Werkzeugbau für die Kunststoff- Verarbeitung

Transkript

1 Werkzeugbau für die Kunststoff- Verarbeitung Herausgegeben von Dr.-Ing. Klaus Stoeckhert 3., völlig überarbeitete und stark erweiterte Auflage Mitarbeiter: Dr. Wolfgang Hechtl, Ing. Friedrich Heck, Ing. Rolf Hentrich, Ing. Otto Heuel, Richard Kastner, Ing. Günther Kühne, Dipl.-Ing. Armin Kühner, Ing. Hans Merten, Siegfried Miss, Ing. Erik Oebius, Cir.-Ing. Nils Öhrberg, Ing. (grad.) Andreas Oldewurtel, Ing. Otto Plajer, Ing. (grad.) Klaus Rasche, Dipl.-Phys. Arno Rost, Dr. Marvin Rubinstein, Nicholas Sandeman-Allen, Peter Schröer, Paul Schulte, Dr. B. Schumacher, Klaus Träger, Ing. Gerhard Zerkowski Carl Hanser Verlag München Wien 1979

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 Autoren-Anschriften 20 I Werkzeuge für verschiedene Verarbeitungsverfahren 22 1 Spritzgießwerkzeuge Von P. Schröer 22 1 Allgemeines 22 2 Grundsätzlicher Werkzeugaufbau Arbeitsweise Einfach-oder Mehrfach-Werkzeug 22 3 Die verschiedenen Werkzeug-Konstruktionen Allgemeines Artikel ohne Hinterschneidungen Artikel mit äußeren Hinterschneidungen Artikel mit inneren Hinterschneidungen Gewindeausschraubung mit zentraler Steilspindel Gewindeausschraubung mit Planetengetriebe Gewindeentformung durch Schrägschieber Konuswerkzeuge Anspritzen in die Werkzeugtrennebene 32 4 Dreiplatten-Werkzeuge Allgemeines Ausführung I Ausführung II Ausführung III Ausführung IV Ausführung V 35 5 Anguß- und Anschnittarten Allgemeines Kegelanguß Punktanschnitt Vorkammer-Punktanschnitt Schirmanschnitt Ringanschnitt 38

3 Inhaltsverzeichnis Filmanschnitt Tunnelanschnitt 39 6 Verteilerkanäle und Anschnitte bei Mehrfachformen Allgemeines Kanalquerschnitt Reihenverteiler Sternverteiler Verteilerkanäle für Punktanschnitt 41 7 Heißkanal-Spritzgießwerkzeuge Allgemeines Beheizte Verteilerkanäle Selbstisolierende Verteilerkanäle 43 8 Stockwerk-Spritzgießwerkzeuge 44 9 Kühlung Allgemeines Flachkühlung Kernkühlung Auswerfersysteme Allgemeines Auswerferstifte Abstreiferplatten Abstreifen von der Düsenseite Kombinierte Auswerfer Entlüftung Allgemeines Entlüftungsstempel Entlüftungspilz Anguß-Abtrennvorrichtungen Abwandlungen des Spritzgießverfahrens Allgemeines Spritzprägen Werkzeuge für Duroplaste Werkzeuge für Elastomere Werkzeuge für schäumbare Thermoplaste (TSG) Zusammenfassung 54 2 Preß- und Spritzpreß-Werkzeuge Von S.Miss 56 1 Preßwerkzeuge Allgemeines Anforderungen Aufbau eines Preßwerkzeuges Herstellung eines Preßwerkzeuges Senk-Verfahren Werkzeugeinsatz-Ausführung Nachsenken 60

4 8 Inhaltsverzeichnis 2 Spritzpreßwerkzeuge Allgemeines Anforderungen Aufbau eines Spritzpreßwerkzeuges 61 3 Arten von Preßwerkzeugen Handwerkzeug Stammwerkzeug Normal-Preßwerkzeug 63 4 Werkzeugkonstruktionen Füllraumwerkzeug Füllraumwerkzeug mit Abquetschkante Auswerfervorrichtung Mehrfachwerkzeug mit gemeinsamem Füllraum Mehrfachwerkzeug mit Einzelfüllräumen Werkzeug mit seitlichem Kernzug Backenwerkzeug Klappwerkzeug Werkzeug mit Metalleinlegeteilen Abschraubwerkzeug Spritzpreßwerkzeug - Stempel von oben Spritzpreßwerkzeug Stempel von unten Spritzpreßwerkzeug Backenwerkzeug Spritzpreßwerkzeuge für automatische Pressen 78 3 Blaswerkzeuge Von O.Plajer 81 1 Allgemeines Einleitung Einteilung 81 2 Extrusionsblasformen Grundsätzliche Gestaltungsrichtlinien Werkzeug-Werkstoffe Befestigen, Einrichten und Führen des Werkzeugs Werkzeugteilung und Werkzeugeinsätze Schweißkanten und Quetschtaschen Aufblasen und Kalibrieren Oberfläche und Entlüften der Formhöhlung Kühlen von Blaswerkzeug und Blasteil Entformen und Abtrennen der Butzen Gestaltungseinzelheiten für Blaswerkzeuge Verfahrenstechnische Herleitung Gestaltungstechnische Herleitung Integrierte Folgeverfahren Literatur Spritzblasformen und Tauchblasformen Grundsätzliche Gestaltungsrichtlinien Werkzeug-Werkstoffe Befestigen, Einrichten und Führen der Werkzeuge 115

