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Zyklus des Spritzgießens und Techniken zur Reduzierung der Zykluszeit

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Wenn Sie meinen vorherigen Artikel über das Spritzgießen gelesen haben, haben Sie wahrscheinlich ein grundlegendes Verständnis für die Spritzgießprozess. Der Spritzgießzyklus ist jedoch ein kritischer Aspekt des gesamten Spritzgießprozesses, der eine weitere Erforschung verdient.

Als Nächstes werden wir über die fortgeschrittenen Aspekte des Spritzgießzyklus sprechen. Für diejenigen, die in der Formenbauindustrie tätig sind, ist die Beherrschung dieses Wissens unerlässlich. Produktdesigner müssen die grundlegenden Schritte des Spritzgießzyklus verstehen.

Vorbereitungen vor dem Spritzgießzyklus

1. Materialprüfung

Durch die Untersuchung von Verpackung, Form, Größe und Farbe der SpritzgießmaterialienSo können Sie sich vergewissern, dass sie dem Typ und dem Modell entsprechen, das für den Auftrag benötigt wird, und verhindern, dass falsche Materialien verwendet werden. Überprüfen Sie die Verpackung auf Beschädigungen oder Anzeichen von Verunreinigungen, insbesondere bei transparenten Materialien.

2. Einfärben und Mischen von Kunststoffen

Kunststoffmaterialien sind in der Regel naturfarben, weiß, gebrochen weiß, hellgelb oder transparent. Um die Anforderungen an die Produktfarbe zu erfüllen, muss vor der Verwendung Farbmasterbatch oder Farbpulver hinzugefügt werden. In der Regel wird die Farbe des Produkts in der frühen Versuchsproduktionsphase angepasst, wobei das Verhältnis von Farbpulver zu Masterbatch festgelegt und Farbgrenzmuster erstellt werden. Bei der Massenproduktion sind das Materialanforderungsblatt und die Arbeitsanweisungen zum Mischen genau zu beachten.

Schlüsselpunkt für das Mischen

Vor dem Mischen sind die Innenwände des Mischers zu reinigen. Mischer, die für farbige Materialien verwendet werden, sollten mit Formenreiniger oder Kerosin gereinigt werden. Verwenden Sie nach Möglichkeit die Originalverpackungsbeutel für die Materialien oder stellen Sie sicher, dass die Ersatzbeutel sauber und staubfrei sind.

3. Materialtrocknung

Überschüssige Feuchtigkeit in den Materialien kann zu Problemen wie Spreizungen, Blasen und Einfallstellen auf der Produktoberfläche führen, die sich negativ auf Aussehen und Qualität auswirken können. Daher ist es notwendig, die Kunststoffe vor dem Formen zu trocknen.

Die verschiedenen Kunststoffarten nehmen unterschiedlich viel Feuchtigkeit auf und werden daher entweder als feuchtigkeitsabsorbierend (z. B. ABS, PA, PC, PMMA) oder nicht feuchtigkeitsabsorbierend (z. B. PE, PP, PS, PVC, POM) eingestuft. Die Wirksamkeit der Trocknung hängt von drei Faktoren ab: Trocknungstemperatur, Trocknungszeit und Materialdicke. Materialien können nach dem Trocknen wieder Feuchtigkeit aufnehmen. Wenn sie also längere Zeit nicht benutzt werden, sollten sie unter den gleichen Bedingungen erneut getrocknet werden.

4. Reinigung der Ausrüstung

Für verschiedene Formen, Produkte oder Aufträge können unterschiedliche Kunststoffmaterialien oder Farben verwendet werden. Diese verschiedenen Materialien und Farben können sich nicht vollständig vermischen, wenn sie durch den Zylinder der Spritzgießmaschine plastifiziert werden, was zu potenziellen Qualitätsproblemen wie leichtem Bruch, mangelnder Elastizität, erheblichen Farbabweichungen oder dem Auftreten schwarzer Flecken führt. Auch die Formherstellung kann instabil werden, so dass einige Prozesse nicht mehr durchführbar sind (z. B. Verstopfung der Düsen).

