Wie kühlt man Spritzgussformen?

Spritzguss kann Produkte mit komplexen Formen und präzisen Abmessungen oder Einsätzen mit hoher Effizienz und leicht zu realisierender automatisierter Produktion verarbeiten. Der Abschluss eines Spritzgusszyklus kann grob in die folgenden Schritte unterteilt werden: Formen, Plastifizieren, Einspritzen, Nachdruck, Abkühlen, Formenöffnen, Auswerfen usw.

Die Länge des Formzyklus wirkt sich direkt auf die Produktionseffizienz und die Anlagenauslastung aus. Untersuchungen zeigen, dass eine gute Konstruktion und Steuerung des Kühlsystems die Kühlzeit um etwa 20 % verkürzen kann.

Formkühlzyklus

Die physikalische Abkühlzeit beim Spritzgusszyklus beginnt mit dem Beginn des Einspritzens und endet mit dem Öffnen der Form.

Die Abkühlzeit der Maschine beginnt nach der Druckhaltephase und endet mit dem Öffnen der Form. Die Abkühlzeit in jedem Spritzgusszyklus beträgt oft mehr als die Hälfte des gesamten Zyklus.

Auswirkungen auf die Spritzgussqualität

Die Formkühlung beeinflusst nicht nur den Formzyklus, sondern vor allem auch die Qualität der Spritzgussprodukte. Bei der Bewertung von Kunststoffprodukten gibt es drei Hauptaspekte:

Das erste ist die Erscheinungsqualität, einschließlich Integrität, Farbe, Glanz usw.;

Der zweite Punkt ist die Genauigkeit zwischen den Abmessungen und den relativen Positionen.

Drittens sind es die physikalischen Eigenschaften, chemischen Eigenschaften, elektrischen Eigenschaften usw., die der Verwendung entsprechen. Diese drei Eigenschaften und die Formtemperatur im Formprozess stehen in direktem Zusammenhang.

a. Oberflächenqualität

Eine zu niedrige Formtemperatur verwischt die Produktkonturen und führt zu einem deutlichen Schmelzmuster, was zu rauer Oberfläche führt.

b. Maßgenauigkeit

Durch Konstanthalten der Formtemperatur können Schwankungen der Formschrumpfung verringert und die Stabilität der Maßgenauigkeit der Produkte verbessert werden.

c. Mechanische Eigenschaften

Angenommen, die Temperatur des Kühlsystems ist angemessen eingestellt. In diesem Fall wird das interne Temperaturfeld effektiv verbessert und die mechanischen Eigenschaften werden verbessert, während die innere Spannung der Formteile verringert wird.

Aktueller Status des Produktionsstandortes

Es ist ersichtlich, dass die Formkühlung im Spritzgussverfahren eine entscheidende Rolle spielt. Als Kernausrüstung für die Formherstellung sollte die Spritzgussmaschine an dieser entscheidenden Stelle eine detaillierte Prozessüberwachung durchführen. Allerdings wird die Überwachung des Formkühlungsprozesses im Vergleich zu anderen Formprozessparametern oft übersehen.

Die Produktionsprozessparameter der Spritzgussmaschine (wie Einspritzgeschwindigkeit, Haltedruck, Festigkeit, Zylindertemperatur usw.) werden genau erkannt, zeitnah rückgemeldet und Prozessdaten gespeichert. Die Formkühlung erfolgt jedoch immer noch unbeaufsichtigt oder durch Menschen überwacht.

Derzeit sind die meisten Spritzgussmaschinen mit zwei allgemeinen Methoden zur Formkühlung ausgestattet.

