Mold-Making Handbook

Günter Mennig
K. Stoeckhert
Mold-Making
Handbook
3rd Edition
Mennig, Stoeckhert
Mold-Making Handbook
Günter Mennig
Klaus Stoeckhert
Mold-Making
Handbook
3rd Edition
Hanser Publishers, Munich
Hanser Publications, Cincinnati
The Editors:
Prof. Dr.-Ing. Günter Mennig,
Technische Universität Chemnitz, Institut für Allg. Maschinenbau und Kunststofftechnik, Chemnitz, Germany
Dr.-Ing. Klaus Stoeckhert (†)
Distributed in North and South America by:
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Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Werkzeuge der Kunststoffverarbeitung. English.
Mold-making handbook / [edited by] G?nter Mennig, Klaus Stoeckhert. -- 3rd Edition.
pages cm
ISBN 978-1-56990-446-6 (hardcover)
1. Plastics--Molds. I. Mennig, G?nter. II. Stoeckhert, Klaus, 1913- III. Title.
TP1150.W4613 2012
668.4’12--dc23
2012027079
Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
ISBN 978-1-56990-446-6
E-Book-ISBN 978-1-56990-550-0
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electronic or mechanical, including photocopying or by any information storage and retrieval system,
without permission in writing from the publisher.
© Carl Hanser Verlag, Munich 2013
Production Management: Steffen Jörg
Coverconcept: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, München
Coverdesign: Stephan Rönigk
Typeset: Manuela Treindl, Fürth
Printed and bound by Kösel, Krugzell
Printed in Germany
About the Book
The book uses European steel grades.
References for the comparison of US and European steel grades are available, for
example, from Beuth Verlag (Marks, P., US Steels: A comparison of US and European steel grades, German-English (2012), Beuth Verlag, Berlin, www.beuth.de) or
at www.key-to-steel.com.
Contributors
Dipl.-Ing. (FH) Christopherus Bader (Chapter 5.2)
PRIAMUS SYSTEM TECHNOLOGIES AG, Schaffhausen, Switzerland
Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl (Chapter 1.9)
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart,
Germany
Dr.-Ing. Joachim Berthold (Chapter 1.2)
Gummersbach, Germany
André Brandt (Chapter 2.2)
HASCO Hasenclever GmbH & Co. KG, Lüdenscheid, Germany
Dipl.-Ing. Otto Eiselen (Chapter 1.4)
HECO Maschinen- und Werkzeugbau GmbH, Lohmar, Germany
Alfred Erstling (Chapter 3.2)
Wuppertal, Germany
Dipl.-Ing. Thomas Eulenstein (Chapter 2.5 and 5.3)
Kunststoff-Institut Lüdenscheid, K.I.M.W. NRW GmbH, Lüdenscheid, Germany
Prof. Dr. Ing. Andreas Gebhardt (Chapter 4.7)
CP GmbH, Erkelenz and University of Applied Sciences Aachen, Aachen,
Germany
Dipl.-Ing. Josef Gockel (Chapter 2.2)
HASCO Hasenclever GmbH & Co. KG, Lüdenscheid, Germany
Ing. Rolf Hentrich (Chapter 1.6 and 4.3)
Lahr, Germany
Dipl.-Ing. (FH) Felix Hinken (Chapter 2.1)
Schneider Form GmbH, Dettingen/Teck, Germany
Dipl.-Ing. Udo Hinzpeter (Chapter 5.3)
Kunststoff -Institut Lüdenscheid; K.I.M.W. NRW GmbH, Lüdenscheid, Germany
VIII
Contributors
Dr.-Ing. Frank Hippenstiel (Chapter 3.1)
BGH Edelstahl Siegen GmbH, Siegen, Germany
Robert Hofmann (Chapter 1.11)
Hofmann Modellbau, Lichtenfels, Germany
Prof. Dipl.-Ing. Peter Karlinger (Chapter 2.1)
University of Applied Sciences Rosenheim, Rosenheim, Germany
Dipl.-Ing. (FH) Armin Klotzbücher (Chapter 4.1)
KWO Kunststoffteile GmbH, Offenau, Germany
Dr. Ulrich Knipp (Chapter 1.3)
Bergisch Gladbach, Germany
Günter Konzilia (Chapter 1.10)
z-werkzeugbau-gmbh, Dornbirn, Austria
Stefan Krüth (Chapter 4.6)
J. & F. Krüth GmbH, Solingen, Germany
Bernhard Mack (Chapter 4.2)
Mack Erodiertechnik, Langenau, Germany
Dr. Udo Maier (Chapter 1.3)
Pulheim, Germany
Prof. Dr.-Ing. Peter Mitschang (Chapter 1.8)
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH, Kaiserslautern, Germany
Dipl.-Ing. Dirk Paulmann (Chapter 2.3)
HASCO Hasenclever GmbH & Co. KG, Lüdenscheid, Germany
Dipl.-Ing. Norbert Reuber (Chapter 1.7)
Kurtz GmbH, Kreuzwertheim, Germany
Dipl.-Ing. Manfred Sander (Chapter 2.3)
Iserlohn, Germany
Dipl.-Ing. (FH) Dietmar Schäffner (Chapter 4.2)
Viscoch GmbH, Widnau, Switzerland
Prof. Dr.-Ing. Alois K. Schlarb (Chapter 1.8)
University Kaiserslautern, Kaiserslautern, Germany
Prof. Dr.-Ing. Ralf Schledjewski (Chapter 1.8)
Montanuniversität Leoben, Leoben, Austria
Prof. Dr.-Ing. Friedhelm Schlößer (Chapter 5.1)
KION Group AG, Wiesbaden, Germany
Contributors
Edgar Seufert (Chapter 3.3)
Schmelzmetall Deutschland GmbH, Steinfeld-Hausen, Germany
Dipl.-Ing. Peter Schwarzmann (Chapter 1.5)
Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG, Heilbronn, Germany
Claudia Steiner (Chapter 4.4)
NOVAPAX Kunststofftechnik Steiner GmbH & Co. KG, Berlin, Germany
Prof. Dr.-Ing. Paul Thienel (Chapter 2.4)
University of Applied Sciences Südwestfalen, Iserlohn, Germany
Uwe Thiesen (Chapter 5.4)
Plastics Germany GmbH & Co. KG, Lohne, Germany
Peter Vetter (Chapter 4.5)
Buderus Edelstahl GmbH, Wetzlar, Germany
Dipl.-Betriebsw. Oliver Wandres (Chapter 1.6)
Maus GmbH, Karlsruhe, Germany
Prof. Dipl.-Ing. Peter Wippenbeck (Chapter 1.1)
Steinbeis-Innovationszentrum Kunststofftechnik, Aalen, Germany
Klaus Zoller (Chapter 1.9)
Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG, Weinheim, Germany
IX
Editor’s Preface
to the 3rd edition
When this book was first published in Carl Hanser Verlag in 1965 in German, edited
by K. Stoeckhert, a market gap was filled, because a second edition was already
required after four years, this time in collaboration with H. Domininghaus. The
third edition came eleven years later (1980), which already had almost twice the
