Steuerung des Spritzgießprozesses und Auswahl der Einspritzgeschwindigkeit

Die Steuerung des Spritzgießprozesses hat direkten Einfluss auf die Qualität der Endprodukte und die Wirtschaftlichkeit der Produktion. Prozessparameter müssen sorgfältig untersucht werden, um maximalen Nutzen und optimale Produktqualität zu erzielen. Mit der ständigen Weiterentwicklung von Haushaltsgeräten sind die Produktdesigns immer komplexer geworden, und die Anforderungen an die innere und äußere Qualität von Spritzgussteilen steigen kontinuierlich. Dies stellt höhere Anforderungen an den Werkzeugbau sowie an die Prozessoptimierung und -steuerung von Spritzgießunternehmen.

Dank kontinuierlicher Verbesserungen bei den Werkzeugbearbeitungstechniken und der Präzision sind komplexe Produktdesigns realisierbar geworden. Gleichzeitig gewährleistet die ständige Weiterentwicklung der elektrischen Steuerungssysteme in Spritzgießmaschinen die stabile Produktion hochwertiger Teile mithilfe komplexer Werkzeuge. Doch fortschrittliche Anlagen und hochwertige Werkzeuge allein genügen nicht – eine effektive Prozesssteuerung ist unerlässlich für die perfekte Integration von Maschine, Werkzeug und Produkt.

Die wichtigsten Prozessparameter beim Spritzgießen sind Temperatur, Druck, Geschwindigkeit und die entsprechenden Zeitfaktoren, die Plastifizierung, Fließverhalten und Abkühlung beeinflussen. Diese Parameter stehen in Wechselwirkung und schränken sich gegenseitig ein. Beispielsweise kann eine Erhöhung der Schmelze- und Werkzeugtemperatur den erforderlichen Einspritzdruck und die Geschwindigkeit reduzieren und umgekehrt. Der Schlüsselfaktor unter allen Prozessparametern ist die Änderung der Materialviskosität, die eine entscheidende Rolle bei der Parameterwahl und deren Wechselwirkungen während des Einspritzvorgangs spielt.

Durch eingehendere Untersuchungen des Fließ- und Verformungsverhaltens von Polymerschmelzen beim Spritzgießen ist immer deutlicher geworden, dass die Wahl der Spritzgießgeschwindigkeit für die Verbesserung der Produktqualität von entscheidender Bedeutung ist.

Merkmale hoher und niedriger Einspritzgeschwindigkeiten

Vorteile einer hohen Einspritzgeschwindigkeit:

1. Verkürzt die Einspritzzeit und den Formgebungszyklus
2. Verbessert die Strömungslänge, was für dünnwandige Bauteile von Vorteil ist.
3. Verbessert den Oberflächenglanz des Produkts
4. Verbessert die Festigkeit der Schweißnähte und verringert deren Sichtbarkeit
5. Verhindert Abkühlungsverformung

Vorteile einer niedrigen Einspritzgeschwindigkeit:

1. Verhindert die Bildung von Glutnestern
2. Reduziert Strahlbildung und Fließmarken
3. Vermeidet Brandflecken
4. Minimiert Lufteinschlüsse
5. Verhindert die Deformation der Molekülorientierung

Die Vorteile hoher Geschwindigkeiten entsprechen den Nachteilen niedriger Geschwindigkeiten und umgekehrt. Daher ermöglicht die Kombination von hohen und niedrigen Geschwindigkeiten beim Einspritzen die Nutzung der Vorteile beider Geschwindigkeiten bei gleichzeitiger Vermeidung ihrer Nachteile. Dies wird gemeinhin als … bezeichnet. Mehrstufen-Einspritztechnologie , das in modernen Spritzgießmaschinen weit verbreitet ist.

Aktuell sind die meisten mittelgroßen und großen Spritzgießmaschinen mit 5–6 Stufen der Einspritzdruck- und Geschwindigkeitsregelung sowie 3–4 Stufen der Nachdruckregelung ausgestattet. (Während der Nachdruckphase ist der Formhohlraum bereits gefüllt, sodass der Einfluss der Nachdruckgeschwindigkeit minimal ist.)

Grundsätze für die Auswahl der Einspritzgeschwindigkeit

Aufgrund der komplexen Geometrie von Kunststoffprodukten sind der Fluss und die Verformung der Schmelze durch Angusskanal, Verteiler, Anschnitt und Formhohlraum äußerst komplex. Rheologische Untersuchungen und CAE-Analysen haben gezeigt, dass die wichtigste Voraussetzung für die Herstellung hochwertiger Teile mit geringen Eigenspannungen ein gleichmäßiges und stabiles Schmelzeströmungsfeld ist.

Mit anderen Worten, die Geschwindigkeit der Schmelzfront sollte konstant bleiben, während sie während der Injektion zu unterschiedlichen Zeitpunkten verschiedene Querschnitte durchströmt – d.h. Die lineare Geschwindigkeit sollte konstant bleiben (V = konstant). Die

Dies gewährleistet:

• Hohe Produktqualität
• Verringertes Risiko von Sinkspuren und zu kurzen Schlägen
• Gleichmäßiges Strömungsfeld im Hohlraum
• Richtige Molekülorientierung
• Verbesserte Oberflächenbeschaffenheit

Aufgrund der variierenden Querschnittsflächen und des unterschiedlichen Strömungswiderstands in der Form ist die Durchflussrate jedoch unterschiedlich. $Q = V × S$ (wobei S die Querschnittsfläche ist) wird zu einer Variablen. Folglich werden sowohl Durchflussrate als auch Einspritzdruck zu zeitabhängigen Funktionen.

