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September 2012
Aktualisierung 08.04.2017

Musterungen 

Neue Werkzeuge abmustern ist für jeden Einrichter sicherlich eine Herausforderung, doch leider ist die Herangehensweise in den meisten Unternehmen nicht das gelbe vom Ei.

Grundsätzlich sollte vor der ersten Musterung ein Informationsgespräch mit dem Konstrukteur, Werkzeugmacher, Einrichter und Qualitätsverantwortlichen stattfinden.

Der Ablauf einer Werkzeugabmusterung sollte sein:

1.) der Konstrukteur, Werkzeugmacher und der Einrichter und  Qualitätskontrolle besprechen die Werkzeugtechnischen Voraussetzungen, die wichtigen Verfahrensparameter und die Qualitätsanforderungen an das Teil.

2.) Erste Abmusterung

3.) Prozessdatenerfassung

4.) Qualitätsermittlung

5.) Maßnahmenfestlegung

6.) Zweite Abmusterung

7.) Prozessdatenerfassung

8.) Qualitätsermittlung

9.) Produktionsfreigabe

10.) Produktion

Ziel der ersten Abmusterung:

1.) alle mechanischen Mängel an der Spritzgießform zu erkennen,

2.) die wichtigsten Verfahrensparameter zu ermitteln,

3.) optisch gute Musterteile unter normalen Spritzbedingungen,

4.) in der geforderten Qualität, zu minimalen Herstellkosten,

5.) bei ausreichender Fertigungssicherheit herzustellen,

Ein wichtiger Punkt noch zum Schluss:

Die zur Werkzeugmusterung verwendete Spritzgießmaschine sollte für dieses Teil geeignet sein (Zylindergröße, Schließkraft usw.).

Das Programm ScrewSelection von Prof.Dr.-Ing.A.Burr ermittelt die richtige Zylindergröße.


Wärmeisolierung an Werkzeugaufspannplatten:

Ein guter Werkzeugbau denkt auch an die Isolierplatten am Werkzeug.

Werkzeugtemperatur in °C Isolierplattendicke in mm
20 - 50 4 - 6
50 - 80 6 - 8
80 - 120 8 - 10
120 - 160 10 - 14
160 - 220 14 - 20

 


Produktionsablauf Maschine


Werkzeug Schließkraft:

Die wichtigste Aufgabe der Schließkraft ist die Zuhaltung des Werkzeuges beim Formteilbildungsprozess. Ist die Schließkraft zu gering öffnet sich das Werkzeug, während der Einspritz- und/oder Nachdruckphase, wodurch es zu Gratbildung am Formteil kommen könnte. Die Schließkraft sollte so niedrig wie möglich, d.h. nur so hoch wie nötig sein, um Energie zu sparen, bei Kniehebelschließeinheiten obendrein, um den Verschleiß möglichst gering zu halten. Auch wegen der beim Einspritzen erforderlichen Entlüftung der Werkzeughöhlung, sollte die Schließkraft so niedrig wie möglich sein, um Brandstellen am Formteil durch Dieseleffekt zu vermeiden. Die einzustellende Zuhaltekraft (Schließkraft) läßt sich aus der spez. Schließkraft und der auf die Trennebene projizierten Spritzteilfläche errechnen.

Zuhaltekraftberechnung Beispiel:

A projizierte Fläche = a x b

A projizierte Fläche = 18 cm x 31 cm = 12cm²

A projizierte Fläche = 558 cm²

 

F = p x  A

F = 3 cm ²/KN x 558 cm²  (3 cm²/KN kleinster Wert aus der Tabelle für ABS)

F = 1674 KN min.

 

F = p x A

F = 5,5 cm ²/KN x 558 cm² (5,5 cm²/KN größter Wert aus der Tabelle für ABS)

F = 3069 KN max.

