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Formhohlraum

Der Formhohlraum ist eines der wichtigsten Elemente beim Spritzgießen und hat einen großen Einfluss auf die konstruktive Gestaltung des Formteils, die fehlerfrei sein muss, damit der Herstellungsprozess wie im Projekt beschrieben ablaufen kann. Dieser Artikel stellt den Spritzgießprozess für verschiedene Arten von Kavitätenformen, ihre Vor- und Nachteile sowie die Kosten des Spritzgießens vor.

 

 

Spritzgussverfahren

Die Spritzgusstechnologie wird für die Massenproduktion verwendet und die Herstellung dauert zu lange, daher ist es wichtig, dass der Prozess so schnell wie möglich abläuft. Dies könnte durch die Sicherstellung hervorragender technischer Eigenschaften der Maschinen erreicht werden. Daher ist es ein Muss, festzulegen, wie der Kunststoff in die Form eingespritzt wird. Die Form besteht aus der Kavität und dem Kern. Der Prozess des Spritzgießens beginnt mit dem Einbringen von Rohstoffen (normalerweise in Pellets) in eine Formmaschine. Anschließend wird das Material durch Düsen durch den Injektoranguss in das Werkzeug geschossen und gelangt schließlich in die Formkavität. Die Kavität ist an der festen Seite der Presse angebracht, während sich der Kern auf der beweglichen Seite der Klemme befindet. Mit anderen Worten, der Kern bildet die Innenform und die Kavität ist die Außenform des Teils. Nachdem der Kunststoff die richtige Stelle erreicht hat, schließen sich die Kavität und der Kern und lassen das Teil abkühlen. Später wird der Kern herausgezogen und das Bauteil ausgeworfen.

Formenarten im Spritzguss

Auch wenn die Hauptkonzepte verallgemeinert werden können, kann sich der Spritzgussprozess je nach Art der Formkavitäten unterscheiden. Es gibt drei Haupttypen von Formen, die beim Spritzgießen verwendet werden:

  • Formen mit einer Kavität. Diese Werkzeuge produzieren ein einzelnes Teil pro Zyklus und werden hauptsächlich für den Mikrospritzguss verwendet, wenn eine Kleinserienproduktion gefordert ist. Der Maschinenpark für Einzelkavitäten-Formen ist leichter und kleiner, was zu geringeren Werkzeugkosten und Abfallminimierung führt. Dementsprechend ist das Spritzgießen mit einer einzigen Kavität normalerweise recht billig durchzuführen, jedoch nicht so effizient und daher nicht weit verbreitet für die Massenfertigung.

  • Formen mit mehreren Kavitäten. Der Hauptunterschied zwischen Ein- und Mehrkavitätenwerkzeugen besteht darin, dass Mehrkavitätenwerkzeuge mehr als eine Kavität haben. Dies ermöglicht logischerweise, die Produktion zu skalieren und mehr Teile in einem einzigen Zyklus herzustellen. Mehrkavitäten-Spritzgießen steigert die Produktivität und ermöglicht einen effizienteren Einsatz von Ressourcen. Diese Art der Herstellung ist im Vergleich zum Einzelkavitäten-Spritzgießen aufgrund der höheren Bearbeitungskosten ziemlich teuer. Wenn es jedoch für die Massenproduktion verwendet wird, minimiert es den Preis pro Stück und maximiert gleichzeitig die Effizienz.

  • Spritzgussformen der Familie. Bei dieser Art von Werkzeugen, als Mehrkavitätenwerkzeuge, wird mehr als eine Kavität in das Werkzeug geschnitten und es werden mehrere Teile aus dem gleichen Material in einem Zyklus geformt. Da jede Kavität ein anderes Bauteil bilden kann, sind Familienformen die ideale Wahl für Prototypformen. Auf diese Weise werden die Prozesse nicht nur effizienter, sondern auch viel einfacher.

 
Cavities and cores

Werkzeuginnendruckmessung

Der Werkzeuginnendruck ist einer der Schlüsselparameter für die Qualität der Mikroformteile , da der Sensor den Druck im Werkzeug indexiert, der den Schmelzwiderstand des Polymers überwindet und in die Kavitäten drückt. Dann können die Heißkanalsysteme zusammen mit dem gemessenen Werkzeuginnendruck gesteuert werden. 

