Das Prinzip der Auswahl der Einspritzgeschwindigkeit für Kunststoffteile

An einem sonnigen Tag bei Prototool kam ein besorgter Manager mit einem Kunststoffteil in der Hand zu mir. Das Teil, das für das neueste Produkt eines renommierten Kunden bestimmt war, wies unerwartete Verformungen und Oberflächenfehler auf. Das Team war verblüfft; unsere Prozesse waren normalerweise tadellos. Als Gerüchte über einen möglichen Produktionsstopp und Verzögerungen die Runde machten, schaltete sich Leo, unser erfahrener Produktionsleiter, ein.

Leo hielt das Teil gegen das Licht und wies auf die ungleichmäßigen Fließspuren und die leichten Verfärbungen auf der Oberfläche hin. "Das sind klassische Anzeichen für eine falsche Einspritzgeschwindigkeit", erklärte er. "Zu schnell, und der Kunststoff hat keine Zeit, die Form gleichmäßig zu füllen, was zu diesen Fließspuren führt. Bei einer zu langsamen Geschwindigkeit kann der Kunststoff abkühlen, bevor er vollständig eingespritzt ist, was zu Verfärbungen führt." Mit seiner langjährigen Erfahrung und seinem geschulten Auge konnte Leo diese subtilen Anzeichen erkennen, die viele übersehen würden. Dank seiner scharfen Beobachtung wurden wir daran erinnert, wie wichtig eine präzise Einspritzgeschwindigkeit für eine exzellente Formgebung ist.

Die entscheidende Rolle der Einspritzgeschwindigkeit für exzellente Spritzgießergebnisse

Im dynamischen Bereich des Spritzgießens hat die Steuerung des Prozesses direkten Einfluss auf die Endqualität der Teile und die Kosteneffizienz des gesamten Vorgangs. Da der technologische Fortschritt die Haushaltsgeräte immer weiter revolutioniert, wird die Komplexität der Produktdesigns immer größer. Diese Entwicklung erfordert eine stärkere Betonung sowohl der inneren als auch der äußeren Qualität der spritzgegossenen Komponenten. Folglich sehen sich die Spritzgießunternehmen mit erhöhten Anforderungen an die Werkzeugherstellung und die Prozesskontrolle konfrontiert.

Die Konvergenz von fortschrittlicher Ausrüstung, Präzisionswerkzeugen und Prozesskontrolle

Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Formverarbeitungstechniken und der Präzision sind komplizierte Produktdesigns realisierbar geworden. Darüber hinaus gewährleisten die unablässigen Verbesserungen in der elektrischen Steuerung von Spritzgießmaschinen die Herstellung hochwertiger Produkte aus komplexen Formen. Der Besitz fortschrittlicher Maschinen und erstklassiger Formen ist jedoch nur die halbe Miete. Für eine harmonische Integration von Maschine, Werkzeug und Endprodukt ist ein hohes Maß an Prozesskontrolle unerlässlich.

Schlüsselparameter im Spritzgießprozess

Die kritischsten Bedingungen beim Einspritzvorgang sind die Faktoren, die das Fließen des Kunststoffs und die Abkühlung beeinflussen. Dazu gehören Temperatur, Druck, Einspritzgeschwindigkeit und ihre jeweilige Dauer. Diese Elemente stehen in einem komplexen Wechselspiel zueinander. So kann beispielsweise eine Erhöhung der Schmelz- und Werkzeugtemperatur den Einspritzdruck und die Einspritzgeschwindigkeit verringern. Umgekehrt erfordert eine Senkung dieser Temperaturen eine Erhöhung von Einspritzdruck und -geschwindigkeit. Im Mittelpunkt dieser Einflussfaktoren steht die Veränderung der Viskosität von Kunststoffen. Dieser Aspekt ist entscheidend, um fundierte Entscheidungen über die Wahl der Parameter während des Einspritzvorgangs treffen zu können.

Die wachsende Anerkennung der Bedeutung der Einspritzrate

Mit zunehmender Erforschung des Fließens und der Verformung von Kunststoffschmelzen während des Einspritzens wird die Bedeutung der Wahl der Einspritzgeschwindigkeitsparameter für die Verbesserung der Produktqualität immer deutlicher.

