Wat zijn de stadia van spuitgieten?

SpuitgietmatrijsWat zijn de fasen van spuitgieten? | ZetarMold

Spuitgietproces

Basisprincipes en toepassingen van spuitgieten

Injection molding is a process that turns plastic pellets into a liquid state by using heat and then pushes them through a nozzle into a mold. Once the plastic cools, it becomes a solid and is removed from the mold. Injection molding is a cheap and effective way to make a lot of plastic parts at one time using one mold. This process can make all sorts of plastic parts that are used in car engines, home appliances, and food containers.

Betekenis van spuitgieten in de moderne industrie

Omdat de vraag naar afgeleide producten blijft groeien, wordt spuitgieten steeds belangrijker in de industriële productie. Spuitgieten is een vorm van geautomatiseerde productie, wat het productieproces versnelt. Bovendien is het mogelijk om winstgevender en met een eindproduct van hogere kwaliteit te produceren, omdat bij het spuitgieten van kunststof zeer nauwkeurig gereedschap en exacte maattoleranties worden gebruikt.

Moreover, injection molding manufacturing offers many advantages such as wide applications, high automation, and stable production and quality efficiency. Especially during the pandemic, the connector industry had to quickly change direction and produce a lot of medical devices to meet normal and unexpected needs. This approach has been well received by society.

Productieproces Spuitgieten

Ontwerp en prototypeproductie

Elk goed spuitgietproject begint met een goed ontwerp en de productie van hoogwaardige prototypes. Dit is de eerste stap in het productontwikkelingsproces waarbij ingenieurs en ontwerpers hun creatieve geest gebruiken om producten te ontwikkelen en ideeën om te zetten in technische details. CAD-software (Computer-Aided Design) is een van de belangrijkste hulpmiddelen die gebruikt wordt bij additieve productie. Het helpt bij het maken van blauwdrukken die details bevatten over afmetingen, vereisten en tolerantieniveaus zodat materialen kunnen worden toegevoegd volgens de gedetailleerde instructies en uitgelijnd om nauwkeurigheid te bereiken.

Bij design thinking komt ook esthetiek kijken. Ingenieurs moeten rekening houden met een groot aantal factoren, zoals materiaalselectie, onderdeelgeometrie en produceerbaarheid. Er worden geavanceerde, complexe simulators ontwikkeld om testruns van conceptuele ontwerpen voor complexe onderdelen te simuleren. Met deze simulatoren kunnen mogelijke problemen worden voorspeld, gebieden voor optimalisatie worden geïdentificeerd en prototypes worden geproduceerd.

Prototyping is het proces van het maken van modellen die het testen van conceptuele ontwerpen combineren met het daadwerkelijk maken van fysieke dingen. De snelle evolutie van technologieën zoals 3D-printen maakt snelle iteraties en aanpassingen mogelijk totdat het productontwerp voldoet aan de prestatiecriteria en is goedgekeurd door de esthetische commissies. Ontwerpers kunnen hetzelfde doen, maar in plaats van dingen als pasvorm, vorm en functie, brengen ze naar eigen inzicht wijzigingen aan om de resultaten te krijgen die ze willen.

Productie van gietvormen

Bij spuitgieten draait alles om de matrijs, een nauwkeurig gereedschap dat de vorm en de eigenschappen van het eindproduct bepaalt. Het maken van een matrijs is een nauwkeurig proces waarbij de machine het werkstuk maakt door materiaal te verwijderen. De werkstukken zijn meestal gemaakt van staal of aluminium en worden gemaakt door frezen of machinaal bewerken om de gewenste vormen en oppervlakteafwerkingen te creëren.

De complexiteit van de matrijs hangt af van hoe complex de onderdelen zijn. Je kunt een matrijs hebben die eenvoudige onderdelen maakt met één caviteit, en je kunt die matrijs upgraden om twee of drie keer zoveel onderdelen te maken met een multi-cavity of familiematrijs. Naast het omgaan met runnersystemen, ontluchting en koelsystemen, moet je bij het matrijsontwerp ook rekening houden met zaken als poortlocaties, koelkanalen en deellijnen om ervoor te zorgen dat het onderdeel van goede kwaliteit is.

Daarna testen we de mal en zorgen we ervoor dat hij goed werkt. We willen er zeker van zijn dat hij lange tijd probleemloos blijft werken. We testen matrijzen om erachter te komen hoeveel plastic we in de matrijs moeten doen, hoe lang het duurt om een onderdeel te maken en hoe dicht we bij de maat kunnen komen die we willen. Misschien moeten we wat dingen aan de mal veranderen om hem beter te laten werken.

Materiaalvoorbereiding

Zodra de matrijs klaar is, gaan we verder met de voorbereiding van het materiaal. Bij spuitgieten kan een breed gamma thermoplasten en thermoharders worden gebruikt, die worden geselecteerd op basis van de specifieke behoeften van de toepassing. Ruwe polymeerharsen, in de vorm van korrels of pellets, doorlopen verschillende stappen om ze klaar te maken voor het spuitgieten.