Der Werkzeuginnendruck wird normalerweise nach der folgenden Formel berechnet und misst den Druck pro Fläche:  

 

Hohlraumdruck (P) = 400 kgf/cm2

Werkzeuginnendrucksensoren

Spezifische Beobachtungen des Werkzeuginnendrucks werden gemacht, indem Werkzeuginnendrucksensoren verwendet werden, die meistens entlang der Fließwege der Polymerschmelze platziert werden, um den Druck in das Maß des piezoelektrischen Effekts umzuwandeln. Es gibt zwei Haupttypen von Werkzeuginnendrucksensoren :

  • Direkte Werkzeuginnendrucksensoren werden direkt in den Messbereich eingesetzt. Unter Druck liefert ein Sensor ein elektrisches Signal in pC (Picocoulomb)-Einheiten und wandelt es dann in Druckeinheiten um, die die Druckänderung dividiert durch Picocoulomb (bar/pC) anzeigen.

  • Indirekte Werkzeuginnendrucksensoren , auch Kraftsensoren genannt, weil der Druck durch Krafteinwirkung durch Auswerferstifte verursacht wird, werden außerhalb der Kavität, normalerweise hinter den Auswerferstiften, platziert. Indirekte Sensoren reagieren empfindlich auf eine Kraftänderung. Daher übertragen indirekte Sensoren ähnlich wie direkte Sensoren ein elektrisches Signal (pC) nach einer Druckänderung, aber im Vergleich wandeln sie die Messung in eine Änderung in Krafteinheiten geteilt durch Picocoulombs anstatt in eine Änderung in Druckeinheiten um.

Formhohlraum

Bei der Optimierung von Spritzgießprozessen ist der Formnestabstand von großer Bedeutung. Die Minimierung des Formhohlraums kann aus folgenden Gründen zu einer erheblichen Kostensenkung führen:

  • Es werden weniger Halteplatten benötigt , um die Düsen zu stützen

  • Betriebskosten sinken, da geringerer Hohlraumabstand den Wärmeverlust und Düsen- und Verteileranschluss an den Oberflächen verhindert

  • Die Minimierung des Formhohlraumabstands verkürzt den Einspritzzyklus, da die Wärme schneller abgeführt wird.  

Obwohl die Verfahren aufgrund der Minimierung des Formhohlraumabstands billiger sind, können sie jedoch ineffektiv werden. Der Grund dafür ist, dass sich die Oberflächentemperaturunterschiede (beim Abkühlen) negativ auf die Qualität der Bauteile auswirken können, insbesondere wenn die Bauteile durch ungleichmäßige Wandstärken oder Verformungen, die manchmal durch Versuche zur Minimierung von Formhohlräumen verursacht werden können, unterschiedlich abkühlen.

 
 
 
Cores
 

 

Kavitätenform und Schrumpfung

Während des Erstarrens neigt das Volumen des geschmolzenen Kunststoffs in der Kavität aufgrund der Schwankungen der Polymerdichte zwischen der Schmelze und der starren Phase dazu, zu schrumpfen. Manchmal kann ein Verzug auftreten - wenn einige Teile eines Bauteils ungleichmäßig schrumpfen und abkühlen, kann dies zu Bauteilverformungen und Defekten führen. Sowohl gleiches als auch ungleiches Schwinden und Verformen haben den gleichen Einfluss auf Formhohlräume.  

Die Schrumpfung wird als Rate bezeichnet und ist ein entscheidender Indikator bei der Materialauswahl, da verschiedene Materialien unterschiedlich schrumpfen und bestimmte Toleranzintervalle haben. In der Regel liegt das Intervall zwischen 0,2 % und 2 %. Die Schwindung ist nicht nur materialabhängig, sondern auch von weiteren Faktoren wie Temperatur, Druckdauer, Wandstärke, Angussform und Zusatzstoffen (sofern vorhanden) abhängig.

 

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