Verständnis von Einspritzgeschwindigkeit, -zeit und -rate

• Einspritzgeschwindigkeit: Bezieht sich auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Schnecke oder des Kolbens beim Einspritzen. Je höher die Geschwindigkeit, desto kürzer die Zeit, die für einen Einspritzzyklus benötigt wird, was zu einem höheren Produktionsvolumen führt.
• Injektionszeit: Bezeichnet die kürzeste Zeit, die die Schnecke oder der Kolben benötigt, um ihren maximalen Einspritzweg zu absolvieren, oder die Mindestzeit, die benötigt wird, um ein bestimmtes Materialvolumen vollständig einzuspritzen.
• Injektionsrate: Stellt den während der Injektion erreichbaren Volumendurchsatz pro Zeiteinheit dar. Es ist das Verhältnis von Injektionsvolumen zu Injektionszeit.

Durch ein umfassendes Verständnis dieser Parameter und ihrer Wechselbeziehungen können Unternehmen wie Prototool sicherstellen, dass ihre Spritzgießgeschwindigkeit, sei es die Füllrate oder die Einspritzgeschwindigkeit, für die besten Ergebnisse optimiert wird.

Die doppelte Dynamik der Einspritzgeschwindigkeiten beim Spritzgießen

Beim Kunststoffspritzgießen hat die Geschwindigkeit, mit der der geschmolzene Kunststoff eingespritzt wird, großen Einfluss auf die Qualität des fertigen Artikels. Sowohl hohe als auch niedrige Einspritzgeschwindigkeiten, oder wie manche sie nennen, "Einspritzgeschwindigkeiten", haben ihre einzigartigen Vorteile. Lassen Sie uns die Eigenschaften und Vorteile der beiden Verfahren näher betrachten.

Vorteile der hohen Einspritzgeschwindigkeiten

1. Effizienz in der Zeit: Die Verwendung einer schnelleren Einspritzrate verkürzt den gesamten Spritzgießzyklus und macht den Produktionsprozess effizienter.
2. Verbesserter Fluss: Eine hohe Einspritzgeschwindigkeit verbessert das Fließen des Kunststoffs, was insbesondere beim Gießen von dünnwandigen Bauteilen von Vorteil ist.
3. Oberflächenglanz: Produkte, die mit höheren Geschwindigkeiten geformt werden, weisen oft einen höheren Oberflächenglanz auf.
4. Stärke an den Nähten: Die Hochgeschwindigkeitseinspritzung kann die Festigkeit der Bindenähte erhöhen, so dass sie weniger auffallen.
5. Vorbeugung von Kühlungsfehlern: Ein zügiger Injektionsprozess kann Verformungen verhindern, die durch vorzeitiges Abkühlen entstehen.

Vorteile von niedrigen Einspritzgeschwindigkeiten

1. Präzisionskanten: Langsamere Einspritzgeschwindigkeiten können die Bildung von Graten oder überschüssigem Material an den Rändern des geformten Produkts verhindern.
2. Oberfläche Klarheit: Es hilft, Spritzer oder Fließlinien zu vermeiden, die das Aussehen des Produkts beeinträchtigen können.
3. Prävention von Brandflecken: Reduzierte Geschwindigkeiten können Verbrennungsspuren verhindern, die durch Lufteinschlüsse entstehen.
4. Vermeiden von Lufteinschlüssen: Sorgt dafür, dass der geschmolzene Kunststoff keine Luft einschließt, wenn er die Form füllt.
5. Molekulare Orientierung: Eine langsamere Geschwindigkeit kann Verformungen der Molekülausrichtung verhindern und so sicherstellen, dass die Eigenschaften des Kunststoffs im gesamten Produkt konsistent sind.

Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass die Vorteile der Hochgeschwindigkeitsinjektion oft die Nachteile ihres langsameren Gegenstücks sind und umgekehrt. Diese Erkenntnis hat zur Einführung eines kombinierten Ansatzes geführt, bei dem sowohl hohe als auch niedrige Geschwindigkeiten in verschiedenen Phasen des Spritzgießprozesses eingesetzt werden. Diese Technik, die gemeinhin als mehrstufiges Spritzgießen bezeichnet wird, gewährleistet, dass die Hersteller die Vorteile beider Geschwindigkeiten nutzen und gleichzeitig ihre jeweiligen Nachteile minimieren können. Es ist ein Beweis für die Entwicklung moderner Spritzgießmaschinen, dass viele von ihnen heute mit der Möglichkeit ausgestattet sind, zwischen fünf bis sechs Stufen von Einspritzdruck und -geschwindigkeit sowie drei bis vier Stufen von Nachdruck einzustellen. Diese Anpassungsfähigkeit stellt sicher, dass während der Nachdruckphase, wenn die Form bereits mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt ist, der Einfluss der Nachdruckgeschwindigkeit vernachlässigbar wird, was eine optimale Produktqualität und Prozesseffizienz gewährleistet.

