Implementierung eines mehrstufigen Spritzgussverfahrens

Die Kurve des mehrstufigen Spritzgussprozesses spiegelt die Beziehung zwischen dem Schneckenvorschubhub und dem widerEinspritzdruckund Einspritzgeschwindigkeit, die von der Spritzgießmaschine bereitgestellt wird. Daher müssen bei der Gestaltung eines mehrstufigen Spritzgießprozesses zwei Schlüsselfaktoren bestimmt werden: erstens der Schneckenvorschubhub und seine Segmentierung und zweitens der Einspritzdruck und die Einspritzgeschwindigkeit.

 

Die Abbildung zeigt ein typisches Produkt (in 4 Abschnitte unterteilt) und seine entsprechende Beziehung zu den Segmenten der Spritzgießmaschine. Im Allgemeinen können die Segmentierungsregeln basierend auf dieser Korrespondenz bestimmt werden, und die spezifischen Prozessparameter für jedes Segment können entsprechend den Eigenschaften des Anschnittsystems bestimmt werden.

In der tatsächlichen Produktion können mehrstufige Einspritzsteuerungsprogramme verwendet werden, um den Einspritzdruck, die Einspritzgeschwindigkeit, den Nachdruck und die Schmelzefüllmethode für jede Stufe rational einzustellen, basierend auf der Struktur des Angusssystems, der Art des Angusses und der Struktur des Kunststoffteils. Dies trägt dazu bei, die Plastifizierungseffizienz zu verbessern, die Produktqualität zu verbessern, Fehlerraten zu reduzieren und die Lebensdauer von Formen und Maschinen zu verlängern.

Abgestufte Einstellungen

Bei der Gestaltung mehrstufiger Spritzgussprozesse sollte zunächst das Produkt analysiert werden, um die Bereiche für jede Spritzgussstufe zu bestimmen. Im Allgemeinen ist es in 3 bis 5 Zonen unterteilt, basierend auf den Formeigenschaften des Produkts, den Wandstärkenschwankungen und den Schmelzflusseigenschaften. Bereiche mit gleichbleibenden oder minimalen Wanddickenunterschieden werden als eine Zone bezeichnet; Die Übergangspunkte zwischen Zonen für die mehrstufige Injektion werden durch die Punkte bestimmt, an denen der Materialfluss die Richtung ändert oder an denen sich die Wandstärke erheblich ändert. Das Torsystem kann als separate Zone eingerichtet werden. In der Abbildung oben ist das Produkt anhand seiner äußeren Merkmale in Zonen unterteilt, wobei der Punkt, an dem der Materialfluss die Richtung ändert, als ein Übergangspunkt dient (zwischen Zone 2 und Zone 3) und der Punkt, an dem sich die Wandstärke ändert, als weiterer Übergangspunkt dient (zwischen Zone 3 und Zone 4). Daher ist dieses Kunststoffteil für die mehrstufige Einspritzung in 4 Zonen unterteilt: 3 Zonen für das Produkt selbst und 1 Zone für das Angusssystem.

In der praktischen Produktion gilt es allgemein als wissenschaftlicher, beim Formen von Kunststoffteilen mindestens drei oder vier Einspritzstufen festzulegen. Der Angusskanal ist die erste Stufe, der Anguss ist die zweite Stufe, die dritte Stufe ist, wenn das Produkt zu etwa 90 % gefüllt ist, und der verbleibende Teil ist die vierte Stufe (auch Endstufe genannt).

Für Kunststoffteile mit einfachen Strukturen und geringen Anforderungen an die Oberflächenqualität kann ein dreistufiges Spritzverfahren eingesetzt werden. Für Kunststoffteile mit komplexen Strukturen, zahlreichen Oberflächenfehlern und hohen Qualitätsanforderungen ist jedoch ein Einspritzsteuerungsprogramm mit vier oder mehr Stufen erforderlich.

In der tatsächlichen Produktion muss die spezifische Anzahl der erforderlichen Einspritzstufen durch wissenschaftliche Analysen und rationale Einstellungen auf der Grundlage von Faktoren wie Angusskanalstruktur, Anschnitttyp, Position, Anzahl und Größe, Teilestruktur, Produktanforderungen und Wirksamkeit der Formentlüftung ermittelt werden.