number of pages. It was translated and became the 1 st English edition. Due to the
personnel change in the editorship, it then took 15 years until the next edition was
published with a slightly altered title in English and German. In addition a Chinese
edition was launched for the first time. Again it took some 15 years for the now
presented 3rd edition (the 5th in German) to be published.
The present edition is not only updated, but modernized and renewed. This is also
indicated by the fact that only six of the “old” authors are still involved, and there
are new chapters such as micro injection molds, molds for the rubber industry, or
rapid prototyping, while others are no longer applicable. Otherwise, as it was already
stated in the preface of the 4th German edition, it still applies that this compilation
does not intend to serve as a textbook for the detailed design of an injection mold
or to replace the catalogue of a manufacturer of standard mold units, and it is also
not the long version of a lecture manuscript either. Rather, the brief description of
the basic facts and the latest state of the art for the individual mold types and their
manufacture allow a direct comparison in a compact form.
The book still addresses both, the reader who is looking for an introduction to a
key area of plastics processing as well as the pronounced specialist to enable quick
reading into related technical areas, which can result in ideas for their own work.
Each chapter is self-contained; the proposed synergistic effect is achieved especially
when the reader not only reads “his” chapter, but is willing to “look outside the
box” of his own specialist field.
Chemnitz, April 2013
Günter Mennig
Contents
About the Book. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V
Contributors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII
Editor’s Preface to the 3rd edition.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
1 Molds for Various Processing Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Injection Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
P. Wippenbeck
1.1.1General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.2
Injection Molding Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.3
Design of the Molded Part. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.4
Basic Mold Structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.5
Types of Ejection.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1.5.1 Products without Undercuts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1.5.2 Products with External Undercuts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1.5.3 Product with Internal Undercuts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.1.5.4 Products with Internal Threads. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.6
Gate Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.1.6.1 Gate Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.1.6.2 Solidifying Runner, Remaining at the Molded Part. . . . . . . . . . 23
1.1.6.3 Automatically Separated Runner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.1.6.4 Pass Through Channels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.1.6.5 Hotrunner Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.1.6.6 Hotrunner Nozzles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.1.7
Venting of the Cavity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.1.8
Temperature Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.1.9
Special Designs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
1.1.9.1 Stack Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
1.1.9.2 Injection-Compression Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.1.9.3 Multi-Component Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
XIV
Contents
1.1.9.4 Outsert Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.9.5 Molds for Thermosets and Elastomers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Compression and Transfer Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
J. Berthold
1.2.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2
Compression Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2.1 General Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2.2Requirements.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2.3 Components of a Compression Mold.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3
Transfer Molding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3.1General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3.2Requirements.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3.3 Structure of a Transfer Mold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4
Making Compression Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4.1Machining.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5
Mold Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.1 Types of Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.1.1 Small-Series Mold.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.1.2 Test Mold.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.1.3 Standard Mold Unit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.1.4 Conventional Compression Mold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.2 Structural Mold Designs.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.2.1 Positive Mold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.2.2 Positive Mold with Lands. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.2.3 Multi-Cavity Mold with a Common Loading Chamber. . . . . . .
