Mehrkomponenten - Kunststoffverarbeitung

Transkript

1 Mehrkomponenten - Übung 1 Grundlagen der Dipl.-Ing. Michael Schreiter

2 Inhalt Spritzgießprozess Rheologie von Kunststoffschmelzen Formfüllverhalten Bindenähte, Schwindung und Verzug Bauteilgestaltung Prozessparameter

3 Spritzgießprozess

4 Rheologie von Kunststoffschmelzen Zwei-Platten-Modell A F Schubspannung: F A y z h Deformation: s x h x Scherrate: v x h

5 Schubspannung Viskosität Rheologie von Kunststoffschmelzen Fließverhalten von Thermoplasten Thermoplaste im schmelzflüssigen Zustand sind gekennzeichnet von einem strukturviskosem Materialverhalten: Viskosität ist abhängig von der Schergeschwindigkeit Schergeschwindigkeiten beim Spritzgießen etwa 10-3 bis 10-4 s -1 dilatant newtonsch dilatant strukturviskos newtonsch Schergeschwindigkeit strukturviskos Schergeschwindigkeit

6 Rheologie von Kunststoffschmelzen Bedeutung des Fließverhaltens in Bezug auf die Formfüllung Vergleich zwischen newtonschen und strukturviskosen Fließen (Rohrprofil) a Newtonsches Fließen (k=1) b Strukturviskoses Fließen (k=3)

7 Rheologie von Kunststoffschmelzen Bedeutung des Fließverhaltens in Bezug auf die Formfüllung Schmelzefluss beim Formfüllvorgang a Schmelzefront (Dehnströmung) b 1 Randschichten beginnen zu erstarren b 2 Erstarrte Randschichten c Schmelzeprofil der plastischen Seele

8 Rheologie von Kunststoffschmelzen Bedeutung des Fließverhaltens in Bezug auf die Formfüllung Faserorientierung

9 Rheologie von Kunststoffschmelzen Bedeutung des Fließverhaltens in Bezug auf die Formfüllung Einflussgrößen auf das Formfüllverhalten Temperatur (Schmelzetemperatur, Werkzeugtemperatur) Einspritzdruck (Einspritzgeschwindigkeit, Anschnittöffnung) Wandstärke Fließweglänge Material

10 Rheologie von Kunststoffschmelzen Formfüllung am Beispiel eines Flugzeug Fensterrahmens (Moldflow-Analyse) Spritzgießkomponente Struktureinleger Insert Spritzgusskomponente PEEK Faserhalbzeug

11 Maschinendaten Einspritzdruck: 180 MPa Schließkraft: 7000 kn Temperatur Werkzeug: 170 C Temperatur Schmelze: 370 C Materialdaten Spritzgusskomponente Handelsname: Hersteller: Grundmaterial: Victrex PEEK 90CA30 (30% Carbon Fiber High Modulus Filled) Victrex USA PEEK Materialdaten Faserhalbzeug Annahme: Victrex PEEK 90CA30 (analog Spritzgusskomponente) Ausgangstemperatur: 300 C Materialdaten Inserts Annahme: Werkzeugstahl P-20 Ausgangstemperatur: 200 C

12 Füllzeit Anschnitt 6x

13 Füllzeit Anschnitt 6x

14 Füllzeit Anschnitt 6x

15 Füllzeit Anschnitt 6x

16 Füllzeit Anschnitt 6x

17 Ungefüllte Kavitätsbereiche Auslaufende Radien am Rippenfuß

18 Bindenähte, Schwindung und Verzug Bindenähte Bindenähte entstehen beim Aufeinandertreffen zweier Schmelzefronten - z.b. bei mehreren Anspritzpunkten - oder Umströmen von Hindernissen Bindenähte - zeichnen sich auf der Oberfläche ab - sind mechanisch weniger stabil - bilden eine kleine Kerbe auf der Oberfläche - lassen sich nicht einfach durch Lackieren kaschieren

19 Bindenähte, Schwindung und Verzug Bindenähte Maßnahmen bei Bindenähten: Bindenähte in nichtsichtbare Bereiche verlegen hohe Schmelzetemperaturen hohe Werkzeugtemperaturen möglichst schnellen Druckanstieg nach dem Zusammentreffen herstellen kurze Füllzeiten optimierte Werkzeugentlüftung hohe und gleichmäßige Nachdruckverteilung

20 Bindenähte, Schwindung und Verzug Schwindung Schwindung = Volumenabnahme des Bauteiles Ursache: Abkühlen der Formmasse beim Herstellprozess, Formteilgestalt bleibt dabei erhalten beim Spritzgießen zwischen 0 und 3 % kann durch Nachdruck reduziert werden (Nachdruck muss wirken können) Verstärkungsfasern verringern Schwindung, Schwindung ungleichmäßig Verzug günstig bei umspritzen von Einlegeteilen Kraftschluss

21 Bindenähte, Schwindung und Verzug Verzug Verzug = Geometrieänderung des Formteiles Ursache: ungleichmäßige Schwindung unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten (WZ-Temperierung) Wanddickenunterschiede und Masseanhäufungen Einfluss durch Verstärkungsfasern Verzug der dünneren Wand Verzug zur zuletzt erstarrten Wand hin

22 Bauteilgestaltung Gestaltungsregeln für Spritzgießbauteile Lunker Lunkerbildung Materialanhäufungen vermeiden!

23 Bauteilgestaltung Gestaltungsregeln für Spritzgießbauteile Rippen Dickere Rippen ziehen Wandungen nach innen Stegbreite a verringern: a 0, 6 s Dünnere Rippen drücken Wandungen nach außen

24 Bauteilgestaltung Gestaltungsregeln für Spritzgießbauteile

25 Prozessparameter Aufgabe: Einfluss von Prozessparametern auf die Formteileigenschaften Parameter Einspritzgeschwindigkeit/-druck Nachdruck Schmelzetemperatur Werkzeugtemperatur Staudruck Umschaltpunkt (zeit-, volumen- o. weggesteuert) Kühlzeit Einfluss auf Viskosität, Füllzeit, Faserorientierung Schwindung Viskosität Viskosität, Formteiloberfläche Schmelzehomogenität Formfüllung Stabilität, Schwindung und Verzug

26 Vielen Dank!