5 Inhaltsverzeichnis Werkzeugteilung und Werkzeugeinsätze Herstellen und Übergeben des Külbels Aufblasen und Kalibrieren Oberfläche, Be-und Entlüften des Werkzeugs Temperieren der Werkzeuge und Kühlen des Blasteils Entformen und Auswerfen Gestaltungseinzelheiten Literatur Warmform-Werkzeuge Von G. Kühne Formverfahren Vakuumformen Tiefziehen mit Streckhelfer Negativ-Überkopfformen Positive Formverfahren Überdruck-Formung Formwerkzeuge Negativ-Werkzeuge Geteilte Negativ-Werkzeuge Positiv-Werkzeuge Positiv-Werkzeuge mit Streckrahmen Streckrahmen Hilfsstempel Mehrfach-Werkzeuge Kombinierte Zieh-und Stanzwerkzeuge Werkzeuge zur Hohlbodenformung Werkzeuge für Flachformteile Werkzeuge zum Warmformen von Polypropylen Absaugöffnungen Vakuum und Toträume Saugleitungen Formenwerkstoffe Holz Schichtpreßstoffe Gips Steinmodellmassen Gießharze Metalle Rotationsform-Werkzeuge Von R. Hentrich Verfahrensbeschreibung Anforderungen an die Werkzeuge Werkzeugherstellung Blechwerkzeuge Leichtmetall-Werkzeuge 160

6 10 Inhaltsverzeichnis 3.3 Galvanoformen Halterungen und Verschlüsse Allgemeines Sonderverfahren Literatur Werkzeuge zum Verarbeiten von Reaktionsharzmassen Von A. Rost Allgemeines und Begriffe Werkzeuge für das Gießverfahren Gießverfahren Gießharzmassen Werkstoffe für Gießformen Gestaltung der Gießformen Neue Entwicklung beim Gießverfahren Verlorene Werkzeuge Einbauteile Phenolgießharze Toleranzen Zusammenfassung Werkzeuge zum Imprägnieren Werkzeuge zum Schleudern Werkzeuge zum Wickeln Werkzeuge zum Laminieren Werkzeuge zum Pressen Werkzeuge zum Schäumen von expandierbarem Polystyrol Von Fr. Heck Was ist expandierbares Polystyrol? Verarbeitung Allgemeines Dampfstoßverfahren Dampfglockenverfahren Dampflagerungsverfahren Trockenschäumverfahren Heißwasserverfahren Bandschäumverfahren Werkzeugbau Materialanforderungen Werkzeuge für das Dampfstoßverfahren Werkzeuge für das Dampflagerungsverfahren Werkzeuge für das Heißwasserverfahren Polyesterharz-Werkzeuge Formwerkzeuge für automatische Formschäummaschinen Werkzeughöhlung 201

7 Inhaltsverzeichnis Dampfkammer Dampfkammer-Unterteile Dampfführung Formenaufspannfläche Mehrfach-Werkzeuge Allgemeines Lebensdauer der Werkzeuge Formtrennmittel Sicherheitsmaßnahmen 204 II Werkzeug-Werkstoffe Stähle Von K. Rasche Stahlauswahl Einsatzstähle Nitrierstähle Vergütete Stähle Durchhärtende Stähle Korrosionsbeständige Stähle Martensitaushärtbare Formenstähle Hartstoff-Legierungen Zusatzwerkzeuge für den Werkzeugbau Werkzeuge aus Stahlguß Wärmebehandlung von Stählen Wärmebehandlungsgerechte Konstruktion Spannungsarmglühen Vorwärmen auf Behandlungstemperatur Gefügearten und ihr spezifisches Volumen Wärmebehandlung der Einsatzstähle Wärmebehandlung der Nitrierstähle Wärmebehandlung der vergüteten Stähle Wärmebehandlung der durchhärtenden Stähle Wärmebehandlung der korrosionsbeständigen Stähle Wärmebehandlung der martensitaushärtbaren Sonderstähle Wärmebehandlung pulvermetallurgisch hergestellter Sonderstähle Oberflächenbehandlungsverfahren Aufkohlen Nitrieren Borieren Beschichten mit Titankarbid Elektrofunkenverfestigen Hartverchromen und Vernickeln Physikalische Eigenschaften Werkzeugherstellung 234