1.2.5.2.4 Multi-Cavity Mold with Individual Loading Chambers. . . . . . .
1.2.5.2.5 Mold with Lateral Core Puller.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.2.6 Split Mold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.2.7 Hinged Split-Cavity Mold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.2.8 Mold with Inserts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.2.9 Unscrewing Mold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5.3 General Aspects. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.6
Sheet Molding Compound (SMC)-Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.6.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.6.2 Mold Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.6.2.1 Mold Alignment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.6.2.2 Ejector Mechanism.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.6.2.3Undercuts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.6.2.4Heating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.7
GMT/LFT Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.7.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
49
52
52
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75
75
75
Contents
1.2.7.2 Process Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
1.2.7.2.1 Pressure Forming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
1.2.7.2.2 Flow Molding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
1.2.7.3 Mold Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
1.2.8
Practical Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
1.3 Molds for Polyurethane Products.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
U. Knipp, U. Maier
1.3.1
Products, Processes, Applications, Shrinkage, and Mold
Carriers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
1.3.1.1 Material Components, Processing, Applications.. . . . . . . . . . . . 79
1.3.1.2Shrinkage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
1.3.1.3 Mold Carriers.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
1.3.2
Molds for Low-Density PUR Foam. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
1.3.2.1 Processing Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
1.3.2.1.1 Reaction Temperature. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
1.3.2.1.2 Internal Pressure in Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
1.3.2.2 Filling Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
1.3.2.2.1 Open-Mold Filling Method. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
1.3.2.2.2 Closed-Mold Filling Method.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
1.3.2.3Venting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
1.3.2.4 Mold Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
1.3.2.4.1Clamping.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
1.3.2.4.2 Closing and Opening Mechanism, Demolding Aids. . . . . . . . . . 92
1.3.2.4.3 Fastening of Inserts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
1.3.2.5 Molds for Flexible PUR Foams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
1.3.2.6 Molds for Semirigid Foams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
1.3.2.7 Molds for Rigid PUR Foams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
1.3.3
Molds for PUR Integral Skin Foams (Self-Skinning Foams).. . 99
1.3.3.1 Influence of Processing on Mold Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
1.3.3.1.1 Temperature control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
1.3.3.1.2 Sealing at Parting Line, Ejectors, and Side Cores/Sliders. . . 100
1.3.3.2Gating.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
1.3.3.3Venting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
1.3.3.4 Molds for Flexible Integral Skin Foams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
1.3.3.5 Molds for Semirigid Integral Skin Foams. . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
1.3.3.6 Molds for Rigid Integral Skin Foams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
1.3.4
Molds for Microporous PUR Products. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
1.3.4.1 Molds for Flexible, Microporous PUR Products. . . . . . . . . . . . . 108
1.3.4.2 Molds for Tough, Rigid, Microporous PUR (RIM) Products.. 108
1.3.4.3 Molds for Rigid, Microporous PUR Products. . . . . . . . . . . . . . . 109
1.3.5
Molds for PUR Casting Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
XV
XVI
Contents
1.4 Blow Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
O. Eiselen
1.4.1
Process Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
1.4.1.1 Different Types of Blow Molding Processes. . . . . . . . . . . . . . . . 112
1.4.1.2 Extrusion Blow Molding Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
1.4.1.2.1 Continuous Extrusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
1.4.1.2.2 Intermittent Parison Generation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
1.4.1.2.3 Parison Generation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
1.4.1.2.4 Different Blow Up Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
1.4.1.2.5 Special Procedures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
1.4.2
Extrusion Blow Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
1.4.2.1 Mold Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
1.4.2.1.1 Prototype Blow Molds Made from Cast Resin.. . . . . . . . . . . . . . 120
1.4.2.1.2 Prototype Blow Molds with Metal-Coated Model and
Metal‑Filled Cast Resin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
1.4.2.1.3 Blow Molds Made from Cast Metals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
1.4.2.1.4 Milled Prototype Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
1.4.2.1.5 Production Blow Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
1.4.2.2 Construction Guidelines.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
1.4.2.2.1 Alignment of Blow Mold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
1.4.2.2.2 Cutting Edges.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
1.4.2.2.3 Clamp Stops. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
1.4.2.2.4Venting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
1.4.2.3 Blow Mold Cooling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
1.4.2.4 Accessories for Blow Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
1.4.2.5 Integrated Postmolding Processes.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
1.4.2.5.1 Postcooling with a Cooling Fixture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
1.4.2.5.2 Manufacturing the Finished Product in the Blow Molding
Machine.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
1.4.3
Injection Blow Molding and Dip Blow Molding. . . . . . . . . . . . . 133
1.4.4
Use of Computers for Blow Molding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
1.5 Molds for Thermoforming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
P. Schwarzmann
1.5.1
General Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
1.5.2
Process in Thermoforming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
1.5.3
The Mold and the Format Parts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
1.5.4
Positive or Negative Forming?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
1.5.5
Design Guidelines for Thermoforming Molds. . . . . . . . . . . . . . 141
1.5.5.1 Material Choice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
1.5.5.2 Molding Shrinkage.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
1.5.5.3 Draft Angles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Contents
1.5.5.4Radii. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
1.5.5.5 Surface Roughness.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
1.5.5.6 Assisting Plug. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
