Beaumont Optimale Auslegung von Anguss und Angusskanal

Spritzgießwerkzeuge erfolgreich einsetzen
1. Auflage 2012
ISBN: 978-3-446-42879-9
Verlag: Hanser, Carl
Format: PDF
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 426 Seiten

Obwohl das Angusssystem einen starken Einfluss auf den Spritzgießprozess hat, wird für die Auslegung seiner Komponenten meistens ein relativ geringer Zeit- und Kostenaufwand betrieben. Auch in der Fachliteratur zum Spritzgießen wird die Gestaltung des Angusssystems und dessen Bedeutung oftmals nur am Rande behandelt. Diese Informationslücke wird mit dem Buch "Auslegung von Anguss und Angusskanal", das nun erstmals in deutscher Übersetzung vorliegt, geschlossen.Zunächst werden die rheologischen Eigenschaften der Kunststoffschmelze anschaulich und praxisnah erläutert. Schritt für Schritt entstehen daraus Strategien für die Gestaltung des Angusssystems und der Anschnittposition. Das Buch beschreibt präzise und detailliert die zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten bei Kaltkanal- und Heißkanalsystemen. Damit bietet es dem Leser eine unabhängige Betrachtung von Heiß- und Kaltkanalsystemen, ohne ein Urteil zu fällen, welches System sich am besten für eine bestimmte Anwendung eignet. Außerdem enthält das Buch einen umfangreichen, praxisorientierten Leitfaden zur Fehlerbehebung beim Spritzgießen.

Autoren/Hrsg.

