Wie realisiert man Dünnwand-Spritzguss mit herkömmlicher Ausrüstung?

Beim Kunststoffspritzgussverfahren ist die Wandstärke des Bauteils ein sehr kritischer Parameter. Dünnwandige Spritzgussteile haben viele Vorteile, wie z. B. die Reduzierung des Teilegewichts, des Produktionsumfangs, des Materialaufwands und des Formzyklus. Es ist jedoch nicht wirtschaftlich, teure Hochgeschwindigkeits-Spritzgussmaschinen zur Herstellung dünnwandiger Produkte einzusetzen.
Lassen Sie uns dieses Problem analysieren, unabhängig davon, ob die herkömmliche Spritzgießmaschine dazu in der Lage ist oder nicht:
Zunächst müssen wir verstehen, was Dünnwand-Spritzguss ist. Unter dünnwandigem Spritzguss versteht man im Allgemeinen ein Spritzgussteil mit einer Fläche von 50 Quadratzentimetern und einer Wandstärke von 1 mm. Diese Stufe des Spritzgießens kann als Dünnwandspritzgießen bezeichnet werden.
Die herkömmliche Spritzgießmaschine kann jedoch die Anforderungen des Dünnwand-Spritzgießens nicht erfüllen. Nehmen wir als Beispiel eine herkömmliche Spritzgussmaschine zur Herstellung von Teilen mit 3 mm Wandstärke: Wenn der vordere Teil des geschmolzenen Thermoplasts durch den Formhohlraum fließt, berührt er den Kern oder die Innenwand des Formhohlraums mit niedrigerer Temperatur und formt sich eine verfestigte dünne Haut. Diese Art vorzeitig verfestigter Haut macht etwa 20 Prozent der Gesamtwandstärke aus.
Innerhalb dieser Hautschicht fließt das eingespritzte geschmolzene Material immer noch nach vorne. Wenn die Wanddicke des Teils auf das Ausmaß einer dünnen Wand reduziert wird, wird offensichtlich auch seine Abkühlungsgeschwindigkeit beschleunigt, was zu einer Erhöhung des Anteils der erstarrten Haut an der gesamten Wanddicke, d. h. seines anschließenden geschmolzenen Kerns, führt das Einströmen in den Formhohlraum wird reduziert. Im Gegensatz dazu verkürzt sich das Zeitintervall für die Kondensation von Teilen. All dies erschwert den kontinuierlichen Materialfluss, was es für die Teile schwieriger macht, die Füllanforderungen vor der Kondensation zu erfüllen.
Um die Füllschwierigkeiten beim Dünnwandspritzgießen zu überwinden, ist normalerweise eine spezielle Konstruktion oder Modifikation der Spritzgießmaschine erforderlich, wie z. B. die Verwendung von Mehrkanal-Einspritzöffnungen, die Anwendung eines Einspritzdrucks von bis zu 241 Pa und die Einspritzgeschwindigkeit von 1000 mm/s. Diese Praktiken werden jedoch erhebliche Kosten verursachen.
Können wir also einige Prozessparameter auf der traditionellen unveränderten Standard-Spritzgießmaschine steuern, um die Anforderungen des Dünnwand-Spritzgießens zu erfüllen?
Die Antwort ist ja. Es wurde berichtet, dass jemand dieses Experiment auf einer herkömmlichen Spritzgussmaschine mit einer maximalen Schließkraft von 90 Hektar und einem maximalen Einspritzvolumen von 170 g durchgeführt hatte: Eine Form mit einem fächerförmigen Einspritzeinsatz, einer Einspritzöffnung und einer Kavität wurde aufgesetzt diese Maschine. Das Verhältnis von Länge zu Dicke des Einsatzes beträgt 140:1, und die Hohlraumdicke beträgt 1 mm. Die verwendeten Kunststoffe sind Lexan SP7602 und Magnum 9015.
Das Gewicht des Produktteils ist die einzige variable Ausgabegröße. Bei gleichen Formhohlraumbedingungen hängt die Änderung des Teilegewichts offensichtlich eng mit dem Grad der Füllung des Formhohlraums mit geschmolzenem Material während des Spritzgießvorgangs zusammen. Es wird gesagt, dass die Zuverlässigkeit der Ergebnisse der Analyse der Gewichtsänderung der Teile bis zu 95 Prozent betragen kann. Daher basiert dieser Versuch auf der Beziehung zwischen den Prozessparametern und dem Gewicht der Teile. Aus diesem Grund sind fünf Druck- und Temperaturwandler eigens im Werkzeughohlraum installiert. Ein Datenkontrollsystem verfolgt den Druck- und Temperaturverlauf in der Kavität.
Das Experiment verwendet ein Design mit einem halben Bruchfaktor, um die Düsentemperatur, die Formtemperatur, die Kühlzeit, die Einspritzgeschwindigkeit und den Bleichhaltedruck zu untersuchen. Es wird gesagt, dass diese fünf Parameter das Gewicht von Teilen beeinflussen können. Um diese Parameter zu ermitteln und deren Einfluss auf das Teilegewicht zu bestimmen, werden beim Spritzgießen unterschiedliche Kombinationen von hohen und niedrigen Werten verwendet.
Getestet wurden PC und ABS. Die experimentellen Bedingungen sind: jeweilige Schmelztemperatur, Standard-Formtemperatur und -Teilgewicht, Standard-Zugfestigkeit des Teils und maximal zulässige Einspritzgeschwindigkeit. Darüber hinaus kann auch die relative Viskosität der beiden Materialien bei unterschiedlichen Schergeschwindigkeiten ermittelt werden.
