Prozessablauf von Automobil-Spritzgussteilen

Die meisten Teile im Innen- und Außenbereich des Spritzguss der Mittelkonsole. Zu den Kunststoffteilen für den Innenraum gehören im Allgemeinen Armaturenbrettzubehör, Sitzzubehör, Bodenzubehör, Dachzubehör, Lenkradzubehör, Türinnenzubehör, Rückspiegel sowie verschiedene Schnallen und Befestigungen; zu den Kunststoffteilen für den Außenbereich gehören Vorder- und Rücklichter, Lufteinlassgitter, Kotflügel und Rückspiegel. Im Folgenden finden Sie den Prozessablauf und die damit verbundenen wichtigen Parameter von Spritzgussteilen für Kraftfahrzeuge.

1 Definition

Unter Spritzguss versteht man den Prozess der Herstellung von Halbfertigteilen einer bestimmten Form durch Füllen, Nachdruck, Abkühlen, Entformen und andere Vorgänge von geschmolzenen Rohstoffen.

2 Prozessablauf

Der Spritzgussprozess läuft wie folgt ab:
1 Füllphase
Das Füllen ist der erste Schritt im gesamten Spritzgusszyklus. Die Zeit beginnt mit dem Beginn des Spritzgusses, wenn die Form geschlossen wird, und endet mit dem Füllen der Formhöhle auf etwa 951 TP3T. Theoretisch ist die Formleistung umso höher, je kürzer die Füllzeit ist. In der tatsächlichen Produktion unterliegt die Formzeit (oder Einspritzgeschwindigkeit) jedoch vielen Bedingungen. Das Füllen kann in Hochgeschwindigkeitsfüllen und Niedriggeschwindigkeitsfüllen unterteilt werden.
1) Hochgeschwindigkeitsabfüllung
Beim Hochgeschwindigkeitsfüllen ist die Schergeschwindigkeit hoch und die Viskosität des Kunststoffs nimmt aufgrund der Scherverdünnung ab, was den Gesamtströmungswiderstand verringert; durch lokale viskose Erwärmung wird auch die Dicke der erstarrten Schicht dünner. Daher hängt das Füllverhalten in der Strömungskontrollphase häufig vom zu füllenden Volumen ab. Das heißt, in der Strömungskontrollphase ist aufgrund des Hochgeschwindigkeitsfüllens der Scherverdünnungseffekt der Schmelze häufig groß, während der Kühleffekt der dünnen Wand nicht offensichtlich ist, sodass der Geschwindigkeitseffekt überwiegt.
2) Befüllen bei niedriger Geschwindigkeit
Wenn die Wärmeleitung die langsame Füllung steuert, ist die Schergeschwindigkeit niedrig, die lokale Viskosität hoch und der Strömungswiderstand groß. Da die heiße Kunststoffnachfüllrate langsam ist und der Fluss langsam ist, ist der Wärmeleitungseffekt deutlicher und die Wärme wird schnell von der kalten Formwand abgeführt. In Verbindung mit einer geringen Menge an viskoser Erwärmung ist die Dicke der erstarrten Schicht dicker, was den Strömungswiderstand an der dünneren Wand weiter erhöht.
2 Haltephase
Die Funktion der Haltephase besteht darin, kontinuierlich Druck auszuüben, die Schmelze zu verdichten, die Dichte des Kunststoffs zu erhöhen (Verdichtung) und das Schrumpfverhalten des Kunststoffs auszugleichen. Während des Haltevorgangs ist der Gegendruck hoch, da der Formhohlraum bereits mit Kunststoff gefüllt ist. Während des Druckhalte- und Verdichtungsprozesses kann sich die Schnecke der Spritzgussmaschine nur langsam und leicht vorwärts bewegen, und die Fließgeschwindigkeit des Kunststoffs ist ebenfalls relativ gering. Der Fluss zu diesem Zeitpunkt wird als Druckhaltefluss bezeichnet. Da der Kunststoff in der Druckhaltephase durch die Formwand schneller abgekühlt und verfestigt wird und die Schmelzviskosität schnell ansteigt, ist der Widerstand im Formhohlraum sehr groß. In der späteren Phase des Druckhaltens nimmt die Materialdichte weiter zu und die Kunststoffteile werden allmählich geformt. Die Druckhaltephase sollte fortgesetzt werden, bis der Anguss verfestigt und versiegelt ist. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der Hohlraumdruck in der Druckhaltephase den höchsten Wert.
In der Druckhaltephase zeigt der Kunststoff aufgrund des hohen Drucks eine teilweise Kompressibilität. Im Hochdruckbereich ist der Kunststoff dichter und hat eine höhere Dichte; im Niederdruckbereich ist der Kunststoff lockerer und hat eine geringere Dichte, sodass sich die Dichteverteilung mit Position und Zeit ändert. Während des Druckhalteprozesses ist die Kunststoffflussrate extrem niedrig und der Fluss spielt keine führende Rolle mehr. Der Druck ist der Hauptfaktor, der den Druckhalteprozess beeinflusst.

