DE4012851C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von eigenverstärkten Formteilen aus thermoplastischen Kunststoffen mittels Umformen in einer oder mehreren Stufen von vorgeformten und erstarrten Formlingen unter geometrisch definiertes Fließen hervorrufendem Formungsdruck, verbunden mit der Ausbildung von hohe Molekülorientierung enthaltenden Strukturen. Die Geometrie des Vorformlings ist durch die gezielte Abstimmung der während des Umformens auftretenden Fließ- und Schervorgänge auf die angestrebte Fertigteilgeometrie gekennzeichnet. Dadurch ist die mehrdimensionale Ausbildung der orientierten Strukturen und damit die bevorzugte Einbringung dieser Strukturen in Richtung der vorwiegend auftretenden Beanspruchungen möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens mit integrierter Hinterein­ anderschaltung der Prozeßschritte mit Hilfe von Kavitäts­ paaren, die zur Preßkrafteinleitung in ein Werkzeug einge­ bracht werden und zum Durchlaufen der weiteren thermischen Zustände verriegelt verschiedene Stationen durchlaufen, ohne daß eine weitere Kraftaufbringung erfolgt.

Zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften von Kunststoffen ist es grundsätzlich bekannt, daß durch Deformation in fester und flüssiger Phase unter Zug und Druck ein Orientieren durchgeführt werden kann.

Es wurde auch erkannt, daß insbesondere durch Umformen von Kunststoffen die Eigenschaften drastisch zu steigern sind. In US 38 25 648 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Vorformlinge unter Druck- und Scherkräften zu Fertigteilen umgeformt werden. Der Vorformling wird dabei auf Tempera­ turen von ca. 3-17 °C, und das Werkzeug auf ca 3-42°C unterhalb der Kristallitschmelztemperatur des eingesetzten Werkstoffs gebracht. Der Formzwang wird dabei nur zwischen 5 und 60 Sekunden lang aufrechterhalten.

Die Bedeutung der Abstimmung der Geometrien von Vorformling und Fertigteil und des gerichteten Fließens für die Lage und Richtung der im Fertigteil ausgebildeten Orientierungen ist jedoch nicht erkennbar. Außerdem wurde die Problematik der Handhabung von Vorformling und Fertig­ teil in den einzelnen Prozeßstufen bis hin zur Abkühlung des Bauteils nicht analysiert und betrachtet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Fertigteil in gezielten Schritten so herzustellen, daß die eigenverstärkenden Strukturen der Bauteilbelastung bei Beanspruchung direkt optimal angepaßt sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebenen Merkmale gelöst.

Nach dem bisherigen Stand der Technik entwickelte Bauteile weisen relativ geringe Eigenschaftsverbesserungen, Eigenschaftsinhomogenität und -instabilität auf. Mit der erfindungsgemäßen Ausrichtung der Bauteilerstellung auf die Strukturentstehung mit Hilfe der Abstimmung der Scherprozesse auf die Geometrie von Vorformling und Fertigteil wird die Strukturorientierung gezielt auf hohem Niveau an gewünschten Bereichen des Fertigteils eingebracht.

Um gezielt eine vorherbestimmte Verteilung der Eigenverstärkung im Fertigteil erreichen zu können, wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Umformen nicht in einer am Ende des Formungsprozesses abgeschlossenen Form, sondern kinematisch, d. h. unter schrittweiser Formgebung mit Formzwang nur auf Teilbereiche des Werkstücks ausgeführt. Dies ist mit Freiform- und Walzvorgängen der Fall, wobei sowohl Fertigteile, als auch weiterzuverarbeitende Halbzeuge entstehen können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Vorformling durch Urformen mit chemischer Stoffbildung hergestellt, ausgeführt in einem Gießverfahren, das durch die Geschwindigkeit der ablaufenden chemischen Prozesse bestimmt ist, und dadurch auch bei der Vorformlingsfertigung im Umformwerkzeug mit hoher Geschwindigkeit abläuft.

Da die für dieses Verfahren notwendige Vor- und Nachtemperierung exakt durchgeführt werden muß und daher eine nicht beeinflußbare Zeit in Anspruch nimmt, werden nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die zur langzeit- und temperaturstabilen Vorlage der orientierten Strukturen notwendigen Temperiervorgänge getaktet in einzelnen Stationen drucklos ausgeführt. Dazu wird das jeweils formgebende Kavitätspaar mit geringer Eigenmasse mit dem Vorformling in das Umformwerkzeug temperiert eingeführt und nach dem Umformen aus dem Umformwerkzeug verriegelt entnommen und nacheinander verschiedenen Temperierstationen zugeführt.