Die Kunst der Auswahl der Einspritzgeschwindigkeit beherrschen

Der Spritzgießprozess ist ein empfindliches Gleichgewicht verschiedener Faktoren, wobei die Einspritzgeschwindigkeit einer der wichtigsten ist. Angesichts der komplizierten Formen von Kunststoffprodukten und der Komplexität des Fließens von geschmolzenem Kunststoff ist die Wahl der richtigen Einspritzgeschwindigkeit von entscheidender Bedeutung.

Grundsätze der Auswahl der Einspritzgeschwindigkeit

Kunststoffprodukte haben komplexe Formen. Dies macht das Fließen des geschmolzenen Kunststoffs während des Formprozesses, insbesondere in bestimmten Teilen der Form, sehr kompliziert. Jüngste Studien im Bereich der Rheologie in Verbindung mit der CAE-Technologie haben ergeben, dass es für qualitativ hochwertige Produkte mit minimalen inneren Spannungen unerlässlich ist, eine gleichmäßige Fließfront der Schmelze aufrechtzuerhalten. Einfacher ausgedrückt: Die Geschwindigkeit des geschmolzenen Kunststoffs, d. h. seine lineare Geschwindigkeit, sollte während des gesamten Prozesses konstant bleiben.

Produkte, die nach diesem Prinzip hergestellt werden, sind in der Regel von höherer Qualität und weisen weniger Mängel wie Schrumpfung oder unzureichende Füllung auf. Außerdem sorgt der gleichmäßige Fluss der Schmelze in der Form für eine rationelle Ausrichtung der Polymermoleküle, was zu einer besseren Oberflächenqualität des Produkts führt.

Aufgrund der geometrischen Komplexität der spritzgegossenen Produkte und der unterschiedlichen Widerstände, die sie der fließenden Schmelze entgegensetzen, variiert die Fließgeschwindigkeit (Produkt aus Geschwindigkeit und Querschnittsfläche) im Laufe der Zeit. Um die Qualität zu gewährleisten und gleichzeitig den wirtschaftlichen Aspekt der Verkürzung der Einspritzzeit und des Spritzgießzyklus zu berücksichtigen, werden mehrstufige Einspritztechniken eingesetzt.

Rationelle Auswahl der Einspritzgeschwindigkeiten

Basierend auf dem Fluss der Schmelze während des Einspritzvorgangs lassen sich die Einspritzgeschwindigkeiten grob in fünf Bereiche unterteilen:

Haupt- und Nebenläufer: Das Prinzip besteht darin, mit hoher Geschwindigkeit zu füllen, was den Formgebungszyklus verkürzt. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass diese schnelle Einspritzung die Oberflächenqualität nicht beeinträchtigt.

Tor und angrenzende Produktbereiche: Je nach Art des Rohmaterials und der Anschnittkonstruktion kann in dieser Phase eine langsamere Einspritzgeschwindigkeit erforderlich sein. Insbesondere bei hochviskosen Harzen wie PC, PMMA und ABS und bei bestimmten Anschnittdesigns hilft eine langsamere Geschwindigkeit, Defekte wie Jetting oder Angussblushing zu vermeiden. Bei Harzen mit niedriger Viskosität wie PP, PA und PBT und wenn die Oberflächenqualität in der Nähe des Anschnitts keine Rolle spielt, kann eine hohe Einspritzgeschwindigkeit angemessen sein.

Hauptkörper des geformten Produkts: Sobald der Bereich in der Nähe des Anschnitts gefüllt ist und bis das Produkt etwa 70%-80% seines Gewichts erreicht hat, ist Hochgeschwindigkeitsspritzen die Norm. Dies verkürzt nicht nur den Formgebungszyklus, sondern minimiert auch die Viskositätsänderungen der Schmelze innerhalb des Metallformhohlraums. Außerdem kann dadurch der Oberflächenglanz des Produkts erhöht, Verformungen verringert und das Aussehen der Bindenähte verbessert werden.