Um Produktqualität und Wirtschaftlichkeit (kürzere Zykluszeit) in Einklang zu bringen, mehrstufige Einspritzung ist notwendig.

Rationale Verteilung der Einspritzgeschwindigkeit

Die Einspritzgeschwindigkeit wird typischerweise in fünf Stufen unterteilt:

1. Anguss- und Läuferstadium
   Eine hohe Geschwindigkeit wird empfohlen, um die Zykluszeit zu verkürzen, vorausgesetzt, Oberflächenfehler werden vermieden.
2. Tor und Torbereich
   Üblicherweise wird mit niedriger Geschwindigkeit gearbeitet, insbesondere bei hochviskosen Kunststoffen wie PC, PMMA und ABS, um Strahlbildung und Angussbildung zu vermeiden.
   Bei Materialien mit niedriger Viskosität (PP, PA, PBT) und weniger kritischen Oberflächen kann eine hohe Geschwindigkeit eingesetzt werden.
3. Hauptfüllphase (≈70–80%)
   Hohe Geschwindigkeit wird verwendet, um:
   • Zykluszeit verkürzen
   • Viskositätsschwankungen minimieren
   • Oberflächenglanz verbessern
   • Verformung verringern und Schweißnahtfestigkeit verbessern
4. Übergangsphase (≈85–90 %)
   Eine mittlere Geschwindigkeit wird angewendet, um einen sanften Übergang zur endgültigen Füllung zu gewährleisten und Grate oder ungleichmäßige Schichtdicken zu vermeiden.
5. Abschließende Befüllung
   Niedrige Geschwindigkeit wird verwendet, um:
   • Blitz- und Brandspuren vermeiden
   • Verbesserung der Dimensions- und Gewichtsstabilität
   • Reduzierung der Klemmkraftanforderungen

Einstellen und Anpassen von Einspritzgeschwindigkeitskurven

Einstellen der Einspritzgeschwindigkeit:
Zwei Schlüsselfaktoren:

1. Einspritzgeschwindigkeitsgröße
2. Einspritzposition

Eine gängige Methode ist die „Null-Injektionsmethode“ :

• Stellen Sie die Drehzahl und den Druck der zweiten Stufe auf Null.
• Schraubenposition einstellen und Teileform beobachten
• Vergleichen Sie mit der Zielposition
• Jede Phase schrittweise definieren

Die Geschwindigkeit wird typischerweise schrittweise von niedrig auf hoch erhöht, um sicherzustellen, dass die Oberflächenqualität nicht beeinträchtigt wird.

Einstellung der Einspritzgeschwindigkeit:
Die Anpassungen erfolgen in umgekehrter Reihenfolge:

• Zuerst die Geschwindigkeit anpassen
• Überprüfen Sie anschließend die Übergangspositionen.

Weil eine Änderung der Geschwindigkeit das Füllverhalten an derselben Position beeinflusst.

Zusammenhang zwischen Einspritzdruck und Einspritzgeschwindigkeit

Einspritzdruck und Einspritzgeschwindigkeit stehen in einem Wechselverhältnis:

• Kurze Füllzeit + langer Fließweg → höhere Geschwindigkeit → höherer Druck erforderlich
• Niedrigere Geschwindigkeit → längere Abkühlzeit → dickere Gefrierschicht → höhere Viskosität → höherer Druck erforderlich

Daher wird der Einspritzdruck üblicherweise etwas höher eingestellt, und Produktfehler werden durch die Anpassung der Einspritzgeschwindigkeit in den verschiedenen Stufen kontrolliert.

Fehlerursachen und Lösungen

Durchflussmarken am Tor:

• Verursacht durch Düsenantrieb
• Lösung: Torwinkel anpassen, Anfangsgeschwindigkeit reduzieren, dann Geschwindigkeit der zweiten Stufe erhöhen

Schweißnahtfehler:

• Verursacht durch Temperaturunterschiede und Scherkräfte zwischen den Schmelzfronten
• Lösungen:
  • Gate-Design modifizieren (z. B. Fan-Gate)
  • Geschwindigkeitsprofil optimieren (langsam → schnell → langsam)
  • Scherkräfte und Temperaturunterschiede reduzieren

Abschluss

1. Durch die Anpassung der Einspritzgeschwindigkeit lassen sich Fehler effektiv reduzieren und die Produktqualität sowie die Wirtschaftlichkeit verbessern.
2. Die Einspritzgeschwindigkeitskurven müssen auf das Produktdesign, die Materialart und das Anguss-System abgestimmt werden.
3. Die „Null-Einspritzmethode“ ist effektiv zur Einstellung von Geschwindigkeitsprofilen.
4. Die Einspritzgeschwindigkeit wird von vielen Faktoren beeinflusst und muss auf der Grundlage eines gründlichen Verständnisses des Prozesses angepasst werden.