So steuern Sie den Druck beim Kunststoff-Spritzgießen

Anscheinend haben einige neue Maschinen Probleme mit der Einspritzgeschwindigkeit, weil Maschinenhersteller Prozessoren mit Steuerungen verwechseln, die komplexer und weniger benutzerfreundlich sind als nötig. Es gibt Hunderte von Variablen, die Ihren Prozess beeinflussen können, und das Letzte, was Sie brauchen, ist, dass die Macken einer Maschinensteuerung Ihren Tag stören. Maschinensteuerungen spielen eine wichtige Rolle bei der Herstellung hochwertiger Teile. Es gibt subtile, aber bedeutende Unterschiede zwischen Steuerungen; um dasselbe Teil auf verschiedenen Formmaschinen herzustellen, müssen sich die Verarbeiter dieser Unterschiede bewusst sein. Sehen wir uns also genauer an, wie sich die Maschinenhersteller bei den Haltefunktionen unterscheiden.
Alle Maschinen folgen einer allgemeinen Einspritzsequenz, bei der die Schnecke bei der „Schussgröße“ beginnt und den geschmolzenen Kunststoff mit einer oder mehreren Geschwindigkeiten in eine voreingestellte Transferposition spritzt. Sobald die Schnecke diese Transfer- oder Abschaltposition erreicht, wechselt die Maschine von der ersten (Einspritz-)Phase zur zweiten (Pack- und Halte-)Phase. Verschiedene Maschinenhersteller haben unterschiedliche Optionen für das, was während des Pack- und Halteprozesses passiert. Einige bieten Zeit unter Druck, andere bieten Druck- und Zeitstufen. Andere bieten Druck-, Zeit-, Rampenzeit- und Geschwindigkeitsstufen. Leider erschwert dies den Spritzgussprozess, und meiner Meinung nach sind einige Optionen sehr nachteilig für konsistente Teile. Sie fragen sich, warum?
Maschinenbauer sind bestrebt, komplexere Verarbeitungsmodi zu entwickeln, überprüfen diese jedoch selten in der Produktion mit einer Überwachung des Hohlraumdrucks.
Da es je nach Maschine und Hersteller viele Möglichkeiten zum Verpacken und Halten gibt, legen wir konstante Parameter fest und untersuchen sieben Variationen bzw. Optionen. Um diese möglichen Optionen zu beschreiben, verwenden wir die folgenden festgelegten (konstanten) Bedingungen:
1. Erste Stufe oder Einspritzung: Alle Maschinen sind so eingestellt, dass sie an einer Stelle oder in einem Volumen einspritzen (erste Stufe) und zur zweiten Stufe übertragen, wobei in diesem Fall 1 Sekunde ± 0,04 Sekunden für die Einspritzung der ersten Stufe verwendet werden. Unter Verwendung derselben Form auf jeder Maschine stellten wir fest, dass der Druck zum Zeitpunkt der Übertragung 16.000 psi „plastischer“ Druck betrug. Für die Zwecke dieser Diskussion werden alle Drücke in „plastischen“ (nicht hydraulischen) Zahlen ausgedrückt. Dies erleichtert den Vergleich von Motoren mit hydraulischen Maschinen. Wenn Sie außerdem dasselbe Teil möchten, müssen Sie beim Übertragen einer Form von einer Maschine auf eine andere die plastischen Bedingungen und nicht die Maschineneinstellungen kopieren. Obwohl Hydraulik bei Verarbeitern beliebt ist, lässt sie sich aufgrund unterschiedlicher Verstärkungsverhältnisse nicht zwischen Maschinen übertragen.
2. Zweite Stufe (Packen/Halten): Hier werden zwei Packdrücke eingestellt: 10.000 psi für 3 Sekunden, dann 8.000 psi für 5 Sekunden. Auch hier sind alle Drücke „plastisch“ und nicht hydraulisch. Die folgenden Annahmen versuchen, die Unterschiede zu veranschaulichen, die zwischen verschiedenen Maschinen innerhalb der zweiten Stufe bestehen können:
Maschinentyp A: Mit dieser Maschine kann der Verarbeiter Zeit und Druck für die zweite Pack- oder Haltephase einmal einstellen. Beispielsweise beträgt der Druck 8 Sekunden lang 10.000 psi. Der Druck ändert sich von einem Transferdruck von 16.000 psi auf 10.000 psi und hält diesen Druck 8 Sekunden lang.