3 Kühlstufe

Bei Spritzgussformen ist die Konstruktion des Kühlsystems sehr wichtig. Denn nur wenn die geformten Kunststoffprodukte abgekühlt und bis zu einer bestimmten Steifigkeit verfestigt sind, kann verhindert werden, dass die Kunststoffprodukte nach dem Entformen durch äußere Kräfte verformt werden. Da die Abkühlzeit etwa 70 bis 80 Prozent des gesamten Formzyklus ausmacht, kann ein gut konstruiertes Kühlsystem die Formzeit erheblich verkürzen, die Produktivität des Spritzgusses verbessern und die Kosten senken. Ein falsch konstruiertes Kühlsystem verlängert die Formzeit und erhöht die Kosten; eine ungleichmäßige Kühlung führt außerdem zu Verformungen und Verformungen der Kunststoffprodukte. Die von der Schmelze in die Form gelangende Wärme wird im Allgemeinen in zwei Teilen abgeführt, von denen 5 Prozent durch Strahlung und Konvektion in die Atmosphäre abgegeben werden und die restlichen 95 Prozent von der Schmelze in die Form geleitet werden. Aufgrund der Kühlwasserleitung in der Form wird die Wärme des Kunststoffprodukts durch Wärmeleitung vom Kunststoff in der Formhöhle über den Formrahmen auf die Kühlwasserleitung übertragen und dann durch Wärmekonvektion vom Kühlmittel abgeführt. Eine kleine Menge Wärme, die nicht vom Kühlwasser abgeführt wird, wird weiterhin in der Form geleitet und nach Kontakt mit der Außenwelt in die Luft abgegeben. Der Formzyklus beim Spritzgießen besteht aus Formschließzeit, Füllzeit, Haltezeit, Abkühlzeit und Entformungszeit. Davon macht die Abkühlzeit den größten Anteil aus, etwa 70% bis 80%. Daher wirkt sich die Abkühlzeit direkt auf die Länge des Formzyklus und die Ausgabe von Kunststoffprodukten aus. Während der Entformungsphase sollte die Temperatur des Kunststoffprodukts auf eine Temperatur abgekühlt werden, die niedriger ist als die thermische Verformungstemperatur des Kunststoffprodukts, um zu verhindern, dass das Kunststoffprodukt aufgrund von Restspannungen oder Verformungen durch äußere Entformungskräfte entspannt wird.