Daher ist es bei einem Werkzeugwechsel wichtig, die Maschine gründlich von allen Rückständen früherer Werkzeuge oder Produkte zu reinigen.

5. Vorbereitung der Form

Schimmelpilz-Reinigung

Before injection molding, clean the mold’s surface, cavities, gaps around inserts, nozzles, and runners of any rust preventive oil to prevent it from sticking to the product or clogging the mold’s vents, affecting molding stability.

Bei hochglanzpolierten Produkten, elektrogeformten Schalen oder Formen mit strengen Anforderungen an das Aussehen nach der Bearbeitung sollten Sie keine Wattestäbchen, Lappen oder alte Handschuhe für die Reinigung verwenden, um Kratzer auf der Formoberfläche zu vermeiden. Spülen Sie die Form im Allgemeinen mit einem Formenreiniger ab und blasen Sie sie mit einer Luftpistole trocken.

Achten Sie während des Reinigungsvorgangs darauf, dass Sie die Formoberfläche nicht mit der Druckluftpistole oder anderen Gegenständen berühren. Wenn Sie die Form für die Reinigung ausbauen, legen Sie die ausgebauten Einsätze und Formkästen in spezielle Kunststoffboxen und wickeln Sie sie gegebenenfalls zur Lagerung in Schaumstoff oder weiches Tuch ein. Die Demontage und Reinigung der Form sollte nicht von Laien durchgeführt werden. Am besten ist es, die Form zu reinigen, bevor sie in die Maschine eingebaut wird, um die Reinigung zu erleichtern, die Qualität zu sichern und beim Formenwechsel Zeit zu sparen.

Wasseranschluss

Im Interesse des Aussehens und der Produktivität des Produkts sollte die Form an Wasser, Formtemperaturregler und Kühler angeschlossen werden, um eine ideale, relativ stabile Temperatur mit minimalen äußeren Einflüssen zu erhalten. Nach dem Anschluss des Wassers und dem Einschalten des Formtemperaturreglers dauert es im Allgemeinen 15 bis 30 Minuten, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist.

Anschließen des Heißkanalnetzteils:

Bei Werkzeugen, die Heißkanäle verwenden, schließen Sie die Heißkanal-Stromversorgung nach dem Einbau des Werkzeugs an und heizen Sie 15 bis 30 Minuten lang vor. Mit dem Probespritzgießen erst beginnen, wenn der Anzeigewert am Heißkanalregelkasten den eingestellten Wert erreicht hat.

Schritte des Spritzgießzyklus

1. Klemmen

Das Schließen beim Spritzgießen bezieht sich auf das Sichern und Geschlossenhalten der Form vor der Einspritz- und Abkühlphase. Dabei wird eine bestimmte Kraft auf die Form ausgeübt, um dem hohen Druck entgegenzuwirken, der durch das geschmolzene Kunststoffmaterial während des Einspritzens entsteht.

Wir bezeichnen diese spezifische Kraft als Klemmkraft.

Ich bin sicher, dass viele Menschen schon von Spritzgießmaschinen mit Tonnagen wie 1000 Tonnen oder 500 Tonnen gehört haben. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass sich diese Tonnagen auf die maximale Schließkraft der Maschine beziehen, nicht auf ihr Gewicht. In Zukunft werde ich eine detaillierte Einführung in die Schließkraft und ihre Bedeutung für den Spritzgießprozess geben.

Im Allgemeinen spielt die Schließeinheit eine entscheidende Rolle bei der sicheren Verbindung von Kern und Kavität eines Werkzeugs. Sie besteht aus verschiedenen wesentlichen Komponenten, wie der festen und der beweglichen Aufspannplatte, den Holmen, dem Kniehebelmechanismus (bei Kniehebel-Schließsystemen) oder den Hydraulikzylindern (bei hydraulischen Schließsystemen). Jedes Element arbeitet harmonisch zusammen, um die erforderliche Kraft zum Festhalten und Abdichten der Form zu erzeugen.