Beaumont, John

Weitere Mitwirkende

Sambale, Harald

Inhaltsverzeichnis

1;Inhalt;6
2;Vorwort;14
3;1. Überblick über Angusssysteme und Anschnittpositionierung;20
3.1;1.1? Angusssysteme in der ­primären Trennebene;20
3.2;1.2? Angusssysteme in einer parallelen Trennebene;21
3.2.1;1.2.1?Kaltkanalsysteme;21
3.2.2;1.2.2?Heißkanalsysteme;22
3.3;1.3? Kombinationen aus Heiß- und Kaltkanalsystemen;23
3.4;1.4? Gestaltung des Anschnitts;23
4;2. Rheologie der Kunststoffe;26
4.1;2.1?Vergleich von laminarer und turbulenter Strömung;26
4.2;2.2?Quellströmung;28
4.3;2.3?Einflussfaktoren der Viskosität;29
4.3.1;2.3.1?Viskositätsmodelle;30
4.3.2;2.3.2?Nicht-newtonsche Fluide;32
4.3.3;2.3.3?Temperatur;34
4.3.4;2.3.4?Druck;35
4.4;2.4?Kompressi­bi­lität der Schmelze;35
4.5;2.5?Bestimmung der Fließ­eigen­schaften der Schmelze;36
5;3. Einfluss des Füll- und Verdichtungsvorgangs auf das Material und das Formteil;42
5.1;3.1? Einfluss der Verarbeitung auf die Viskosität;42
5.1.1;3.1.1? Thermisches Gleichgewicht der Schmelze – Wärmeverlust durch Wärmeleitung und Schererwärmung;43
5.1.2;3.1.2?Entwicklung einer erstarrten Randschicht;45
5.2;3.2? Einflussfaktoren beim Materialabbau von Kunst­stoffen;46
5.2.1;3.2.1?Übermäßige Scherbelastung;47
5.2.2;3.2.2?Übermäßige Temperaturbelastung;49
5.3;3.3? Einfluss der Füllgeschwindig­keit auf den Fülldruck;50
5.4;3.4? Nachdruck- oder Verdichtungs­phase;52
5.4.1;3.4.1? Thermische Schwindung bei Abkühlen des Kunststoffs;52
5.4.2;3.4.2? Ausgleich der volumetrischen Schwindung durch Kompensationsströmung;53
5.4.3;3.4.3? Druckverteilung während der Verdichtungs­phase;54
5.4.4;3.4.4? Einfrieren des Anschnitts;55
5.5;3.5? Auswirkungen der Schmelze­strömung auf das Material und das Formteil;56
5.5.1;3.5.1?Schwindung;56
5.5.1.1;3.5.1.1?Volumenschwindung;57
5.5.1.2;3.5.1.2?Schwindung durch Orientierung;59
5.5.2;3.5.2? Entwicklung von Eigenspannungen und Verzug;63
5.5.2.1;3.5.2.1? Verzug und Eigenspannungen durch ungleich­mäßige Schwindung der Bauteilseiten;64
5.5.2.2;3.5.2.2? Verzug und Eigenspannungen durch ungleich­mäßige Schwindung in bestimmten Bereichen;65
5.5.2.3;3.5.2.3? Verzug und Eigenspannungen durch ungleich­mäßige Schwindung aufgrund von Orientierung;65
5.5.3;3.5.3? Einfluss der Orientierung auf die physikalischen Eigenschaften;66
5.6;3.6?Tempern von Formteilen;66
5.7;3.7?Zusammenfassung;67
6;4. Auswahl des Anspritzpunkts und Spritzgießstrategien;72
6.1;4.1? Überlegungen zur Auswahl des Anspritzpunkts;72
6.2;4.2? Gestaltungs- und Verfahrens­richtlinien für das Spritzgießen;75
6.2.1;4.2.1? Bauteilgestaltung mit gleichbleibender Wanddicke;75
6.2.2;4.2.2? Anwendung allgemeiner Richtlinien für die Gestaltung von Spritzgießteilen;77
6.2.3;4.2.3? Vermeidung der Schmelzeströmung aus dünnen Bereichen in dicke Bereiche;78
6.2.4;4.2.4? Aufbau eines einfachen Strömungsmusters in der Kavität;79
6.2.5;4.2.5? Vermeidung von Lufteinschlüssen;82
6.2.6;4.2.6?Filmscharniere;84
6.2.7;4.2.7?Balancierte Füllung des Werkzeugs;87
6.2.7.1;4.2.7.1?Lage des Anschnitts innerhalb einer Kavität;87
6.2.7.2;4.2.7.2?Mehrfachwerkzeuge;92
6.2.8;4.2.8? Gleichmäßige Werkzeug- und Schmelze­temperaturen;94
