Wie kann die Effizienz der Spritzgussproduktion verbessert werden?

Der Spritzgießprozess muss den immer höheren Anforderungen an Oberflächenqualität und Formgenauigkeit gerecht werden. Das Werkstück muss spannungsfrei, verformungsfrei, mit hoher Umformgenauigkeit und fugenloser Oberfläche sein. Die Innovation des Spritzgussverfahrens wird vor allem von der Automobilindustrie und der Konsumgüterindustrie vorangetrieben. Beispielsweise erfordern Produkte wie Scheinwerfergehäuse oder Flachbildfernseher eine sehr saubere Oberfläche. Neben der Oberflächenqualität und Formgenauigkeit ist auch die Effizienz des Spritzgießprozesses sehr wichtig. Beim Spritzgießen macht die Abkühlzeit des Werkstücks 70 Prozent der Produktionszeit aus. Die Beschleunigung des Kühlprozesses kann die Produktionseffizienz verbessern.
Diese drei Anforderungen: nahtlose Oberfläche, kurzer Spritzgießzyklus und hohe Formgenauigkeit erfordern eine spezielle Präzisions-Spritzguss-Kühltechnologie, von denen eine die variable Temperaturregelungstechnologie ist, die in den letzten Jahren weit verbreitet ist.
Technologie zur variablen Temperaturregelung
Variable Temperaturregelung: Das heißt, die Werkzeugtemperatur ist nicht konstant, sondern wird während des Spritzgießvorgangs nach dem vorgegebenen Temperaturverlauf geregelt. Die Temperatur der Form während des Spritzgießens ist 10-30 Grad C höher als die Glasübergangstemperatur des Spritzgussmaterials. Nach dem Einspritzen soll die Werkzeugtemperatur schnell auf die Entformungstemperatur abgesenkt werden. Mit dieser Technologie können Kunststoffwerkstücke ohne Fließstellen, Verformungen und sehr glatter Oberfläche hergestellt werden. Für die variable Temperaturregelung stehen viele Technologien zur Verfügung:
Methoden zur schnellen Formerwärmung umfassen
·Induktionsheizung
·Infrarotheizung
·Elektroheizung
·Warmwasserheizung
Alle diese Technologien verwenden Kältemittel, um die Form schnell auf die Entformungstemperatur abzukühlen.
Um die Zykluszeit zu verkürzen, hat sich das Aufheizverfahren basierend auf der CPH-Technologie [1] mit Hochleistungs-Keramik-Heizelementen oder Dampfbeheizung als das effektivste Verfahren erwiesen
Um diesen dynamischen Prozess zu realisieren, sollte der Temperierkanal eng an der Kontur des Modells anliegen, um ein schnelles Aufheizen und Abkühlen zu gewährleisten. Außerdem muss berücksichtigt werden, dass unterschiedliche Bereiche des Werkstücks aufgrund unterschiedlicher Wandstärken eine unterschiedliche Wärmeleitung aufweisen. Je mehr Kühlkanäle durch das Werkzeug fließen und je näher an der Kavität, desto präziser lässt sich der Kühlprozess steuern und einstellen. Als Voraussetzung benötigt jeder Kühlkanal eine eigene Temperierung.
Für das Spritzgießwerkzeug mit Temperierung von Heiß- und Kaltwasser ist eine neue modulare Ventilgruppe bestehend aus sechs Ventilen (siehe Foto) vorgesehen. Die Ventilgruppe integriert eine Heißwasser- und eine Kaltwasser-Temperaturregeleinheit, die bequem für das Wärmekreislaufsystem der variablen Temperaturregelung der Spritzgussform verwendet werden kann. Ein pneumatisches Vorsteuermodul steuert sechs pneumatische Ventile, um entsprechend dem Einspritzzyklus zwischen heiß und kalt umzuschalten. Der Vorteil dieses Schemas ist, dass es sehr kompakt ist und das Temperiermodul optional integriert werden kann.
