KT_5
Part 4 thermische Auslegung von Spritzgiesswerkzeugen
Part 4 thermische Auslegung von Spritzgiesswerkzeugen
Warum werden Spritzgusswerkzeuge thermisch ausgelegt?
-kurze Prozesszeiten
-qualitativ hochwertige Produkte
- Reduktion von: (Nach)Schwindung, Eigenspannungen
-Optimierung von: Gefügeausbildung, Oberflächengüte
Was bewirkt eine inhomogene Verteilung der Wandtemperatur?
unterschiedlieches Schwindungsverhalten >> Verzug
Was bewirkt eine konstante, aber tiefe Wandtemperatur?
Behinderung der Kristallitbildung bei teilkristallinen Kunststoffen an den Randzonen >> schwer kontrollierbare Nachschwindung
Wie entstehen Spannungsrisse in Kunststoffbauteilen?
Bei zu niedriger Werkzeugwandtemperatur;
infolge höherer Temperaturgradienten über dem Bauteilquerschnitt und geringerer
Relaxationsneigung.
Wie kann die Abbildgenauigkeit des Oberflächenaussehens verbessert werden?
durch Erhöhung der Werkzeugwandtemperatur
Was sind die Ziele der thermischen Werkzeugauslegung?
Hohe Formteilqualität bei niedrigen Prozesskosten:
-Werkzeugtemperatur so hoch wie nötig
-Möglichst gleichmässige Abkühlung des Formteils
-Zeitliche Konstanz der Werkzeugtemperaturen
-Niedrige Herstell- und Betriebskosten
Wie sieht der Ablauf der thermischen Werkzeugauslegung aus?
1) Bilanz der Wärmeströme
2) Bestimmung des Temperiermitteldurchsatzes
3) Bestimmung des Bohrungsquerschnitts der Kühlbohrung
4) Bestimmung von Lage und Verteilung der Temperierkanäle
5) Ermittlung/Optimierung des Druckverlustes >> Pumpleistung
Welche Vereinfachungen, der in der Realität komplexen thermischen Vorgägen werden bei der thermischen Auslegung vorgenommen?
-Eindimensionale Wärmetransporte
-Keine Berücksichtigung dynamischer Vorgänge
-Keine Dissipationseffekte während der Formfüllung
Welche Wärmeströme werden einer Spritzgussform im Betrieb zugeführt?
-Formmasse
-ev. Heisskanal
Wie wird Wärme beim Spritzgusswerkzeug abgeführt?
-Strahlung
-Konvektion
-Leitung (Aufspannplatte)
-Temperierung
Welche Temperaturänderung des Temperiermittels ist zwischen Ein- und Austritt in der Spritzgussform zulässig? (für qualitativ hochwertige Formteile)
3°C
Was ist nötig, damit bei der Werkzeugtemperierung ein möglichst guter Wärmeübergang stattfindet?
trubulente Strömung (Re>>2300)
Wie würde ein idealer Temperierkanal aussehen?
Physikalisch ideal wäre eine
Kühlung, bei der je ein Temperierkanal mit der Breite bT einen Formteilbereich
mit der Breite bA temperieren würde. (Abb. 4.9 links)
Mit welche Massnahmen kann der Volumenstrom des Temperiermittels erhöht werden:
- Vermeidung/Reduktion von Engstellen
- Erhöhung des Leitungsdurchmessers (Achtung: Neuer Rechengang erforderlich, da die Reynoldszahl beeinflusst wird!)
- Separierung einzelner Kreisläufe und Verwendung mehrerer Temperiergeräte
- Parallelschaltung der Kanäle
Welche Eigenschaften haben parallele Temperierkanäle
-Verkürzung der Länge des Temperiersystems >> weniger Druckverlust
-Durchströmung erfolgt nach dem Prinzip des geringsten Widerstades (unterschiedliche Kanalgeometrien, Verstopfungen)
Was ist der grosse Vorteil der thermischen Auslegung mit Hilfe von Simulationsprogrammen?