6.2.9;4.2.9?Vermeidung von Fließnähten;95
6.2.10;4.2.10?Vermeidung von Fließverzögerung;97
6.2.11;4.2.11? Begrenzung der Reibungswärme der Schmelze;98
6.2.12;4.2.12? Minimierung des Volumens der Anguss­kanäle bei Kaltkanalsystemen;99
6.2.13;4.2.13?Vermeidung übermäßiger Scherung;100
6.2.14;4.2.14? Vermeidung übermäßiger Scherspannungen, Erzeugung gleichmäßiger Scherspannungen;102
7;5. Systeme zur Verteilung der Schmelze im Werkzeug;104
7.1;5.1? Grundlagen für die Gestaltung von Fließkanälen;104
7.2;5.2? Übersicht des Schmelzeverteilungssystems;105
7.2.1;5.2.1?Maschinendüse;107
7.2.1.1;5.2.1.1?Filterdüsen;108
7.2.1.2;5.2.1.2?Statische Mischer;109
7.2.2;5.2.2?Angusskegel;109
7.2.3;5.2.3?Angussverteiler;109
7.2.4;5.2.4?Anschnitt;110
7.3;5.3? Schmelzeströmung im Schmelzeverteilungssystem;110
7.3.1;5.3.1? Aufbereitung der Schmelze in der Spritzgießmaschine;110
7.3.1.1;5.3.1.1?Druckaufbau durch die Spritzgießmaschine;111
7.3.1.2;5.3.1.2?Strömung durch ein Angusssystem;113
7.3.2;5.3.2? Einfluss der Temperatur auf die Schmelzeströmung;114
7.3.2.1;5.3.2.1?Temperatur der Schmelze;114
7.3.2.2;5.3.2.2?Werkzeugtemperatur;115
7.3.3;5.3.3?Vergleich von Kalt- und Heißkanalsystemen;116
7.3.4;5.3.4? Druckverlust innerhalb des Schmelzeverteilungssystem (Düse, Angusskegel, Angusskanal, Anschnitt und Kavität);116
7.4;5.4?Simulation des Füllvorgangs;118
7.5;5.5? Querschnitt des Angusssystems;120
7.5.1;5.5.1?Effizienz des Angusskanals;120
7.5.2;5.5.2?Druckverlauf im Angusssystem;121
7.5.2.1;5.5.2.1? Vergleich der Strömung in Heiß- und Kaltkanalsystemen;122
7.5.3;5.5.3? Einfluss des Angusssystems auf die Zykluszeit;122
7.5.3.1;5.5.3.1? Kühlzeit des Kaltkanalsystems und des Angusskegels;122
7.5.3.2;5.5.3.2?Heißkanalsysteme;123
7.5.4;5.5.4? Gegenüberstellung von Angusssystemen mit konstantem und variablem Durchmesser;123
7.6;5.6? Gestaltung des Angusssystems für scher- und temperaturempfindliche Materialien;126
7.7;5.7?Auslegung des Angusssystems;127
7.7.1;5.7.1?Geometrisch balancierte Angusssysteme;128
7.7.2;5.7.2? Geometrisch nicht balancierte Angusssysteme;129
7.7.3;5.7.3? Vergleich des Angusssystems mit Reihenanordnung mit dem geometrisch balancierten Angusssystem;129
7.7.3.1;5.7.3.1?Fließwegverhältnis;131
7.7.3.2;5.7.3.2? Abweichungen der Schmelzeeigenschaften in unbalancierten Werkzeugen;132
7.7.3.3;5.7.3.3?Künstliche Balancierung von Angusssystemen;133
7.7.3.4;5.7.3.4? Reduziert ein künstlich balanciertes Angusssystem das Angussvolumen?;134
7.7.4;5.7.4?Familienwerkzeuge;137
8;6. Ungleichmäßige Schmelzeeigenschaften in Mehrfachwerkzeugen;140
8.1;6.1? Ursachen für ungleichmäßige Werkzeugfüllung;141
8.1.1;6.1.1? Ungleichgewichte, die durch das Angusssystem entstehen;141
8.1.2;6.1.2? Ungleichgewichte, die nicht durch die Auslegung des Angusssystems verursacht werden;143
8.2;6.2? Auswirkungen der Ungleichgewichte auf den Prozess, die Produkteigenschaften und die Produktivität;147
8.3;6.3? Scherinduzierte Ungleichgewichte in geometrisch balancierten Angusssystemen;153
8.3.1;6.3.1? Entstehung und Aufteilung abweichender Schmelzeeigenschaften in einem Angusssystem;153