• 1) Für Produkte mit direkter Anspritzung können sowohl ein-stufige als auch mehr-stufige Injektionsverfahren verwendet werden. Für kleine Kunststoffteile mit einfachen Strukturen und geringen Präzisionsanforderungen kann ein Steuerungsverfahren mit weniger als drei Einspritzstufen eingesetzt werden.
• 2) Für große Kunststoffprodukte mit komplexen Strukturen und hohen Präzisionsanforderungen sollte grundsätzlich ein mehrstufiges Spritzverfahren mit vier oder mehr Stufen gewählt werden.

Einrichten des Injektionsprozesses

Das in der Abbildung gezeigte Produkt wird von den Ingenieuren anhand seiner Formmerkmale in Abschnitte unterteilt. Diese Aufteilung spiegelt sich dann in verschiedenen Abschnitten der Schnecke der Spritzgießmaschine wider. Die Länge jedes Schneckensegments kann dann anhand der Abschnittsteilung des Produkts geschätzt werden. Zunächst wird das erforderliche Injektionsvolumen (Volumen) für jeden Abschnitt nach der Produktteilung geschätzt. Mit einer entsprechenden Methode kann die Position der Schraube in jedem Segment berechnet werden. Wenn beispielsweise das Volumen des Abschnitts n Ω beträgt, beträgt der Hub des n-ten Segments der Schraube:

In der mehrstufigen Spritzgussproduktionspraxis ist die Methode zur Bestimmung des Schneckeneinspritzprozesses wie folgt:

• Das Einspritzvolumen der ersten Stufe (dh die Endposition der Einspritzung der ersten Stufe) ist der Endpunkt des Angusses im Spritzgießsystem. Mit Ausnahme der Direktanschnitte verwenden fast alle anderen einen mittleren Druck und eine mittlere Geschwindigkeit oder einen mittleren Druck und eine niedrige Geschwindigkeit. Die Endposition der Einspritzung der zweiten Stufe liegt vom Anschnitt-Endpunkt bis zu 1/2 bis 2/3 des gesamten Hohlraumraums.
• Die Einspritzung der zweiten Stufe sollte mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit, hohem Druck und mittlerer Geschwindigkeit oder mittlerem Druck und mittlerer Geschwindigkeit erfolgen. Die spezifischen Werte hängen von der Produktstruktur und dem verwendeten Kunststoffmaterial ab.
• Die Einspritzstufe der dritten Stufe sollte vorzugsweise mit mittlerem Druck und mittlerer Geschwindigkeit oder mittlerem Druck und niedriger Geschwindigkeit erfolgen und die Position ist genau dort, wo der verbleibende Hohlraum gefüllt wird. Alle drei oben beschriebenen Schritte gehören zum Schmelzfüllprozess.
• Die letzte Einspritzphase gehört zur Druckaufbau- und Nachdruckphase. Der Druckhalteschaltpunkt liegt zwischen den Endpositionen dieser Einspritzstufe. Es gibt zwei Möglichkeiten, den Schaltpunkt auszuwählen: Zeit und Position.

Wenn die Einspritzung beginnt, startet der Einspritzzeitgeber und die Endpositionen für jede Einspritzstufe werden berechnet. Wenn die Einspritzparameter abhängig von der Fließfähigkeit des Materials unverändert bleiben, wird bei Materialien mit besserer Fließfähigkeit die Endposition der Endstufe den Haltedruck-Schaltpunkt erreichen, bevor der Timer abläuft. An diesem Punkt sind die Füll- und Druckaufbauvorgänge abgeschlossen und die Einspritzung tritt in die Nachdruckphase ein. Ist der Timer noch nicht abgelaufen, hört er auf zu zählen und geht direkt in die Nachdruckphase über. Ähnlich verhält es sich bei Materialien mit schlechterer Fließfähigkeit: Wenn der Timer abläuft, bevor die Endposition der Einspritzung den Schaltpunkt erreicht, muss nicht auf das Erreichen der Position gewartet werden. Der Prozess geht direkt in die Nachdruckphase über.