When it comes to picking materials for injection molding, the quality of the final product is key because it affects both the properties of the part and the cost. In this case, engineers need to consider things like mechanical strength, chemical stability, and environmental resistance to choose the right material. You also need to make sure the material works with the molding process, which means it has to have the right melt flow characteristics and shrinkage behavior. That way, you can make sure you get consistent, repeatable results.

Het productieproces is waar je dingen zoals kleurstoffen, stabilisatoren of versterkingen mengt met de basishars om het beter te laten werken of te laten doen wat je wilt. Je kunt materiaalmengsels of voorgemengde materialen gebruiken om het makkelijker te maken om mee te werken en om ervoor te zorgen dat de additieven in de hars worden verspreid.

Een goede voorbereiding van het materiaal vormt de basis voor een consistente smeltkwaliteit, een goede vloei en een goede afwerking van de werkstukken later. Systemen voor materiaalverwerking maken gebruik van transportbanden, drogers en transportbanden voor het stapelen van pellets om het vocht tijdens de opslag en productie te verminderen en zo te voorkomen dat de harskorrels afbreken en vervuild raken.

Injectie

Het spuitgietproces begint met het vullen van het gemarkeerde gebied van de matrijs met gesmolten polymeermateriaal. Het proces begint wanneer de matrijs gesloten is en de polymeerhars wordt geïnjecteerd door een specifieke inlaat die een sprue wordt genoemd, waardoor een gesloten systeem ontstaat.

Spuitgietmachines kunnen verschillende groottes en opstellingen hebben, maar ze hebben allemaal dezelfde basisonderdelen en werken op dezelfde manier. De schroef is het onderdeel dat het plastic draait en verplaatst, smelt en mengt zodat het allemaal hetzelfde is.

De schroef, die wordt geregeld door hydraulische of elektrische motoren, zorgt voor een betere regeling van het injectievolume, de schroefsnelheid en de druk.

Het vloeibare materiaal wordt dan in de mal geschoten, vult het gat en neemt de exacte vorm en details aan die door de mal worden bepaald. De perfecte vulling wordt bereikt door de druk en temperatuur van het hele proces te controleren. Dit minimaliseert de kans op defecten en zorgt ervoor dat de consistentie en kwaliteit van elk gat hoog is. Injectieparameters worden ingesteld op basis van het materiaal, de vorm van het onderdeel en het productieschema. Deze parameters zijn onder andere injectiesnelheid, vacuüm, verpakkings- en houddruk en koeltijd.

Koelen en stollen

Vervolgens wordt het gesmolten materiaal in de mal gegoten, waar het afkoelt en stolt. Om de gewenste eigenschappen te verkrijgen en scheuren te voorkomen, moet het afkoelingsproces zo snel en gelijkmatig mogelijk verlopen. De mal heeft sleuven of kanalen die helpen bij de warmteoverdracht, zodat het materiaal snel afkoelt en stolt.

De koeltijd wordt aangepast op basis van variabelen zoals de geometrie van het onderdeel, het materiaaltype en het matrijsontwerp. Koelen is belangrijk, want als het niet goed gebeurt, kan het onderdeel kromtrekken, krimpen of interne spanningen vertonen, wat de kwaliteit en prestaties van het onderdeel kan beïnvloeden. Om de matrijstemperatuur te regelen, worden thermische circulatiesystemen (water of olie) gebruikt om de koelsnelheid te stabiliseren en een gelijkmatige verwerking te bereiken.

Nieuwe koeltechnologieën, zoals conforme koeling, maken gebruik van additive manufacturing om koelkanalen te maken die passen bij de vorm van het onderdeel, waardoor de warmteoverdracht en prestaties verbeteren en de verwerkingstijd wordt verkort. Met software kunnen ontwerpers de optimalisatie van het koelsysteem, de warmteoverdracht en temperatuurkaarten modelleren en hotspots of gebieden identificeren die meer koeling nodig hebben.

Uitwerpen en trimmen

Zodra het stuk verstevigd is tot de vereiste graad, gaat de matrijs open en wordt het nieuw gevormde stuk uit de holte verwijderd. De machine, die bijvoorbeeld is uitgerust met uitwerppennen of -platen, zorgt ervoor dat het onderdeel van de locatie kan worden losgemaakt zonder de geometrie te vervormen of de oppervlakte te beschadigen.

Dit kan betekenen dat je wat extra dingen moet doen, zoals extra dingen en uitsteeksels van het onderdeel afsnijden. Het snijden, ook wel bijsnijden of machinaal bewerken genoemd, is het laatste wat je doet om het onderdeel te maken. Je snijdt of vormt het onderdeel om het de juiste grootte en vorm te geven. Machines die het onderdeel snijden gebruiken snijden, slijpen of stralen om het werk te doen. Dit maakt de tijd die nodig is om het werk te doen een stuk korter en je hebt geen mensen nodig om het werk te doen.

