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Optimale Auslegung von Anguss und Angusskanal

Spritzgießwerkzeuge erfolgreich einsetzen

AutorJohn Beaumont
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2012
Seitenanzahl426 Seiten
ISBN9783446428799
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis109,99 EUR
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.

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

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Inhalt6
Vorwort14
1. Überblick über Angusssysteme und Anschnittpositionierung20
1.1? Angusssysteme in der ­primären Trennebene20
1.2? Angusssysteme in einer parallelen Trennebene21
1.2.1?Kaltkanalsysteme21
1.2.2?Heißkanalsysteme22
1.3? Kombinationen aus Heiß- und Kaltkanalsystemen23
1.4? Gestaltung des Anschnitts23
2. Rheologie der Kunststoffe26
2.1?Vergleich von laminarer und turbulenter Strömung26
2.2?Quellströmung28
2.3?Einflussfaktoren der Viskosität29
2.3.1?Viskositätsmodelle30
2.3.2?Nicht-newtonsche Fluide32
2.3.3?Temperatur34
2.3.4?Druck35
2.4?Kompressi­bi­lität der Schmelze35
2.5?Bestimmung der Fließ­eigen­schaften der Schmelze36
3. Einfluss des Füll- und Verdichtungsvorgangs auf das Material und das Formteil42
3.1? Einfluss der Verarbeitung auf die Viskosität42
3.1.1? Thermisches Gleichgewicht der Schmelze – Wärmeverlust durch Wärmeleitung und Schererwärmung43
3.1.2?Entwicklung einer erstarrten Randschicht45
3.2? Einflussfaktoren beim Materialabbau von Kunst­stoffen46
3.2.1?Übermäßige Scherbelastung47
3.2.2?Übermäßige Temperaturbelastung49
3.3? Einfluss der Füllgeschwindig­keit auf den Fülldruck50
3.4? Nachdruck- oder Verdichtungs­phase52
3.4.1? Thermische Schwindung bei Abkühlen des Kunststoffs52
3.4.2? Ausgleich der volumetrischen Schwindung durch Kompensationsströmung53
3.4.3? Druckverteilung während der Verdichtungs­phase54
3.4.4? Einfrieren des Anschnitts55
3.5? Auswirkungen der Schmelze­strömung auf das Material und das Formteil56
3.5.1?Schwindung56
3.5.1.1?Volumenschwindung57
3.5.1.2?Schwindung durch Orientierung59
3.5.2? Entwicklung von Eigenspannungen und Verzug63
3.5.2.1? Verzug und Eigenspannungen durch ungleich­mäßige Schwindung der Bauteilseiten64
3.5.2.2? Verzug und Eigenspannungen durch ungleich­mäßige Schwindung in bestimmten Bereichen65
3.5.2.3? Verzug und Eigenspannungen durch ungleich­mäßige Schwindung aufgrund von Orientierung65
3.5.3? Einfluss der Orientierung auf die physikalischen Eigenschaften66
3.6?Tempern von Formteilen66
3.7?Zusammenfassung67
4. Auswahl des Anspritzpunkts und Spritzgießstrategien72
4.1? Überlegungen zur Auswahl des Anspritzpunkts72
4.2? Gestaltungs- und Verfahrens­richtlinien für das Spritzgießen75
4.2.1? Bauteilgestaltung mit gleichbleibender Wanddicke75
4.2.2? Anwendung allgemeiner Richtlinien für die Gestaltung von Spritzgießteilen77
4.2.3? Vermeidung der Schmelzeströmung aus dünnen Bereichen in dicke Bereiche78
4.2.4? Aufbau eines einfachen Strömungsmusters in der Kavität79
4.2.5? Vermeidung von Lufteinschlüssen82
4.2.6?Filmscharniere84
4.2.7?Balancierte Füllung des Werkzeugs87
4.2.7.1?Lage des Anschnitts innerhalb einer Kavität87
4.2.7.2?Mehrfachwerkzeuge92
4.2.8? Gleichmäßige Werkzeug- und Schmelze­temperaturen94
4.2.9?Vermeidung von Fließnähten95
4.2.10?Vermeidung von Fließverzögerung97