(1) Installation eines Wasserabscheideblocks auf der Formplatte der Spritzgießmaschine, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Wasserverteiler
Abbildung 1 Wasserverteiler

(2) Installation eines mechanischen Wasserdurchflussreglers an der Peripherie der Spritzgießmaschine, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2 Wasserdurchflussregler
Abbildung 2 Wasserdurchflussregler

1. Auf der Schablone der Formmaschine installierter Wasserverteilungsblock.

Das Spritzgießen Der Wasserverteilerblock an der Maschinenvorlageseite hat den Vorteil einer einfachen Rohrleitungsanordnung. Nur die gesamte Wasserzufuhr und -rückleitung der Formkühlung wird zum Wasserverteilerblock geleitet und dann werden die Kugelhähne der verschiedenen Zweige des Wasserverteilerblocks mit der Schnittstelle des Formkühlwassers verbunden. Auf diese Weise sind die Zweigleitungen kurz und es gibt nur einen geringen Druckverlust.

Auf diese Weise können Wasserfluss und Temperatur jedoch nicht gemessen werden. Wir können nicht wissen, ob das Kühlwasser der Form regelmäßig zugänglich ist oder ob der Wasserweg blockiert ist. Wenn während des Produktionsprozesses ein Ausfall des Formthermostats auftritt oder das Ventil an der Wasserversorgungsleitung falsch verwendet wird, kann die Spritzgussmaschine nicht erkannt werden.

Darüber hinaus bilden sich bei einer langen Produktionszeit in der Kühlleitung in der Form Zunder, Rost usw., was nicht nur den Wasserfluss beeinträchtigt, sondern auch eine Art Isolierschicht bildet und die Effizienz der Wärmeübertragung beeinträchtigt. An diesem Punkt führt dies zu fehlerhaften Produkten und möglicherweise zur Herstellung mehrerer minderwertiger Produkte, was zu Verlusten führt.

2. Installation eines mechanischen Wasserdurchflussreglers an der Peripherie der Spritzgießmaschine

Der Wasserdurchflussregler verfügt über einen Durchflussanzeiger mit Schwimmer und eine Temperaturanzeige mit Zeiger.

Das gesamte Zulauf- und Rücklaufwasser für die Formkühlung ist an den Wasserdurchflussregler angeschlossen und jeder Zweig des Wasserdurchflussreglers ist mit einer Durchflussanzeige und einer Temperaturanzeige ausgestattet.

Durch die Durchfluss- und Temperaturanzeige können anfängliche Fehler bei der Wasserleitungsinstallation wirksam vermieden werden, die sich im Herstellungsprozess der Form rechtzeitig als Fehler in der Wasserleitung erweisen können.

Aus diesem Grund ist die Instrumentierung des Wasserdurchflussreglers mechanisch, um dem Gerätebediener die Sicht zu erleichtern. Daher kann dieser Wasserdurchflussregler nur an einer Stelle in der Maschine installiert werden, wo er für Leute leicht einsehbar ist.

Je mehr Zweigstromkreise ein Wasserdurchflussregler hat, desto mehr Platz benötigt er für die Installation.

Mit der Weiterentwicklung der Formenkonstruktion wird auch die Anzahl der Kühlkreisläufe in den Formen größer.

Wasserdurchflussregler erfordern lange Zweigrohre, um die Ein- und Auslässe an der Peripherie der Spritzgussmaschine mit der Form zu verbinden.

Die Verbindungslänge kann insbesondere zur beweglichen Formplattenseite der Form sehr lang sein.

Da sich die bewegliche Schablone der Spritzgussmaschine in Bewegung befindet, muss die mit der beweglichen Schablone verbundene Abzweigleitung eine Schleppkette verwenden, um sicherzustellen, dass die Abzweigwasserleitung die Biegebewegung hin- und herführen kann.

Bei einer großen Anzahl von Abzweigrohren muss auch die entsprechende Schleppkette vergrößert werden.

Daher bereitet sowohl die Installation des Wasserdurchflussverteilers selbst als auch die Anordnung der Abzweigrohre den Planern und Installateuren große Schwierigkeiten.

Die Durchflussanzeige und die Temperaturanzeige des Wasserdurchflussverteilers sind mechanisch und unterliegen Ablesefehlern.