8.3.2;6.3.2? Ungleichmäßige Kavitätenfüllung durch Aufteilung von Schmelzeschichten in verzweigten Angusssystemen;154
8.3.3;6.3.3? Scherinduzierte Ungleichgewichte in der Schmelze in Etagenwerkzeugen;158
8.3.4;6.3.4? Entstehung von Abweichungen innerhalb einer Kavität;158
8.3.4.1;6.3.4.1?Verzug;160
8.3.4.2;6.3.4.2?Kernversatz;161
8.3.4.3;6.3.4.3? Auswirkungen auf konzentrische Teile;162
8.3.5;6.3.5? Alternative Theorien zur Ursache der Ungleichgewichte bei der Formfüllung;163
8.3.5.1;6.3.5.1?Ungleichmäßige Werkzeugkühlung;163
8.3.5.2;6.3.5.2?Werkzeugdurchbiegung;164
8.3.5.3;6.3.5.3?Auswirkungen von Ecken;165
8.3.5.4;6.3.5.4? Schmelzedruck als Ursache ungleichmäßiger Füllung;165
8.4;6.4? Auslegung von Angusssystemen;166
8.4.1;6.4.1? Bestimmung verschiedener Fließgruppen in geometrisch balancierten Angusssystemen;166
8.4.2;6.4.2? Scheinbar geometrisch balancierte Angusssysteme;168
8.5;6.5? Auswirkungen scherinduzierter Abweichungen der Schmelzeeigenschaften auf zweistufige Spritzgießverfahren;169
8.5.1;6.5.1?Gas-Innendruck-Spritzgießen;170
8.5.2;6.5.2?Zwei-Komponenten-Spritzgießen;172
8.5.3;6.5.3? Spritzgießen von geschäumten Kunststoffen;172
8.6;6.6? Kosten durch ungleichmäßige Schmelzeeigenschaften;174
9;7. Erfolgreiches Spritzgießen trotz scherinduzierter Abweichungen der Schmelzeeigenschaften;178
9.1;7.1?Statische Mischer;178
9.2;7.2?Künstliche Balancierung;181
9.2.1;7.2.1? Gleichmäßige Füllung durch Anpassung der Größen von Fließkanälen und Anschnitten;181
9.2.2;7.2.2? Gleichmäßige Füllung durch Anpassung der Temperaturen;182
9.3;7.3? Schmelze-Rotations-Technik;183
9.3.1;7.3.1? Schmelze-Rotations-Technik in Heißkanalwerkzeugen;189
9.3.2;7.3.2? Schmelze-Rotations-Technik in Kaltkanalwerkzeugen;191
9.3.3;7.3.3? Schmelze-Rotations-Technik bei Ungleichgewichten innerhalb einer Kavität;192
9.3.4;7.3.4? Mehrachsige Symmetrien in der Schmelze;193
9.3.5;7.3.5? Verstellbares rheologisches Kontrollsystem (In-Mold Adjustable Rheological Control, iMARC);196
9.3.5.1;7.3.5.1?3D-Spritzgießen;196
9.4;7.4? Schmelze-Rotations-Technik zur Regelung zweistufiger Spritzgießverfahren;200
9.5;7.5? Steuerung des Verzugs durch Schmelze-Rotations-Technik;202
9.5.1;7.5.1?Entstehung des Verzugspotentials;205
9.5.2;7.5.2? Kontrollierter Verzug durch Schmelze-Rotations-Technik;207
9.5.3;7.5.3?Neue Anwendungen für das 3D-Molding;211
10;8. Kaltkanalwerkzeuge;214
10.1;8.1?Angusskegel;216
10.1.1;8.1.1?Kalter Angusskegel;216
10.1.2;8.1.2?Heißer Angusskegel;220
10.2;8.2?Kaltkanalsysteme;221
10.2.1;8.2.1? Wichtige Überlegungen zur Bearbeitung des Kaltkanalsystems;223
10.2.2;8.2.2?Dimensionierung von Fließkanälen;224
10.2.3;8.2.3?Entlüftung;225
10.2.4;8.2.4?Auswerfen des Angusssystems;226
10.2.4.1;8.2.4.1?Angusszieher;226
10.2.4.2;8.2.4.2?Sekundäre Angusskegel;226
10.2.4.3;8.2.4.3?Angusskanäle;227
10.2.5;8.2.5?Pfropfenfänger;228
10.3;8.3? Angusssysteme für Dreiplattenwerkzeugen mit Kaltkanalsystem;229
10.4;8.4?Anschnittgestaltung;232
10.4.1;8.4.1?Stangenanguss;234
10.4.2;8.4.2?Seitenanschnitt;235
10.4.3;8.4.3?Bandanschnitt;236
10.4.4;8.4.4?Filmanschnitt;237
10.4.5;8.4.5?Ringanschnitt;238
10.4.6;8.4.6?Schirmanschnitt;239
