkzeuggröße Verformung Spritzgusswerkzeuge haben Brückenform. Werkzeuggröße Verformung Werkzeuggröße Verformung Werkzeuggröße Verformung Spritzgusswerkzeuge haben Brückenform. Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die zu einer Biegung der auswerferseitigen Form- platte führt. Spritzgusswerkzeuge haben Brückenform. Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die zu einer Biegung der auswerferseitigen Form- platte führt. In den entstehenden Spalt dringt Kunststoffschmelze ein es entsteht Formteilgrat Spritzgusswerkzeuge haben Brückenform. Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die zu einer Biegung der auswerferseitigen Form- platte führt. In den entstehenden Spalt dringt Kunststoffschmelze ein es entsteht Formteilgrat 23

24 Werkzeuggröße Verformung Werkzeuggröße Verformung Spritzgusswerkzeuge haben Brückenform. Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die zu einer Biegung der auswerferseitigen Form- platte führt. In den entstehenden Spalt dringt Kunststoffschmelze ein es entsteht Formteilgrat Spritzgusswerkzeuge haben Brückenform. Der wirkende Spritzdruck ruft eine Kraft hervor, die zu einer Biegung der auswerferseitigen Form- platte führt. In den entstehenden Spalt dringt Kunststoffschmelze ein es entsteht Formteilgrat 24