4.2.11? Begrenzung der Reibungswärme der Schmelze98
4.2.12? Minimierung des Volumens der Anguss­kanäle bei Kaltkanalsystemen99
4.2.13?Vermeidung übermäßiger Scherung100
4.2.14? Vermeidung übermäßiger Scherspannungen, Erzeugung gleichmäßiger Scherspannungen102
5. Systeme zur Verteilung der Schmelze im Werkzeug104
5.1? Grundlagen für die Gestaltung von Fließkanälen104
5.2? Übersicht des Schmelzeverteilungssystems105
5.2.1?Maschinendüse107
5.2.1.1?Filterdüsen108
5.2.1.2?Statische Mischer109
5.2.2?Angusskegel109
5.2.3?Angussverteiler109
5.2.4?Anschnitt110
5.3? Schmelzeströmung im Schmelzeverteilungssystem110
5.3.1? Aufbereitung der Schmelze in der Spritzgießmaschine110
5.3.1.1?Druckaufbau durch die Spritzgießmaschine111
5.3.1.2?Strömung durch ein Angusssystem113
5.3.2? Einfluss der Temperatur auf die Schmelzeströmung114
5.3.2.1?Temperatur der Schmelze114
5.3.2.2?Werkzeugtemperatur115
5.3.3?Vergleich von Kalt- und Heißkanalsystemen116
5.3.4? Druckverlust innerhalb des Schmelzeverteilungssystem (Düse, Angusskegel, Angusskanal, Anschnitt und Kavität)116
5.4?Simulation des Füllvorgangs118
5.5? Querschnitt des Angusssystems120
5.5.1?Effizienz des Angusskanals120
5.5.2?Druckverlauf im Angusssystem121
5.5.2.1? Vergleich der Strömung in Heiß- und Kaltkanalsystemen122
5.5.3? Einfluss des Angusssystems auf die Zykluszeit122
5.5.3.1? Kühlzeit des Kaltkanalsystems und des Angusskegels122
5.5.3.2?Heißkanalsysteme123
5.5.4? Gegenüberstellung von Angusssystemen mit konstantem und variablem Durchmesser123
5.6? Gestaltung des Angusssystems für scher- und temperaturempfindliche Materialien126
5.7?Auslegung des Angusssystems127
5.7.1?Geometrisch balancierte Angusssysteme128
5.7.2? Geometrisch nicht balancierte Angusssysteme129
5.7.3? Vergleich des Angusssystems mit Reihenanordnung mit dem geometrisch balancierten Angusssystem129
5.7.3.1?Fließwegverhältnis131
5.7.3.2? Abweichungen der Schmelzeeigenschaften in unbalancierten Werkzeugen132
5.7.3.3?Künstliche Balancierung von Angusssystemen133
5.7.3.4? Reduziert ein künstlich balanciertes Angusssystem das Angussvolumen?134
5.7.4?Familienwerkzeuge137
6. Ungleichmäßige Schmelzeeigenschaften in Mehrfachwerkzeugen140
6.1? Ursachen für ungleichmäßige Werkzeugfüllung141
6.1.1? Ungleichgewichte, die durch das Angusssystem entstehen141
6.1.2? Ungleichgewichte, die nicht durch die Auslegung des Angusssystems verursacht werden143
6.2? Auswirkungen der Ungleichgewichte auf den Prozess, die Produkteigenschaften und die Produktivität147
6.3? Scherinduzierte Ungleichgewichte in geometrisch balancierten Angusssystemen153
6.3.1? Entstehung und Aufteilung abweichender Schmelzeeigenschaften in einem Angusssystem153
6.3.2? Ungleichmäßige Kavitätenfüllung durch Aufteilung von Schmelzeschichten in verzweigten Angusssystemen154
6.3.3? Scherinduzierte Ungleichgewichte in der Schmelze in Etagenwerkzeugen158
6.3.4? Entstehung von Abweichungen innerhalb einer Kavität158
6.3.4.1?Verzug160
6.3.4.2?Kernversatz161
6.3.4.3? Auswirkungen auf konzentrische Teile162
6.3.5? Alternative Theorien zur Ursache der Ungleichgewichte bei der Formfüllung163
6.3.5.1?Ungleichmäßige Werkzeugkühlung163
6.3.5.2?Werkzeugdurchbiegung164
6.3.5.3?Auswirkungen von Ecken165
6.3.5.4? Schmelzedruck als Ursache ungleichmäßiger Füllung165
