In Bereich Motorkühlung der Automobilindustrie kommen gelötete und/oder gesteckte Aluminiumkomponenten zum Einsatz. Die dem Stand der Technik entsprechenden Fertigungsverfahren sind prozess- und qualitätstechnisch als sehr aufwendig einzustufen. Einige Prozessschritte sind als kritisch zu bewerten und erfordern eine weitreichende Qualitätskontrolle, sowohl im Prozess als auch am fertigen Produkt. Zudem weisen diese Bauteile ein hohes Gewicht auf.
Abhilfe schaffen hier Kunststoff – Metall –Verbunde. Diese sollen allerdings direkt durch den Spritzgießprozess gefügt werden. Die Herausforderung liegt dabei in der Festigkeit und Dichtheit dieser Verbunde unter variierenden Temperaturen und Lasten.
Zur Adhäsionsverbesserung kann eine Oberflächenbehandlung des Metalls durchgeführt werden. Ziel dieser Arbeit soll es sein ein Spritzgießwerkzeug zu konstruieren, mit dem stumpfe Kunststoff - Metall – Verbunde hergestellt werden können. Anschließend sollen Proben mit definierten Oberflächenstrukturen hergestellt und bewertet werden.
Inhaltsverzeichnis
1 EINFÜHRUNG
2 PHYSIKALISCHE UND PROZESSTECHNISCHE GRUNDLAGEN
2.1 KUNSTSTOFFE
2.1.1 Einteilung
2.1.2 Schwindungsverhalten
2.2 SPRITZGIEßEN VON KUNSTSTOFFEN
2.2.1 Aufbau der Spritzgießmaschine
2.2.2 Spritzgießzyklus
2.3 FUNKTIONSKOMPLEXE DES SPRITZGIEßWERKZEUGES
2.3.1 Formnester
2.3.2 Angusssystem
2.3.3 Werkzeugtemperierung
2.3.4 Entformungssystem
2.4 VERZUG VON FORMTEILEN
2.5 STAND DER TECHNIK VON KUNSTSTOFF-METALL-VERBUNDEN
3 KONSTRUKTION EINES PROBEKÖRPERS
3.1 ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN
3.2 ANFORDERUNGEN AN DEN KUNSTSTOFF
3.3 ANFORDERUNGEN AN DAS METALL
3.4 FINALER PROBEKÖRPER
4 KONSTRUKTION DES SPRITZGIEßWERKZEUGES
4.1 ALLGEMEINE WERKZEUGANFORDERUNGEN
4.2 LAGE DER PROBEKÖRPER
4.3 FEDERGESTÜTZTE SCHWINDUNGSKOMPENSATION
4.4 ANGUSSSYSTEM
4.4.1 Verteilerkanal
4.4.2 Anschnitt
4.4.3 Propfenfänger und Angusszieher
4.4.1 Angussbuchse
4.5 ABMESSUNGEN UND KAVITÄTEN DER FORMPLATTEN
4.6 TEMPERIERSYSTEM
4.7 TEMPERIERUNG DER DÜSENSEITIGEN FORMPLATTE
4.8 FERTIG KONSTRUIERTE DÜSENSEITIGE FORMPLATTE
4.9 TEMPERIERUNG DER AUSWERFERSEITIGEN FORMPLATTE
4.10 AUSWERFERSYSTEM
4.10.1 Auslegung des Auswerfersystems
4.10.2 Besonderheit des Auswerfersystems
4.11 FERTIG KONSTRUIERTE AUSWERFERSEITIGE FORMPLATTE
4.12 ZUSAMMENGEBAUTES WERKZEUG
4.13 KONSTRUKTION DER PRÜFEINRICHTUNG
5 INBETRIEBNAHME DES KONSTRUIERTEN WERKZEUGES
5.1 EINFLUSS DER PROZESSPARAMETER
5.2 EINFLUSS DER SCHWINDUNGSKOMPENSATION
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
7 LITERATURVERZEICHNIS
Zielsetzung & Themen
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Entwicklung eines Spritzgießwerkzeugs zur Herstellung von stumpf gefügten Kunststoff-Metall-Probekörpern mittels In-Mould-Assembly (IMA), um die Festigkeit solcher Verbunde experimentell zu untersuchen und konstruktive Herausforderungen wie die Schwindung zu kompensieren.
