Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer Technologie zum trennmittelfreien Herstellen von Wachsmodellen im Wachsspritzguss zur Qualitäts- und Kostenoptimierung des Feingusses

Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuen Technologie für den trennmittelfreien Wachsspritzguss. Hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit gesteigert, weil die Prozessschritte Silikonauftrag und Wachsmodellreinigung eingespart werden und der Ausschuss reduziert wird. Hierzu wird eine plasmapolymere Trennschicht eingesetzt. Diese zeichnet sich durch eine Reihe von Eigenschaften aus, wie z.B. gute Haftung auf der Form, Schichtdicke ca. 2µm und eine Temperaturbeständigkeit von 280°C. Für die Trennwirkung ist entscheidend, dass die Wechselwirkung zwischen Formwachs und Beschichtung rein dispersiver Natur ist. Somit wird die chemische und physikalische Wechselwirkung auf das unvermeidbare Minimum (van der Waals-Kräfte) reduziert. Daher ist das wissenschaftliche

Ziel des Projektes ein vertieftes Verständnis zur Interphasenausbildung typischer Feingusswachse zu erarbeiten, da hierdurch deren Kohäsionsfestigkeit beim Trennprozess beeinflusst wird. Diese ist letztendlich die Voraussetzung für ein permanentes Trennverhalten.

Zur Erreichung des Forschungsziels wird ein Labortest zur Schnellprüfung von Wachsen für ihre Eignung zum rückstandsfreien Entformen entwickelt. Zur Charakterisierung dieser Versuche werden vor allem der E-Modul an der Wachsoberfläche, die Haftkraft beim Entformen sowie die Oberflächenenergie und die Topographie der Formoberfläche gemessen und ausgewertet. Nach der Laborphase werden die gewonnenen Erkenntnisse auf den Wachspritzguss übertragen. An einem Versuchswerkzeug werden plasmapolymere Beschichtungen appliziert und auf der institutseigenen Wachsspritzgussmaschine hinsichtlich der Entformungseigenschaften untersucht werden. Validierung und Bewertung der Entformungseigenschaften erfolgt in Abhängigkeit von dem eingesetzten Wachs, der eingesetzten Beschichtung und den Prozessparametern.

Ergebniszusammenfassung:

Die Forschungsergebnisse haben eindeutig dargestellt, dass die Plasmabeschichtung der Wachsspritzwerkzeuge eine Substitution von nicht-permanente Trennmittelschichten (z.B. Silikonöl o.ä.) ermöglicht.

Weiterhin wurde herausgefunden, dass der sogenannte Adhäsionspunkt des Modellwachses unbedingt zu unterschreiten ist. Der Wachs - Adhäsionspunkt ist die Temperatur, ab der das Wachs anfängt an der Oberfläche anzuhaften. Es entsteht ein sichtbarer Rückstand, die Ablösekraft steigt spürbar an. Die umfassenden Spritzversuchen im Labor und im industriellen Umfeld zeigten, dass die plasmapolymere Trennschicht eine praxisgerechte Lösung für den Wachspritzguss darstellt. Die Bandbreite der genutzten Spritzwerkzeuge (Handformen und Automatenwerkzeuge) reichte dabei von einfachen bis hin zu hoch komplexen Geometrien mit Losteilen und hydraulischen Schiebern mit unterschiedlichstem Bedarf an Trennmittel. Bis Projektende konnten mit einer Spritzform (Geometrie Turboladerrädchen) über 40.000 Wachsteile gefertigt werden ohne eine Abnutzungserscheinung an der Trennschicht festzustellen. Der Einsatz der Plasmabeschichtung erzeugt höhere Investmentkosten für die Spritzwerkzeuge, lösen jedoch viele Probleme und können an anderer Stelle Kosten einsparen. Diese Einsparpotential müssen genutzt werden, um einen wirtschaftlichen Nutzen zu generieren.