Die vorliegende Schrift basiert auf einen Skript zum Fach Technologie / Kunststoffverarbeitung, das an der Hochschule Lausitz für Studierenden des Maschinenbaus in der Vertiefungsrichtung Kunststofftechnik gelesen wird. Mit diesem Druck sollen Studentinnen und Studenten technischer Fachrichtungen speziell des Maschinenbaus, der Werkstofftechnik, der Mechatronik oder der Verfahrenstechnik einen Einstieg in das Verständnis der Spritzgusstechnik erhalten und berufstätigen Ingenieuren die Problematik dieses Teilgebiets der Kunststofftechnik besser verstehen.
Weil der Spritzgussprozess sehr komplex ist, wird hier eine Untergliederung in Teilprozesse vorgenommen.
Für die Definition von Teilprozessen werden produktnahe Informationen des Prozesses herangezogen. Als Prozessraum wird die Kavität betrachtet, also genau der Hohlraum, in dem die Abformung der Geometrie des Spritzgussteils erfolgt. Zur Beurteilung des Prozessverlaufs und bei der Festlegung der Prozessgrenzen erfolgt ein Bezug auf den Verlauf des Werkzeuginnendrucksignals.
So wird die Kausalkette zwischen Formteileigenschaften, äußerlich messbaren Prozessgrößen und im Polymerwerkstoff auftretenden materialspezifischen Zusammenhängen bei der Herstellung von Präzisionsteilen aufgezeigt. Im Mittelpunkt der Betrachtungen stehen die Ursachen und Auswirkungen der Schwindung von Polymeren während der Spritgussverarbeitung.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Der Spritzgussprozess als Gesamtverfahren
- 2.1 Prozessbeeinflussende Größen
- 2.2 Aufgliederung des Spritzgussverfahrens in Teilprozesse
- 2.3 Beeinflussung von Qualitätsmerkmalen durch bestimmte Teilprozesse
- 3 Die Einspritzphase
- 3.1 Eingangsgrößen der Einspritzphase
- 3.2 Bekannte Prozessparameter der Einspritzphase
- 3.3 Dehnströmungseffekte
- 3.4 Die Randschicht
- 3.5 Zusammensetzung der Kavität aus einzelnen Fließkanalabschnitten
- 3.6 Thermische Effekte bei der Schmelzeströmung
- 3.6.1 Strömung unter Abkühlung der Schmelze
- 3.6.2 Isotherme Strömung
- 3.6.3 Strömung mit Erwärmung
- 3.7 Der Dieseleffekt
- 4 Die Kompressionsphase
- 4.1 Thermodynamische Zusammenhänge während der Kompressionsphase
- 4.2 Gratbildung an Formteilen
- 4.3 Strömung des Polymers während der Kompressionsphase
- 5 Die Abkühlphase
- 5.1 Strömung während der Abkühlphase
- 5.2 Angußverschluss
- 5.2.1 Thermischer Angussverschluss
- 5.2.2 Mechanischer Angussverschluss
- 5.3 Abkühlung von thermoplastischen Polymeren in einer Kavität
- 5.3.1 Physikalische Zusammenhänge
- 5.3.2 Temperaturabhängigkeit der Stoffkonstanten bei thermoplastischen Materialien
- 5.3.3 Wärmeübergang zwischen Kunststoff und Stahl
- 5.4 Thermodynamische Zusammenhänge während der Abkühlphase
- 5.4.1 Druck-Volumen-Temperaturverhalten von Thermoplastischen Polymeren
- 5.4.2 Geometrische Schwindungsmodelle
- 5.4.3 Die Verarbeitungsschwindung von Formteilen
- 5.4.4 Entformungsverzug
- 5.4.5 Nachschwindungsprozesse
- 5.5 Zur Beeinflussung von realen pvT-Daten durch Verformungen des Spritzgusswerkzeugs
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Schrift bietet einen detaillierten Einblick in die Spritzgusstechnik, insbesondere in die einzelnen Teilprozesse. Ziel ist es, Studierenden und Ingenieuren ein fundiertes Verständnis des komplexen Verfahrens zu vermitteln, mit Fokus auf die Vorgänge im verarbeiteten Material und deren Einfluss auf die Produkteigenschaften. Die maschinenunabhängige Betrachtungsweise erleichtert das Verständnis, ohne detaillierte Maschinenkenntnisse vorauszusetzen.