6.4? Auslegung von Angusssystemen166
6.4.1? Bestimmung verschiedener Fließgruppen in geometrisch balancierten Angusssystemen166
6.4.2? Scheinbar geometrisch balancierte Angusssysteme168
6.5? Auswirkungen scherinduzierter Abweichungen der Schmelzeeigenschaften auf zweistufige Spritzgießverfahren169
6.5.1?Gas-Innendruck-Spritzgießen170
6.5.2?Zwei-Komponenten-Spritzgießen172
6.5.3? Spritzgießen von geschäumten Kunststoffen172
6.6? Kosten durch ungleichmäßige Schmelzeeigenschaften174
7. Erfolgreiches Spritzgießen trotz scherinduzierter Abweichungen der Schmelzeeigenschaften178
7.1?Statische Mischer178
7.2?Künstliche Balancierung181
7.2.1? Gleichmäßige Füllung durch Anpassung der Größen von Fließkanälen und Anschnitten181
7.2.2? Gleichmäßige Füllung durch Anpassung der Temperaturen182
7.3? Schmelze-Rotations-Technik183
7.3.1? Schmelze-Rotations-Technik in Heißkanalwerkzeugen189
7.3.2? Schmelze-Rotations-Technik in Kaltkanalwerkzeugen191
7.3.3? Schmelze-Rotations-Technik bei Ungleichgewichten innerhalb einer Kavität192
7.3.4? Mehrachsige Symmetrien in der Schmelze193
7.3.5? Verstellbares rheologisches Kontrollsystem (In-Mold Adjustable Rheological Control, iMARC)196
7.3.5.1?3D-Spritzgießen196
7.4? Schmelze-Rotations-Technik zur Regelung zweistufiger Spritzgießverfahren200
7.5? Steuerung des Verzugs durch Schmelze-Rotations-Technik202
7.5.1?Entstehung des Verzugspotentials205
7.5.2? Kontrollierter Verzug durch Schmelze-Rotations-Technik207
7.5.3?Neue Anwendungen für das 3D-Molding211
8. Kaltkanalwerkzeuge214
8.1?Angusskegel216
8.1.1?Kalter Angusskegel216
8.1.2?Heißer Angusskegel220
8.2?Kaltkanalsysteme221
8.2.1? Wichtige Überlegungen zur Bearbeitung des Kaltkanalsystems223
8.2.2?Dimensionierung von Fließkanälen224
8.2.3?Entlüftung225
8.2.4?Auswerfen des Angusssystems226
8.2.4.1?Angusszieher226
8.2.4.2?Sekundäre Angusskegel226
8.2.4.3?Angusskanäle227
8.2.5?Pfropfenfänger228
8.3? Angusssysteme für Dreiplattenwerkzeugen mit Kaltkanalsystem229
8.4?Anschnittgestaltung232
8.4.1?Stangenanguss234
8.4.2?Seitenanschnitt235
8.4.3?Bandanschnitt236
8.4.4?Filmanschnitt237
8.4.5?Ringanschnitt238
8.4.6?Schirmanschnitt239
8.4.7?Tunnelanschnitt240
8.4.8?Gebogener Tunnelanschnitt242
8.4.9?Innen liegender Tunnelanschnitt243
8.4.10?Punktanschnitt243
8.4.11?Meißelförmiger Anschnitt243
8.4.12?Anschnitt mit Überlauf244
8.5? Einfluss des Anschnittdurchmessers bei Mehrfachwerkzeugen244
8.5.1?Untersuchung 1245
8.5.2?Untersuchung 2246
8.5.3?Messtoleranzen248
9. Heißkanalwerkzeuge254
9.1?Übersicht254
9.1.1? Vor- und Nachteile von Heißkanalsystemen255
9.1.1.1?Vorteile von Heißkanalsystemen256
9.1.1.2?Nachteile von Heißkanalsystemen259
9.1.1.3? Zusammenfassung der Merkmale verschiedener Angusssysteme262
9.2? Vergleich der Heißkanalsysteme für Mehrfachwerkzeuge263
9.2.1? Außenbeheizung von Verteiler und Düsen264
9.2.2? Extern beheizter Verteiler mit innenbeheizter Düse265
9.2.3?Innenbeheizung von Verteiler und Düse266
9.2.4?Isoliertes Verteiler- und Düsensystem267
9.3?Etagenwerkzeuge269
10. Gestaltung des Fließkanals bei Heißkanalsystemen272
10.1? Gestaltungregeln für balanciertes Spritzgießen273
10.2?Querschnittsform274
10.3?Ecken275
10.4?Einfluss des Durchmessers276
10.4.1?Druck276
10.4.2?Regelung des Einspritzvorgangs279
10.4.3?Farbwechsel281
10.4.4?Materialwechsel284