Temperatur und Durchflussrate können nur erkannt werden, wenn eine signifikante Änderung auftritt. Sie können nur manuell abgelesen und aufgezeichnet werden, und die Häufigkeit des manuellen Ablesens ist nicht gut erfasst.

Unabhängiger elektronischer Temperatur- und Durchflussdetektor

Bei Kunststoffprodukten mit hohen Qualitätsanforderungen, insbesondere solchen, die für Funktionsteile im Automobilbereich verwendet werden, können die beiden oben genannten Konfigurationen zur Formkühlung die Anforderungen an die Qualitätskontrolle nicht mehr erfüllen.

Um die hohen Qualitätsanforderungen zu erfüllen, begannen die Hersteller damit, neben der Spritzgussmaschine einen geräteunabhängigen elektronischen Temperatur-Durchflussdetektor (Abbildung 3) anzubringen. Dieser unabhängige elektronische Temperatur-Durchflussdetektor wurde als Produktionshilfsgerät für die Spritzgussproduktion in die Spritzgussmaschine eingebaut.

Abbildung 3 Unabhängiger elektronischer Temperatur- und Durchflussdetektor
Abbildung 3 Unabhängiger elektronischer Temperatur- und Durchflussdetektor

An diese Anlage werden zunächst die gesamten Zu- und Ablaufleitungen des Formkühlwassers angeschlossen, die dann in verschiedene Zweige aufgeteilt und mit der Form verbunden werden.

Dieser unabhängige elektronische Temperatur- und Durchflussdetektor besteht im Allgemeinen aus einem Controller und einem Bedienbildschirm, die in jedem Zweig der Temperatur-, Durchfluss- und anderen Sensoren installiert sind.

Dieser elektronische Temperatur- und Durchflussdetektor kann Statusdaten des Kühlwassers erfassen und auf dem dazugehörigen Bedienbildschirm anzeigen.

Der Betriebsbildschirm kann auf den Kühlwasserstatus des Wertebereichs eingestellt werden. Außerhalb des eingestellten Wertebereichs wird der Alarmzustand sofort alarmiert und das Schaltvolumen informiert die Spritzgussmaschine, sodass die Spritzgussmaschine sofort eine Abschaltmaßnahme ergreifen kann, um die Produktion fehlerhafter Produkte zu reduzieren.

Dieses Gerät verfügt außerdem über eine Datenspeicherfunktion zum Speichern der historischen Kühldaten.

Insgesamt ist der eigenständige elektronische Temperatur- und Durchflusstester ein elektronisches Upgrade des mechanischen Wasserdurchflussreglers.

Es löst Probleme wie ungenaue Messwerte und die Notwendigkeit manueller Patrouillen.

Es blieben jedoch auch einige Probleme bestehen, wie beispielsweise die Installation der Wasserabzweigleitungen, der Temperaturmesspunkt und der Schimmel, die bei weitem nicht das eigentliche Problem darstellen.

Darüber hinaus muss der elektronische Temperatur-Durchflussdetektor als unabhängig bedienbares Gerät über einen eigenen Bedienbildschirm und Regler sowie ein Schutzblech verfügen. Daher ist der Preis höher und die Anfangsinvestition größer.

Integriertes Steuersystem für die Formkühlung der Spritzgussmaschine

Um die verbleibenden Probleme mit dem unabhängigen elektronischen Temperatur- und Durchflussdetektor zu beheben, begannen die Hersteller von Spritzgussmaschinen damit, ein integriertes Steuerungssystem für die Formkühlung von Spritzgussmaschinen zu entwickeln und zu vermarkten. Wie in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4 Integriertes Steuersystem zur Formkühlung in einer Spritzgussmaschine
Abbildung 4 Integriertes Steuersystem zur Formkühlung in einer Spritzgussmaschine

Aus Sicht des Bauraums wurde bei der Konstruktion des in die Spritzgussmaschine integrierten Formkühlungs-Steuersystems der Bauraum sorgfältig berücksichtigt. Der Sensor und der konvergierende Wasserblock sind in der Entfernung von der Form an der nächstgelegenen Position installiert, sodass nur ein kürzerer Zweig der Wasserleitung angeschlossen werden muss.