10.4.7;8.4.7?Tunnelanschnitt;240
10.4.8;8.4.8?Gebogener Tunnelanschnitt;242
10.4.9;8.4.9?Innen liegender Tunnelanschnitt;243
10.4.10;8.4.10?Punktanschnitt;243
10.4.11;8.4.11?Meißelförmiger Anschnitt;243
10.4.12;8.4.12?Anschnitt mit Überlauf;244
10.5;8.5? Einfluss des Anschnittdurchmessers bei Mehrfachwerkzeugen;244
10.5.1;8.5.1?Untersuchung 1;245
10.5.2;8.5.2?Untersuchung 2;246
10.5.3;8.5.3?Messtoleranzen;248
11;9. Heißkanalwerkzeuge;254
11.1;9.1?Übersicht;254
11.1.1;9.1.1? Vor- und Nachteile von Heißkanalsystemen;255
11.1.1.1;9.1.1.1?Vorteile von Heißkanalsystemen;256
11.1.1.2;9.1.1.2?Nachteile von Heißkanalsystemen;259
11.1.1.3;9.1.1.3? Zusammenfassung der Merkmale verschiedener Angusssysteme;262
11.2;9.2? Vergleich der Heißkanalsysteme für Mehrfachwerkzeuge;263
11.2.1;9.2.1? Außenbeheizung von Verteiler und Düsen;264
11.2.2;9.2.2? Extern beheizter Verteiler mit innenbeheizter Düse;265
11.2.3;9.2.3?Innenbeheizung von Verteiler und Düse;266
11.2.4;9.2.4?Isoliertes Verteiler- und Düsensystem;267
11.3;9.3?Etagenwerkzeuge;269
12;10. Gestaltung des Fließkanals bei Heißkanalsystemen;272
12.1;10.1? Gestaltungregeln für balanciertes Spritzgießen;273
12.2;10.2?Querschnittsform;274
12.3;10.3?Ecken;275
12.4;10.4?Einfluss des Durchmessers;276
12.4.1;10.4.1?Druck;276
12.4.2;10.4.2?Regelung des Einspritzvorgangs;279
12.4.3;10.4.3?Farbwechsel;281
12.4.4;10.4.4?Materialwechsel;284
13;11. Düsen und Anschnitte für Heißkanalsysteme;286
13.1;11.1?Heißkanaldüsen;287
13.1.1;11.1.1?Außenbeheizte Düsen;287
13.1.2;11.1.2?Innenbeheizte Düsen;288
13.1.3;11.1.3?Wärmeleitende Düsen;289
13.2;11.2?Punktanschnitte;290
13.3;11.3? Überlegungen zur Gestaltung des Anschnitts;292
13.3.1;11.3.1?Einfrieren des Anschnitts;292
13.3.2;11.3.2?Fadenbildung und Nachtropfen;293
13.3.3;11.3.3?Verdichtung;294
13.3.4;11.3.4?Mechanische Verschlussdüsen;296
13.3.4.1;11.3.4.1?Sequentielle Nadelverschlussdüsen;299
13.3.5;11.3.5?Anschnitte mit thermischem Verschluss;300
13.3.6;11.3.6?Heißer Seitenanschnitt;300
13.3.7;11.3.7?Düsen mit mehreren Spitzen;301
14;12. Thermische Auslegung von Heißkanalsystemen;302
14.1;12.1?Heizelemente;302
14.1.1;12.1.1?Heizwendeln;303
14.1.2;12.1.2?Heizbänder;304
14.1.3;12.1.3?Rohrheizkörper;304
14.1.4;12.1.4?Heizpatronen;305
14.1.5;12.1.5?Wärmerohr-Technik;306
14.2;12.2?Temperaturregelung;307
14.2.1;12.2.1?Thermoelemente;307
14.2.2;12.2.2?Temperaturregler;308
14.3;12.3?Strombedarf;309
14.4;12.4? Thermische Isolation von Heißkanalsystemen;311
14.5;12.5? Temperaturregelung am Anschnitt;313
14.5.1;12.5.1?Anschnittheizung;314
14.5.2;12.5.2?Anschnittkühlung;315
15;13. Mechanische Aspekte beim Betrieb von Heißkanalsystemen;316
15.1;13.1?Montage und Leckage;316
15.1.1;13.1.1?Auslegung des Systems;317
15.1.2;13.1.2? Bearbeitung und Montage von Heißkanalsystemen;320
15.2;13.2? Verformung des Werkzeugs und der Maschine;325
15.3;13.3? Vorgehensweisen bei der Inbetriebnahme;327
15.4;13.4?Farb- und Materialwechsel;328
15.5;13.5?Anschnitte;329
15.5.1;13.5.1?Angussrest;329
15.5.2;13.5.2?Verstopfung;330
15.5.3;13.5.3?Verschleiß;331
15.6;13.6?Wartung;331