11. Düsen und Anschnitte für Heißkanalsysteme286
11.1?Heißkanaldüsen287
11.1.1?Außenbeheizte Düsen287
11.1.2?Innenbeheizte Düsen288
11.1.3?Wärmeleitende Düsen289
11.2?Punktanschnitte290
11.3? Überlegungen zur Gestaltung des Anschnitts292
11.3.1?Einfrieren des Anschnitts292
11.3.2?Fadenbildung und Nachtropfen293
11.3.3?Verdichtung294
11.3.4?Mechanische Verschlussdüsen296
11.3.4.1?Sequentielle Nadelverschlussdüsen299
11.3.5?Anschnitte mit thermischem Verschluss300
11.3.6?Heißer Seitenanschnitt300
11.3.7?Düsen mit mehreren Spitzen301
12. Thermische Auslegung von Heißkanalsystemen302
12.1?Heizelemente302
12.1.1?Heizwendeln303
12.1.2?Heizbänder304
12.1.3?Rohrheizkörper304
12.1.4?Heizpatronen305
12.1.5?Wärmerohr-Technik306
12.2?Temperaturregelung307
12.2.1?Thermoelemente307
12.2.2?Temperaturregler308
12.3?Strombedarf309
12.4? Thermische Isolation von Heißkanalsystemen311
12.5? Temperaturregelung am Anschnitt313
12.5.1?Anschnittheizung314
12.5.2?Anschnittkühlung315
13. Mechanische Aspekte beim Betrieb von Heißkanalsystemen316
13.1?Montage und Leckage316
13.1.1?Auslegung des Systems317
13.1.2? Bearbeitung und Montage von Heißkanalsystemen320
13.2? Verformung des Werkzeugs und der Maschine325
13.3? Vorgehensweisen bei der Inbetriebnahme327
13.4?Farb- und Materialwechsel328
13.5?Anschnitte329
13.5.1?Angussrest329
13.5.2?Verstopfung330
13.5.3?Verschleiß331
13.6?Wartung331
14. Vorgehensweise bei der ­Gestaltung des Angusssystems – Zusammenfassung332
14.1?Anzahl der Anschnitte332
14.2? Position des Anschnitts am Bauteil333
14.2.1?Ästhetik333
14.2.2? Einfluss auf Schwindung, Verzug und Eigenspannungen333
14.2.2.1?Orientierung333
14.2.2.2? Volumenschwindung in einzelnen Bauteil­bereichen334
14.2.2.3?Ungleichmäßige Füllung335
14.2.3?Strukturelle Aspekte336
14.2.3.1?Spannungen im Anschnittbereich336
14.2.3.2?Fließorientierung336
14.2.4?Anspritzen an schwer zugänglichen Stellen337
14.3?Anordnung der Kavität337
14.4?Material337
14.5?Freistrahlbildung338
14.6? Dicke und dünne Bereiche des Spritzgießteils338
14.6.1?Volumenschwindung339
14.6.2?Fließverzögerung339
14.7?Anzahl der Kavitäten339
14.8?Produktionszahlen340
14.9?Präzisionsspritzgießen340
14.10?Farbwechsel340
14.11?Materialwechsel341
14.12?Einmahlen von Angüssen342
14.13?Dicke der Spritzgießteile342
14.13.1?Dünnwandige Spritzgießteile342
14.13.2?Dickwandige Spritzgießteile343
14.14?Größe des Spritzgießteils343
14.15?Erfahrung der Mitarbeiter344
14.16? Handhabung nach dem Spritzgießen344
14.17? Spannungsprobleme im Bauteil und im Anschnitt345
14.18? Kombination von Heißkanal- und Kaltkanalsystemen345
14.19? Zweistufige Spritzgießverfahren346
15. Fehlerbehebung348
15.1?5 Step Process349
15.1.1? Scherinduzierte Ungleichgewichte in geometrisch balancierten Angusssystemen349
15.1.2?Abweichungen im Werkzeug350
15.1.3?Kühlwirkung351
15.1.4?Heißkanalsysteme351
15.1.5?Zusammenfassung der Versuchsergebnisse351
15.1.6?Anwendung des 5 Step Process352
15.2? Leitlinien zur Problembehandlung beim Spritzgießen355
15.3? Einrichtung des Spritzgießprozesses in zwei Stufen398
15.4?Übersetzungsverhältnis413
15.5? Beschreibung des Fließverhaltens in einem Spritzgießwerkzeug414
15.6? Liste amorpher und teilkristalliner Kunststoffe415
Index418

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