Backen und Schieberwerkzeuge + 10%

Zuhaltekraft min. 1674KN   max. 3069KN

 

 Kurzzeichen

 

Richtwerte für spezifische

Schliesskraft [KN/cm²]

Erfahrungswerte für den Wkz.-Innendruck,

die den Schliesskraft Richtwerten zugrunde liegen

Druck [bar]  [1bar = 10 N/cm²]

 PE 2,0 - 6,0 200 - 600
 PP 3,0 - 6,5 300 - 650
 PVC, hart 2,5 - 5,0 250 - 500
 PVC, weich 1,5 - 3,0 150 - 300
 PS 1,5 - 3,5 150 - 350
 ABS/ASA 3,0 - 5,5 300 - 550
 PMMA 3,5 - 5,5 350 - 550
 PA4,6 4,5 - 7,5 450 - 750
 PA6 3,5 - 5,5 350 - 550
 PA66 4,5 - 7,5 450 - 750
 PA6.10 3,0 - 5,0 300 - 500
 PA11, PA12 3,5 - 5,5 350 - 550
 POM 5,5 - 10,5 550 - 1050
 PC 3,5 - 6,5 350 - 650
 PPS 3,5 - 6,5 350 - 650
 PBT 4,0 - 7,0 400 - 700
 PET 4,5 - 7,5 450 - 750
 PPO 3,5 - 6,0 350 - 600

Staudruck:

Der Staudruck dient dem homogenen Aufschmelzen der Formmasse und ermöglicht einen gleichmäßigen Schneckenrücklauf. Hydraulikseitigsollten Werte zwischen 5 - 15 bar eingestellt werden.

Weitere Vorteile eines richtig eingestellten Staudruckes sind:

• konstantere Plastifizierung

• homogeneres Verteilen von Additiven in der Schmelze

Diese Darstellung soll den Unterschied zwischen Hydraulikdruck und spezifischen Druck, sowie die Umrechnung von Hydraulik (P2 hydraulik) auf spezifischen Druck (P1 spezifisch) verdeutlichen. 

 Druckübersetzer:

(Druck im kleinen Zylinder) bar                    (Druck im großen Zylinder) bar 

                                                  

Kolbenfläche  A = cm² 

        

Tabelle Umrechnung Staudruck:


 Schneckendrehzahl:

Die optimale Schneckendrehzahl hängt vom Schneckendurchmesser und der zu verarbeitenden Formasse ab. Um eine homogene Schmelze zu gewährleisten, sollten Sie mit möglichst niedriger Schneckendrehzahl arbeiten. Besonders wichtig ist dies bei scherempfindlichen Thermoplasten, wie PC, PC/ABS, PMMA. Je langsamer die Plastifizierung erfolgt, desto schonender wird die Masse aufbereitet. Generell sollte die Abkühlzeit für die Plastifizierung genutzt werden, d.h. z.B. bei einer Kühlzeit von 15 sec. sollte die Plastifizierzeit 14 s betragen.

Niedrige Schneckendrehzahl bringt:

homogene Masse (bei entsprechendem Staudruck)

geringere Friktion

geringere Massetemperaturdifferenz über den Schneckenhub

Hohe Schneckendrehzahl bringt:

hohe Plastifizierleistung

hohe Friktionswärme

höhere Massetemperaturdifferenz

höheren Stromverbrauch


Empfohlene Schneckendrehzahlen:

Schneckendurchmesser max. Drehzahl
                    40 mm   100 U/min PC*
                    20 mm   180 U/min
                    40 mm   180 U/min PA, PP, ABS
                    20 mm   250 U/min
* bei scherempfindlichen Thermoplasten, wie auch bei GF- verstärkten Produkten.


Empfohlene Toleranzen für wichtige Verfahrensparameter beim Spritzgießen 

 Parameter

Präzisionsteil

Technische TeileAllgemeine Teile 
 Plastifizierzeit 3%4%6%
 Einspritzzeit 2%4% 6% 
 Zykluszeit 2%3% 4% 
 Restmassepolster 3%5% 7% 
 Dosieren Stop 0,2%0,3% 0,4% 
 Umschaltpunkt auf ND 2% 3% 4%
 Werkzeugwandtemperatur 4%6% 8% 
 Flanschtemperatur 4%6% 8% 
 Zylindertemperatur 2% 3% 5%
 Massetemperatur  3%4% 6% 
 Heißkanaltemperatur 2%3% 5% 
 Hydrauliköltemperatur 6%8% 10% 
 Spritzdruck 4%7% 10% 
 Nachdruck 2%3% 4% 
 Staudruck 3% 4% 5%
 Werkzeuginnendruck max. 3%4% 6% 
 Schließkraft 4%6% 8% 
 Füllunterschied b. Mehrfachwerkz. 4%7% 12% 
 