2. Einspritzung

Wie bereits erwähnt, wird das Kunststoffmaterial vor dem Spritzgießzyklus erhitzt und in einen geschmolzenen Zustand versetzt, die sogenannte Plastifizierung. Während des Einspritzens bewegt sich die Schnecke oder der Kolben der Spritzgießmaschine vorwärts und treibt das geschmolzene Kunststoffmaterial durch die Düse in den Formhohlraum.

Durch die Orchestrierung dieser regulierten Bewegung wird ein präziser und gleichmäßiger Fluss des geschmolzenen Kunststoffs in die Form gewährleistet. Durch Druckausübung drückt die Schnecke oder der Kolben den geschmolzenen Kunststoff durch die Düse in den Formhohlraum und füllt ihn mit der gewünschten Form und dem gewünschten Muster.

Dieser entscheidende Schritt erfordert eine sorgfältige Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit, des Drucks und des Timings, um eine optimale Teilequalität zu erreichen. Das geschmolzene Kunststoffmaterial nimmt die Form und die Abmessungen des Formhohlraums an, während es hineinfließt. Das richtige Gleichgewicht zwischen Einspritzgeschwindigkeit, Druck und Abkühlzeit ist wichtig, um qualitativ hochwertige, fehlerfreie Formteile zu erhalten.

Die Injektionsphase wird oft auch als Füllvorgang bezeichnet.

3. Wohnung oder Kühlung

Während des Verweilens oder Abkühlens wird die Form geschlossen gehalten, um den Druck auf den erstarrenden Kunststoff aufrechtzuerhalten. Dadurch wird verhindert, dass das Teil schrumpft oder sich verzieht, wenn es vorzeitig aus der Form genommen wird. Die Dauer der Abkühlung kann in Abhängigkeit von mehreren Faktoren schwanken, darunter das verwendete Material, die Teilegeometrie und weitere Überlegungen.

Eine ordnungsgemäße Kühlung ist entscheidend für die Qualität der Gussteile. Sie ermöglicht es dem Kunststoff, sich vollständig zu verfestigen und gewährleistet Gleichmäßigkeit und Festigkeit im gesamten Teil. Der Kühlprozess kann durch verschiedene Methoden verbessert werden, z. B. durch die Verwendung von Kühlkanälen oder die Anwendung externer Kühltechniken wie Luft- oder Wasserkühlung.

4. Formöffnung

In diesem Schritt löst die Schließeinheit der Spritzgießmaschine die Schließkraft, um Kern und Kavität zu trennen.

Der Öffnungsvorgang der Form beginnt mit der Bewegung der beweglichen Platte, die mit der beweglichen Seite der Form verbunden ist. Der Schließmechanismus, z. B. Hydraulikzylinder oder Kniehebelmechanismen, wird betätigt, um die bewegliche Platte zurückzuziehen und sie von der festen Platte zu trennen. Dadurch entsteht ein Spalt zwischen den Formhälften, der die Entnahme des Formteils ermöglicht.

5. Auswurf

Unter Auswerfen versteht man den Vorgang der Entnahme des Formteils aus dem Formhohlraum, nachdem es während der Öffnungsphase des Werkzeugs freigegeben wurde. Hier ist eine besondere Erwähnung angebracht: Da die Automatisierung immer beliebter wird, setzen die meisten chinesischen Spritzgießunternehmen automatische Roboter zur Entnahme der Formteile ein.

Für den Ausstoßvorgang wird in der Regel ein Auswerfersystem verwendet, das aus Auswerferstiften oder -platten besteht, die strategisch in der Form platziert sind. Die Auswerferstifte oder -platten werden betätigt, um die Teile kraftvoll aus dem Formhohlraum zu drücken. Die Konstruktion der Form enthält Merkmale wie Auswerferstifte oder Auswerferplatten, um den Ausstoßvorgang zu erleichtern.

Nach dem Öffnen der Form wird das Auswerfersystem aktiviert, und die Auswerfernadeln oder -platten fahren in die Formhohlräume ein. Die Stifte oder Platten kommen mit dem Formteil in Kontakt und üben eine ausreichende Kraft aus, um es aus dem Formhohlraum zu drücken. Das ausgeworfene Teil wird dann geführt und für die weitere Verarbeitung oder Prüfung gesammelt.

