Residual stress measurement study on injection molded Polyoxymethylene specimens

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitMasterarbeitForschung

Abstract

Polyoxymethylene ist ein technischer Thermoplast, der hohe Kristallinitätsgrade erreichen kann und gute mechanische Eigenschaften besitzt. Diese mechanischen Eigenschaften sind sowohl von der Morphologie des Kunststoffs als auch von den Eigenspannungen abhängig. Eigenspannungen entwickeln sich zufolge ungleichmäßiger Abkühlbedingungen und Deformationen meist während des Verarbeitungsprozesses. In dieser Arbeit wurden spritzgegossene Zugprüfstäbe hinsichtlich ihres Eigenspannungsprofils über die Dicke untersucht. Die Stäbe wurden im März 2017 im Rahmen einer früheren Arbeit hergestellt. Dabei wurde ein Versuchsplan („Design of Experiments“) durchgeführt, bei dem Nachdruck, Temperaturprofil über den Zylinder und die Werkzeugtemperatur variiert wurden. Des Weiteren wurden damals bereits Zugversuche, bruchmechanische Versuche, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Mikroskopie und Röntgenmessungen durchgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden nun drei unterschiedliche Methoden zur Analyse von Eigenspannungen angewandt: die Layer Removal Technik (LRT), Wide-Angle X-Ray Diffraction (WAXD) und Nanoindentation. Ziel war es einerseits, Eigenspannungsprofile für die unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen zu erhalten und zu vergleichen. Dafür wurde die Layer Removal Technik gewählt, die bereits früher für Polymere angewandt wurde. Des Weiteren sollten WAXD und Nanoindentation auf ihre Anwendbarkeit zur Bestimmung von Spannungsprofilen und -werten überprüft werden. Mit der Layer Removal Technik wurden durchwegs plausible Eigenspannungsprofile erzielt. Druckspannungen in den äußeren Schichten sowie Zugspannungen im Inneren der Stäbe traten auf. Auch der Einfluss der Verarbeitungsparameter entsprach den Erwartungen. Allerdings konnte aufgrund des Einflusses des Abfräsprozesses und der Bestimmung der Krümmung bei großen Biegeradien keine eindeutige Aussage über Änderungen in den oberflächlichen Schichten getroffen werden. Mit den WAXD-Messungen wurden ebenfalls plausible Spannungsverläufe erhalten. Jedoch mussten bei der Auswertung verschiedene Annahmen bezüglich des spannungsfreien Zustands und der sogenannten elastischen Konstanten getroffen werden, die einen quantitativen Vergleich mit anderen Methoden erschweren. Bei der Nanoindentation wurden zwei unterschiedliche Auswertungsmodelle aus der Literatur verwendet. Die Proben wurden nicht schichtweise untersucht wie bei den vorhergegangenen Methoden, sondern auf den Oberflächen über die Dicke und die Breite sowie über den Querschnitt der Zugprüfstäbe. Keines der beiden Modelle lieferte zufriedenstellende Resultate. Geometrische Probleme und die Rauigkeit der Oberfläche machten es schwierig, sinnvolle Versuche durchzuführen. Grundsätzlich ist zu sagen, dass die Layer Removal Technik die plausibelsten Ergebnisse lieferte und WAXD-Messungen großes Potential besitzen. Nanoindentation wird in der Form und zum jetzigen Zeitpunkt als ungeeignet angesehen.

Details

Titel in ÜbersetzungAnalyse von Messmethoden zur Bestimmung von Eigenspannungsprofilen in spritzgegossenen Proben aus Polyoxymethylen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung12 Apr 2019
StatusVeröffentlicht - 2019