1.5.5.7 Venting Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
1.5.5.8Cavities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
1.5.5.9 Avoidance of Edge Webbing in Positive Molds.. . . . . . . . . . . . . 152
1.5.5.10 Vacuum Losses when Designing Mold Bottom Wrongly. . . . . 153
1.5.5.11 Suggestions for Temperature Control of Hot Forming
Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
1.5.6
Substructure of Hot Forming Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
1.5.6.1 Vacuum Forming on a Sheet Processing Machine. . . . . . . . . . 155
1.5.6.2 Pressure Air Forming with Forming/Punching Mold
with Shear Cutting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
1.5.6.3 Pressure Air Forming with Forming/Punching Mold
with Steel Rule Die.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
1.6 Rotational and Slush Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
O. Wandres, R. Hentrich
1.6.1
Process Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
1.6.2
Strength of a Rotomolded Part. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
1.6.3
Mold Requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
1.6.4
Nomenclature of Rotational Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
1.6.5
Types of Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
1.6.5.1 Prototype Rotational Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
1.6.5.2 Sheet Steel Rotational Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
1.6.5.3 Aluminum Rotational Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
1.6.5.4 Electroplated Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
1.6.6
Mold Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
1.6.6.1 Closing and Clamping of Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
1.6.6.2 Mold Wall Thickness and Centering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
1.6.6.3 Mold Surfaces and Changes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
1.6.7
Mold Peripheral. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
1.6.7.1 Mold Venting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
1.6.7.2 Non-Permanent Release Agent. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
1.6.7.3 Mold Coating (Permanent Release Coatings). . . . . . . . . . . . . . . 171
1.6.7.4Threads. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
1.6.7.5 Other Inserts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
1.6.8
Post-Processing of Rotomolded Plastic Products. . . . . . . . . . . . 172
1.6.8.1Openings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
1.6.8.2 Decoration of Rotomolded Plastic Products.. . . . . . . . . . . . . . . . 172
1.6.9
Electroplated Mold for the Slush Molding Process. . . . . . . . . . 173
XVII
XVIII
Contents
1.7 Molds for Thermoplastic Foams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
N. Reuber
1.7.1
Thermoplastic Foams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
1.7.2
Conventional Molding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
1.7.2.1 Procedure Description.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
1.7.2.1.1Filling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
1.7.2.1.2 Expanding and Fusing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
1.7.2.1.3 Cooling and Stabilizing.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
1.7.2.1.4Demolding.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
1.7.2.2 Special Procedure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
1.7.2.2.1 Process with Non-Perforated Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
1.7.2.2.2 Low Temperature Horizontal (LTH) Process. . . . . . . . . . . . . . . . 188
1.7.2.2.3 Transfer Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
1.7.2.2.4Multiple-Density-Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
1.7.3
Mold Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
1.7.3.1 Essential Requirements on the Mold Construction. . . . . . . . . 190
1.7.3.2 Mold Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
1.7.3.3 Mold Equipment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
1.7.3.4 Special Mold Designs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
1.7.3.4.1 Mono-Block Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
1.7.3.4.2 Molds with Adjustable Walls (Gradually or Continuously)
for Insulation Plates and Small Blocks.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
1.7.3.4.3 Mold for the Thin-Walled Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
1.7.4
Block Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
1.7.4.1 Process Discription. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
1.7.4.2 Constructive Design.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
1.8 Molds for Continuous Fibre Reinforced Polymer Composites. . . . . . . . . . 200
P. Mitschang, R. Schledjewski, A. K. Schlarb
1.8.1
General Objective. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
1.8.2
Molds for the Vacuum-Autoclave-Technology.. . . . . . . . . . . . . . 201
1.8.2.1 General Objective. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
1.8.2.2 Prepreg-Low Pressure-Autoclave Technology.. . . . . . . . . . . . . . 202
1.8.2.3 Molds for the “Soft Core” Technology.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
1.8.2.3.1 Master Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
1.8.2.3.2 Mold Cavity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
1.8.2.3.3 Product Substitute. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
1.8.2.3.4 Elastic Mat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
1.8.2.3.5 Manufacturing of Products. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
1.8.2.4 Molds for the Hard-Core Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
1.8.2.4.1 Mold Construction and Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
1.8.2.4.2 Manufacture of Products. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Contents
1.8.2.5 Molds for Automated Tape Laying. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
1.8.3
Continuous Fiber-Reinforced Thermoplastics. . . . . . . . . . . . . . 209
1.8.3.1 General Information and Fundamentals of the Processes. . . 209
1.8.3.2 Molds for Semifinished Part Production. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
1.8.3.2.1 General Information and Fundamentals of the Processes. . . 209
1.8.3.2.2 Molds for Flat Semifinished Plates. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
1.8.3.2.3 Molds for Profiles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
1.8.3.3 Molds for Forming Technology (Thermoforming). . . . . . . . . . . 213
1.8.3.3.1 General Information and Fundamentals of the Processes. . . 213
1.8.3.3.2 Molds for the Stamp Forming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
1.8.3.3.3 Molds for the Diaphragm Technology.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
1.8.3.3.4 Molds for Sandwich Components.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
1.8.3.3.5 Molds for the Process Step Integration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
1.8.3.4 Molds for the Welding Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
1.8.4
Molds for the Resin Injection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
1.8.4.1 General Information and Fundamentals of the Process. . . . . 221
1.8.4.2 Molds for the Preform Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
1.8.4.2.1 Binder-Forming Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
1.8.4.2.2 Stitching Technology Molds.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
1.8.4.3 Molds for Vacuum Assisted Processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
1.8.4.3.1 Molds with a Fixed and Flexible Mold Half. . . . . . . . . . . . . . . . 227
1.8.4.3.2 Molds with Two Fixed Mold Halves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