Darüber hinaus kann die Verwendung eines mehrstufigen Haltedrucks nach den folgenden Methoden bestimmt werden: Für Produkte mit wenigen Verstärkungsrippen und geringen Anforderungen an die Maßhaltigkeit sowie Produkte aus hochviskosen Materialien verwenden Sie einen einstufigen Haltedruck. Der Haltedruck ist höher als der Druck während des Verstärkungsvorgangs und die Haltezeit ist kurz; wohingegen für Produkte mit mehr Verstärkungsrippen und geringen Anforderungen an die Maßgenauigkeit im Allgemeinen ein mehrstufiger Nachdruck erforderlich ist.

Einspritzdruck und Einspritzgeschwindigkeit einstellen

① Einspritzdruck und Einspritzgeschwindigkeit des Angusssystems. Im Allgemeinen verfügen Angusssysteme über kleine Angusskanäle. Daher werden höhere Einspritzgeschwindigkeiten und Drücke (normalerweise 60 bis 70 % des Maximums) verwendet, um die Angusskanäle und Angüsse schnell zu füllen, wodurch der Schmelzedruck in den Angusskanälen erhöht und ein gewisses Formfüllpotenzial geschaffen wird. Für Formen mit größeren Angussquerschnitten können geringerer Einspritzdruck und geringere Einspritzgeschwindigkeit eingestellt werden; Umgekehrt sind für Formen mit kleineren Angussquerschnitten-höhere Einstellungen erforderlich.
② Einspritzgeschwindigkeit und Druck in der zweiten Stufe. Wenn die Schmelze die Angusskanäle und Angüsse füllt, den Widerstand des Anschnitts (kleine Querschnittsfläche) überwindet und beginnt, den Formhohlraum zu füllen, ist eine niedrigere Einspritzgeschwindigkeit erforderlich, um unerwünschte Fließmuster zu überwinden und die Fließeigenschaften zu verbessern. In dieser Stufe kann die Einspritzgeschwindigkeit reduziert werden, während die Druckreduzierung geringer ausfällt; Bei größeren Anschnittquerschnitten muss der Einspritzdruck möglicherweise nicht reduziert werden.

③ Einspritzgeschwindigkeit und Druck in der dritten Stufe. Wie in Abbildung z dargestellt, entspricht die dritte Stufe der Einspritzzone 3, die den Hauptteil des Formteils darstellt. Zu diesem Zeitpunkt hat die Schmelze den Formhohlraum vollständig ausgefüllt. Um den idealen Diffusionszustand zu erreichen, ist eine beschleunigte Formfüllung erforderlich, sodass die Spritzgießmaschine in dieser Phase einen höheren Einspritzdruck und eine höhere Einspritzgeschwindigkeit bereitstellen muss. Dieser Abschnitt ist auch ein Wendepunkt im Schmelzfluss, an dem der Strömungswiderstand zunimmt und der Druckverlust erheblich ist, was einen Ausgleich erfordert. Im Allgemeinen werden bei der mehrstufigen Einspritzung in diesem Abschnitt hohe Geschwindigkeit und hoher Druck eingesetzt.
④ Einspritzgeschwindigkeit und Druck in der vierten Stufe. Basierend auf der entsprechenden Beziehung in der Abbildung kann die Wandstärke des Teils variieren oder konstant bleiben, wenn die Schmelze Zone 4 erreicht. Die Schmelze hat den Formhohlraum weitgehend ausgefüllt. Da die Schmelze in Zone 3 einen hohen Druck und eine hohe Geschwindigkeit erhält, kann in dieser Phase eine Pufferung durchgeführt werden, um eine annähernd gleichmäßige lineare Fließgeschwindigkeit der Schmelze in allen Teilen des Formhohlraums zu erreichen. Das allgemeine Konstruktionsprinzip besteht darin, dass beim Eintritt in Zone 4 bei zunehmender Wandstärke die Geschwindigkeit und der Druck verringert werden können; Wenn die Wandstärke abnimmt, kann die Geschwindigkeit verringert werden, ohne den Druck zu verringern, oder die Geschwindigkeit kann unverändert bleiben, während der Druck entsprechend verringert oder nicht verringert wird. Kurz gesagt, in der vierten Stufe sollte der Einspritzvorgang mehrstufige Steuerungseigenschaften aufweisen und der Hohlraumdruck sollte schnell ansteigen.