8 12 Inhaltsverzeichnis 6.1 Elektrofunkenerosion Polieren Bronzen Von H. Merten Eigenschaften Ausreichend hohe Festigkeit (Härte) Hohe Wärmeleitfähigkeit Hohe Werkzeug-Standzeiten Hohe Wärme-Eindringfähigkeit Gute Verformbarkeit Mechanische Bearbeitung Fräsen Drehen Bohren Aufreiben Gewindebohren Schleifen Kühlen Gießen Oberflächen Oberflächenqualitäten Oberflächenreaktionen Oberflächenveredelung Andere Verfahren Funkenerosive Bearbeitung Fotomechanische Strukturierung Reparaturen, Korrekturen Zusammenfassung Leichtmetall Von G. Zerkowski Einleitung Eigenschaften der Legierung AlZnMgCu Zugfestigkeit Warmfestigkeit Druckfestigkeit Kernfestigkeit Härte Qualität und Reinheit Wärmeleitfähigkeit Dichte Korrosionsbeständigkeit Bearbeitung Spanbarkeit Maschinen und Werkzeuge Feinbearbeiten Polieren 260

9 Inhaltsverzeichnis Korrekturen und Reparaturen Maßhaltigkeit, Verzug Oberflächenbehandlung Allgemeines Hartanodisieren Hartverchromen Vernickeln Anwendungen Gestaltung Abmessungen und Verfügbarkeit Herstellen von Werkzeugen Werkzeug-Standzeit Fallstudien Einflüsse auf Qualität und Stückzahl Werkstoffkosten Zinklegierungen Von H. Merten Verwendung im Werkzeugbau, Allgemeines Zinklegierungen im Bau von Nullserien-Werkzeugen Zinklegierungen für Klein- und Vorserien Zinklegierungen für Serien-Werkzeuge Bearbeiten von Zinklegierungen Konventionelle Bearbeitung Fräsen Drehen Bohren Gewindebohren Reiben Formung durch Gießen Oberflächenveredelung Oberflächenstrukturierung Temperieren Reparaturen Reaktionsharzmassen als Formenbau-Werkstoff Von A. Rost Allgemeines Hinterfüllte Werkzeuge Modellbehandlung Trennschicht 276

10 14 Inhaltsverzeichnis 2.3 Oberflächenschicht Hinterfüllung Nicht hinterfüllte Werkzeuge Modell, Modellbehandlung, Trennschicht und Oberflächenschicht Laminierschicht Verstärkungen Weitere Verwendung Verarbeitungsrichtlinien Siliconkautschuk Von Dr. W. Hechtl und R. Kastner Kaltvulkanisierender Zweikomponenten-Siliconkautschuk Ausgangsprodukt und Vulkanisation Die Masse Härter Einarbeiten des Härters Verarbeitungs- und Vulkanisationszeit Nachbehandeln des Vulkanisats Eigenschaften des Vulkanisats Mechanische Eigenschaften Trennwirkung Verbund mit anderen Werkstoffen Abformgenauigkeit Schrumpfung Wärmebeständigkeit Die Modelle und ihre Vorbereitung Der Formenbau Einteilige Formen Mehrteilige Formen Anwendung von Siliconkautschukformen Gießharze Polyurethan-Hart-und Weichschaum Wachse Hochfrequenz-Prägeverfahren Keramik- und Porzellanindustrie Galvanoformen Metallabgüsse Bauwesen, Denkmalspflege 293 IM Herstellungs- und Bearbeitungsverfahren Werkzeuge aus Leichtmetall- und Bronzeguß Von H. Merten 294

11 Inhaltsverzeichnis 15 1 Abwägung Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen Technische Probleme bei gegossenen Formen Toleranzen Oberflächenqualität und-behandlung gegossener NE-Metalle Oberflächenveredelung Temperiersysteme Gießverfahren Sandguß Keramikguß Preßgußverfahren Vergossene Metalle Galvanisch gefertigte Formnester und Formschalen Von R. Hentrich Allgemeines Verfahrensbeschreibung Galvanowerkstoffe Modellwerkstoffe und Modellgestaltung Endbearbeitung und Einbau Wirtschaftlichkeit und Standzeit Probleme des Galvanoformens Kantenschwäche Reparaturen Galvanoformen für die verschiedenen Kunststoffverarbeitungsverfahren Werkzeuge für die Verarbeitung von PUR-Integralschaum Formschalen für die Fertigung von GFK-Teilen Laminierformen für die Flugzeugindustrie Vakuumformen für die Gummiindustrie Kupferelektroden Die Bedeutung der Funkenerosion im Werkzeugbau Von Dr. B. Schumacher Der Charakter der Funkenerosion Physikalische Grundlagen der Funkenerosion Aufbau von Erosionsanlagen Anwendungsbeispiele Technologische Besonderheiten und Gesichtspunkte für die Arbeitsplanung beim Funkenerodieren Schlußbetrachtung 347