1.8.4.4 Molds for Pressure-Assisted Processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
1.8.4.5 Molds for Hollow Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
1.8.5
Molds for the Winding Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
1.8.5.1 General Information and Fundamentals of the Process. . . . . 238
1.8.5.2 Molds for Rotationally Symmetrical Components.. . . . . . . . . . 238
1.9 Molds for Elastomer Processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Th. Bauernhansl, K. Zoller
1.9.1
Compression Molding (CM).. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
1.9.2
Transfer Molding (TM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
1.9.3
Injection Molding (IM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
1.9.4
Additional Processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
1.9.4.1 Process Combinations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
1.9.4.2 Gate Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
1.9.5
Mold Making. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
1.9.5.1 Types of Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
1.9.5.2 Mold Development. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
XIX
XX
Contents
1.10 Micro Injection Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
G. Konzilia
1.10.1
General Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
1.10.1.1 Injection Molding Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
1.10.1.2 Molded Part Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
1.10.1.2.1Cooperation with Customers.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
1.10.1.3 Materials for Injection Molded Parts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
1.10.2Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
1.10.2.1 The Micro-injection Mold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
1.10.2.1.1Gate.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
1.10.2.1.2Demolding and Ejection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
1.10.2.1.3Venting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
1.10.2.1.4Mold Guiding and Centering.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
1.10.2.1.5Temperature Control and Cooling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
1.10.2.2 Special Procedures and Alternative Processes. . . . . . . . . . . . . 265
1.10.2.2.1Variotherm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
1.10.2.2.2Insertion Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
1.10.2.2.3Multi-Component and Assembly Injection Molding.. . . . . . . . 266
1.10.2.2.4Compression Injection Molding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
1.10.2.2.5Hot Embossing.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
1.10.2.3 Environment and Continuing Processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
1.10.3Manufacture.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
1.10.3.1Construction.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
1.10.3.1.1Materials for Constructional Parts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
1.10.3.1.2Standard Parts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
1.10.3.2 Cavity Stacks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
1.10.3.2.1Material for Cavity Stacks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
1.10.4
Manufacturing Technologies.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
1.10.4.1 In General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
1.10.4.1.1Mechanical Manufacturing Technologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
1.10.4.1.2Alternative Manufacturing Processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
1.10.4.1.3Surface Treatment and Refining. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
1.10.4.1.4Quality Assurance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
1.10.5
Injection Molding Machine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
1.10.6
Mold Maintenance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
1.10.7Outlook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
1.11 Prototype, Small and Pre-Series Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
R. Hofmann
1.11.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
1.11.2
Indirect Prototype Molding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
1.11.2.1 Vacuum Casting Polyurethane (PU) on silicone molds. . . . . . 280
Contents
1.11.2.1.1Vacuum Casting PU Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
1.11.2.1.2Manufacture of Silicone Molds PU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
1.11.2.2 Vacuum Casting Polyamide (PA) through silicone molds. . . . 284
1.11.2.3 Synthetic Resin Molds.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
1.11.2.3.1Polyurethane Casting with Synthetic Resin Molds.. . . . . . . . . 287
1.11.2.3.2Manufacture of Synthetic Resin Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
1.11.2.4 Manufacture of Synthetic Resin Molds for Injection
Molding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
1.11.2.5 Molds Manufactured through Generative Manufacturing
Procedures on the Example of LaserCUSING®-Technology.. 292
1.11.2.6 Aluminum Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
1.11.2.6.1Manufacture of Aluminum Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
1.11.2.6.2Aluminum Molds with LaserCUSING® Loose Parts. . . . . . . . . 295
1.11.2.6.3Aluminum Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
2 Mold Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
2.1 Design Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
P. Karlinger, F. Hinken
2.1.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
2.1.1.1 Injection Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
2.1.1.2 Phases of the Mold Design.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
2.1.1.3 From the Offer to the Design.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
2.1.1.4 The Design Process in Injection Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
2.1.2
Simulation for Injection Mold Making. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
2.1.2.1 General Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
2.1.2.2 The Types of Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
2.1.2.3 The Flow Pattern.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
2.1.2.4 Shrinkage and Warpage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
2.1.2.5 Thermal Design.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
2.1.2.6Summary.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
2.2 Standardization and Standards.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
J. Gockel, A. Brandt
2.2.1
Standardization for Injection Molding and Hot Runner
Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
2.2.2
Standards in Mold Making.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
2.2.2.1Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
2.2.2.2 Standardized Guide Element in Mold Making. . . . . . . . . . . . . . 341
2.2.2.3 Standards for Demolding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
2.2.2.4 Temperature Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
XXI
XXII
Contents
2.3 Hot and Cold Runner Technology.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
D. Paulmann, M. Sander
2.3.1
Advantages of Using the Hot Runner Technology.. . . . . . . . . . 349
2.3.2
Design of Hot Runner Systems and Hot Halves. . . . . . . . . . . . . 351
2.3.3
Application Areas and Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
2.3.3.1 Hot Runner Solutions for Packaging Parts, Closures, and
Miscellaneous Polyolefin Applications.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
2.3.3.2 Hot Runner Solutions for Technical Components. . . . . . . . . . . 356