 
Einspritzgeschwindigkeit:
 
Um eine hohe Formteilqualität zu erreichen, ist eine schnelle Füllung der Kavität anzustreben. Unter Berücksichtigung von Material, Formteilgewicht und Geometrie sollte daher eine mittlere bis hohe Einspritzgeschwindigkeit gewählt werden.

Bei amorphen Thermoplasten (PMMA/PC) muss jedoch häufig mit abgestufter bzw. langsamer Einspritzgeschwindigkeit gearbeitet werden.
Freistrahlbildung ist durch entsprechende Anschnittdimensionierung und Füllen gegen eine Prallwand zu vermeiden.
Oberflächenfehler in Anschnittnähe (kalter Pfropfen, matter Fleck) lassen sich häufig durch ein Absenken der Geschwindigkeit zu Beginn der Formfüllung vermeiden (abgestuftes Einspritzprofil).

Einfluss durch die Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit:
• größeres Fließweg/Wandstärkenverhältnis
• geringerer Gesamtorientierungsgrad
• besseres Verschweißen der Schmelzeströme

 Tabelle Richtwerte für die Einspritzgeschwindigkeit:


                                           Einspritzdruck und Nachdruck:


In vielen Anwendungsfällen hat sich bewährt, mit den Einspritzdruck etwa 90% der volumetrischen Werkzeugfüllung zu erreichen und dann auf Nachdruck umzuschalten (weg- oder werkzeuginnendruckabhängig).
Der Einspritzdruck muss so hoch gewählt werden, dass der zur Formfüllung notwendige Werkzeuginnendruck erreicht wird und eine schnelle Füllung der Kavität gewährleistet ist.
Der Nachdruck dient dem Ausgleich der thermischen Schwindung und bei den teilkristallinen Kunststoffen zusätzlich zum Ausgleich der Volumenabnahme durch Kristallisation.
Die Höhe des Nachdrucks richtet sich nach den Qualitätsanforderungen an das Formteil, wie z.B. Spannungsarmut, Maßhaltigkeit oder Oberflächenbeschaffenheit.
Die Dauer des Nachdrucks sollte mindestens der Siegelzeit (Einfrieren des Anschnittsystems) entsprechen. Über eine Formteilwägung ist diese leicht zu bestimmen.
Wichtig:
Nur wer mit Massepolster arbeitet, hat auch einen wirksamen Nachdruck
und dadurch eine konstante Fertigteilqualität.
Ein Schwanken des Massepolsters oder gar ein Durchlaufen der
Schnecke (Massepolster gegen null) deutet in der Regel auf eine defekte Rückstromsperre hin!

Einfluss der optimalen Nachdruckhöhe und Nachdruckzeit:
• Oberflächenqualität
• Maßhaltigkeit
• Gleichmäßiger Gefügeaufbau
• mechanische Eigenschaften des Spritzlings


                                                   Kühlzeit:


Genau genommen beginnt die Abkühlzeit der Masse mit dem Einspritzen und endet mit dem Befehl „Werkzeug öffnen“.
Maschinentechnisch gesehen beginnt die Kühlzeit mit dem Ende der
Nachdruckzeit.
Die erforderliche Kühlzeit ist abhängig von:
• dem Materialtyp
• der Schmelzetemperatur (Wärmeinhalt der Masse)
• der Teilewandstärke
• der Werkzeugtemperatur
• der Entformbarkeit des Artikels

Zu kurze Kühlzeit bewirkt:
• größere Nachschwindung
• höheren Verzug
• mechanisches Deformieren der Artikel beim Auswerfen

Die Kühlzeit steigt mit dem Quadrat der Wanddicke des Formteils. Grob abschätzen lässt sich die Kühlzeit berechnen, in dem man die größte Wanddicke des Formteils in die folgende Formel einsetzt. Wo bei hier die Werkzeugtemperatur nicht berücksichtigt ist.

tk = 2  •  s²

tk [s] = Kühlzeit,

s [mm] = Wanddicke

tk = s · (1+2 ·  s)        Wkz unter 60°C  

tk = s · 1,3 (1+2 ·  s)   Wkz über 60°C 

Restkühlzeit.pdf
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Zusammenfassung

Einspritzgeschwindigkeit

Es sollte möglichst schnell eingespritzt werden, d.h. so schnell, wie es Formteilgeometrie und Werkstoff zulassen.

