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Geometriespeichernde Schichtverbunde für die Herstellung prototypischer Gießformen und Spritzgießwerkzeuge (Coraform)

Schlussbericht für den Zeitraum: 01.02.2004 - 31.01.2006 zu dem aus Haushaltsmitteln des BMWA über die AiF Otto von Guericke geförderten IGF-Forschungsvorhaben, Förderkennzeichen AiF 13886 BR
 
: Schebesta, T.; Zimmer, O.
: Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik -IWS-, Dresden

Dresden, 2006, 32 Bl.
German
Report
Fraunhofer IWS ()
Geometrische Form; Schichtwerkstoff; Prototyp; Gießform; Spritzgiesswerkzeug; Stückzahl; Kundenorientierung; Neuentwicklung; Werkzeugbau; Formenbau; Standzeit; Kleinserienfertigung; Kunststoffprodukt; Schichttechnik; physikalisches Aufdampfen; Plasmaspritzen; verschleißfeste Beschichtung; Hartstoff; Hartbeschichten; Oberflächenbeschaffenheit; Adhäsion; Verschleißfestigkeit; Korrosionsbeständigkeit; Wärmeleitung; Festigkeit; Verfahrensparameter; Durchlaufzeit; glasfaserverstärkter Kunststoff

Abstract
Produktdiversifikation und verkürzte Modellzykluszeiten bewirken den Trend zu kleineren Stückzahlen. Dadurch ist es erforderlich, die Entwicklungszeiten neuer, den Kundenwünschen entsprechender Produkte zu verkürzen und die Markteinführung mit innovativen Verfahren bei der Herstellung, auch in kleinen Stückzahlen zu beschleunigen. Das Ziel des Projektes bestand in der Entwicklung einer neuen Werkzeug- und Formenbautechnologie zur kostengünstigen Herstellung und schnellen Bereitstellung standzeitoptimierter Formwerkzeuge, die die wirtschaftliche Fertigung von Prototypen und Kleinserien auch im schwer verarbeitbaren Serienwerkstoff ermöglichen. Das entwickelte innovative Herstellverfahren für Gießformen und Spritzgießwerkzeuge basiert auf der Abformung eines als Positivmodell dienenden RP-Prototyps oder anders schnell fertigbaren Kunststoffteiles durch Schichtverbunde. Diese, die Geometrie des Modells speichernden, grenzflächenoptimierten Schichtverbunde bilden mit einer Hinterfütterung nach Entfernen des Teiles und dem Anbringen der gießtechnischen Einrichtung die Werkzeugstammform. Der Aufbau der Schichtverbunde erfolgte mit aktivierten Bogenbeschichtungsverfahren (PVD-Verfahren) für die Funktionsschicht und Plasmaspritzbeschichten (APS) für die Stützschicht. Die später die Werkzeugoberfläche bildende PVD-Funktionsschicht wurde entsprechend dem Anforderungsprofil des Formwerkzeuges aus verschleißfesten Hartstoffen, wie TiAlN, CrN, TiN, so auf den Kunststofftyp des Positivmodells haftfest abgeschieden, dass sie die Form und Oberflächenstruktur des abzuformenden Teiles genau wiedergibt und geringe Adhäsionsneigung, hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit gegenüber der im Werkzeug zu formenden Schmelzmasse aufweist. Der Verbund aus Positivmodell und PVD-Funktionsschicht wurde mit einer APS-Stützschicht beschichtet, die aus haftvermittelnden Al oder Cu-Lagen und einer harten Schicht ausreichender Dicke mit Ni-, Fe-, oder Co- Basislegierungen aufgebaut ist. Die Stützschicht gibt dem Schichtverbund Festigkeit, Wärmeleitung und der druckfesten Hinterfütterung über die einstellbare Rauheit gute Haftbedingungen. Die Verfahrensschritte, Schichtwerkstoffe, Prozessparameter und -bedingungen für die PVD- und APS- Beschichtung wurden an Formkörpern verschiedener Kunststofftypen ermittelt und so optimiert, dass die Schichtverbunde haftfest und spannungsarm auf den häufig thermisch und mechanisch nur gering belastbaren Kunststoffmodellen abgeschieden werden, ohne diese zu verformen oder zu schädigen. Der Schichtverbund wird zur Werkzeugherstellung in einem Formrahmen bis zur Trennebene mit einem der thermischen und Druckbelastung des Formwerkzeuges entsprechenden Hinterfütterung (Gießharz, niedrig schmelzende Metalllegierung) hintergossen. Nach dem Entfernen des Kunststoffmodells aus dem Formspeicher durch thermische Behandlung wird das Formwerkzeug mit gießtechnischen Einrichtungen komplettiert. Die Werkzeugherstellung auf der Basis geometriespeichernder Schichtverbunde ist in der Praxis innerhalb von 4 Werktagen möglich. Die geringe Durchlaufzeit in der Herstellung und die erreichten Standmengen von 1000 Teilen eines mit Glasfasern verstärkten Kunststoffes bzw. mehr als 1500 Teile eines unverstärkten Kunststoffes in der geforderten Qualität bewirken in vielen Fällen Anwendungsvorteile gegenüber dem klassischen prototypischen Werkzeugbau. Die Eigenschaften der die Stammform bildenden Schichtverbunde sind über die Schichttechnologien, verarbeitbaren Schichtsysteme und Hinterfütterung an das vorliegende Beanspruchungsprofil und die zu formende Schmelzmasse anpassbar, um standmengenoptimierte Werkzeuge für Prototypen- und Kleinserienfertigung herzustellen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-67063.html