2.3.3.3 Hot Runner Solution for Small and Micro Injection Molded
Parts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
2.3.3.4 Hot Runner Solutions for Multi-Point Gating through
Nozzles and Multi-Nozzles.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
2.3.3.5 Hot Runner Solutions with Needle Valve.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
2.3.4
Hot Runner Manifold Systems, Wired Systems, and Hot
Halves.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
2.3.5
Hot Runner Control Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
2.3.6
Cold Runner Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
2.3.6.1 Function and Advantages.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
2.3.6.2 Processable Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
2.3.6.3 Mold Technology.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
2.3.6.4Demolding.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
2.3.6.5 Mold Temperature Control.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
2.4 Temperature Control of Injection Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
P. Thienel
2.4.1
Tasks and Goals of the Mold Temperature Control.. . . . . . . . . 377
2.4.2
Influence of Processing Temperatures on the Cooling and
Cycle Time. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
2.4.3
Cavity Temperature. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
2.4.4
Influence of Temperature Control on the Molded Part
Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
2.4.5
Requirements for the Temperature Control System.. . . . . . . . 383
2.4.6
Temperature Control Channels.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
2.4.7
Flow Principle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
2.4.7.1 Series Temperature Control.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
2.4.7.2 Parallel Temperature Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
2.4.8
Practical Designs of Conventional Temperature Control
Options.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
2.4.8.1 Flat Temperature Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
2.4.8.2 Temperature Control of Molded Part Corners. . . . . . . . . . . . . . 388
2.4.8.3 Temperature Control of the Core. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
2.4.8.3.1 Temperature Control Tubes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
Contents
2.4.8.3.2 Separating Plate (Deflection Bar).. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
2.4.8.3.3 Spiral Cores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
2.4.8.3.4 Heat Pipe.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
2.4.8.4 More Conventional Temperature Control Options. . . . . . . . . . 392
2.4.8.4.1 Circumferential Application Temperature Control. . . . . . . . . . 392
2.4.8.4.2 Inserts Made from Different Materials.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
2.4.9
New Temperature Control Technologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
2.4.9.1 Contour-Depending Temperature Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
2.4.9.1.1 Vacuum Brazing Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
2.4.9.1.2 Selective Laser Sintering (SLS).. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
2.4.9.2CO2 Temperature Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
2.4.9.2.1CO2 Temperature Control with Sintered Material.. . . . . . . . . . 396
2.4.9.2.2CO2 Temperature Control with Conventional Steel.. . . . . . . . . 397
2.4.9.3 Dynamic Temperature Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
2.4.10
Thermal Mold Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
2.4.11
Position of the Temperature Sensor for External
Temperature Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
2.5 Innovative Mold Technologies.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
T. Eulenstein
2.5.1
Coating Technology – Design Surfaces through Combined
Surface and Coating Technologies.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
2.5.2
Temperature Control Technology –
Inductive Heating of Injection Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
2.5.3
Vacuum Technology –
Alternative Possibilities, Optimization of Surfaces.. . . . . . . . . 415
2.5.4
Mold Technology – Flexible Sealing Elements for the Flashand Damage-Free Encapsulation of Inserts.. . . . . . . . . . . . . . . . 417
3 Materials for Mold Making. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
3.1 Plastic Mold Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
F. Hippenstiel
3.1.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
3.1.2
Steel making and processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
3.1.2.1Steelmaking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
3.1.2.2 Heat treatment.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
3.1.2.3Machining.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
3.1.2.4 Surface machining. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
3.1.2.5 Quality assurance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
3.1.3
Overview of plastic mold steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
3.1.3.1 Pre-hardened plastic mold steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
3.1.3.2 Through-hardening plastic mold steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
XXIII
XXIV
Contents
3.1.3.3 Corrosion-resistant plastic mold steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
3.1.3.4 Plastic mold steels for case hardening. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
3.1.3.5 Precipitation hardening plastic molds steels. . . . . . . . . . . . . . . 440
3.1.3.6 Nitriding steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
3.1.4
Concluding comment.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
3.2 Aluminum Alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
A. Erstling
3.2.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
3.2.2
Mold Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
3.2.2.1 Casting Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
3.2.2.2 Wrought Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
3.2.2.3 Mechanical Properties and Design Guidelines. . . . . . . . . . . . . 446
3.2.2.4Corrosion.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
3.2.2.5 Friction and Wear Resistance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
3.2.3
Manufacture of Aluminum Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
3.2.3.1 Abrasive Procedures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
3.2.3.1.1Machining.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
3.2.3.1.2Grinding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
3.2.3.1.3 Electrical Discharge Machining (EDM) or Wire EDM. . . . . . . 454
3.2.3.1.4Etching.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
3.2.3.2Welding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
3.2.3.3Casting.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
3.2.4Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
3.3 Copper Alloys-Nonferrous Metals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
E. Seufert
3.3.1Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
3.3.1.1 Strength Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
3.3.1.2 Thermal Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
3.3.2.1Turning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
3.3.2.2Milling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
3.3.2.3Drilling.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
3.3.2.4Threading. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
3.3.2.5Reaming.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
3.3.2.6EDM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
3.3.2.7Welding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