Nach der Konvergenz des Formkühlwassers können nur das Gesamtwasserzulaufrohr und das Gesamtwasserrücklaufrohr am Körper der Spritzgussmaschine angeordnet werden, was den für die Anordnung der Wasserrohre erforderlichen Platz erheblich reduziert. Das Gesamtdesign der Spritzgussmaschine kann auch kompakter sein.

Auch einige Anforderungen an die Isolierung von Wasserleitungen oder an die Kondensationsvermeidung lassen sich einfacher umsetzen.

Aus Kostensicht. Die Spritzgussmaschine ist bereits ein komplettes System. Wenn die Spritzgussmaschine das Steuersystem zur Formkühlung integriert, kann die ursprüngliche Hardware der Spritzgussmaschine vollständig gemeinsam genutzt werden.

Wie etwa Host-Bildschirm, Controller und Schutzblech.

Durch das Kühlsteuerungssystem sind kein dedizierter Betriebsbildschirm, kein Controller und kein bestimmter Schutz mehr erforderlich, was die Kosten erheblich senken kann.

Darüber hinaus wird die Bedienung für den Benutzer komfortabler, wenn die Bedienung mit dem Bildschirm der Spritzgussmaschine vereinheitlicht wird.

Durch die direkte Erfassung des Sensors im Kühlsystem von Spritzgussmaschinen können genauere Daten zur Formkühlung gewonnen werden.

Die Spritzgussmaschine erhält die Daten, wodurch weitere Eingriffsmöglichkeiten geschaffen werden können.

Wie etwa das Einrichten mehrstufiger Warnungen und Alarme und mehrstufiger Interventionsmaßnahmen.

Durch die tiefgreifende integrierte Entwicklung kann das Formkühlsystem mit dem Heißkanalheizsystem der Form verbunden werden, um die Temperatur innerhalb der Form besser zu kontrollieren.

Mit der fortschreitenden Digitalisierung von Spritzgussmaschinen müssen wesentliche Daten des Spritzgussprozesses, einschließlich der Kühlanbindung, gespeichert werden.

Das integrierte Formkühlsystem der Spritzgussmaschine kann die Prozessdaten der Kühlverbindung der Form und die Formprozessdaten der Spritzgussmaschine auf einheitliche Weise speichern, und die einheitlich gespeicherten Daten sind für die Verwaltung und Rückverfolgbarkeit bequemer.

Obwohl die Konfiguration des elektronischen Temperatur- und Durchflussdetektors auch die Funktion eines Datenspeichers erfüllt, können sich sein Speicherformat und sein Übertragungsmodus von den Daten der Spritzgussmaschine unterscheiden, was die Verwaltung dieser Daten sehr umständlich macht.

Zusammenfassung

In Tabelle 1 werden vier Typen von Formkühlvorrichtungen verglichen, die auf Spritzgussmaschinen konfiguriert sind. Die Vorteile eines integrierten Formkühlsystems für Spritzgussmaschinen sind auf einen Blick klar.

Tabelle 1 Vergleich von vier Formkühlgeräten
Tabelle 1 Vergleich von vier Formkühlgeräten

Mit der Weiterentwicklung der Formentechnologie nimmt die Bedeutung der Formenkühlung ständig zu.

Mit der Entwicklung der Industrie 4.0 gewinnen die Konzepte unbemannter Fabriken mit unbemanntem Betrieb an Bedeutung und die Digitalisierung des Spritzgussprozesses ist notwendig.

Für High-End-Spritzgussmaschinen sind integrierte Formkühlsysteme erforderlich.

Lassen Sie uns heute ein neues Projekt starten