MIES-VAN-DER-ROHE-SCHULE BERUFSKOLLEG FÜR TECHNIK DER STADT AACHEN Fachschule für Technik / Maschinentechnik Thema: Kunststoffspritzgiessen, Beispiel Lego Stein Herstellung Klasse: T2V1 Fach: Fertigungsverfahren Gruppe: Lynen, Stollenwerk Betreuungslehrer: Herr Bartling Wir versichern, dass wir diese Arbeit eigenständig und nur unter Zuhilfennahme der im Anhang angegebenen Hilfsmittel erstellt haben. Datum: 28. Oktober 2005 Unterschrift(en)
MIES-VAN-DER-ROHE-SCHULE BERUFSKOLLEG FÜR TECHNIK DER STADT AACHEN Fachschule für Technik / Maschinentechnik Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG...3 2 KUNSTSTOFFSPRITZGIESSEN...4 2.1 WELCHE KUNSTSTOFF KÖNNE DURCH SPRITZGIESSEN URGEFORMT WERDEN?...4 2.2 WAS SIND THERMOPLASTE?...4 2.3 WIE FUNKTIONIERT KUNSTSTOFFSPRITZGUSS?...5 2.4 WAS FÜR BAUTEILE KÖNNE DURCH KUNSTSTOFFSPRITZGIESSEN URGEFORMT WERDEN?...6 3 DAS GIESSWERKZEUG UND DIE SPRITZGIESSMASCHINE...9 3.1 AUFBAU DES WERKZEUGES...9 3.2 AUFBAU DER MASCHINE...10
1 Einleitung Dieses Referat beschäftigt sich mit dem Thema Kunststoffspritzgiessen. Es soll gezeigt werden wie das Spritzgiessen funktioniert, mit welchen Materialien man Spritzgiessen kann und wie die Werkzeuge beschaffen sein müssen und welche Funktionen diese haben. Der Vorgang des Kunststoffspritzgießens wird am Beispiel der Herstellung von Lego Steinen erklärt. Seite 3 von 10
2 Kunststoffspritzgiessen 2.1 Welche Kunststoff könne durch Spritzgiessen Urgeformt werden? Zum Kunststoffspritzgiessen eignen sich alle Thermoplaste, wie z.b.: - Polyethylen ( PE ) - Polypropylen ( PP ) - Polyvinylchlorid ( PVC ) - Polystyrol ( PS ) - Polycarbonat ( PC ) - Polymethylmethacrylat. - Polyoxymethylen ( POM ) Des Weiteren können auch Duroplaste und Elastomere durch Spritzgiessen urgeformt werden allerdings wird hierbei der Plastifizierzylinder nur grade soweit erwärmt bis das Material ausreichend formbar ist um es in das Werkzeug zu pressen. Bei dieser Art ist das Werkzeug sehr stark erwärmt, da hierbei das Aushärten der Kunststoffe in der Wärme des Pressenwerkzeuges erfolgt. Auf die Verwendung von Thermoplasten werden wir weiter eingehen und die Duroplaste und Elastomere nicht weiter bearbeiten. 2.2 Was sind Thermoplaste? Thermoplaste bestehen aus fadenförmigen Makromolekülen, die keine gegenseitigen Vernetzungsstellen besitzen. Ihre Festigkeit erhalten diese Kunststoffe aus den Reibungskräften und der Verschlingung der Makromoleküle. Bei Raumtemperatur sind die Thermoplaste hart. Mitzunehmender Temperatur werden sie elastisch und bei weiterer Erwärmung plastisch weich und schließlich flüssig. Bei Abkühlung der heißen Kunststoffmasse verändern sie sich vom flüssigen, über den weichen und elastischen Zustand wieder zum harten Material. Fadenförmige Makromoleküle und Abhängigkeit von Festigkeit zur Temperatur Seite 4 von 10
2.3 Wie funktioniert Kunststoffspritzguss? Beim Kunststoffspritzgiessen wird Kunststoffgranulat Kunststoffgranulat in verschiedenen Formen und Einfärbungen erhitzt und unter Druck in eine Hohlform hineingepresst. Das Kunststoffgranulat wird entweder mit einem Trichter zugeführt oder ist direkt mit einer Rohrleitung zum Rohteil Lager verbunden. Aufbau einer Kunststoffspritzanlage Seite 5 von 10
Durch diesen Einfülltrichter, oder der Rohrleitung, wird das Kunststoffgranulat in den Plastifizierzylinder eingeleitet. In diesem Plastifizierzylinder befindet sich eine Schneckenwelle, die mit einem Motor angetrieben wird. Um diesen Plastifizierzylinder befinden sich Heizelemente, die den Zylinder und das Kunststoffgranulat erwärmen. Durch die Drehbewegung der Schnecke wird das Granulat nach vorne transportiert und wird dabei gleichzeitig verdichtet, entgast und erwärmt bis es einen Teigigen Zustand erreicht hat. Dann wird dieser Kunststoffteig durch eine Düse, mit Hilfe des Stoßzylinders, mit hohem Druck in ein Hohlwerkzeug hineingepresst in dem der Kunststoffteig abkühlt und erstarrt. Nach dem Erstarren öffnet sich das Werkzeug und das fertige Teil kann entnommen werden oder wird ausgestoßen. 2.4 Was für Bauteile könne durch Kunststoffspritzgiessen Urgeformt werden? Durch Kunststoffspritzgiessen können sehr komplexe Bauteile in nur einem Arbeitsgang hergestellt werden. So werden z.b. sehr viele Formteile für den Automobilbau durch Kunststoffspritzgiessen hergestellt. Seite 6 von 10
