DE4012851A1

DE4012851A1 - Verfahren und vorrichtung zum fertigen von hochfesten bauteilen und gegenstaenden aus kunststoff durch verfahren des umformens

Info

Publication number: DE4012851A1
Application number: DE19904012851
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Frey; Helmut Prof Dr Kaeufer
Original assignee: Individual
Current assignee: Frey Gerhard Dr-Ing 73614 Schorndorf De
Priority date: 1990-04-19
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1991-10-24
Also published as: DE4012851C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von eigenverstärkten Formteilen aus Kunststoff, wobei geformte und erstarrte Formlinge durch anschließendes definiertes Umformen mit gezielter Scherung maßgenau geformt werden. Gleichzeitig werden Strukturen ausgebildet, die eine hohe Molekülorientierung mit stabiler Kristallitkonfiguration und dadurch sehr hohe Festigkeiten und wesentlich verbesserte weitere Eigenschaften aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Kunststoffteile mit nur durch den Fertigungsvorgang hervorgerufenem neuem Eigenschaftsbild gefertigt werden können.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß dies durch ein Verfahren mit der Vorlage eines Vorformlings mit gleichmäßiger Temperaturverteilung und dem anschließenden ein- oder mehrmaligen Aussetzen einer Scher beanspruchung möglich ist, wobei in einem oder mehreren separaten Preßwerkzeugen der jeweilige Preßreckvorgang ausgeführt wird.

Im Gegensatz zu den bisher üblichen Verfahren in der Kunststoff verarbeitung wird die Formgebung ein- oder mehrstufig durch Umformprozesse erzielt, die bei einer Temperatur von 5-50 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur bei teilkristallinen, der Glasübergangstemperatur bei amorphen Werkstoffen, in erstarrtem Zustand des Vorformlings bei gleichmäßiger Temperaturverteilung erfolgt.

Es finden Verfahren des Massivumformens kombiniert mit Geometriean passung des Fließens Anwendung, die bisher in der Kunststoffverarbei tung nicht eingesetzt werden. Durch den erfindungsgemäßen Verfah rensablauf mit Fließpressen, Gesenkformen, Stauchen, Freiformen und Walzen können Teile mit neuem Eigenschaftskollektiv gefertigt werden.

Die Vorrichtung für das Eigenverstärken durch Umformen der eingangs beschriebenen Art ist so aufgebaut, daß durch entsprechendes Hintereinanderschalten von Temperier-, Umform- und Transporteinrichtungen diese Umformvorgänge in einem oder mehreren Schritten automatisiert durchgeführt werden können (Bild 1). Die Temperierung ist vor dem Preßvorgang für die genaue Einstellung der Umformtemperatur und nach dem Preßvorgang für die Form- und Maßgenauigkeit des Formteils von Bedeutung.

Der Verfahrensablauf ist gegliedert in:

- Fertigen des Vorformlings,
- Auskristallisieren und Temperieren des Vorformlings,
- Umformen zum Fertigteil, mit kurzer Hochdruckfixierung,
- Temperieren und Niederdruckfixieren des Formteils,
- Abkühlen des Formteils,
- Entformen.

Die Werkzeugkavitäteinsätze werden mittels einer Verschiebeeinrichtung aus der Presse auf eine separate Rundeinheit gefördert und werden dort elektrisch und/oder mit Hilfe von flüssigen oder gasförmigen Medien temperiert. In einer Zwischenstation werden die Fertigteile entnommen.

Die Temperierung erfolgt in Stufen:

- mittlere Temperatur für Niederdruckfixieren,
- niedrige Temperatur für Abkühlen des Formteils,
- hohe Temperatur für Umformschritt.

Die Zuführung der Vorformlinge kann entweder auf der der Rundeinheit gegenüberliegenden Seite der Presse, oder in einer weiteren Zwischenstation auf der Rundeinheit erfolgen. Im letzteren Falle kann die Temperierung des Vorformlings parallel in der Einsatzkavität erfolgen. Durch Verwenden einer Mehrfachkavität und das gleichzeitige Einlegen mehrerer Vorformlinge können mehrere Formteile gleichzeitig in einem Arbeitsschritt gefertigt werden.

Mit sehr kurzen Zykluszeiten können so Formteile hoher Beanspruchbarkeit für technische Anwendung im Fahrzeug-, Geräte- und Apparatebau, aber auch im Verpackungs- und Massenartikelbereich mit kostengünstigen Werkstoffen und/oder erheblich reduzierter Wanddicke gefertigt werden.