3.3.3Surfaces.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
3.3.3.1Polishing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
3.3.3.2Coating.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
3.3.3.3Structuring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
3.3.4Summary.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
Contents
4 Manufacturing and Machining Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
4.1 Mold Manufacturing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
A. Klotzbücher
4.1.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
4.1.2Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
4.1.2.1Development. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
4.1.2.2Visualizing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
4.1.2.3 Cubing Model.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
4.1.2.4Stereolithography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
4.1.3
Data Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
4.1.3.1 Data Feedback. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
4.1.3.2 Completion of Product Data.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
4.1.4
Data Transfer in Mold Making. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
4.1.4.1 Verifying of Data Quality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
4.1.4.2 Feasibility Studies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
4.1.5Feedback/Communication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
4.1.6Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
4.1.6.1 System Environment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
4.1.6.2Releases.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
4.1.7Programming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
4.1.7.1Software.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
4.1.7.2Strategies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
4.1.7.3 Choice of Machinery. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
4.1.8Machining.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
4.1.8.1Tooling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
4.1.8.2 Unattended Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
4.1.8.3Releases.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
4.1.9
Dimensional Inspection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
4.1.10
Drilling/Deep Hole Drilling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
4.1.11
Electric Discharge Machining. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
4.1.12
Surface Finishing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
4.1.13Assembly.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
4.1.14Trials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
4.1.15
Optimization Process and Finishing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
4.2 Electric Discharge Machining (EDM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
D. Schäffner, B. Mack
4.2.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
4.2.2
Physical Processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
4.2.3
Tolerances and Key Data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
4.2.4
Die-Sinking EDM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
4.2.5
Wire-cut EDM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
XXV
XXVI
Contents
4.2.6
Combined and Special Processes.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
4.3 Galvanized Inserts and Molds.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
R. Hentrich
4.3.1
General Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
4.3.2
Process Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
4.3.3
Galvanized Materials.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
4.3.4
Model Materials and Model Design.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
4.3.5
Clamps and Mounting Brackets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
4.3.6
Finishing and Installation of Galvanized Injection Inserts.. 509
4.3.7
Efficiency and Service Life.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
4.3.8
Galvanized Molds for Other Plastics Processing Methods. . . 513
4.3.8.1 Molds for Processing Polyurethane Foam. . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
4.3.8.2 PUR Spray Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
4.3.8.3 Laminating Molds for the Aerospace Industry. . . . . . . . . . . . . 516
4.3.9
Negative-Stamping Deep Drawing Process
(In-Mold Graining). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
4.4 Polishing Technology in Mold Making. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
C. Steiner
4.4.1
General Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
4.4.2
Definition of the Term Surface Roughness. . . . . . . . . . . . . . . . . 521
4.4.3
Systematic Polishing Technique.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
4.4.4
Polishing Behavior-Influencing Factors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
4.4.5
Polishing Technologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
4.4.5.1 For Superfinishing (Polishing) Surface Preparatory
Leveling Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
4.4.5.2Lapping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
4.4.5.3 Polish Lapping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
4.4.5.4Polishing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
4.4.6Ultrasonics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
4.4.7
Electric Discharge Machining/Erosion for Brilliant
Surfaces.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
4.5 Heat Treatment and Surface Finishing Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
P. Vetter
4.5.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
4.5.2
Heat treatment of plastic mold steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
4.5.2.1 Hardened and tempered plastic mold steels.. . . . . . . . . . . . . . . 535
4.5.2.2 Through-hardening steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
4.5.2.3 Corrosion-resistant steels.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
4.5.2.4 Case-hardening steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
4.5.2.5 Nitriding steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
4.5.2.6 Maraging mold steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
Contents
4.5.2.7 General recommendations for heat treatment. . . . . . . . . . . . . . 544
4.5.3
Surface finishing.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
4.5.3.1 Thermal processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
4.5.3.1.1 Flame hardening.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
4.5.3.1.2 Laser hardening. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
4.5.3.2 Thermo-chemical processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
4.5.3.2.1Case-hardening. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
4.5.3.2.2Nitriding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
4.5.3.2.3 Gas nitriding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
4.5.3.2.4 Plasma nitriding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554
4.5.3.2.5Boriding.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
4.5.3.3 Electrochemical processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
4.5.3.3.1 Hard chrome plating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
4.5.3.3.2 Nickel plating.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
4.5.3.4 Chemical and physical processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
4.5.3.4.1 CVD coating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
4.5.3.4.2 PACVD coating.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
4.5.3.4.3 PVD coating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
