Die Spritzgieß-Zykluszeit eines Teils in der Produktion zu kennen, ist aus mehreren Gründen entscheidend. Sie ermöglicht es den Herstellern, ihre Produktionsrate zu bestimmen, die die Menge der produzierten Teile und damit die Effizienz der Maschine beeinflusst. Die Kenntnis der Zykluszeit eines Teils und seiner Phasen kann Herstellern auch dabei helfen, Änderungen vorzunehmen, die die Produktionszeit eines Teils verkürzen können.
In diesem Artikel werden die Phasen der Zykluszeit des Spritzgießens aufgeschlüsselt, die Berechnung der Gesamtzykluszeit erläutert und einige Tipps gegeben, die zur Reduzierung der Zykluszeit des Spritzgießens beitragen können.
Was ist eine Zykluszeit beim Spritzgießen?
Die Zykluszeit beim Spritzgießen ist die Gesamtzeit, die benötigt wird, um die wichtigsten Phasen des Spritzgießprozesses abzuschließen.
Die durchschnittliche Dauer dieses Prozesses hängt davon ab, wie lange die einzelnen Phasen des Zyklus dauern. So kann die Gesamtzeit des Spritzgießzyklus eines Herstellers mehr als zwei Minuten betragen, wenn es sich um ein großes Teil handelt oder einige manuelle Arbeiten erforderlich sind (z. B. das Setzen der Einlegeteile beim Umspritzen).
Suchana A. Jahan et al. untersuchten die durchschnittlichen Zykluszeiten in ihrer Arbeit „Thermomechanische Designoptimierung von konformen Kühlkanälen unter Verwendung eines Versuchsplanungsansatzes“. Sie fanden heraus, dass die Einspritzzeiten in der Regel etwa zwei Sekunden betragen, während die durchschnittlichen Abkühlzeiten zwischen 12,76 und 17,2 Sekunden variieren.
Die Phasen der Spritzgießzykluszeit
Die Spritzgießzykluszeit ist in vier Phasen unterteilt, die jeweils relativ kurz sind.
Phase Nr. 1 – Klemmen
Die Formen haben normalerweise zwei Hälften, in die das Material eingespritzt wird. Dies geschieht mit Hilfe einer Schließeinheit. Die geschlossene Form wird dann an einer Spritzgießmaschine befestigt, wobei die Schließeinheit die beiden Formhälften während des gesamten Gießvorgangs zusammenhält.
Phase Nr. 2 – Einspritzen
Das Einspritzen, auch als Füllzeit bezeichnet, ist der Prozess des Befüllens der Form mit Kunststoffmaterial. Dazu wird in der Regel ein Trichter verwendet, um Kunststoffgranulat in die Form zu füllen. Während des Einspritzens wird der Zylinder der Einspritzeinheit erhitzt und steht unter Druck, wodurch das Granulat zu einem geschmeidigeren, flüssigen Kunststoff schmilzt.
Die in eine Form eingespritzte Materialmenge wird als Schuß bezeichnet. In den meisten Fällen ist die Einspritzzeit beendet, wenn die Form zu 95 % bis 99 % gefüllt ist. Die genaue Menge hängt von der Beschaffenheit der Form ab.
Phase Nr. 3 – Kühlen
Sobald das Material mit dem Inneren der Form in Kontakt kommt, beginnt es zu kühlen. Während dieses Prozesses härtet der Kunststoff aus. Die Abkühlung kann zu einer Schrumpfung führen. Daher ist es wichtig, die Form mit der richtigen Menge an Material zu füllen. Die Form kann erst geöffnet werden, wenn der Kühlprozess abgeschlossen ist.
Wie lange diese Abkühlphase dauert, hängt von mehreren Faktoren ab. Die Packzeit bestimmt, wie lange es dauert, die Form mit Material zu füllen. Während die Form gefüllt wird, steigt der Druck im Inneren so weit an, dass der Materialfluss verlangsamt wird. Wenn das Material abkühlt, sinkt der Druck, und es wird Platz frei, um bei Bedarf mehr Material einzupacken.
Diese Druckänderungen können auch zu einer Entladung führen, die berücksichtigt werden muss. Mit fortschreitender Abkühlung kommt es zu einer Abdichtung an der Öffnung des Hohlraums. Dadurch wird verhindert, dass zu viel Material eindringt. Nach Erreichen des Dichtungspunkts nimmt der verbleibende Druck im Inneren der Form weiter ab, da eine abgedichtete Kühlung stattfindet.
Phase Nr. 4 – Auswerfen
Die Form wird mit Hilfe eines Auswerfersystems entformt und geöffnet, das auch das fertige Produkt mit Hilfe von Auswerfern sicher aus der Form drückt. Da der Kunststoff geschrumpft und mit der Form verklebt ist, bringt das System genügend Kraft zwischen Produkt und Form auf, um es zu entfernen (zu entformen). Danach kann das produzierte Teil weiterverarbeitet werden - zum Entfernen von Angüssen oder Farbe.
Nach dem Auswerfen wird die Form wieder geschlossen und der Prozess für das nächste Produkt wiederholt.
Wie berechnet man die Spritzgießzykluszeit?
Hersteller können die Spritzgießzykluszeit anhand der folgenden Formel berechnen:
Spritzgießzeit (Sek.) = t1 + t2 + t3 + t4
Die ,, t “ Zahlen sind wie folgt:
T1 = Einspritzzeit + Verweilzeit
T2 = Abkühlungszeit
T3 = Zeitaufwand für die Entnahme des geformten Produkts
T4 = Zeitaufwand für das Öffnen und Schließen der Form
Die Kühlzeit ist der Hauptfaktor, der die Zykluszeit des Spritzgießens beeinflusst. Diese kann je nach der Kühlkapazität des Formhohlraums variieren. Die Kühlzeit wird auch von der Art des verwendeten Materials und der Wandstärke des Produkts beeinflusst.