Claims

1. Verfahren zur Fertigung von Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, wobei ein vorgefertigtes Teil (Vorformling) durch Scherprozesse der Geometrie von Vorformling und Formteil angepaßt so zum Fertigteil geformt wird, daß durch gerichtetes Fließen hochfeste Werkstoffstrukturen durch Orientierung mit Scherrecken entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein ganz oder teilweise blockförmiger Vorformling gleichmäßig erwärmt wird, ohne daß er seine Form und seinen Zusammenhalt verliert und ein- oder mehrmalig hintereinander verschiedenen Umform- und Scherfließeinwirkungen ausgesetzt wird, wobei zuerst Freiformungen erfolgen und dann mindestens als letzte Formgebungsstufe Fließpressen in einem Werkzeug stattfindet, das die entgültige Teilegeometrie vorgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch kombiniertes Stauchen und Fließpressen voll, hohl oder napfförmig, vorwärts, rückwärts und/oder quer vorwiegend unter Druck spannungen mit Schubspannungen ein Werkstoffscherfließen mit Ausrichtung der Molekülstrukturen bewirkt wird, vorzugsweise durchgeführt auf einer kraftgebundenen Presse.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Gesenkformen mit Anstauchen im Gesenk und Formpressen mit oder ohne Grat in einem oder mehreren Schritten ein Kunststoff-Formteil gefertigt wird, das belastungsgerechte oder weitgehend in Richtung der Wände anisotrop (biaxial) eigenverstärkte Strukturen aufweist und bei dem durch gezieltes Werkstoff-Fließen eine form- und maßgenaue Geometrie erzielt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Freiformen mit Aufweiten, Absetzen, Breiten und Stauchen und mit Walzprozessen (Stückgut-Walzen) mit Scheiben-, Ring-, Schräg-, Quer-, Gewinde- und Drückwalzen in einem oder mehreren gleich- oder verschiedenartigen Schritten Formteile entstehen, die durch anschließendes Fixieren mit oder ohne Formzwang bei Temperaturen zwischen 10 und 100 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur maß- und formstabil sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor formlinge in einer umlaufenden Vorrichtung durch Gießen, Spritzgießen, oder Extrusion mit chemischer oder physikalischer Stoffbildung geformt, gezielt kristallisiert und auf eine Temperatur 10-100 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur gebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorge fertigtes Halbzeug zu Vorformlingen konfektioniert und auf eine Temperatur 10-100 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur gebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigung des Vorformlings, das Einlegen des Vorformlings in das Preßwerkzeug, die Werkzeughandhabung und das Entnehmen des Fertigteils automatisiert mit Handlingsvorrichtungen erfolgt.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorformlinge in einem Preßwerkzeug umgeformt werden, das eine Temperatur von 10-100 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur aufweist und das separate, miteinander verriegelbare Kavitäteinsätze jeweils in Ober- und Unterseite des Werkzeugs aufweist, wobei die Einsätze nach dem Umformen mit dem darin befindlichen Formteil verriegelt und anschließend aus dem Werkzeuggrundkörper entnommen werden. Die Formteile verbleiben zur Abkühlung in den verriegelten Einsätzen, wobei in das Werkzeug vortemperierte Einsätze eingelegt werden und ein neuer Preßzyklus beginnt.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fertigung von Formteilen mit voneinander verschiedenen Geometrien verschiedene Kavitäteinsätze mit identischen Vorformlingen im Zuge desselben Arbeitsganges gefertigt werden können, wobei mehrere, vorzugsweise vier, Kavitäteinsatzpaare so geführt werden, daß eine Temperierung und Entnahme des Fertigteils und eine Temperierung des leeren Einsatzpaares erfolgen kann.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der teilkristalline Werkstoff eine spezielle Molekulargewichtsverteilung bei geringem Verzweigungsgrad aufweist.

11. Vorrichtung zum Fertigen von Formteilen aus Kunststoff, vorzugs weise unter Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 bestehend aus einer Rundlaufeinheit mit mehreren, vorzugsweise 4 bis 6, temperierten Formwerkzeugen, einer Presse mit formgebendem Preßwerkzeug und einer Rundlaufeinheit mit mehreren, vorzugsweise 4 bis 6, Formeinsatzpaaren dadurch gekennzeichnet, daß Formwerkzeuge, Preßwerkzeug und Formeinsatzpaare jeweils getrennt mit unterschiedlichen Temperaturen temperierbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das formgebende Werkzeug aus einem Werkzeuggrundkörper zur Temperierung und zum Aufnehmen der Preßkräfte und konturgebenden Formeinsatzpaaren, die die Geometrie des fertigen Formteils aufweisen, besteht, wobei die Formeinsatzpaare im geschlossenen Werkzeug verriegelt und geschlossen und geöffnet entnommen und eingelegt werden können.

13. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge und Formeinsatzpaare automatisch geführt verschiedene Stationen durchlaufen, in denen jeweils Einfüllen des Werkstoffs, Aufheizen und Abkühlen auf die jeweils geforderte Temperatur, Öffnen und Entriegeln und Entnahme bzw. Übergabe des Teils erfolgt.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling zur Abkühlung und Erwärmung in einem Temperiermedium geführt und transportiert wird, so daß das Werkstück bei Übergabe in das Preßwerkzeug mit homogener Temperaturverteilung vorliegt.