Blog-Artikel letzte Änderung: 27.10.2020 Autor : lechlerin

Neue Erkenntnisse beim Stanzen von PVC und PC-ABS

FlexSpee - die servoelektrische Stanzpresse von Stanova

Neue Erkenntnisse beim Stanzen von PVC und PC-ABS

Eine Hochleistungskamera liefert neue Einblicke in den Prozess des Stanzens von Kunststoffen: eine entscheidende Rolle für grat- und flusenfreies Stanzen spielt der Schneidspalt.

Klappe auf für einen unbekannten Filmstar – der Stanzprozess

 

Das junge Unternehmen Stanova Stanztechnik ist dem idealen Schneidspalt für das Stanzen von Kunststoffen auf der Spur. Eine Hochleistungskamera liefert neue Einblicke in den Stanzprozess.

Von Sebastian Noller und Katrin Lechler

 

Stanova untersucht seit Längerem die Bedingungen für rückstandsfreies Stanzen von Kunststoffen. Grat und Flusen verursachen nicht nur Kosten, da sie in einem zusätzlichen Prozessschritt entfernt werden müssen. Sie stellen auch eine Gefahr für Werker*innen dar und gefährden die Betriebssicherheit. Dabei hat sich vor allem der Kunststoff PC-ABS als divenhaft erwiesen. Während PVC durch eine hohe Stanzgeschwindigkeit und einen relativ kleinen Schneidspalt qualitativ hochwertig getrennt werden kann, helfen diese Parameter bei der Bearbeitung von PC-ABS nicht. Doch genau dieser ist der attraktivere Werkstoff: PC-ABS ersetzt zunehmend PVC als Standardkunststoff, der bei Temperaturen über 210 °C Salzsäureverbindungen entwickelt und freisetzt. Außerdem muss bei einigen Anwendungen wie im Schienenfahrzeugbau die internationale Norm UL94 für die Entflammbarkeit von Kunststoffen eingehalten werden. PC-ABS kann diese Anforderung ohne den Zusatz von umweltgefährlichen und gesundheitsschädlichen Halogenen erfüllen.

In bisherigen Studien wurde meist versucht, das Materialverhalten durch die Variation des Mischungsverhältnisses von PC zu ABS, des Butadien-Gehalts im ABS, der Prozessparameter beim Extrudieren und Mischen und der optional verwendeten Additive zu beherrschen.

Stanova hat zusammen mit ihrer Kooperationspartnerin Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) einen neuen Ansatz gefunden, um das Stanzergebnisse bei PC-ABS zu optimieren: Es wurde eine gläserne Matrize gefertigt, die Einblick in den Stanzprozess gewährt. Dieser wird mit Hilfe einer Hochleistungskamera gefilmt (s. Abbildung 1). Es entstanden 73 Aufnahmen, dabei hatte PC-ABS eine Materialstärke von 1,4 mm, PVC 1,2 mm.

Mit dieser unkonventionellen Untersuchungsmethode kann das Materialverhalten von PVC und PC-ABS mikroskopisch genau beobachtet und verglichen werden. Das junge Unternehmen Stanova wird damit seinem Anspruch gerecht, Neues zu wagen, um eingefahrene Abläufe in der Kunststoffbranche dynamischer und energieeffizienter zu gestalten. Das sind die vorläufigen Ergebnisse:

PVC weist eine geringe Bruchdehnung auf. Nach leichter Deformation zeigt das Material schon Anzeichen eines Weißbruchs, also eine Weißfärbung während der Verstreckung. Zum Ende des Vorgangs erfolgt ein Scherbruch mit geringfügiger duktiler Deformation. Der Versagensmechanismus des Materials gleicht einem spontanen, spröden Bruch.

PC-ABS hingegen scheint sich wie Kaugummi zu dehnen und sich mit jeder Faser dem Trennvorgang zu widersetzen. Oder anders ausgedrückt: PC-ABS wird so lange plastisch verformt, bis die Scherfestigkeit des Materials lokal überschritten wird. Wahrscheinlich findet bei der Bearbeitung von PC-ABS kein klassischer Stanzprozess statt, sondern das Material muss über seine gesamte Materialstärke geschnitten werden.

Weitere Versuche ergaben, dass ein relativ zur Materialstärke kleiner Schneidspalt zu einer vermehrten Flusenbildung führt. Flusen sind unerwünscht, da sie zur Verstopfung der Matrize führen können, aber auch Mikroplastikpartikel darstellen, die in die Umgebung gelangen. Bei PVC dagegen ist es genau anders herum: ein kleiner Schneidspalt verringert Grat und Flusen am Werkstück. In dieser verwirrenden Situation liefern die Nahaufnahmen des Stanzprozesses wichtige Erkenntnisse: Offenbar entstehen Flusen beim Werkstoff PC-ABS, wenn der Stanzabfall, auch Butzen genannt, nicht komplett vom Werkstück getrennt wurde. Diese letzte Materialverbindung zwischen Butzen und Werkstück längt sich während des Stanzprozesses im Schneidspalt, während der Schneidstempel den Butzen nach unten abführt. Die Flusen gelangen also nicht in den Schneidspalt, sondern entstehen dort.

 

Die Aufnahmen mit dem unbekannten Filmstar „Stanzprozess“ haben sich gelohnt: Zum einen konnte das Materialverhalten von PC-ABS und PVC visualisiert werden. Zum anderen ist nun die ambivalente Rolle des Schneidspalts deutlich geworden. Außerdem ist sich ein dritter, wichtiger Faktor hervorgetreten, der für die Stanzqualität von Bedeutung ist: Der Niederhalter ist beim Stanzen von PC-ABS teilweise ohne Funktion, da er nach dem Aufsetzen auf das Material schwingt. Dies scheint keinen oder nur geringfügig negativen Effekt auf das Stanzen von PVC zu haben. Bei PC-ABS hingegen ist der Niederhalter unverzichtbar für grat- und flusenfreie Ergebnisse. Möglicherweise liegt das an der höheren Bruchdehnung von PC-ABS gegenüber Werkstoffen aus PVC. Diese Situation kann leicht behoben werden, in dem die Niederhalterkraft bzw. die Federsteifigkeit erhöht und die Masse des Niederhalters minimiert wird. Beide Maßnahmen erhöhen die Eigenfrequenz des Niederhaltersystems bzw. der bewegten Teile wodurch die Schwingung mit einer höheren Frequenz und einer kleineren Amplitude abläuft.

Stanova und die HTW werden Folge-Versuche durchführen, bei denen weitere Kunststoffe in verschiedenen Materialstärken betrachtet werden. Ziel ist es, eine je nach Material und Stärke ideale Schneidspaltgröße zu finden, die glatte Schneidkanten garantiert.

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