TY - THES

T1 - Entformungskräfte beim Spritzgießen in Abhängigkeit von Oberflächenrauigkeit, Stahlwerkstoff, Vorzugsrichtung der Oberflächenstruktur, Beschichtung und Kunststofftyp

AU - Burgsteiner, Martin

N1 - gesperrt bis null

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - Ein richtig dimensioniertes Entformungssystem trägt wesentlich zur Reduktion der Komplexität des Aufbaues eines Spritzgießwerkzeuges bei, steigert damit die Effizienz und Zuverlässigkeit und verhindert Beschädigungen an den Formteilen. Zur richtigen Auslegung müssen die auftretenden Entformungskräfte bekannt sein, die wesentlich von verschiedenen Reibmechanismen zwischen Werkzeug und Formteil abhängen. Das Ziel dieser Masterarbeit war es, die Einflüsse von Oberflächenrauigkeit, Oberflächenstruktur, Stahlsorte sowie CrN-Beschichtung (PVD) der Werkzeugoberfläche auf die Entformungskräfte in Abhängigkeit des Kontaktdruckes zu ermitteln. Dazu wurde ein Spritzgießversuchswerkzeug verwendet, in dem das plattenförmige, spritzgegossene Formteil durch einen Hydraulikzylinder mit einer definierten Normalkraft gegen einen auswechselbaren Formeinsatz (Stahlprobekörper) gedrückt wird. Die bei der Entformung auftretende, horizontale Abzugskraft wird gemessen und die Haft- und dynamischen Reibungskoeffizienten durch Division durch die Normalkraft berechnet. Für die Untersuchungen wurden mehrere Stahlprobekörper aus den Kunststoffformenstählen Böhler M238, M333, M340, M390 und W300 gefertigt und mit Oberflächenstrukturen von spiegelpoliert bis erodiert mit arithmetischen Mittenrauwerten Ra von 0,016 Mikrometer bis 7,139 Mikrometer versehen. Ferner wurden unterschiedliche Vorzugsrichtungen der Oberflächenstruktur sowie eine Oberflächenbehandlung durch Strahlen eingesetzt. Als Kunststoffe wurden amorphes Polycarbonat (Makrolon 2407) sowie hochkristallines Polypropylen (Hostacom PPU X9067HS) verwendet. Eine sehr geringe Oberflächenrauigkeit verursacht sehr hohe Reibungskoeffizienten, die mit zunehmender Rauigkeit schnell auf ein Minimum absinken, bevor sie wieder ansteigen. Die richtige Auswahl der Stahlsorte führt wie der Einsatz einer CrN-Beschichtung zu einer deutlichen Reduktion der Reibungskoeffizienten, wobei dies wesentlich von der Kunststoff-Stahl-Kombination abhängt. Die Vorzugsrichtung in Entformungsrichtung wirkt sich positiv auf das Entformen aus, das Strahlen einer Oberfläche hingegen negativ. Im Vergleich zur Verwendung von Polycarbonat führt Polypropylen meist zu gleichen oder leicht geringeren Haft- und meist zu deutlich geringeren Gleitreibungskoeffizienten.

AB - Ein richtig dimensioniertes Entformungssystem trägt wesentlich zur Reduktion der Komplexität des Aufbaues eines Spritzgießwerkzeuges bei, steigert damit die Effizienz und Zuverlässigkeit und verhindert Beschädigungen an den Formteilen. Zur richtigen Auslegung müssen die auftretenden Entformungskräfte bekannt sein, die wesentlich von verschiedenen Reibmechanismen zwischen Werkzeug und Formteil abhängen. Das Ziel dieser Masterarbeit war es, die Einflüsse von Oberflächenrauigkeit, Oberflächenstruktur, Stahlsorte sowie CrN-Beschichtung (PVD) der Werkzeugoberfläche auf die Entformungskräfte in Abhängigkeit des Kontaktdruckes zu ermitteln. Dazu wurde ein Spritzgießversuchswerkzeug verwendet, in dem das plattenförmige, spritzgegossene Formteil durch einen Hydraulikzylinder mit einer definierten Normalkraft gegen einen auswechselbaren Formeinsatz (Stahlprobekörper) gedrückt wird. Die bei der Entformung auftretende, horizontale Abzugskraft wird gemessen und die Haft- und dynamischen Reibungskoeffizienten durch Division durch die Normalkraft berechnet. Für die Untersuchungen wurden mehrere Stahlprobekörper aus den Kunststoffformenstählen Böhler M238, M333, M340, M390 und W300 gefertigt und mit Oberflächenstrukturen von spiegelpoliert bis erodiert mit arithmetischen Mittenrauwerten Ra von 0,016 Mikrometer bis 7,139 Mikrometer versehen. Ferner wurden unterschiedliche Vorzugsrichtungen der Oberflächenstruktur sowie eine Oberflächenbehandlung durch Strahlen eingesetzt. Als Kunststoffe wurden amorphes Polycarbonat (Makrolon 2407) sowie hochkristallines Polypropylen (Hostacom PPU X9067HS) verwendet. Eine sehr geringe Oberflächenrauigkeit verursacht sehr hohe Reibungskoeffizienten, die mit zunehmender Rauigkeit schnell auf ein Minimum absinken, bevor sie wieder ansteigen. Die richtige Auswahl der Stahlsorte führt wie der Einsatz einer CrN-Beschichtung zu einer deutlichen Reduktion der Reibungskoeffizienten, wobei dies wesentlich von der Kunststoff-Stahl-Kombination abhängt. Die Vorzugsrichtung in Entformungsrichtung wirkt sich positiv auf das Entformen aus, das Strahlen einer Oberfläche hingegen negativ. Im Vergleich zur Verwendung von Polycarbonat führt Polypropylen meist zu gleichen oder leicht geringeren Haft- und meist zu deutlich geringeren Gleitreibungskoeffizienten.

KW - Entformungskraft Beschichtung Oberflächenstruktur Rauigkeit Rauheit Stahl Vorzugsrichtung Kunststoff PP Polypropylen PC Polycarbonat Spritzgießen Spritzguß

KW - ejection forces coating surface structure roughness steel structure orientation plastic PP polypropylene PC polycarbonate injection molding

M3 - Masterarbeit

ER -