Die Bestimmung der Kühlzeit ist von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Produkte sicher und in der entsprechenden Qualität hergestellt werden. Der Anbieter konfigurierbarer mechanischer Komponenten MiSUMi verweist auf ,, Formen für das Spritzgießen ’’ von Keizo Mitani, wenn er diese experimentelle Formel zur Abschätzung der Kühlzeit vorlegt:
T = s2 ∙ ln[8 ∙ (θr - θm) / (θe - θm) /π2] / (π2∙α)
Im Folgenden wird erläutert, worauf sich die einzelnen Teile dieser Formel beziehen:
T – Abkühlzeit bezogen auf die Durchschnittstemperatur der Wanddicke gemessen in Sekunden
s – Wanddicke des geformten Produkts, gemessen in Millimetern
α – Die Wärmediffusionsrate des Kunststoffs bei der Oberflächentemperatur des Hohlraums (mm2/s)
Benutzen Sie λ/(c∙ρ) um den Wert für α zu berechnen
λ – Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs
c – Spezifische Temperatur des Kunststoffs
ρ – Dichte des Kunststoffs
θr - Die Temperatur des geschmolzenen Kunststoffs in Grad Celsius
θe - Die Temperatur für die Entnahme des geformten Produkts in Grad Celsius
θm - Die Oberflächentemperatur des Hohlraums in Grad Celsius
Vergessen Sie nicht, dass die Messung der Abkühlzeit in der Regel mit Hilfe von Software und verschiedenen Formeln erfolgt, bis eine brauchbare Lösung gefunden ist.
Wie reduziert man die Zykluszeit in der Produktion?
Durch die Verkürzung der Spritzgießzykluszeit können die Hersteller mehr Teile in kürzerer Zeit herstellen. Dies schafft einen effizienteren Produktionsprozess. Die folgenden Tipps helfen dabei, die Zykluszeit zu verkürzen.
Tipp Nr. 1 - Verkürzung der Öffnungs-, Schließ- und Auswurfzeiten
Diese Faktoren werden von den Maschinen bestimmt, die zur Steuerung der Form verwendet werden. Investitionen in effizientere Schließ- und Auswerfmechanismen führen zu höheren Geschwindigkeiten.
Tipp Nr. 2 - Optimieren Sie den Kühlungsprozess
Die Entwicklung eines robusteren Kühlkanaldesigns kann es den Herstellern ermöglichen, den Zeitaufwand für den Kühlprozess zu reduzieren. Muhammed Khan et al. haben dies in ihrer Forschungsarbeit ,, Reduktion der Zykluszeit im Spritzgießprozess durch Auswahl eines robusten Kühlkanaldesigns ’’ untersucht.
Es wurde festgestellt, dass die Kombination von additiven und konformen Kühlkanälen im Vergleich zu herkömmlichen Kühlkanälen einen schnelleren und gleichmäßigeren Prozess ermöglicht. Insbesondere sind additive Kühlanlagen 11,29 % schneller als konventionelle Anlagen. Sie führen außerdem zu einer Schrumpfung von 8,477 % im Vergleich zu 11,39 % bei der herkömmlichen Kühlung.
Tipp Nr. 3 - Verkürzung der Haltezeiten
Abgesehen davon, dass der Kühlprozess effizienter gestaltet wird, können die Hersteller möglicherweise auch einfach die Zeit, die das Teil in der Warteschleife verbringt, reduzieren. Der wichtigste Punkt dabei ist die Abwägung zwischen Zeitersparnis und Qualität. Wenn eine Verkürzung der Haltezeit um einige Sekunden zu einer Verringerung der Teilequalität führt, sollte dies vermieden werden.
Tipp Nr. 4 - Änderung des Teiledesigns
Die Wanddicke eines Teils wirkt sich direkt darauf aus, wie lange es zum Abkühlen braucht. Wenn ein Hersteller die Wanddicke reduzieren kann, kann die Abkühlzeit verkürzt werden. Auch hier muss ein Auge auf die Qualität des Teils geworfen werden, wenn die Wanddicke reduziert wird. Der verwendete Temperaturregler muss außerdem in der Lage sein, der Kühlflüssigkeit schnell genug Wärmeenergie zu entziehen, um diese Idee realisierbar zu machen.
Tipp Nr. 5 - Änderung des Kanalsystems
Kaltkanäle, die typischerweise in Zwei- und Drei-Platten-Formen verwendet werden, sind langsamer als Heiß- und Isolierkanäle. Die beiden letztgenannten Angüsse werden auch nicht durch die Kühlzeiten beeinträchtigt, während große Kaltkanäle manchmal mehr Kühlzeit benötigen als das Teil selbst. Durch die Umstellung auf Heiß- oder Isolierkanäle können die Hersteller ihre Spritzgießzeit verkürzen.
Verstehen Sie den Prozess
Verschiedene Faktoren beeinflussen die Gesamtzykluszeit beim Spritzgießen, wobei die Kühlung der wichtigste ist. Mit den oben genannten Tipps können die Hersteller die Zeit für die Herstellung von Teilen verkürzen. Die dadurch eingesparten Sekunden pro Teil können es ihnen ermöglichen, viel mehr Teile pro Tag zu produzieren, vorausgesetzt, sie können die oben genannten Maßnahmen ohne Qualitätseinbußen umsetzen.