Der Auswurf muss sorgfältig kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass das Teil sicher und effektiv ausgeworfen wird, ohne Schäden oder Verformungen zu verursachen. Die Ausstoßkraft und -geschwindigkeit werden auf der Grundlage der spezifischen Merkmale des Teils, wie Größe, Form und Materialeigenschaften, bestimmt. Ein ordnungsgemäßer Auswurf kann dazu beitragen, ein Festkleben des Teils, Verformungen oder andere Defekte zu vermeiden.

In einigen Fällen können zusätzliche Hilfsmechanismen in die Formkonstruktion integriert werden, wie z. B. Luftblasen, Abstreifplatten oder Robotersysteme, um den Auswerfprozess zu unterstützen, insbesondere bei komplexen oder empfindlichen Teilen.

6. Form schließen

In dieser Phase übt die Schließeinheit der Spritzgießmaschine die erforderliche Kraft aus, um den Kern und die Kavität der Form wieder zusammenzubringen. Dieser Schritt gewährleistet die ordnungsgemäße Ausrichtung und Schließung des Werkzeugs und schafft die Voraussetzungen für den nächsten Zyklus des Spritzgießprozesses.

Faktoren, die die Zykluszeit beim Spritzgießen beeinflussen

In der Spritzgießindustrie müssen die Spritzgießbetriebe für jedes Projekt einen Kostenvoranschlag für die zu bearbeitenden Teile erstellen, bevor sie die Form herstellen oder eine vorhandene Form von einem Kunden erhalten. Dies setzt voraus, dass die Fabrik die Zykluszeit des Produkts für das Projekt genau abschätzen kann.

Selbst bei der Fließanalyse bleiben die Zykluszeiten Schätzungen. Die Fließanalyse kann zwar Füll- und Abkühlzeiten mit beträchtlicher Genauigkeit vorhersagen, aber sie kann nicht die Bedingungen des Werkzeugs, der Maschine und oft auch nicht die Leistung des Bedieners vorhersehen. Sie kann auch nicht die Prozessbedingungen einer bestimmten Maschine vorhersagen, insbesondere bei älteren Maschinen. Daher ist die genaue Schätzung der Zykluszeit bei der Angebotserstellung für Spritzgussteile von entscheidender Bedeutung.

Bei Projekten mit geringer Jahresproduktion führt eine Unterschätzung der Zykluszeit nicht zu erheblichen Verlusten. Bei Projekten mit einer sehr hohen Jahresproduktion wird die Genauigkeit der Zykluszeitschätzungen jedoch entscheidend. In der Spritzgießindustrie könnte das Mantra einer rentablen Fabrik lauten: "Zyklus, Zeit, Zyklus, Zeit, Zyklus, Zeit".

Faktoren, die die Zykluszeit beeinflussen

Die Gesamtzykluszeit eines Werkzeugs ist die kombinierte Zeit der folgenden 11 Schritte. Wenn man versucht, die Zykluszeit zu reduzieren, muss man diese Schritte einzeln optimieren und ihr Zusammenspiel berücksichtigen.

  1. Schließ- und Verriegelungszeit der Form.
  2. Befüllungszeit.
  3. Packing and holding time.
  4. Verzögerungszeit der Schraube.
  5. Schneckenplastifizierungszeit.
  6. Zeit für den Rückzug der Schraube nach der Drehung.
  7. Abkühlzeit.
  8. Abkühlungsverzögerung oder Leerlaufzeit vor dem Öffnen der Form.
  9. Öffnungszeit der Form.
  10. Zeit für die Entnahme von Teilen (und die Erfassung durch den Roboter).
  11. Rücklaufzeit des Auswurfmechanismus (und des Roboters).