Durch die geringe Eigenmasse der verriegelten Kavitäten mit dem darin enthaltenen Formteil wird das Werkstück in den auf den jeweils notwendigen Temperaturen gehaltenen Temperierstationen in sehr kurzer Zeit auf die vorgegebenen Temperaturen gebracht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die in Anspruch 6 beschriebene Vorrichtung durchgeführt bestehend in einer Anordnung von Formungseinrichtung mit vorgeschalteter Vor­ formlingsfertiguing und nachgeschalteter Fertigteiltem­ peraturbehandlung jeweils auf linear oder rundlaufend angeordneten Einheiten, bei der Werkzeug-/Kavität­ einsatzpaare ohne äußere Krafteinbringung, miteinander verriegelt, Zonen spezifisch eingestellter Temperatur durchlaufen, wobei die Werkzeugeinsatzpaare, in denen die Fertigteiltemperaturbehandlung erfolgt, zugleich als formgebende Bestandteile ein Basiswerkzeug in der Formungseinrichtung durchlaufen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 1 dargestellt. Es zeigt die Vorformlingsfertigung und Temperierung des Vorformlings mit Übergabe des Vorformlings in das temperierte Preßwerkzeug, sowie die Umformeinrichtung mit Presse und Basiswerkzeug mit Einsatzpaaren, einer Einheit mit einzelnen Temperierstationen, sowie der Übergabevorrichtung.

Die Fertigung des Vorformlings ist mit den Verfahren des Urformens aus der Schmelze, z. B. durch Spritzgießen (1) grundsätzlich bekannt. Die Temperierung des Vorformlings erfolgt kontinuierlich in einem Tunnelofen (2) oder gemeinsam mit den Kavitäteinsatzpaaren auf Temperaturen von 10 bis 100 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur des eingesetzten Kunststoffs.

Das Basiswerkzeug (4), beheizt auf Temperaturen von 10 bis 100 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur des eingesetzten Kunststoffs, ist in eine Preßvorrichtung (3), vorzugsweise hydraulisch betrieben, eingebaut. Im Basiswerkzeug sind die Kavitäteinsatzpaare (5) entnehmbar eingepaßt. Über eine Handlingvorrichtung werden die Vorformlinge in das Umformwerkzeug eingelegt und umgeformt. Nach dem Umformen werden die Formeinsatzpaare verriegelt und über die Übergabevorrichtung (6) an die Temperierstationen übergeben.

In den Stationen (7) bis (9) werden Temperiervorgänge bis zur weitgehenden Abkühlung des Formteils ausgeführt. Nach dem Entformen des Fertigteils werden die Formeinsatzpaare in einer weiteren Station (10), gegebenenfalls gemeinsam mit eingelegtem Vorformling auf Umformtemperatur aufgeheizt und anschließend wieder in das Basiswerkzeug geschoben.

Claims (6)

1. Verfahren zur Fertigung von Formteilen aus thermo­ plastischen Kunststoffen, bei dem ein Vorformling so hergestellt wird, daß seine Geometrie mit den beim Umformen zum Fertigteil vorliegenden Scherprozessen abgestimmt ist, bei dem der Vorformling auf eine Temperatur von 10-100 K unterhalb der Kristallitschmelz­ temperatur des eingesetzten Kunststoffs gleichmäßig erwärmt und in ein auf eine Temperatur von 10-100 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur erwärmtes Preßwerkzeug eingelegt wird, wobei das Preßwerkzeug separate, miteinander verriegelbare Kavitätseinsätze jeweils in Ober- und Unterseite des Werkzeugs aufweist, wobei die Einsätze nach dem Umformen mit dem darin befindlichen Formteil verriegelt und die Formteile auch außerhalb des Preßwerkzeugs bis zur Abkühlung in den verriegelten Einsätzen verbleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Freiformen (Aufweiten, Absetzen, Breiten und Stauchen) und Stückgut- Walzen (Schräg-, Quer- und Drückwalzen), die Formgebung kinematisch mit Verarbeitungsgeschwindigkeiten zwischen 2 und 100 mm/min erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorformlinge durch Gießen mit chemischer Stoffbildung hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die verriegelten Kavitätseinsätze dem Werkzeug entnommen werden, daß die Vorformlingsfertigung dem Formungsprozeß direkt vorgeschaltet erfolgt und dem Umformschritt nachgeordnet eine Formfixierung ohne weitere mechanische Bearbeitung des Werkstücks auf einer ringförmig oder linear angeordneten Einheit erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformen im gesamten Werkstück oder in Teilbereichen erfolgt, wobei mit ein- oder mehrmalig hintereinander ausgeübten Formänderungs- und Scherfließeinwirkungen in einem oder mehreren Schritten die Formgebung erfolgt.

6. Vorrichtung zum Fertigen von Formteilen aus Kunststoff, vorzugsweise unter Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bestehend in einer Anordnung von Formungseinrichtung mit vorgeschalteter Vor­ formlingsfertigung und nachgeschalteter Fertigteiltem­ peraturbehandlung jeweils auf linear oder rundlaufend angeordneten Einheiten, bei der Werkzeug-/Kavität­ einsatzpaare ohne äußere Krafteinbringung, miteinander verriegelt, Zonen spezifisch eingestellter Temperatur durchlaufen, wobei die Werkzeugeinsatzpaare, in denen die Fertigteiltemperaturbehandlung erfolgt, zugleich als formgebende Bestandteile ein Basiswerkzeug in der Formungseinrichtung durchlaufen.