Grundlegende Analyse und Optimierung des Fließverhaltens von Thermoplasten durch Anpassung der Oberfläche von funkenerosiven gefertigten Spritzgießwerkzeugen (EDSIMP)

Steckbrief

Eckdaten

Laufzeit:
01.04.2021 bis 30.03.2023
Organisationseinheit:
Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, Abtragende Fertigungsverfahren
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG
Status:
Laufend

Forschungspartner

    • Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen

Kontakt

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+49 241 80 28002

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Bei der Herstellung von Spritzgießwerkzeugen werden möglichst glatte Funktionsflächen angestrebt, um eine gleichmäßige Füllung bei gleichzeitig geringem Fließwiderstand zu erreichen. Strömungsmechanische Untersuchungen und Vorversuche haben gezeigt, dass mikrostrukturierte Werkzeugoberflächen die Schergeschwindigkeit und den Fließwiderstand reduzieren sowie die Fließweglängen vergrößern können. Die Verringerung kann im Wesentlichen zwei Konsequenzen für das Spritzgießen haben: Erstens können schnellere Füllzeiten bei konstanten Einspritzdrücken dazu beitragen, die Zykluszeit des Spritzgießens zu reduzieren. Schnellere Einspritzgeschwindigkeiten können darüber hinaus zu verbesserten erreichbaren Fließweglängen aufgrund geringerer Abkühlung sowie zu einer homogeneren Temperaturverteilung innerhalb der Kavität führen, was die Qualität des Teils verbessert. Zweitens könnte ein geringerer Druckverlust über den Fließweg die Anzahl der erforderlichen Anschnitte reduzieren und darüber hinaus bei konstanten Einspritzgeschwindigkeiten dazu beitragen, die Scherung der Kunststoffschmelze und damit die thermische Belastung zu verringern. Ein weiterer direkter Vorteil eines niedrigeren Einspritzdrucks ist die Verringerung der erforderlichen Schließkraft, was auch den Energieverbrauch im Spritzgießprozess senkt und den Einsatz kleinerer Spritzgießmaschinen ermöglichen kann. Darüber hinaus kann die Zuverlässigkeit des Spritzgießprozesses durch geringere Ausfallzeiten aufgrund von Wartungsarbeiten an der Spritzgießform, die durch mechanische Belastungen und Drücke verursacht werden, erhöht werden. Darüber hinaus können grundlegende Erkenntnisse über den Einfluss mikrostrukturierter Werkzeugoberflächen auf das plastische Fließverhalten helfen, den Prozess in Zukunft deterministisch zu optimieren. In diesem Projekt soll der Einfluss der funkenerosiv gefertigten Formoberflächen auf das Fließverhalten thermoplastischer Kunststoffe umfassend analysiert werden. Die Funkenerosion ist ein häufig eingesetztes Verfahren im Formenbau und ermöglicht eine detaillierte Gestaltung der Oberflächen. In einem ersten Schritt werden die entladungsenergieabhängigen Strukturen des Senkerodierens hinsichtlich verschiedener Rauheitsregime experimentell untersucht, die mit einer entsprechenden Ausdehnung einer thermisch veränderten Randzone während der Formherstellung verbunden sind. Zur Modellierung und Simulation von Oberflächenstrukturen und zur Validierung ihres Einflusses auf die Kunststoffströmung wird der Einfluss der EDM-Oberflächenintegrität auf den Wärmeübergangskoeffizienten (WÜK) an der Werkzeugwand experimentell und simulativ untersucht. Dies stellt den besonderen Forschungsschwerpunkt des WZL dar. Darüber hinaus wird die Dauerhaftigkeit der erzeugten Formoberflächen durch Langzeittests (WZL und IKV) überwacht. Die weiteren Untersuchungen basieren auf der Kopplung von Computational Fluid Dynamics (CFD) mit Wärmeübergangskoeffizientensimulationen (WÜK) als Funktion der Oberflächenstruktur sowie Validierungsexperimenten und Messungen während des Spritzgießens, was den Forschungsschwerpunkt des IKV darstellt.

Weitere Informationen finden Sie auf der Internetseite des Forschungsvorhabens.