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Spritzprägen

Spritzprägen transparenter Polyolefine schlägt Spritzgießen

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Nebenachsenprägen spart Nachrüstaufwand

Beim Spritzprägen hingegen wird ein Teil des Nachdrucks flächig über das Formwerkzeug aufgebracht. Dies kann durch Haupt- oder Nebenachsenprägen bewerkstelligt werden. Verfahren des Hauptachsenprägens nutzen den Schließkraftmechanismus, um die Prägekraft zu erzeugen. So wird beispielsweise beim Hauptachsenprägen mit Tauchkantenwerkzeugen die Kavität mit Schmelze befüllt, während das Werkzeug noch nicht vollständig geschlossen ist [2]. Die Tauchkante im Werkzeug dichtet die Kavität seitlich ab und das Prägen erfolgt durch vollständiges Zusammenfahren der Werkzeughälften.

Das Hauptachsenprägen erfordert jedoch eine aufwendigere Maschinensteuerung, da Schließkraft und -weg geregelt werden müssen. In der Praxis ist dies jedoch bei vielen Spritzgießmaschinen nicht oder nur mit Nachrüstaufwand möglich.

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Deshalb wird in dieser Forschungsarbeit untersucht, unter welchen Bedingungen das Spritzprägen auch auf universellen Spritzgießmaschinen durch das sogenannte Nebenachsenprägen möglich ist. Hierzu wird ein federbetätigter Spritzpräge-Formeinsatz entwickelt, der sich mit einfachen Mitteln in ein konventionelles, geteiltes Spritzgießwerkzeug integrieren lässt.

Tellerfedern machen das Werkzeug spritzprägefähig

Für das Nebenachsenprägen wird ein Formeinsatz benötigt, der dem Einspritzdruck der Schmelze mit einer definierten Federkraft entgegenwirkt und nach der Formfüllung einen flächigen Nachdruck erzeugt, während die Schmelze in der Kavität erstarrt. Bild 2 zeigt die bewegliche Werkzeughälfte mit einer Kavität für das Spritzprägen und einem Formnest für das Spritzgießen. Beide Kavitäten werden aus demselben Angusskanal gespeist. So lassen sich beide Prozesse unter exakt gleichen Umgebungsbedingungen in einem Injektionsvorgang vergleichen. Der zylindrische Formeinsatz für das Spritzprägen ist auf einem Paket aus Tellerfedern gelagert und seitlich in einer Buchse geführt. Durch die einströmende Schmelze weicht der Formstempel um Bruchteile eines Millimeters zurück, um dann der Schwindung des Kunststoffes folgend in seine Ausgangslage zurückzukehren (Bild 3).

Hoch präzise Bauteile prägen

Das Auswerfen der Formteile erfolgt über den Angusskanal durch vier mittensymmetrisch angeordnete Auswerferstifte. Die bewegliche Werkzeughälfte lässt sich zwar beheizen (hier 80 bis 100 °C), ist aber nicht geregelt temperiert. Alle verwendeten Granulate werden nach Herstellerangaben vorgetrocknet. Die Verarbeitung erfolgt auf einer universellen Spritzgießmaschine Allrounder 221K von Arburg mit 25 mm durchmessender Plastifizierschnecke.

Als Versuchswerkstoffe verwendet werden hier neben PMMA das (COC) Cycloolefincopolymer Topas 5013 S04 des Herstellers Topas Advanced Polymers, Frankfurt a. M., sowie das (COP) Cycloolefinpolymer Zeonex 330R der Zeon Corporation aus Japan.

Sowohl der verwendete zylindrische Formeinsatz für das Spritzgießen als auch der Stempel für den Spritzprägeprozess sind aus korrosionsbeständigem Stahl gefertigt. Bei einem Durchmesser von 40 mm beträgt die maximale Formabweichung PV < 2 µm bei einer Oberflächenrauheit von Ra < 10 nm. Zur Beurteilung der Formtreue dient ein an der Beuth Hochschule selbst entwickeltes Laserinterferometer [4].

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