Fast volle Kavität (etwa 85%-90%): In dieser Phase erfolgt die Einspritzung mit mittlerer Geschwindigkeit, die als Übergang zur nächsten Phase mit niedriger Geschwindigkeit dient. Sie trägt dazu bei, Defekte in dickeren Teilen des Produkts und ungleichmäßige Füllung, die zu Gratbildung führen könnte, zu vermeiden.

Endgültige Füllung der Kavität: Die letzte Stufe erfordert eine langsame Einspritzung, um Defekte wie Grat oder Brandflecken zu vermeiden. Sie gewährleistet die Form- und Gewichtsstabilität des Produkts und ermöglicht einen kontrollierten Abbau des Formschlussdrucks.

Feinabstimmung der Einspritzgeschwindigkeitskurve für optimale Ergebnisse

Die Kunst des Spritzgießens besteht nicht nur darin, die Prinzipien der Geschwindigkeitsauswahl zu verstehen, sondern auch darin, die Kurve der Einspritzgeschwindigkeit während des eigentlichen Betriebs genau einzustellen und anzupassen. Dies stellt sicher, dass das fertige Produkt von guter Qualität ist.

Einstellen der Einspritzgeschwindigkeitskurve

Bei der Einstellung der Einspritzgeschwindigkeitskurve sollten die Techniker vor allem zwei Aspekte berücksichtigen:

1. Bestimmung der Geschwindigkeit: Die Höhe der Einspritzgeschwindigkeit.
2. Positionierung der Injektion: Der genaue Punkt oder die Phase während des Formprozesses, in der die Geschwindigkeit angewendet wird.

Eine gängige Praxis ist die "0-Einspritzmethode" zur Einstellung der Schneckeneinspritzposition. Dabei werden der Einspritzdruck und die Einspritzgeschwindigkeit der zweiten Stufe auf Null gesetzt und die Einspritzposition so eingestellt, dass die tatsächliche Größe und Form des geformten Produkts beobachtet wird. Diese beobachtete Position wird dann mit der gewünschten Position verglichen, um die Einstellungen endgültig festzulegen. Der Prozess wird für die nachfolgenden Stufen wiederholt, wobei die Geschwindigkeit von niedrig bis hoch eingestellt wird, um sicherzustellen, dass die Oberflächenqualität des Produkts nicht beeinträchtigt wird, während gleichzeitig ein kürzerer Formungszyklus angestrebt wird.

Einstellen der Einspritzgeschwindigkeitskurve

Anpassungen der Einspritzgeschwindigkeitskurve sollten in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden. Das bedeutet, dass zuerst die Anpassung der Einspritzgeschwindigkeit bestimmt wird und dann die Übergangspositionen der Geschwindigkeitsänderungen überprüft werden. Denn bei der Ersteinstellung der Kurve stimmen die Einspritzpositionen in der Regel mit unseren Erwartungen überein. Änderungen der Einspritzgeschwindigkeit können jedoch an denselben Übergangspositionen zu Abweichungen bei den Füllungsergebnissen führen.

Bei der mehrstufigen Einspritzung stehen Einspritzdruck und -geschwindigkeit in einer Wechselbeziehung und beeinflussen sich gegenseitig. Wenn die Füllzeit kurz und der Fließweg lang ist, ist die Durchflussrate (oder Einspritzgeschwindigkeit) höher, was einen höheren Einspritzdruck erfordert.

Außerdem bedeutet eine Verlängerung der Füllzeit (d. h. eine Verringerung der Einspritzgeschwindigkeit), dass das Polymer eine längere Abkühlzeit hat. Dies führt zu einer dickeren gefrorenen Schicht, wenn das Polymer auf die kalte Form trifft, was die Viskosität und den Widerstand der Schmelze erhöht. Daher ist ein höherer Einspritzdruck erforderlich, um den Formhohlraum zu füllen.

Um dies zu vermeiden, sollte der Einspritzdruck etwas höher eingestellt werden. Auf diese Weise lassen sich Produktfehler wie Grate und kurze Schüsse durch die Anpassung der verschiedenen Stufen der Einspritzgeschwindigkeit präzise steuern. Dies entspricht der Konstruktionsphilosophie von Spritzgießmaschinen: ein Segment für den Einspritzdruck und sechs für die Einspritzgeschwindigkeit. Die Anpassung der Einspritzgeschwindigkeit hilft, Produktfehler zu vermeiden.