Modularer 8611 eCONTROL-Universalregler und Bürkert-Hilfsinstrument
In der Nähe der Kammertemperaturregelung
Zwischen der variablen Temperierung und der Forderung nach kurzen Zykluszeiten besteht ein gewisser Widerspruch, der durch neue Werkzeugtechnologien (zB „segmentierte Temperierung“ [2] oder Lasercussing [3]) gelöst werden kann. Bei diesen Technologien kann der Kühlkanal sehr nahe an der Formkavität liegen, so dass die dreidimensionale Struktur des Kanals in der Form realisiert werden kann, um die ideale Kühlkanalkonfiguration zu erhalten.
Beim Spritzgussverfahren ist eine genaue Temperaturkontrolle erforderlich. Sein Kontrollobjekt ist die durchschnittliche Temperatur der Innenwand der Formkammer. Die Temperierung kann im kammernahen Werkzeug oder durch Messung der Temperatur des Kältemittels im Rücklauf erfolgen. Die Formwandtemperatur kann immer wieder die wichtigste Messgröße des richtigen Temperierpunktes erreichen. Der Kühlmittelfluss wird mit einem sehr kompakten Flügelradsensor gemessen, der in das kundenspezifische System integriert werden kann, und der Echtzeit-Durchflussmesswert wird an die Steuerung übertragen, die den Kältemittelfluss jedes Kanals steuert und die Abweichung schnell korrigiert innovative Proportionalregelventiltechnik, Diese Art der bedarfsgerechten Temperaturregelung hat die Oberflächenqualität stark verbessert und die Zykluszeit stark verkürzt.
Innovative Ventiltechnik
Das neu entwickelte Proportional-Magnetventil ermöglicht die Realisierung der Stromregelschaltung mit mehrkreisigem Parallelbetrieb. Der Vorteil dieses neuen Proportional-Magnetventils besteht darin, dass es durch eine speziell geformte Feder den Elektromagnetkern reibungsfrei laufen lässt, um den Stick-Slip-Effekt zu verhindern, und somit eine hervorragende Leistung aufweist: hohe Ansprechempfindlichkeit (0,1 Prozent des Endwertes), minimaler Umkehrfehler und hervorragendes Regelverhalten. Das Bereichsverhältnis des neuen Proportional-Magnetventils beträgt 1:100, sodass selbst kleine Durchflussabweichungen durch äußerst genaue Ventilkorrekturmaßnahmen kontrolliert werden können.
Turbinen-Durchflusssensor, auf Grundplatte montiert oder separat installiert, maximale Betriebstemperatur 160˚ C
Der Durchmesser des Prozessregelventils mit Mikropositionierer beträgt 4 mm – 15 mm
Die entscheidenden Parameter zur Messung des Abkühlvorgangs des Werkstücks sind die Rücklauftemperatur und der Wasserdurchfluss, die helfen, die Abkühlung des Werkstücks und der Form absolut zuverlässig und genau zu steuern. Dr. Egon Hüfner, Ingenieur der Firma Bürrtert, sagte: „Der Wasserrücklauf jedes Kühlkanals muss gemessen werden. Jeder Kanal muss ein Ventil und einen Sensor haben.“ Um die durch den Kühlprozess aufgenommene Wärme zu messen, muss auch die Temperatur des Ein- und Auslasses gemessen werden. Die Reaktionszeit des fortschrittlichsten Durchflusssensors zur Erkennung von Durchflussänderungen beträgt 100 – 300 Millisekunden, und das Regelventil kann die Durchflussregulierung in 0,3 – 0,5 Sekunden abschließen. Der Turbinen-Strömungssensor ist aufgrund seiner geringen Baugröße und extrem schnellen Ansprechzeit besonders geeignet für Rohre mit einer Nennweite größer oder gleich 6 mm.
Aktuator-Design
Das Ventil ist entsprechend der Durchflussmenge und dem Verschmutzungsgrad des Kühlmittels auszuwählen. Dr. Hüfner sagte: „Für große Durchflussmengen und schmutzige Flüssigkeiten werden direkt wirkende Ventile empfohlen. Für Flüssigkeiten mit einer maximalen Temperatur von 200 Grad können pneumatische Absperrventile oder Regelventile gewählt werden.“ Wenn die Öffnungszeit des Ventils entsprechend der absorbierten Wärme gesteuert wird, kann das An-Aus-Temperatursteuerverfahren in der Kühlphase des Spritzgussverfahrens verwendet werden.
