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Thursday, September 17, 2020, Virtueller Raum 2 3:45 PM Sonderforschungsbereich: Bauteilpräzision durch Beherrschung von Schmelze und Erstarrung in Produktionsprozessen |
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Thermisch gespritzte Heizschichtsysteme für den Einsatz im Spritzguss |
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Andreas Schacht* / RWTH Aachen University, Germany K. Bobzin / , W. Wietheger/ , H. Heinemann/ , C. Hopmann/ , J. Blum/ , T. Hohlweck/ , S. Hartmann/ , F. Trenkle/ , |
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Ein entscheidender Faktor zur Beeinflussung der Bauteilqualität im Kunststoffspritzgießen ist die Temperatur an der Kavitätsoberfläche des Werkzeugs. Um z. B. lange Fließwege erreichen zu können, ist eine hohe Oberflächentemperatur in der Einspritzphase wichtig. In der anschließenden Kühlphase muss diese verringert werden, um eine ausreichende Verfestigung der Schmelze zu erreichen. Hierzu existieren bereits Temperiersysteme, welche jedoch nur relativ geringe Temperatur¬änderungsraten und eine schlechte Energieeffizienz aufweisen, da oftmals das gesamte Werkzeug aufgeheizt werden muss. Eine Alternative zu diesen industriell etablierten Systemen können thermisch gespritzte Heizschichten darstellen. Diese bringen Heizleistung direkt an der Kavitätsoberfläche ein und ermöglichen somit eine sehr schnelle, lokale und energieeffiziente Temperaturführung. In diesem Beitrag wird ein thermisch gespritztes Heizschichtsystem basierend auf dem Werkstoff TiOx/Cr2O3 betrachtet. Dieses wird durch zwei Isolationsschichten von dem Werkzeugstahl und der Schmelze getrennt. Die obere Deckschicht dient dabei neben der Isolation auch dem Schutz des eigentlichen Schichtsystems. Um die Eignung des Schichtsystems für den Einsatz im Spritzgießen zu untersuchen wird dieses anhand verschiedener Modelltests untersucht. Mithilfe von Schertests und durch die Bestimmung der Haftzugfestigkeit werden zunächst die mechanischen Eigenschaften des Schichtverbundes bewertet. Ebenso wird der Verschleißwiderstand des entwickelten Schichtsystems im Pin-on-Disk-Test gegenüber einem Kunststoffpin ermittelt und mit üblicherweise eingesetztem Werkzeugstahl verglichen. Basierend auf diesen Ergebnissen werden zwei Werkzeugeinsätze mit einem ähnlichen Schichtsystem beschichtet und durch Nachbearbeitung auf unterschiedliche Rauheiten gebracht. Anschließend werden die Einsätze einem praxisnahen Test unterzogen, mit dem Fokus die Beständigkeit des Schichtsystems in dem Spritzgießprozess festzustellen. Ebenso wird die Abformung der Oberflächenstrukturen der Beschichtungen auf die Kunststoffbauteile mithilfe eines konfokalen Lasermikroskops untersucht. |