- Grundlagen zu Kunststoffen und zum Spritzgießprozess
- Konstruktive Auslegung des Spritzgießwerkzeugs (Temperierung, Auswerfersystem, Schwindungskompensation)
- Entwicklung eines geeigneten Probekörpers und einer entsprechenden Prüfeinrichtung
- Simulative Analyse der Bauteilqualität und der Angusssysteme
- Inbetriebnahme und Validierung des konstruierten Werkzeugs mittels Probespritzungen
Auszug aus dem Buch
4.3 Federgestützte Schwindungskompensation
Beim Abkühlen des Spritzlings in der Formplatte kommt es unweigerlich zu Schwindung. Dies kann zwar durch den Nachdruck kompensiert, jedoch nicht vollständig aufgehoben werden. Der verwendete Kunststoff besitzt anisotrope Schwindungseigenschaften in Abhängigkeit von der Fließrichtung und damit auch von der Glasfaserorientierung. Während entlang der Fließrichtung die Schwindung lediglich 0,3 % beträgt, ist sie quer dazu mit 1,1 % deutlich vergrößert [30]. Für den Probekörper ergibt sich somit bei einer Länge von 24 mm die Schwindung in Längsrichtung zu:
Angelehnt an die Prüfnorm DIN EN 15870:2009 ist es jedoch zwingend erforderlich, dass während des gesamten Abkühlens des Probekörpers die Fügefläche unter Druck steht. Diese Schwindung muss daher durch eine axiale Bewegung des Metallprobekörpers kompensiert werden, sodass während der Schwindungs- und Nachdruckphase von beiden Seiten Druck auf die Fügestelle ausgeübt wird. Abbildung 4-4 verdeutlicht wie dies mit einem Federpaket hinter dem Metallprobekörper realisiert wird. Dieses wird während des Einspritzvorgangs komprimiert und erzeugt während des geringeren Nachdrucks einen Gegendruck der auf die Fügestelle wirkt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINFÜHRUNG: Diese Einleitung motiviert den Leichtbau durch Kunststoff-Metall-Verbunde und definiert die Zielsetzung, ein Werkzeug zur Herstellung stumpf gefügter IMA-Probekörper zu entwickeln.
2 PHYSIKALISCHE UND PROZESSTECHNISCHE GRUNDLAGEN: Dieses Kapitel vermittelt die theoretischen Grundlagen zu Kunststoffen, dem Spritzgießzyklus, der Werkzeugkonstruktion sowie dem Stand der Technik von Kunststoff-Metall-Verbunden.
3 KONSTRUKTION EINES PROBEKÖRPERS: Hier werden die Anforderungen an den Probekörper definiert, ein für die Prüfung optimales Design mittels Simulation entwickelt und der finale Probekörper festgelegt.
4 KONSTRUKTION DES SPRITZGIEßWERKZEUGES: Dieses umfangreiche Kapitel beschreibt die detaillierte konstruktive Umsetzung des Werkzeugs inklusive Temperierung, Angusssystem, Auswerfer und der Prüfeinrichtung.
5 INBETRIEBNAHME DES KONSTRUIERTEN WERKZEUGES: Das Kapitel dokumentiert die praktische Erprobung des Werkzeugs mittels Probespritzungen, die Optimierung der Prozessparameter und den Einfluss der Schwindungskompensation.
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK: Das Fazit fasst die erreichten Ergebnisse zusammen und gibt einen Ausblick auf potenzielle weitere Optimierungen der Fügung und Bauteilgeometrie.
Schlüsselwörter
Spritzgießen, Kunststoff-Metall-Verbund, KMV, In-Mould-Assembly, IMA, Werkzeugkonstruktion, Schwindung, Schwindungskompensation, Probekörper, Zugfestigkeit, Angusssystem, Temperierung, Auswerfersystem, Federpaket, Leichtbau
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundlegend?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion eines Spritzgießwerkzeuges, das Kunststoff-Metall-Verbunde mittels In-Mould-Assembly (IMA) in einer stumpfen Konfiguration herstellt.
Welche Themenfelder sind zentral?
Zentral sind die Kunststofftechnik, die Werkzeugkonstruktion, die Simulation von Spritzgießprozessen sowie die mechanische Prüfung von Hybridbauteilen.
Was ist das primäre Ziel?
Das Hauptziel ist die Entwicklung eines Werkzeugs, das die Schwindung des Kunststoffs so kompensiert, dass eine feste Verbindung zwischen Kunststoff und Metall entsteht, um anschließend die Zugfestigkeit dieses Verbundes zu testen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine Kombination aus Literaturrecherche, computergestützter Füllsimulation (Moldflow) zur Qualitätsvorhersage und der konstruktiven Auslegung nach mechanischen sowie fertigungstechnischen Prinzipien angewandt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil liegt der Fokus auf der Konstruktion des Probekörpers, dem Design der Werkzeugkomponenten wie Temperierung und Auswerfer sowie der technischen Umsetzung einer federgestützten Schwindungskompensation.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Spritzgießen, In-Mould-Assembly, Schwindungskompensation, Federpaket und Kunststoff-Metall-Verbund beschreiben.
Warum ist eine Schwindungskompensation notwendig?
Kunststoffe schwinden beim Abkühlen, was den Kontakt zum Metallfügepartner frühzeitig unterbrechen könnte; die Kompensation stellt sicher, dass während der gesamten Abkühlphase Druck auf der Fügestelle lastet.
Wie wurde die Entformung sichergestellt?
Die Entformung erfolgt über ein mechanisches Auswerfersystem, wobei durch Sicherheitsabstände und ein spezielles Verschlussblättchen verhindert wird, dass Schmelze in die Führungskanäle eindringt.
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- Tim Kappel (Author), 2016, Konstruktion eines Spritzgießwerkzeuges zur Herstellung von stumpf gefügten IMA (In-Mould-Assembly) Kunststoff-Metall-Probekörpern, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/375641