Für kleine Durchflüsse und sehr sauberes Kühlmittel gibt es beispielsweise eine zentrale Wasseraufbereitungseinheit, und die Wassertemperatur liegt unter 120 Grad. Das Servo-Hilfsmagnetventil ist die ideale Wahl. Obwohl dieses Ventil eine kleine Pilotbohrung hat, kann der Nenndurchmesser des Ventils 20 mm erreichen. Das Bürkert Einschaltventil der neuen Generation schafft es, die Pilotbohrung an der Membrane zu eliminieren, sodass es unempfindlich gegenüber verunreinigtem Kühlmittel ist.
Je nach Werkstück umfasst die Mehrkanaltemperierung mehr oder weniger Kühlkreisläufe. Das direkt wirkende oder servounterstützte Proportional-Magnetventil hat offensichtliche Vorteile, und seine Öffnung kann innerhalb des 0-100-Prozentbereichs schnell auf jede Position eingestellt werden. Diese dynamische Regelventiltechnik ermöglicht die Durchflussregelung nach der werkstückspezifischen, vorprogrammierten Durchflusskurve.
Das pneumatische Ventil ist mit einem Mindestdurchmesser von 4 mm die ideale Wahl für hohe Temperaturen, hohen Druck und große Durchflussbedingungen.
Um die Ventilöffnung zu steuern, ist eine elektronische Hilfssteuervorrichtung erforderlich. Das Öffnen des Proportional-Magnetventils wird durch das Pulsweitenmodulationssignal (PWM) gesteuert, und das Öffnen des allgemeinen Programmsteuerventils wird durch den Stellungsregler gesteuert. Der Stellungsregler integriert eine Ventilstellungsregelung, die die Ventilstellung des Prozessventils auf eine bestimmte Öffnung regeln kann.
Verteilte Temperaturregelung
Das normale Durchflussregelsystem umfasst einen Durchflusssensor (Turbine oder Ultraschall), ein Proportionalventil und einen Durchflussregler mit Kaskaden-Temperaturregelfunktion und kann mit verschiedenen Ventilen kombiniert werden. Der Durchflussregler spielt eine entscheidende Rolle im System. Es muss verschiedene Sensorsignale wie Temperatur, Druck oder Durchfluss verarbeiten können und auch pneumatische und elektronische Steuerungen verarbeiten können. Die neue Universalsteuerung eCONTROL von Bürkert hat all diese Funktionen, und die wichtigsten Merkmale sind:
-Temperaturregelung
-Druckkontrolle
-Ablaufsteuerung
-Steuerbares Ein-Aus-Magnetventil, Proportional-Magnetventil, Programmsteuerventil und elektrisches Regelventil
-Eingang ist Standardsensorsignal (4-20 mA Standardsignal, Frequenz, PT100)
- Verwenden Sie das 4-20 mA-Signal, um mit der zentralen Steuereinheit zu kommunizieren, um Sollwert- und Prozesswert-Feedback bereitzustellen
-Es ist bequem, entsprechend der ausgewählten Anwendung einzustellen (Durchfluss-, Temperatur- oder Druckregelung),
-Die Parameter der meisten Bürkert Ventile und Sensoren sind gespeichert
ECONTROL kann auch mit Panel-Typ geliefert werden, und seine Montagelochgröße beträgt 1/16 DIN, die in den vorhandenen Schaltschrank eingebaut werden kann.
Mehrkanal-Kühlmodul: inklusive Durchflusssensor, Temperatursensor und Proportional-Magnetventil
Proportional-Magnetventil: Durchmesser 0,05 mm – 20 mm
Die Ventilgruppe kann in drei Zuständen arbeiten: Leerlauf (V2 und V5 offen), Heizen (V1, V3 und V5 offen) oder Kühlen (V2, V4 und V6 offen)
Variables Temperaturregelmodul mit 6 Ventilen
Die dezentrale Steuerung hat insbesondere folgende Vorteile:
·Perfekte Kombination aus Sensor, Ventil und Regelregler
·Die komplette Maschinensteuerung kann sich auf ihre Aufgabe konzentrieren
·Es ist für die Renovierung und Umwandlung von Geräten geeignet. Durch einfache Optimierungsmaßnahmen kann der Kühlzyklus stark verkürzt und die Qualität des Werkstücks stark optimiert werden.