4.5.3.5 Comparing and Selecting Surface Treatment Processes.. . . . 564
4.6 Surface Structuring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
St. Krüth
4.6.1
The Photochemical Etching Technology.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
4.6.1.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
4.6.1.2 Why Structuring?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
4.6.1.3 From the Structure Template to the Film. . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
4.6.2
Requirements on the Mold Surface and Construction.. . . . . . 569
4.6.2.1 Materials and the Selection of Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
4.6.2.1.1Steel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571
4.6.2.1.2 Aluminum and Other Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571
4.6.2.1.3 Heat Treatment and Surface Refinement. . . . . . . . . . . . . . . . . . 571
4.6.2.1.4 Grain Depths and Tolerances. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
4.6.2.1.5 The Gloss Level in the Mold and in the Molded Part. . . . . . . . 573
4.6.2.2 Processing Methods and Repair Technology. . . . . . . . . . . . . . . 574
4.6.2.3 Draft Angles, Open Spaces, and Surface Preparation. . . . . . . 574
4.6.2.4 Contour Changes by Welding of Inserts.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
4.6.2.5 Contour Changes by Shrinking Inserts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576
4.6.2.6 Structure Hardening, Fiber Orientation, Band-Type
Formation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
4.6.2.7 Etching Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
4.6.3
Special Processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
4.6.3.1 Design Types and Etching Combinations. . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
XXVII
XXVIII
Contents
4.6.3.2 Limitations of the Processing Technology.. . . . . . . . . . . . . . . . . 579
4.6.3.3 New Technologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
4.6.4
The Execution of the Order. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
4.6.4.1Supply. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
4.6.4.2 Information about the Grain Area and the Mold.. . . . . . . . . . . 581
4.6.4.3 Concluding Remark. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
4.7 Rapid Prototyping in Mold Making. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
A. Gebhardt
4.7.1
Rapid Tooling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
4.7.2
Fundamentals of the Generative Manufacturing Processes. 583
4.7.2.1 Process Principle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
4.7.2.2 Data Flow and Data Formats. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
4.7.2.3 Properties of Generative Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
4.7.2.4 Definitions for Rapid Tooling.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
4.7.3
Generative Processes for Mold Making. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
4.7.3.1Polymerization-Stereolithography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
4.7.3.2 Sintering and Melting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
4.7.3.3 Layer-Laminate Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
4.7.3.4 Extrusion Process.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
4.7.3.4.1 3D Printing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
4.7.4
Machines for Generative Mold Making. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598
4.7.5Examples.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
4.7.5.1 Prototype Tooling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
4.7.5.2 Direct Tooling.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
4.7.6
Delimitation to Non-Generative Manufacturing Processes.. 603
4.7.7
Names and Links. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
5 Ordering and Operation of Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
5.1 Molds in the Offer Phase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
F. Schlößer
5.1.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
5.1.2
The Planning of Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
5.1.2.1 Adjustment Process of Component and Mold.. . . . . . . . . . . . . . 608
5.1.2.2 Design of the Mold under Consideration of the Product
Life Cycle.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609
5.1.2.3 Checklist for the Mold Specification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611
5.1.3
Costing in Mold Making. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
5.1.3.1 Various Methods for Costing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
5.1.3.2 Simplified Costing in the Bidding and Design Phase.. . . . . . . 614
5.1.3.2.1 Estimated Value Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614
5.1.3.2.2 Reference Value Methodology.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614
Contents
5.1.3.2.3 Cost Element Methodology/Variable Costing.. . . . . . . . . . . . . . 616
5.1.3.2.4 Detail Calculations/Post-Calculations.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618
5.1.4Summary.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
5.2 Setup and Control of Molds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
Ch. Bader
5.2.1
Requirements for Effective Quality Assurance. . . . . . . . . . . . . 622
5.2.2
Mold Sensor Systems Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
5.2.2.1 Mold Cavity Pressure Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
5.2.2.2 The Measuring Principle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
5.2.2.3 Cavity Temperature Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
5.2.2.4 Sensor Position. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
5.2.2.5 Quick Connectors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626
5.2.3
Data Acquisition and Electronics.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627
5.2.4
Setup and Optimization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 628
5.2.4.1 Cavity Pressure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 628
5.2.4.2 The Importance of the Cavity Temperature Curve. . . . . . . . . . 631
5.2.4.3 Switchover to Holding Pressure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
5.2.5
The Process Monitoring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633
5.2.6
Factory-Wide Networking and Monitoring. . . . . . . . . . . . . . . . . 635
5.2.7
Real-Time Controls in the Injection Molding Process. . . . . . . 637
5.2.8
The Control of the Injection Molding Process. . . . . . . . . . . . . . 638
5.2.9Outlook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
5.3 Wear on Injection Molds.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
T. Eulenstein, U. Hinzpeter
5.3.1Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
5.3.2
Tribological Fundamentals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
5.3.3Abrasion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
5.3.3.1 Forms of Damage on Molds and Hot Runners That Cause
Molded Part Defects.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
5.3.3.2 Corrective Measures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
5.3.4Corrosion.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
5.3.4.1 Causes and Forms of Damage on Molds That Cause
Molded Part Defects.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
5.3.4.2 Corrective Measures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
5.3.5
Abrasive Wear of Mold Elements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
5.3.5.1 Types of Damage on Mold Elements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
5.3.5.2 Corrective Measures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
5.3.6
Outlook and Development Trends. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
XXIX