4 Entformungsphase

Das Entformen ist der letzte Schritt in einem Spritzgusszyklus. Auch wenn das Produkt kaltgeformt wurde, hat das Entformen noch immer einen sehr großen Einfluss auf die Qualität des Produkts. Unsachgemäße Entformungsmethoden können beim Entformen zu ungleichmäßiger Krafteinwirkung auf das Produkt und beim Auswerfen zu Verformungen des Produkts führen. Es gibt zwei Hauptmethoden zum Entformen: Auswerferentformen und Abstreifplatte. Wählen Sie beim Entwerfen einer Form eine geeignete Entformungsmethode basierend auf den strukturellen Eigenschaften des Produkts, um die Produktqualität sicherzustellen. Bei Formen, die Auswerferentformen verwenden, sollte der Auswerfer so gleichmäßig wie möglich eingestellt werden und die Position sollte gewählt werden, an der der Entformungswiderstand am größten ist und die Festigkeit und Steifigkeit des Kunststoffteils am größten sind, um Verformungen und Schäden am Kunststoffteil zu vermeiden. Die Abstreifplatte wird im Allgemeinen zum Entformen von tiefhohlen, dünnwandigen Behältern und transparenten Produkten verwendet, die keine Stößelspuren zulassen. Die Merkmale dieses Mechanismus sind eine große und gleichmäßige Entformungskraft, eine reibungslose Bewegung und keine offensichtlichen Restspuren.
Drei wichtige Parameter
Die wichtigen Parameter beim Spritzgießen sind folgende:
1 Spritzgussdruck
Der Spritzgussdruck wird durch das Hydrauliksystem des Spritzgusssystems bereitgestellt. Der Druck des Hydraulikzylinders wird durch die Schnecke der Spritzgussmaschine auf die Kunststoffschmelze übertragen. Unter dem Druck gelangt die Kunststoffschmelze durch die Düse der Spritzgussmaschine in den vertikalen Strömungskanal (bei manchen Formen auch der Hauptströmungskanal), den Hauptströmungskanal, den Zweigströmungskanal der Form und durch den Anguss in die Formhöhle. Dieser Vorgang ist der Spritzgussvorgang oder Füllvorgang. Der Druck besteht darin, den Widerstand im Fließprozess der Schmelze zu überwinden, oder umgekehrt muss der Widerstand im Fließprozess durch den Druck der Spritzgussmaschine ausgeglichen werden, um einen reibungslosen Ablauf des Füllvorgangs zu gewährleisten. Während des Spritzgussvorgangs ist der Druck an der Düse der Spritzgussmaschine am höchsten, um den Fließwiderstand der Schmelze während des gesamten Prozesses zu überwinden. Danach nimmt der Druck entlang der Fließlänge bis zum vorderen Ende der Schmelzwellenfront allmählich ab. Wenn der Auspuff im Formhohlraum gut ist, ist der Enddruck am vorderen Ende der Schmelze der atmosphärische Druck.
Es gibt viele Faktoren, die den Schmelzefülldruck beeinflussen. Diese können in drei Kategorien zusammengefasst werden:
1) Wesentliche Faktoren
Wie beispielsweise die Art und Viskosität des Kunststoffs;
2) Strukturelle Faktoren
Wie beispielsweise Art, Anzahl und Position des Angusssystems, die Form der Formhöhle und die Dicke des Produkts;
3) Prozesselemente des Formens
2 Einspritzzeit
Die Einspritzzeit bezieht sich hier auf die Zeit, die die Kunststoffschmelze benötigt, um die Kavität zu füllen, ohne Nebenzeiten wie das Öffnen und Schließen der Form. Obwohl die Einspritzzeit sehr kurz ist und wenig Einfluss auf den Formzyklus hat, hat die Anpassung der Einspritzzeit einen großen Einfluss auf die Druckregelung von Anguss, Angusskanal und Kavität. Eine angemessene Einspritzzeit hilft der Schmelze, sich optimal zu füllen, und ist von großer Bedeutung für die Verbesserung der Oberflächenqualität des Produkts und die Verringerung der Maßtoleranz. Die Einspritzzeit sollte viel kürzer sein als die Abkühlzeit, die etwa 1/10 bis 1/15 der Abkühlzeit beträgt. Diese Regel kann als Grundlage für die Vorhersage der gesamten Formzeit von Kunststoffteilen verwendet werden. Bei der Durchführung einer Formflussanalyse ist die Einspritzzeit im Analyseergebnis nur dann gleich der in den Prozessbedingungen eingestellten Einspritzzeit, wenn die Schmelze vollständig von der Schnecke gedrückt wird, um die Kavität zu füllen. Wenn der Schneckendruckhalteschalter auftritt, bevor die Kavität gefüllt ist, ist das Analyseergebnis größer als die Einstellung der Prozessbedingungen.
3 Einspritztemperatur
Die Einspritztemperatur ist ein wichtiger Faktor, der den Einspritzdruck beeinflusst. Der Zylinder der Spritzgussmaschine hat 5 bis 6 Heizabschnitte, und jedes Rohmaterial hat seine entsprechende Verarbeitungstemperatur (detaillierte Verarbeitungstemperaturen finden Sie in den Daten des Materiallieferanten). Die Einspritztemperatur muss innerhalb eines bestimmten Bereichs geregelt werden. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, wird die Schmelze nicht gut plastifiziert, was die Qualität des Formteils beeinträchtigt und den Prozess erschwert; wenn die Temperatur zu hoch ist, zersetzt sich das Rohmaterial leicht. Beim eigentlichen Spritzgussverfahren ist die Einspritztemperatur oft höher als die Zylindertemperatur. Der höhere Wert hängt mit der Einspritzrate und der Leistung des Materials zusammen und kann bis zu 30 °C erreichen. Dies wird durch die hohe Hitze verursacht, die durch die Scherung erzeugt wird, wenn die Schmelze durch die Einspritzöffnung fließt. Es gibt zwei Möglichkeiten, diesen Unterschied bei der Durchführung einer Formflussanalyse auszugleichen. Eine besteht darin, zu versuchen, die Temperatur der Schmelze beim Einspritzen in die Luft zu messen, und die andere darin, die Düse in die Modellierung einzubeziehen.
4 Haltedruck und Haltezeit
Wenn der Spritzgussvorgang fast beendet ist, hört die Schnecke auf zu rotieren und bewegt sich nur noch vorwärts. Zu diesem Zeitpunkt tritt das Spritzgussteil in die Haltephase ein. Während des Druckhaltevorgangs führt die Düse der Spritzgussmaschine kontinuierlich Material in den Hohlraum ein, um das durch die Schrumpfung des Teils frei gewordene Volumen zu füllen. Wenn der Hohlraum ohne Druckhaltung gefüllt wird, schrumpft das Teil um etwa 25 %; insbesondere die Rippen schrumpfen zu stark und bilden Schrumpfspuren. Der Druckhaltedruck beträgt im Allgemeinen etwa 85 % des maximalen Fülldrucks, der entsprechend der tatsächlichen Situation bestimmt werden sollte.