Die experimentellen Ergebnisse sind wie folgt:
1. Wenn die Schmelztemperatur von ABS-Material von 260 Grad auf 280 Grad ansteigt, steigt das Gewicht seiner Teile von 6,6 g auf 7,4 g, dh 12 Prozent.
2. Wenn bei PC-Materialien die Schmelztemperatur von 290 Grad auf 300 Grad erhöht wird, steigt das Gewicht der Teile von 7,3 g auf 8,9 g, was 22 Prozent entspricht
3. Wenn die Formtemperatur von 80 Grad auf 90 Grad ansteigt, nimmt das Gewicht von Teilen aus PC und ABS zu, aber PC ist empfindlicher. Das Gewicht der daraus hergestellten Teile kann von 8,4 g auf 8,8 g steigen, eine Steigerung von 4,8 Prozent.
4. Änderungen der Schmelztemperatur und der Werkzeugtemperatur führen zu Änderungen der Zugfestigkeit der Teile. Die Erhöhung der Schmelztemperatur verringert jedoch die Festigkeit, während die Erhöhung der Formtemperatur die Festigkeit erhöht.
5. Eine Verkürzung der Kühlzeit und eine Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit erhöhen das Gewicht von PC-Teilen, während ABS-Materialien von diesen beiden Parametern nicht beeinflusst werden.
Ergebnisanalyse:
Bei PC-Materialien sind Schmelztemperatur, Formtemperatur, Kühlzeit und Einspritzgeschwindigkeit die Schlüsselparameter, die das Gewicht der Teile beeinflussen; Bei ABS sind die Parameter, die das Gewicht seiner Teile beeinflussen, nur die Schmelztemperatur und die Formtemperatur.
Die Erhöhung der Schmelztemperatur führt dazu, dass das Material eine höhere Wärmeenergie und eine niedrigere Viskosität aufweist, wodurch das geschmolzene Material leichter fließt, eine längere Streamerlänge bildet und den Hohlraum glatter füllt. Wenn die Schmelztemperatur jedoch zu hoch ist, verschlechtert sich das Material und wird abgebaut. Daher kann dieser Parameter nur verwendet werden, um die Füllung der Kavität innerhalb der vom Material erlaubten Obergrenze sicherzustellen.
Die Erhöhung der Formtemperatur reduziert die Kondensationsschicht des Materials im Formhohlraum und lässt das geschmolzene Material leichter in den Formhohlraum fließen, um ein größeres Teilegewicht und eine bessere Oberflächenqualität zu erzielen.
Eine kürzere Kühlzeit kann dazu führen, dass das geschmolzene Material kürzer im Behälter bleibt und die Möglichkeit einer Verschlechterung verringert wird. Es wird angenommen, dass eine Reduzierung der Wandstärke um 50 % zu einer 4--fachen Verkürzung der Abkühlzeit führt. Darüber hinaus macht die Kühlzeit etwa 70 Prozent des Umformzyklus aus, und ihre Reduzierung bedeutet eine Verbesserung der Produktionseffizienz.
Das Einspritzvolumen der Maschine sollte so hoch wie möglich sein. Dies trägt auch dazu bei, die Verweilzeit von geschmolzenen Materialien in dem Behälter zu reduzieren. Eine Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit verringert auch die relative Viskosität des geschmolzenen Materials, was das Ergebnis des Einflusses von Pseudoplastik ist, wenn die Scherung dünner wird. Gleichzeitig tritt diese Schererwärmung nur in weniger als einer Sekunde auf, was für eine offensichtliche Verschlechterung unbedeutend ist.
Die Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit verringert die Viskosität des PC-Materials und erhöht das Gewicht der Teile, aber es ist viel geringer als das von Teilen mit höherer Schmelztemperatur. Da es das Material jedoch auch widerstandsfähiger gegen Abbau machen kann, ist es ratsam, die Einspritzgeschwindigkeit zu verbessern.
Die Änderung der Einspritzgeschwindigkeit hat fast keine Auswirkung auf das ABS-Material, was darauf zurückzuführen ist, dass seine relative Viskosität zu diesem Zeitpunkt nicht wesentlich abgenommen hat.
Durch die Änderung einiger Prozessparameter unter den Bedingungen einer herkömmlichen Spritzgussmaschine wurde das Gewicht der Teile erhöht.
Dieses Ergebnis spiegelt tatsächlich die Zunahme der Fähigkeit des Kunststoffs wider, den 1-mm-Hohlraum im geschmolzenen Zustand zu füllen, was die Fähigkeit zum Dünnwandformen verbessern soll.
Nach den Versuchsergebnissen ist es auch möglich, dünnwandige Teile auf herkömmlichen Spritzgießmaschinen zu verarbeiten. Während des Betriebs kann die Einspritzgeschwindigkeit auf die maximal zulässige Obergrenze eingestellt werden. Auf dieser Grundlage können die beiden Parameter entsprechend der vom Material empfohlenen maximalen Schmelztemperaturgrenze und der maximalen Werkzeugtemperaturnorm so weit wie möglich verbessert werden. Dies ist die wichtigste Gegenmaßnahme, um qualitativ hochwertigen Dünnwand-Spritzguss mit kostengünstiger Auswahl auf herkömmlichen Spritzgussmaschinen zu erreichen.