Zentrale Verstelleinheit für Klimaanlagen im KFZ aus ABS, PA und POM Des Weiteren werden auch viele Massenprodukte durch Kunststoffspritzgiessen hergestellt wie z.b. Audio CD`s oder Dübel. Kunststoffdübel aus Polyamid oder auch PET Flaschen. Diese werden durch Blasformen hergestellt. Dabei wird ein vorgefertigtes Gewindestück in eine Maschine aufgenommen und erhitzt. Beim erreichen von ca. 250 C wird nun Luft so lange durch das Gewindestück geblasen bis die Form komplett ausgefüllt ist. Dabei ist es sehr wichtig dass man die genaue Luftmenge beachtet damit die Form komplett ausgefüllt ist. Getränkegefäße aus PET Kunststoff hergestellt im Formblasverfahren Seite 7 von 10
Auch ist es möglich das Endprodukt mit Verstärkungen aus Metall oder anderen Materialien zu versehen, dabei wird das Verstärkungsmaterial vor dem Spritzguss in die Form eingelegt und beim eigentlichen Spritzvorgang vom Kunststoff umflossen, wie z.b. bei Armlehnen für Bürostühlen. Armlehne aus Kunststoff mit Metallverstärkung im inneren und zur Montage Seite 8 von 10
3 Das Giesswerkzeug und die Spritzgiessmaschine 3.1 Aufbau des Werkzeuges Die Werkzeuge für Kunststoffspritzmaschinen werden aus Werkzeugstahl hergestellt. Das Werkzeug besteht aus zwei Teilen. Die eine Hälfte ist fest mit der Maschine verbunden mit den Einlasskanälen für den Kunststoff. Die andere Hälfte ist so gelagert das man sie verschieben kann um das fertige Teil zu entnehmen. In den Hälften ist das Werkstück immer als Negativ abgebildet. Die Werkzeuge werden meist durch Senkerodieren hergestellt oder durch Bearbeitung mit einem CNC Fräszentrum da sie ja die komplizierte Form des Endprodukts im Negative darstellen müssen. So wird z.b. für das Werkzeug von Kunststoffdübeln ein Dübelrohling aus Kupfer erstellt, mit dessen Hilfe das Werkzeug anschließend aus einem Stück Werkzeugstahl erodiert wird. Für die Bohrung im Dübel wird lediglich in der anderen Hälfte des Werkzeuges ein Profilstab, aus Werkzeugstahl, eingesetzt. Sollen jetzt auch seitlich Bohrungen in das Werkstück eingebracht werden so müssen angetriebene Werkzeuge in das Hauptwerkzeug eingebracht werden. Dabei heißt angetriebenes Werkzeug nicht das es sich dreht oder so, sondern das das Werkzeug beim öffnen der Form pneumatisch oder hydraulisch aus dem Hauptwerkzeug herausgefahren wird. Dies muss sein damit das Werkstück entnommen werden kann. Bei Werkstücken, die nach dem Formvorgang aufgrund der Abmaße noch warm sind und nicht völlig erstarrt sind, kommt ein Werkstückträger zum Einsatz, der beim Herausnehmen des Werkstückes eine Verformung ausschließt. Wenn das Werkstück dann komplett erstarrt ist wird der Werkstückträger entfernt und für das nächste Werkstück wiederverwertet. Für diesen Werkstückträger muss in dem Werkzeug eine Arretierung vorhanden sein, die den Träger in seiner Position im inneren des Werkzeuges fixiert. Die Entnahme des Werkstückes kann automatisch passieren mit Hilfe von Entnahmevorrichtungen oder Robotern, oder mit Hilfe von Schwerkraft geschehen. Bei der Entnahme durch Schwerkraft wird das Werkstück entweder durch Druckluft aus der Form geblasen oder ein Stempel des Werkzeuges drückt das Werkstück aus der Form. Bei der Entnahme durch Vorrichtungen oder Robotern fährt die Vorrichtung oder der Roboter in den Arbeitsraum vor das Werkstück und entnimmt das Werkstück aus dem Werkzeug. Bei einigen Anwendungen werden die Werkstücke auch manuell entnommen, wenn sich einen Automatisierung nicht anbietet. Schnitt durch ein Werkzeug Seite 9 von 10
Da Spritzgusswerkzeuge sehr teuer sind lohnt eine Anschaffung nur wenn Massenprodukte gefertigt werden müssen oder wenn der Aufwand für eine manuelle Fertigung zu groß ist. Die Werkzeuge können meistens auch bei Werkstückwechsel weitergenutzt werden, da die Werkzeuge meist durch kleine Änderungen an das neue Produkt angepasst werden können. Spritzgusswerkzeug auf Palette bereit zur Einlagerung 3.2 Aufbau der Maschine Seite 10 von 10