Ursachen und Lösungen für häufige Defekte

1. Fließmarkierungen am Tor: Diese werden durch das Abspritzen der Schmelze verursacht, wodurch Fließlinien entstehen. Um dies zu beheben, sollte die Werkzeugkonstruktion sicherstellen, dass der Anschnittwinkel auf den Kern ausgerichtet ist, um ein direktes Abspritzen zu verhindern. Außerdem sollte die Einspritzgeschwindigkeit reduziert werden, wenn die Schmelze durch den Anschnitt fließt. Bei der reduzierten Geschwindigkeit in der ersten Stufe trifft die Schmelze auf das kalte Werkzeug und erstarrt mit einer dickeren Gefrierschicht, was einen höheren Einspritzdruck erfordert. Daher sollte die Einspritzgeschwindigkeit in der zweiten Stufe erhöht werden, um die Füllzeit zu verkürzen und den Einspritzdruck zu senken, damit das Produkt nicht schrumpft. Wenn der Formhohlraum fast gefüllt ist, sollte die Einspritzgeschwindigkeit reduziert werden, um einen Grat zu vermeiden.

2. Schweißnähte: Diese entstehen durch das schnelle Abkühlen der Schmelze nach dem Auftreffen auf die kalten Werkzeugwände, wodurch die Schmelze bricht und Bindenähte bildet. Um dies zu vermeiden, sollte der direkte Anschnitt durch einen fächerförmigen Anschnitt ersetzt werden, der den Schmelzwinkel vergrößert. Dadurch wird sichergestellt, dass die beiden Schmelzeströme näher am Anschnitt zusammenfließen und die Temperaturunterschiede minimiert werden. Außerdem sollte die Geschwindigkeit der ersten Stufe erhöht werden, und während die Schmelze durch den Anschnitt fließt, sollte die Einspritzgeschwindigkeit reduziert werden, um die Scherrate zu verringern. Sobald 50% des Produkts gefüllt ist, sollte die Einspritzgeschwindigkeit erhöht werden, um eine vollständige Füllung zu gewährleisten und gleichzeitig einen niedrigeren Einspritzdruck beizubehalten, wodurch das Auftreten von Bindenähten reduziert wird. Wenn der Formhohlraum kurz vor der Füllung steht, sollte die Geschwindigkeit reduziert werden, um den ungleichmäßigen Glanz der Bindenähte zu minimieren.

Schlussfolgerungen aus der Analyse der Einspritzgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit des Kunststoffspritzgießens hat großen Einfluss auf die Qualität und den Erfolg des fertigen Produkts. Aus den theoretischen Diskussionen und praktischen Beispielen lassen sich folgende Erkenntnisse ableiten:

1. Überwindung von Defekten durch Geschwindigkeitsanpassungen: Die Anpassung der Einspritzgeschwindigkeit kann helfen, Probleme beim Gießen zu beheben. Dies verbessert die Qualität des Produkts und macht den Prozess kostengünstiger.

2. Maßgeschneiderte Geschwindigkeitsanpassungen: Unterschiedliche Produktdesigns, Materialtypen und Anschnittsysteme erfordern unterschiedliche Auswahlmöglichkeiten und Anpassungen der Einspritzgeschwindigkeitskurve. Es gibt keine Einheitsgröße, die für alle passt; Anpassung ist der Schlüssel.

3. Die "0-Injektionsmethode" in der Praxis: Die Anwendung der "0-Einspritzmethode" während der tatsächlichen Produktion erweist sich als wirksame Strategie zur genauen Einstellung der Einspritzgeschwindigkeitskurve.

4. Das Verständnis der vielschichtigen Natur der Einspritzgeschwindigkeit: Es gibt zahlreiche Faktoren, die die Geschwindigkeit des Spritzgießens beeinflussen. Es ist entscheidend, diese Feinheiten richtig zu erfassen, um fundierte Anpassungen vorzunehmen. Wenn wir diese Änderungen vornehmen, verbessern wir den Spritzgießprozess. Dadurch wird auch sichergestellt, dass das Endprodukt von hoher Qualität und Genauigkeit ist.