- Aufgliederung des Spritzgussprozesses in Teilprozesse (Einspritzen, Kompression, Abkühlung)
- Einfluss prozessbeeinflussender Größen auf die Materialeigenschaften und das Endergebnis
- Analyse thermodynamischer und rheologischer Zusammenhänge während der einzelnen Phasen
- Bedeutung von Schwindung und Verzug bei der Spritzgussverarbeitung
- Qualitätsmerkmale von Spritzgussteilen und deren prozessbedingte Beeinflussung
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung erläutert den Zweck des Dokuments – als Skript für Studenten des Maschinenbaus und als Hilfestellung für Ingenieure – und begründet die gewählte Vorgehensweise, die auf einer produktnahen Betrachtungsweise des Prozesses in der Kavität basiert, anstatt auf der Funktionsweise der Maschine. Der Fokus liegt auf der Kausalkette zwischen Formteileigenschaften, messbaren Prozessgrößen und materialspezifischen Zusammenhängen, insbesondere der Schwindung von Polymeren.
2 Der Spritzgussprozess als Gesamtverfahren: Dieses Kapitel beschreibt den Spritzgussprozess als komplexes Verfahren mit vielfältigen Einflussgrößen. Es werden Eingangsgrößen (Materialeigenschaften), Einstellgrößen (Stellgrößen an der Maschine) und Störgrößen unterschieden. Die Zielgrößen sind die Qualitätsmerkmale des Spritzgussteils, die in geometrische, mechanische, innere, optische, elektrische und wirtschaftliche Merkmale unterteilt werden. Die Bedeutung der Schwindung und des Verzugs als entscheidende Prozessgrößen wird hervorgehoben, jedoch nicht als eigenständige Qualitätsmerkmale betrachtet.
3 Die Einspritzphase: Dieses Kapitel befasst sich eingehend mit der Einspritzphase des Spritzgussprozesses. Es werden die Eingangsgrößen, bekannte Prozessparameter, Dehnströmungseffekte, die Randschichtbildung, die Zusammensetzung der Kavität aus einzelnen Fließkanalabschnitten, und thermische Effekte (Strömung unter Abkühlung, isotherme Strömung, Strömung mit Erwärmung) detailliert untersucht. Der Dieseleffekt wird ebenfalls behandelt. Diese Aspekte zusammen beschreiben den komplexen Strömungsverlauf des Polymers in der Kavität während der Füllung.
4 Die Kompressionsphase: Dieses Kapitel analysiert die thermodynamischen Zusammenhänge während der Kompressionsphase, die Entstehung von Graten an den Formteilen, sowie die Strömung des Polymers in dieser Phase. Es konzentriert sich auf die physikalischen und chemischen Prozesse, die während des Kompressionsvorgangs ablaufen und deren Auswirkungen auf die endgültige Form und Qualität des Bauteils.
5 Die Abkühlphase: Die Abkühlphase wird umfassend behandelt, inklusive der Strömung während des Abkühlens, des Angussverschlusses (thermisch und mechanisch), der Abkühlung thermoplastischer Polymere in der Kavität (physikalische Zusammenhänge, Temperaturabhängigkeit der Stoffkonstanten, Wärmeübergang), und der thermodynamischen Zusammenhänge (Druck-Volumen-Temperatur-Verhalten, geometrische Schwindungsmodelle, Verarbeitungsschwindung, Entformungsverzug, Nachschwindung). Der Einfluss von Werkzeugverformungen auf reale pvT-Daten wird ebenfalls diskutiert.
Schlüsselwörter
Spritzguss, Kunststoffverarbeitung, Teilprozesse, Einspritzphase, Kompressionsphase, Abkühlphase, Polymer, Thermoplaste, Schwindung, Verzug, Qualitätsmerkmale, Prozessparameter, Thermodynamik, Rheologie, Kavität, Werkzeug, Materialeigenschaften.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zum Skript "Spritzgussprozess"
Was ist der Inhalt dieses Skripts?