-Lösung der Energieerhaltungsgleichungen in der dritten Dimension >> realistischere Bestimmungen
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Warum werden Spritzgusswerkzeuge thermisch ausgelegt?
-kurze Prozesszeiten
-qualitativ hochwertige Produkte
- Reduktion von: (Nach)Schwindung, Eigenspannungen
-Optimierung von: Gefügeausbildung, Oberflächengüte
Was bewirkt eine inhomogene Verteilung der Wandtemperatur?
unterschiedlieches Schwindungsverhalten >> Verzug
Was bewirkt eine konstante, aber tiefe Wandtemperatur?
Behinderung der Kristallitbildung bei teilkristallinen Kunststoffen an den Randzonen >> schwer kontrollierbare Nachschwindung
Wie entstehen Spannungsrisse in Kunststoffbauteilen?
Bei zu niedriger Werkzeugwandtemperatur;
infolge höherer Temperaturgradienten über dem Bauteilquerschnitt und geringerer
Relaxationsneigung.
Wie kann die Abbildgenauigkeit des Oberflächenaussehens verbessert werden?
durch Erhöhung der Werkzeugwandtemperatur
Was sind die Ziele der thermischen Werkzeugauslegung?
Hohe Formteilqualität bei niedrigen Prozesskosten:
-Werkzeugtemperatur so hoch wie nötig
-Möglichst gleichmässige Abkühlung des Formteils
-Zeitliche Konstanz der Werkzeugtemperaturen
-Niedrige Herstell- und Betriebskosten
Wie sieht der Ablauf der thermischen Werkzeugauslegung aus?
1) Bilanz der Wärmeströme
2) Bestimmung des Temperiermitteldurchsatzes
3) Bestimmung des Bohrungsquerschnitts der Kühlbohrung
4) Bestimmung von Lage und Verteilung der Temperierkanäle
5) Ermittlung/Optimierung des Druckverlustes >> Pumpleistung
Welche Vereinfachungen, der in der Realität komplexen thermischen Vorgägen werden bei der thermischen Auslegung vorgenommen?
-Eindimensionale Wärmetransporte
-Keine Berücksichtigung dynamischer Vorgänge
-Keine Dissipationseffekte während der Formfüllung
Welche Wärmeströme werden einer Spritzgussform im Betrieb zugeführt?
-Formmasse
-ev. Heisskanal
Wie wird Wärme beim Spritzgusswerkzeug abgeführt?
-Strahlung
-Konvektion
-Leitung (Aufspannplatte)
-Temperierung
Welche Temperaturänderung des Temperiermittels ist zwischen Ein- und Austritt in der Spritzgussform zulässig? (für qualitativ hochwertige Formteile)
3°C
Was ist nötig, damit bei der Werkzeugtemperierung ein möglichst guter Wärmeübergang stattfindet?
trubulente Strömung (Re>>2300)
Wie würde ein idealer Temperierkanal aussehen?
Physikalisch ideal wäre eine
Kühlung, bei der je ein Temperierkanal mit der Breite bT einen Formteilbereich
mit der Breite bA temperieren würde. (Abb. 4.9 links)
Mit welche Massnahmen kann der Volumenstrom des Temperiermittels erhöht werden:
- Vermeidung/Reduktion von Engstellen
- Erhöhung des Leitungsdurchmessers (Achtung: Neuer Rechengang erforderlich, da die Reynoldszahl beeinflusst wird!)
- Separierung einzelner Kreisläufe und Verwendung mehrerer Temperiergeräte
- Parallelschaltung der Kanäle
Welche Eigenschaften haben parallele Temperierkanäle
-Verkürzung der Länge des Temperiersystems >> weniger Druckverlust
-Durchströmung erfolgt nach dem Prinzip des geringsten Widerstades (unterschiedliche Kanalgeometrien, Verstopfungen)
Was ist der grosse Vorteil der thermischen Auslegung mit Hilfe von Simulationsprogrammen?
-Lösung der Energieerhaltungsgleichungen in der dritten Dimension >> realistischere Bestimmungen