Maschinentyp B: Die Maschine ermöglicht es dem Prozessor, die Packdrücke und die zugehörigen Zeiten für zwei oder mehr Stufen einzustellen. Zum Beispiel 10.000 psi für 3 Sekunden plus 8.000 psi für 5 Sekunden für eine Gesamthaltezeit von 8 Sekunden. Je nach Maschinenhersteller gibt es mehrere mögliche Haltereaktionen:
Maschinenhersteller 1: Der Druck fällt so schnell wie möglich von einem Transferdruck der ersten Stufe von 16.000 psi auf 10.000 psi ab. Nach Ablauf der 3 Sekunden wird der Druck sofort für 5 Sekunden auf 8.000 psi gesenkt. Siehe die Darstellung des Kunststoffdrucks im Verhältnis zur Zeit in Abbildung 2.

Diese Maschine ermöglicht es dem Prozessor, zwei oder mehr Haltedruckstufen und zugehörige Zeiten einzustellen. Hier fällt der Druck so schnell wie möglich von einem Transferdruck der ersten Stufe von 16.000 psi auf 10.000 psi ab. Am Ende der programmierten 3 Sekunden wird der Druck sofort für 5 Sekunden auf 8.000 psi gesenkt.

Maschinenhersteller 2: Die Maschine benötigt 3 Sekunden, um von einem Transferdruck von 16.000 psi auf 10.000 psi abzufallen, steigt dann schnell auf 8.000 psi und hält diesen Wert 5 Sekunden lang. In diesem Fall ist die erste Zeit tatsächlich die Rampenzeit bis zum Solldruck, nicht die Zeit bis zum Solldruck. Abbildung 3 zeigt ein Diagramm des Kunststoffdrucks im Vergleich zur Zeit.

Hier benötigt die Maschine 3 Sekunden, um von einem Lieferdruck von 16.000 psi auf 10.000 psi herunterzufahren, dann schnellt sie auf 8.000 psi hoch und hält diesen Wert 5 Sekunden lang. Die erste Zeit ist eigentlich die Rampenzeit bis zum eingestellten Druck, nicht die Zeit beim eingestellten Druck.

Maschinenbauer 3: Die Maschine benötigt 3 Sekunden, um von einem Lieferdruck von 16.000 psi auf den eingestellten Haltedruck von 10.000 psi herunterzufahren, und dann 5 Sekunden, um von 10.000 psi auf 8.000 psi herunterzufahren. Beide Haltezeiten sind „Rampenzeiten“, nicht Zeiten bei dem eingestellten Druck. Abbildung 4 zeigt ein Diagramm des Kunststoffdrucks im Vergleich zur Zeit.

Die Maschine benötigt 3 Sekunden, um von einem Transferdruck von 16.000 psi auf einen eingestellten Haltedruck von 10.000 psi herunterzufahren, und dann 5 Sekunden, um von 10.000 psi auf 8.000 psi herunterzufahren. Beide Haltezeiten sind „Rampenzeiten“ und keine Zeiten bei dem eingestellten Druck.

Maschinen vom Typ C: Bei diesen Maschinen kann der Prozessor zwei oder mehr Stufen von Haltedruck, Haltezeit und Haltegeschwindigkeit einstellen. Unter Verwendung derselben Drücke und Zeiten wie oben stellen wir nun die Geschwindigkeit der ersten Haltestufe auf 35 mm/s und die der zweiten Haltestufe auf 15 mm/s ein.
Maschinenhersteller 4: Nur die erste Haltestufe hat eine Geschwindigkeitseinstellung, der Druck dominiert in beiden Stufen. Der Druck sinkt von einem Transferdruck von 16.000 psi auf 10.000 psi bei 35 mm/s, bis ein Haltedruck von 10.000 psi erreicht ist. An diesem Punkt geht die Geschwindigkeitskontrolle verloren (Druck begrenzt) und die Maschine hält für den Rest der 3 Sekunden konstant 10.000 psi. Am Ende der 3 Sekunden fällt der Druck schnell auf 8000 psi und wird 5 Sekunden lang gehalten. Für eine Darstellung von Druck gegen Zeit,

Hier dominiert der Druck beide Phasen. Der Druck fällt von einem Lieferdruck von 16.000 psi auf 10.000 psi mit einer Geschwindigkeit von 35 mm/s, bis ein Haltedruck von 10.000 psi erreicht ist. An diesem Punkt geht die Geschwindigkeitskontrolle verloren (Druck begrenzt) und die Maschine hält für den Rest der 3 Sekunden konstant 10.000 psi.