Dieses Skript bietet eine umfassende Übersicht über den Spritzgussprozess. Es gliedert den Prozess in seine Teilprozesse (Einspritzen, Kompression, Abkühlung) und analysiert die jeweiligen thermodynamischen und rheologischen Zusammenhänge. Ein Schwerpunkt liegt auf der Betrachtung der Materialeigenschaften und deren Einfluss auf die Qualität des Endprodukts, insbesondere Schwindung und Verzug. Das Skript ist für Studierende des Maschinenbaus und Ingenieure konzipiert.
Welche Teilprozesse des Spritzgusses werden behandelt?
Das Skript behandelt detailliert die drei Hauptphasen des Spritzgusses: die Einspritzphase, die Kompressionsphase und die Abkühlphase. Jede Phase wird separat mit ihren Einflussgrößen, Prozessparametern und Auswirkungen auf das Endprodukt untersucht.
Welche Themen werden in der Einspritzphase behandelt?
Die Einspritzphase wird ausführlich beschrieben, inklusive Eingangsgrößen, Prozessparametern, Dehnströmungseffekten, Randschichtbildung, Zusammensetzung der Kavität und thermischen Effekten (Strömung unter Abkühlung, isotherme Strömung, Strömung mit Erwärmung). Der Dieseleffekt wird ebenfalls diskutiert.
Was wird in der Kompressionsphase analysiert?
In der Kompressionsphase werden die thermodynamischen Zusammenhänge, die Gratbildung an den Formteilen und die Polymerströmung analysiert. Der Fokus liegt auf den physikalischen und chemischen Prozessen während des Kompressionsvorgangs und deren Auswirkungen auf die Form und Qualität des Bauteils.
Welche Aspekte der Abkühlphase werden behandelt?
Die Abkühlphase wird umfassend behandelt, einschließlich der Strömung während des Abkühlens, des Angussverschlusses (thermisch und mechanisch), der Abkühlung thermoplastischer Polymere (physikalische Zusammenhänge, Temperaturabhängigkeit der Stoffkonstanten, Wärmeübergang), und der thermodynamischen Zusammenhänge (Druck-Volumen-Temperatur-Verhalten, geometrische Schwindungsmodelle, Verarbeitungsschwindung, Entformungsverzug, Nachschwindung). Der Einfluss von Werkzeugverformungen auf reale pvT-Daten wird ebenfalls diskutiert.
Welche Rolle spielen Schwindung und Verzug im Skript?
Schwindung und Verzug werden als entscheidende Prozessgrößen hervorgehoben, die stark von den Materialeigenschaften und den Prozessparametern beeinflusst werden. Das Skript analysiert die Ursachen und Auswirkungen dieser Phänomene auf die Qualität der Spritzgussteile.
Für wen ist dieses Skript gedacht?
Das Skript richtet sich an Studierende des Maschinenbaus und Ingenieure, die ein fundiertes Verständnis des Spritzgussprozesses erlangen möchten. Es basiert auf einer produktnahen Betrachtungsweise und setzt keine detaillierten Maschinenkenntnisse voraus.
Welche Schlüsselwörter beschreiben den Inhalt?
Die wichtigsten Schlüsselwörter sind: Spritzguss, Kunststoffverarbeitung, Teilprozesse, Einspritzphase, Kompressionsphase, Abkühlphase, Polymer, Thermoplaste, Schwindung, Verzug, Qualitätsmerkmale, Prozessparameter, Thermodynamik, Rheologie, Kavität, Werkzeug, Materialeigenschaften.
Wie ist das Skript aufgebaut?
Das Skript beinhaltet eine Einleitung, ein Inhaltsverzeichnis, die Zielsetzung und Themenschwerpunkte, Zusammenfassungen der einzelnen Kapitel und eine Liste der Schlüsselwörter. Der Fokus liegt auf der Kausalkette zwischen Formteileigenschaften, messbaren Prozessgrößen und materialspezifischen Zusammenhängen.
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- Torsten Kies (Author), 2009, Die Spritzgusstechnologie und ihre Teilprozesse, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/272241