 

Die Abbildung zeigt ein Beispiel für einen mehrstufigen Spritzgussprozess, der auf der Grundlage der geometrischen Analyse des Produkts ausgewählt wurde. Aufgrund des tiefen Hohlraums und der dünnen Wände des Produkts bildet der Formhohlraum einen langen und schmalen Fließkanal. Das geschmolzene Material muss schnell durch diesen Bereich fließen; andernfalls kühlt und verfestigt es sich leicht, wodurch die Gefahr einer unvollständigen Formfüllung besteht. Daher sollte eine Hochgeschwindigkeitseinspritzung verwendet werden.

Allerdings verleiht die Hochgeschwindigkeitseinspritzung dem geschmolzenen Material erhebliche kinetische Energie. Wenn die Schmelze das Ende des Hohlraums erreicht, erzeugt sie einen großen Trägheitsstoß, der möglicherweise zu Energieverlust und Blitzschlag führt. Daher sollte die Fließgeschwindigkeit der Schmelze verlangsamt werden, um den Formdruck zu verringern. Der Druck muss jedoch immer noch den allgemein genannten Nachdruck (Sekundärdruck, Folgedruck) erreichen, um sicherzustellen, dass die durch Schmelzeschrumpfung verursachten Hohlräume im Formhohlraum gefüllt werden, bevor der Anguss erstarrt. Dies erfordert mehrere Einspritzgeschwindigkeiten und -drücke während des Spritzgießprozesses. Der in der Abbildung dargestellte Dosierschneckenhub wird anhand der für das Produkt verwendeten Materialmenge und der Puffermenge eingestellt. Die Einspritzschnecke bewegt sich von Position „97“ auf „20“, um den dünnwandigen Teil des Produkts zu füllen. In dieser Stufe wird eine hohe Geschwindigkeit von 10 eingestellt, um zu verhindern, dass das geschmolzene Material aufgrund der längeren Fließzeit abkühlt und erstarrt. Wenn sich die Schnecke von Position „20“ → „15“ → „2“ bewegt, wird eine entsprechende niedrige Geschwindigkeit von 5 eingestellt, um die Fließgeschwindigkeit der Schmelze und ihre auf die Form wirkende kinetische Energie zu reduzieren. Ein höherer primärer Einspritzdruck wird eingestellt, wenn sich die Schnecke in den Positionen „97“, „20“ und „5“ befindet, um den Formfüllwiderstand zu überwinden, und ein niedrigerer sekundärer Einspritzdruck wird von „5“ auf „2“ eingestellt, um den Einfluss der kinetischen Energie zu reduzieren.

 

Das Bild zeigt ein weiteres Beispiel für eine mehrstufige Geschwindigkeitsumschaltung (Übergang) der Einspritzschnecke basierend auf unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die je nach Prozessbedingungen eingestellt werden.

Das mehrstufige Spritzgießen ist eine der fortschrittlichsten Spritzgießtechnologien, die derzeit verfügbar sind. Bei der Erforschung mehrstufiger Spritzgießverfahren ist die Bestimmung der Schneckenhubsegmente beim Einspritzen relativ präzise, ​​während die Auswahl von Einspritzdruck und Einspritzgeschwindigkeit in jedem Segment weitgehend auf Erfahrungswerten basiert. Mit der allgemeinen empirischen Methode kann nur die entsprechende Beziehung zwischen dem in jedem Segment verwendeten Einspritzdruck und der Einspritzgeschwindigkeit ermittelt werden. Die übliche Praxis besteht darin, diese Beziehung auf der Grundlage des Verhältnisses der Querschnittsfläche jedes Teils des Formprodukts zu bestimmen. Nach der Gestaltung des mehrstufigen Spritzgussverfahrens sind wiederholte Anpassungen durch mehrere Versuche erforderlich, um die optimalen Werte für den ausgewählten Einspritzdruck und die Einspritzgeschwindigkeit zu erreichen.