12 16 Inhaltsverzeichnis 17 Erosionselektroden - ein Engpaß der Funkenerosionsteclinik Von E. Oebius 348 IV Nachbehandlungsverfahren Oberflächen-Veredelungsverfahren VonA. Oldewurtel Einleitung Angebot der Oberflächenbehandlungsverfahren Beschreibung der Verfahren Nitrieren Hartverchromen Vernickeln CVD-Technik Elektrofunkenverfestigen Borieren Auswahl der geeigneten Behandlung Zusammenfassung Polieren von Werkzeugstählen Von N. Öhrberg Allgemeines Was ist Oberflächenrauhigkeit? Die gebräuchlichsten Schleif- und Poliermittel Faktoren, die die Polierbarkeit beeinflussen Praktische Ratschläge für das Schleifen von Werkzeugen Praktische Ratschläge für das Polieren von Werkzeugen Beispiele für die Arbeitsgänge Einzelprobleme Verlangen unterschiedliche Stahlqualitäten unterschiedliche Polierverfahren? Oberflächen-Gleichmäßigkeit nach der Wärmebehandlung Überpolieren Apfelsinenhaut" Nadelstich-Flecken Oberflächenstrukturierung von Werkzeugen für die kunststoffverarbeitende Industrie Von N. Sandeman-Allen Allgemeines Beschreibung des Verfahrens Werkzeug-Arten, Oberflächen-Konturen und Dessin-Arten Metalle, die genarbt werden können 394

13 Inhaltsverzeichnis 17 5 Vorbereitung der Werkzeuge Änderungen und Reparaturen Grenzen des chemischen Strukturierens Entformen Angebote und Lieferzeit Hartverchromen Von P. Schulte Metallspritzen mit niedrig schmelzenden Legierungen Von K. Träger Prinzip des Metallspritzens Temperaturen Cerro-Legierungen Eigenarten des Metallspritzens Arbeitsweise mit der Pistole Verfahrensbeschreibung Füllen und Spritztechnik Anwendungsbereiche Herstellen von Werkzeugen Abdecken und Maskieren Führungen Trennen Vorwärmen Spritzen Kosten Elektro-Funkenverf estigen Von A.Kühner Einleitung Prinzip des Elektrofunkenverfestigens Einfluß der Verfahrens-Parameter auf Dicke und Oberflächenbeschaffenheit der Schicht Anwendung bei Kunststoff-Werkzeugen Praktische Beispiele Selektives Auftragen von Metallen für Reparatur und Schutz von Werkzeugen Von Dr. M. Rubinstein Allgemeines Das Selectron-Verfahren Verwendungsgebiete in der Kunststoffindustrie Verarbeiten halogenhaltiger Kunststoffe Reparaturen 422

14 18 Inhaltsverzeichnis 3.3 Korrosionsschutz Markieren Wieder-auf-Maß-Bringen von Kernstiften oder Buchsen Verschiedene Anwendungen Spritzgießwerkzeuge Bedrucken und Kalandern Maschinenwartung Einige Sonderfragen 426 V Verschiedenes Werkzeug-Normalien Von O. Heuel Normalien allgemein Normalien für den Werkzeugaufbau Stammwerkzeuge Baukastenelemente Führungssysteme Stähle Backenwerkzeuge Zentrierelemente Normalien für den Angußbereich Anguß-und Haltebuchsen Pneumatikdüsen Beheizte Düsen Heißkanalsysteme Nadelventile Massefilter Normalien zum Entformen Auswerferstifte und-hülsen Steilgewindespindeln Fallkerne Rückzug- und Rückdruckeinrichtungen Klinkenzüge Normalien für sonstige Anwendungsbereiche Normalien zum Temperieren Elektrische Heizelemente Regelgeräte Armaturen für flüssige Temperier-Medien Schläuche Verschlußstopfen Spiralkerne Kühlstifte Temperierschutzplatten Werkzeugwartung Von E. Oebius 466

15 Inhaltsverzeichnis Normalisieren von Werkzeugen Von Dr. B. Schumacher Ansatzpunkte für Normalisierungsbestrebungen Beispiele für Normalisation durch Änderung von Konstruktion und Fertigungsverfahren Einflüsse auf die Organisation und den Fertigungsablauf Checkliste für Werkzeugbestellungen Von O. Heul Rationeller Werkzeugbau Von E. Oebius 495 Stichwortverzeichnis 499