Experimental and numerical investigation of special flow phenomena in powder injection molding

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

In dieser Masterarbeit wurden spezielle Fließphänomene des Pulverspritzgussverfahrens experimentell und numerisch untersucht, da die physikalischen Hintergründe des Fließverhaltens der verwendeten Materialien (Feedstocks - hochgefüllte Kunststoffe) bis heute noch nicht vollständig beschrieben werden können. Infolgedessen gibt es heutzutage immer noch große Diskrepanzen zwischen der Simulation des Spritzgussprozesses mit Feedstocks und der praktischen Anwendung. Feedstocks weisen im Vergleich zu ungefüllten Kunststoffen eine höhere Wärmeleitfähigkeit, einen höheren Wärmeübergang und eine niedrigere spezifische Wärme auf und es wurde die Hypothese aufgestellt, dass es eine bestimmte Grenztemperatur gibt, bei der das Materialverhalten sprungartig von flüssig zu fest übergeht. Es wird erwartet, dass das Material bei hohen Temperaturen so wie ungefüllte Thermoplaste in einem Kanal fließt, unterhalb dieser Grenztemperatur aber nur wie ein Feststoff durch die Kanäle gedrückt wird. Das Material nahe der Wand würde diese Grenztemperatur sehr schnell erreichen und einen festen Mantel ausbilden, der an der Wand entlang rutscht. Mit experimentellen Füllstudien mit zwei verschiedenen Kavitäten und drei verschiedenen Materialien wurde das Fließverhalten bei verschiedenen Werkzeugtemperaturen und Einspritzgeschwindigkeiten visualisiert und die Übereinstimmung mit der Hypothese analysiert. Diese Hypothese wurde durch die Experimente widerlegt. Obwohl bei niedrigen Werkzeugtemperaturen das Material als Feststoff durch die Kavität gedrückt wurde, konnte keine Grenztemperatur bestimmt werden, da bei höheren Werkzeugtemperaturen ein kontinuierlicher Übergang des Fließverhaltens stattfand. Unterhalb der Schmelztemperatur konnte keine typische Quellströmung des Materials erreicht werden und es traten spezielle Fließphänomene auf. Es gab immer einen voreilenden Materialbereich an der Schmelzefront und das Material neigte dazu, seine Form auch bei Querschnittsänderungen des Strömungskanals beizubehalten. Die gemessenen Einspritzdrücke zeigten eine lineare Korrelation mit der Werkzeugtemperatur und es konnten keine plötzlichen Änderungen aufgrund einer vorhandenen Grenztemperatur beobachtet werden. Die Simulation der Experimente sagte viel niedrigere Drücke voraus (durchschnittliche Abweichung von 69 % zum tatsächlichen Druck) und zeigte, bei Standardeinstellungen in der Software, ein völlig anderes Fließverhalten vergleichbar mit ungefüllten Kunststoffe (wie Polypropylen). Tatsächlich konnte keines der beobachteten Fließphänomene durch die Simulation reproduziert werden, was die Bedeutung des Verständnisses der physikalischen Prozesse unterstreicht.

Details

Titel in ÜbersetzungExperimentelle und numerische Untersuchung spezieller Fließphänomene im Pulverspritzguss
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung20 Dez. 2019
StatusVeröffentlicht - 2019