Maschinenhersteller 5: Druckübersteuerung Stellen Sie die Geschwindigkeit für beide Haltephasen ein. Der Druck fällt von einem Lieferdruck von 16.000 psi auf 10.000 psi mit einer Geschwindigkeit von 35 mm/s, bis der Druck, der die Schraube vorwärts treibt, 10.000 psi erreicht. Bei 10.000 psi geht die Geschwindigkeitskontrolle verloren (Druck begrenzt) und die Maschine hält für den Rest der 3 Sekunden konstant 10.000 psi. Am Ende der 3 Sekunden wird der Druck mit 15 mm/s auf 8000 psi erhöht, bis der Druck 8000 psi erreicht und für den Rest der voreingestellten 5-Sekunden-Haltezeit bei 8000 psi bleibt. Auch dieser Schritt ist druckbegrenzt und ich bezweifle, dass es eine Geschwindigkeitskontrolle gibt, wenn sich der Haltedruck von 10.000 psi auf 8000 psi ändert. Ein Diagramm von Druck gegenüber Zeit ist in Abbildung 6 dargestellt.

Die Druckübersteuerung legt die Geschwindigkeit für beide Haltephasen fest. Der Druck wird von 16.000 psi Lieferdruck auf 10.000 psi bei 35 mm/s heruntergefahren, bis der Druck, der die Schraube vorwärts treibt, 10.000 psi erreicht. Bei 10.000 psi geht die Geschwindigkeitskontrolle verloren (Druck begrenzt) und die Maschine hält für die verbleibende Zeit in den 3 Sekunden konstant 10.000 psi.
Maschinenhersteller 6: Die Geschwindigkeit überschreitet den eingestellten Druck. Der Druck wird von dem gelieferten Druck von 16.000 psi heruntergefahren und durch die Geschwindigkeitsregelung auf den Druck gesteuert, der erforderlich ist, um 3 Sekunden lang eine Geschwindigkeit von 35 mm/s zu erreichen. Die Geschwindigkeit überschreitet die Druckeinstellung und der Druck darf nicht 10.000 psi betragen. Am Ende der 3 Sekunden läuft die Maschine 5 Sekunden lang mit 15 mm/s. Auch hier überschreibt die Geschwindigkeitsregelung die Druckeinstellung. Abbildung 7 zeigt mehrere Aufnahmen unter diesen Bedingungen (Kunststoffdruck in Rot, Hohlraumdruck in Grün; verschiedene Skalen). Wie man sieht, habe ich nach stundenlangem Experimentieren versucht, Prozesskonsistenz zu erreichen, jedoch ohne Erfolg.

Geschwindigkeit über Solldruck. Die Grafik zeigt mehrere Schüsse unter diesen Bedingungen (Kunststoffdruck in Rot, Hohlraumdruck in Grün; verschiedene Skalen). Nach stundenlangem Experimentieren und Versuchen, Prozesskonsistenz zu erreichen, ohne Erfolg.

Verwirrt? Ich auch. Das ist komplizierter, als es sein sollte. Prozessoren haben jede Menge Rechenleistung. Maschinenbauer sind bestrebt, komplexere Verarbeitungsmodi zu entwickeln, testen diese jedoch selten in der Produktion mit Überwachung des Hohlraumdrucks. Wenn neue und schnellere Computer verfügbar werden, fügen Programmierer mit guten Absichten Funktionen hinzu (wie z. B. Packgeschwindigkeit), die die Produktkonsistenz beeinträchtigen.
] Fazit: Viele Maschinenbauer machen Steuerungen unnötig kompliziert und weniger benutzerfreundlich, indem sie Optionen von fragwürdigem Wert hinzufügen. Geschwindigkeitsregelung beim Verdichten ohne Druckbegrenzung oder Druckabschaltung ist ein klassisches Beispiel. Für jede Bewertung einer Maschinensteuerung mit einer Geschwindigkeitsregelung der zweiten Stufe (Verdichten oder Halten) ist es am besten, eine Hohlraumdruckmessung zu haben.