Techniken zur Reduzierung der Zykluszeit beim Spritzgießen

Für Spritzgießbetriebe ist die Verkürzung des Spritzgießzyklus ein indirekter Weg zur Gewinnsteigerung. Für diejenigen, die die Produktion von Produkten in Auftrag geben, kann die Verkürzung des Spritzgießzyklus die Effizienz bei der Markteinführung von Produkten erhöhen. Dies setzt jedoch die Gewährleistung der Produktqualität voraus. Die Suche nach einem Gleichgewichtspunkt, bei dem der Spritzgießzyklus verkürzt wird, ohne die Produktqualität zu beeinträchtigen, ist daher die Richtung, die jeder Spritzgießer anstreben sollte.

Optimierung der Formgestaltung

Ein gut konzipiertes Werkzeug kann zu kürzeren Zykluszeiten beitragen. Dazu gehören Überlegungen wie die richtige Anschnittplatzierung, eine optimierte Gestaltung von Anguss und Kühlkanal sowie effiziente Teileauswurfmechanismen. Software zur Analyse des Formflusses kann eingesetzt werden, um potenzielle Konstruktionsverbesserungen zu ermitteln und die Formgeometrie zu optimieren.

Optimierung der Spann- und Öffnungszeit

Der Spritzgießzyklus beginnt und endet mit dem Schließen. Das Schließen erfolgt in der Regel in vier Phasen: schnelles Schließen, langsames Schließen, Niederdruckschutz und Hochdruckverriegelung. Das Öffnen erfolgt in der Regel in drei Phasen: langsam-schnell-langsam-öffnen. Durch die Optimierung der Geschwindigkeit und der Position des Schließens und Öffnens kann deren Dauer verkürzt werden. Neue Spritzgießmaschinen verfügen über eine regenerative Schließhydraulik (Differenzialspannung) für höhere Geschwindigkeiten.

Optimierung der Einspritzzeit

Die Einspritzung beginnt nach der Hochdruckverriegelung und kann mit einer mehrstufigen Einspritzung erfolgen. Während der Einspritzphase sind hohe Einspritzgeschwindigkeiten möglich, solange sie keine Fehler wie Blasen oder Verbrennungen verursachen.

Optimierung der Haltezeit

Das Halten beginnt nach dem Einspritzen, normalerweise bei einem niedrigeren Druck als dem Einspritzdruck. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Schrumpfung zu kompensieren und alle Vertiefungen auszufüllen, wenn das geschmolzene Material abkühlt und sich zusammenzieht, um sicherzustellen, dass das fertige Produkt beim Auswerfen voll ist (ohne Beulen). Sobald der Anguss verfestigt ist, wird der Nachdruck unwirksam und kann beendet werden. Der Nachdruck kann über mehrere Stufen variieren (im Allgemeinen allmählich abnehmend), geteilt durch die Zeit. Die Gesamthaltezeit kann durch Wiegen des Produkts oder durch Sicherstellen, dass es keine Dellen aufweist, bestimmt werden. Beginnen Sie mit einer kurzen Nachdruckzeit und erhöhen Sie diese mit jeder Injektion leicht, bis das Produktgewicht nicht mehr zunimmt oder die Dellenbildung akzeptabel ist.

Optimierung der Abkühlzeit

Die an einer Spritzgießmaschine eingestellte "Kühlzeit" ist der Zeitraum zwischen dem Ende des Nachdrucks und dem Beginn der Werkzeugöffnung. Das Ziel der "Kühlzeit" ist es, das Produkt weiter abzukühlen und zu verfestigen, damit es sich beim Auswerfen nicht verformt. Beginnen Sie mit einer längeren Kühlzeit und verringern Sie diese mit jedem Einspritzvorgang, bis sich das Produkt beim Auswerfen nicht mehr verformt.