16;14. Vorgehensweise bei der ­Gestaltung des Angusssystems – Zusammenfassung;332
16.1;14.1?Anzahl der Anschnitte;332
16.2;14.2? Position des Anschnitts am Bauteil;333
16.2.1;14.2.1?Ästhetik;333
16.2.2;14.2.2? Einfluss auf Schwindung, Verzug und Eigenspannungen;333
16.2.2.1;14.2.2.1?Orientierung;333
16.2.2.2;14.2.2.2? Volumenschwindung in einzelnen Bauteil­bereichen;334
16.2.2.3;14.2.2.3?Ungleichmäßige Füllung;335
16.2.3;14.2.3?Strukturelle Aspekte;336
16.2.3.1;14.2.3.1?Spannungen im Anschnittbereich;336
16.2.3.2;14.2.3.2?Fließorientierung;336
16.2.4;14.2.4?Anspritzen an schwer zugänglichen Stellen;337
16.3;14.3?Anordnung der Kavität;337
16.4;14.4?Material;337
16.5;14.5?Freistrahlbildung;338
16.6;14.6? Dicke und dünne Bereiche des Spritzgießteils;338
16.6.1;14.6.1?Volumenschwindung;339
16.6.2;14.6.2?Fließverzögerung;339
16.7;14.7?Anzahl der Kavitäten;339
16.8;14.8?Produktionszahlen;340
16.9;14.9?Präzisionsspritzgießen;340
16.10;14.10?Farbwechsel;340
16.11;14.11?Materialwechsel;341
16.12;14.12?Einmahlen von Angüssen;342
16.13;14.13?Dicke der Spritzgießteile;342
16.13.1;14.13.1?Dünnwandige Spritzgießteile;342
16.13.2;14.13.2?Dickwandige Spritzgießteile;343
16.14;14.14?Größe des Spritzgießteils;343
16.15;14.15?Erfahrung der Mitarbeiter;344
16.16;14.16? Handhabung nach dem Spritzgießen;344
16.17;14.17? Spannungsprobleme im Bauteil und im Anschnitt;345
16.18;14.18? Kombination von Heißkanal- und Kaltkanalsystemen;345
16.19;14.19? Zweistufige Spritzgießverfahren;346
17;15. Fehlerbehebung;348
17.1;15.1?5 Step Process;349
17.1.1;15.1.1? Scherinduzierte Ungleichgewichte in geometrisch balancierten Angusssystemen;349
17.1.2;15.1.2?Abweichungen im Werkzeug;350
17.1.3;15.1.3?Kühlwirkung;351
17.1.4;15.1.4?Heißkanalsysteme;351
17.1.5;15.1.5?Zusammenfassung der Versuchsergebnisse;351
17.1.6;15.1.6?Anwendung des 5 Step Process;352
17.2;15.2? Leitlinien zur Problembehandlung beim Spritzgießen;355
17.3;15.3? Einrichtung des Spritzgießprozesses in zwei Stufen;398
17.4;15.4?Übersetzungsverhältnis;413
17.5;15.5? Beschreibung des Fließverhaltens in einem Spritzgießwerkzeug;414
17.6;15.6? Liste amorpher und teilkristalliner Kunststoffe;415
18;Index;418

Leseproben

1 Überblick über Angusssysteme und Anschnittpositionierung2 Rheologie der Kunststoffe3 Einfluss des Füll- und Verdichtungsvorgangs auf das Material und das Formteil4 Auswahl des Anspritzpunktes und Spritzgießstrategien5 Systeme zur Verteilung der Schmelze im Werkzeug6 Ungleichmäßige Füllung und Schmelzeeigenschaften in Mehrfachwerkzeugen7 Erfolgreiches Spritzgießen trotz scherinduzierter Abweichungen der Schmelzeeigenschaften8 Kaltkanalwerkzeuge9 Heißkanalwerkzeuge10 Gestaltung des Fließkanals bei Heißkanalsystemen11 Düsen und Anschnitte für Heißkanalsysteme12 Thermische Auslegung von Heißkanalsystemen13 Mechanische Aspekte beim Betrieb von Heißkanalsystemen14 Vorgehensweise bei der Gestaltung eines Angusssystems (Anschnitt und Fließkanal) - Zusammenfassung15 Fehlerbehebung

Über Autor(innen)

Prof. John Beaumont ist am Behrendt College der Penn State University tätig und leitet außerdem eine erfolgreiche Beratungsfirma in den USA (Beaumont Technologies Inc.).