Einspritzdruck

Der Einspritzdruck soll bewusst 10 % höher eingestellt werden als der sich ergebende Spritzdruck.

Nachdruckhöhe

Der Nachdruck sollte 40 bis 60 % des sich ergebenden Spritzdrucks betragen.

Nachdruckzeit

Die erforderliche Nachdruckzeit sollte aus dem Formteilgewicht und dem Werkzeuginnendruckverlauf ermittelt werden.

Abkühlzeit

Die Abkühlzeit sollte so lang eingestellt werden, bis das Formteil die Entformungstemperatur erreicht hat. Die Berechnung der Abkühlzeit berücksichtigt die Wanddicke des Formteils, sowie die Werkzeugwandtemperatur.

Schneckendrehzahl

Die Schneckendrehzahl sollte grundsätzlich so langsam eingestellt werden, wie es die zur Verfügung stehende Abkühlzeit erlaubt. Die Plastifizierzeit sollte 10 % kürzer sein als die Abkühlzeit.

Staudruck

Grundsätzlich sollte ein Staudruck eingestellt werden. Bei leicht fließenden Werkstoffen empfiehlt sich ein geringerer als bei schwer fließenden. Wenn Masterbatch eingebracht werden, sollte der Staudruck höher eingestellt werden.

Dosierweg

Der optimale Dosierweg liegt bei 1,5 bis 2,5 D. Je nach Werkstoff und Zykluszeit kann die Spanne auch zwischen 0,5 und 4 D betragen.

Dekompression

Der Schneckendekompressionshub sollte abhängig von Werkstoff, Schneckendrehzahl, Staudruck und Dosierweg eingestellt werden und in der Regel 5 bis 10 % des Dosierwegs betragen. Die Rückhohlgeschwindigkeit ist so langsam zu wählen, wie es die zwischen Ende des Dosierens und Ende der Abkühlzeit liegende Zeit es zulässt.

Restmassepolster

Grundsätzlich sollte mit Restmassepolster gearbeitet werden.

Umschaltpunkt auf Nachdruck

Es sollte so spät wie möglich auf Nachdruck umgeschaltet werden, optimal exakt bei volumetrischer Formfüllung. Bei ungleichmäßig füllenden Mehrfachwerkzeugen sollte früher umgeschaltet werden (etwa bei 90 bis 98 % der volumetrischen Füllung).

Umschaltart

Am gebräuchlichsten ist die wegabhängige Umschaltung, am genausten allerdings die werkzeuginnendruckabhängige.

Flanschtemperatur

Die Flanschtemperatur sollte der Trocknungstemperatur des Werkstoffs entsprechen.

Werkzeugtemperatur

Je höher die Werkzeugtemperatur gewählt wird, desto besser die inneren Eigenschaften des Formteils und desto besser die Oberflächenqualität. Je niedriger die Werkzeugtemperatur, desto schneller die Abkühlung und desto kürzer die mögliche Zykluszeit. Es ist also ein Kompromiss zu suchen zwischen den Anforderungen von Formteilqualität und Wirtschaftlichkeit der Produktion.

Zylindertemperatur

Bei den meisten Werkstoffen sollte die Zylindertemperatur vom Flansch bis zum Kopfstück ansteigend eingestellt werden. Erste Ausnahme ist Polyamid, bei dem bereits in der Einzugzone ein ähnliches Temperaturniveau wie Kopfstück zu wählen ist.

Richtwerte für Nachdruckstrom M

Richtwerte für Nachdruckstrom S

Umrechnung Schneckenweg mm in ccm.pdf
 

 

Sibylle Rogowski  | sibylle.rogowski@kunststoff-meister.de
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