Optimierung der Ladezeit

Der Ladevorgang beginnt mit dem Beginn der "Kühlzeit". Ist die Beschickungszeit länger als die "Abkühlzeit", deutet dies auf eine unzureichende Plastifizierkapazität hin und beeinträchtigt den Produktionszyklus. Eine Verbesserung der Plastifizierkapazität kann die Zykluszeit verkürzen, was durch folgende Maßnahmen erreicht werden kann: A. Barriereschnecken können die Plastifizierleistung erhöhen. B. Schnecken mit großem Durchmesser können die Plastifizierleistung erhöhen. C. Eine Erhöhung der Schneckenkanaltiefe kann die Plastifizierleistung erhöhen. D. Erhöhung der Schneckendrehzahl kann die Plastifizierleistung erhöhen (nicht bei scherempfindlichen Kunststoffen wie PVC, PET). E. Eine Reduzierung des Gegendrucks kann die Plastifiziergeschwindigkeit erhöhen. F. Die Verwendung von hydraulisch verschließbaren Düsen ermöglicht das Plastifizieren während des Schließens und Öffnens. G. Verwendung von Geräten, die während des gesamten Zyklus plastifizieren können, außer beim Einspritzen und Halten.

Optimierung der Trommeltemperatur

Durch die Verwendung der niedrigsten Zylindertemperatur, die noch eine reibungslose Einspritzung gewährleistet, kann die "Kühlzeit" verkürzt werden.

Optimierung der Spannkraft

Verwenden Sie die geringstmögliche Schließkraft, die keinen Grat erzeugt, verkürzen Sie die Zeit, die für die Hochdruckverriegelung benötigt wird, und verlängern Sie die Lebensdauer des Werkzeugs, der Holme der Spritzgießmaschine, der Krümmer und der Aufspannplatte.

Optimierung der Kühleffizienz

Die Optimierung der Formwasserkanäle kann die Effizienz des Wärmeaustauschs und die Gleichmäßigkeit der Produktkühlung verbessern und die Kühlzeit verkürzen. Die Verwendung von Eiswasserkühlung kann die "Kühlzeit" verkürzen, wenn sie den Anforderungen an die Produktqualität entspricht.

Optimierung der Auswurfzeit

Bei kleinen Spritzgießmaschinen mit geringer Ausstoßkraft kann die pneumatische Ausstoßung schneller sein als die hydraulische Ausstoßung. Eine unabhängige hydraulische, pneumatische oder elektrische Steuerung kann die gleichzeitige Öffnung des Werkzeugs und den Ausstoß bewirken. Bei Mehrfachauswürfen bedeutet die Verwendung des Vibrationsauswurfs der Spritzgießmaschine, dass die Auswerferstifte nicht jedes Mal vollständig zurückgezogen werden müssen, wodurch die Zeit für Mehrfachauswürfe verkürzt wird.

FirstMold möchte alle unsere Kollegen noch einmal darauf hinweisen: Die Verkürzung des Spritzgießzyklus sollte so optimiert werden, dass die Qualität, die Abmessungen, das Aussehen, die Funktionalität und die Materialien des Produkts nicht beeinträchtigt werden. Andernfalls sind alle Optimierungsbemühungen sinnlos.

Schlüsselparameter im Spritzgießzyklus

ParameterParameterParameterParameter
EinspritzdruckEinspritzgeschwindigkeitHaltedruckTemperatur der Form
SchneckendrehzahlGegendruckSchmelztemperaturEntlüftung von Formen
SpannkraftMaterial FeuchtigkeitsgehaltSchussgrößeSchraube zurück Position
WerkzeuginnendruckKühlwassertemperaturInjektionsrateMechanismus zum Auswerfen von Teilen
LäufersystemSchnecke L/D-VerhältnisGröße des AngussesDesign der Kühlleitung

Die Fachterminologie in dieser Tabelle ist ziemlich wichtig, und einige Begriffe müssen sogar von den Produktdesignern des Käufers beherrscht werden. Wir werden in Zukunft einige Schlüsselbegriffe für eine detaillierte Einführung auswählen.

Schlussfolgerung

Das Verständnis und die Berechnung des Produktionszyklus beim Spritzgießen helfen den Spritzgießbetrieben dabei, jeden Aspekt der Produktion eines Kundenprodukts in einer konformen Weise zu verwalten. Ich bin Lee Young und empfehle diesen Artikel allen Branchenkollegen und Neueinsteigern in die Spritzgießtechnik. Wenn Sie Fragen haben, können Sie diese gerne in den Kommentaren zu diesem Artikel stellen.

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