5 Gegendruck

Der Gegendruck bezieht sich auf den Druck, der überwunden werden muss, wenn die Schnecke umkehrt und sich zurückzieht, um Material zu speichern. Die Verwendung eines hohen Gegendrucks fördert die Dispersion von Farbstoffen und das Schmelzen von Kunststoffen, verlängert jedoch auch die Rückzugszeit der Schnecke, verringert die Länge der Kunststofffasern und erhöht den Druck der Spritzgussmaschine. Daher sollte der Gegendruck niedriger sein und im Allgemeinen 20 % des Einspritzdrucks nicht überschreiten. Beim Einspritzen von Schaumkunststoffen sollte der Gegendruck höher sein als der durch das Gas erzeugte Druck, da sonst die Schnecke aus dem Zylinder gedrückt wird. Einige Spritzgussmaschinen können den Gegendruck so programmieren, dass die Verringerung der Schneckenlänge während des Schmelzens ausgeglichen wird, wodurch die Eingangswärme verringert und die Temperatur gesenkt wird. Da das Ergebnis dieser Änderung jedoch schwer abzuschätzen ist, ist es nicht einfach, entsprechende Anpassungen an der Maschine vorzunehmen.

Abschluss

Aufgrund der Entwicklungsanforderungen an Leichtbau und geringen Energieverbrauch von Automobilen hat sich die Materialzusammensetzung von Automobilteilen erheblich von Kunststoff zu Stahl geändert. Gemessen an der Anwendung von Automobilkunststoffen im In- und Ausland ist die Menge an Spritzguss der Mittelkonsole ist zu einem wichtigen Indikator für den Stand der Automobilproduktionstechnologie geworden.