Kwaliteitscontrole en afwerking

Tot slot worden er tijdens het spuitgietproces een heleboel kwaliteitstests uitgevoerd tijdens de laatste stadia en afwerkingsbewerkingen. We voeren inspecties uit om er zeker van te zijn dat de afmetingen, de structurele integriteit en het algemene uiterlijk van de onderdelen kloppen. Coördinatenmeetmachines (CMM's) en optische scanners zijn voorbeelden van de hightech meetinstrumenten die we gebruiken om de kwaliteit te controleren en ervoor te zorgen dat we voldoen aan de specificaties en normen.

Maatinspectie is wanneer je de belangrijke dingen op een onderdeel meet. Je meet ook de ruwheid van het oppervlak. Met Statistical Process Control (SPC) houd je bij hoe het gaat en zorg je ervoor dat je goede onderdelen maakt. Je kunt ook röntgenstralen of ultrageluid gebruiken om in een onderdeel te kijken en te zien of er iets mis mee is.

Onderdelen die niet aan de uiterlijke vereisten voldoen, kunnen worden gezandstraald of een andere oppervlaktebehandeling krijgen. We kunnen deze onderdelen ook verven, assembleren of ander eindwerk laten doen om ze beter te laten werken. Als we speciale bewerkingen moeten uitvoeren, zullen we wat subassemblagewerk moeten doen, zoals machinale bewerking, lassen of lijmen, om meer onderdelen of functies toe te voegen. We hebben kwaliteitscontroleprocedures om ervoor te zorgen dat we voldoen aan de conditievereisten en dat onze klanten tevreden zijn met wat we maken.

Factoren die het spuitgietproces beïnvloeden

Temperatuurregeling

1. Temperatuur van de loop

Temperatuurregeling is cruciaal in dit proces en er zijn drie parameters die geregeld moeten worden: vattemperatuur, spuitstuktemperatuur en matrijstemperatuur. De eerste twee temperaturen beïnvloeden vooral de vloei en kristallisatie van de kunststof, terwijl de laatste het belangrijkst is omdat die de koeling en vloei kan regelen. Elk type kunststof heeft een andere vloeitemperatuur en zelfs binnen hetzelfde type kunststof hebben verschillende soorten en bronnen verschillende vloei- en afbraaktemperaturen. Hierdoor kunnen de chemische eigenschappen van de hars veranderen, wat te maken heeft met het gemiddelde moleculaire gewicht en de moleculaire gewichtsverdeling. De temperatuur van het vat van het handgereedschap varieert afhankelijk van het type injectiemachine, dus de selectie van het vat is ook verschillend.

2. Temperatuur sproeier

Meestal is de temperatuur van de spuitmond niet veel lager dan de hoogste temperatuur van het vat. Dit voorkomt dat het gesmolten materiaal uit het mondstuk druipt, wat ook wel "kwijlen" wordt genoemd. De temperatuur van het smeltmondstuk mag niet te laag zijn, zodat het gesmolten materiaal niet te snel bevriest en het mondstuk of de onderdelen verstopt raken.

3. Vormtemperatuur

De temperatuur van de matrijs is de belangrijkste factor die de eigenschappen en het uiterlijk van het onderdeel beïnvloedt. De hoge en lage temperaturen van de matrijs worden beïnvloed door verschillende factoren zoals de aanwezigheid van kristalliniteit, de grootte en het ontwerp van de matrijs, de eigenschappen van het onderdeel en andere procesomstandigheden (zoals smelttemperatuur, injectiesnelheid en -druk, cyclustijd enz.)

Drukregeling

Injection molding pressure includes plasticizing pressure and injection pressure, both of which directly affect plasticizing and product quality.

1. Plastificeringsdruk

(Omgekeerde druk) Op een schroefmachine met een injectiemondstuk verhoogt de plastificerende druk van de schroef de schroefdiameter bij de graduatie. De kracht in het systeem wordt geregeld door de ontlastklep in het hydraulische systeem. Dit betekent dat als de plastificeerdruk gelijk blijft met de aandrijfkracht, het verhogen van de plastificeerdruk de temperatuur van de smelt zal verhogen, maar de plastificeertijd zal verlagen. Aan de andere kant resulteert een hogere plastificeerdruk meestal in de productie van kunststof producten die niet alleen een uniforme temperatuur en kleur hebben, maar ook vrij zijn van gassen die mogelijk in de smelt zijn ingesloten. Meestal wordt de druk ingesteld op de laagst mogelijke waarde die een goede productkwaliteit kan maken en behouden. In de praktijk wordt de plastificeerdruk bepaald door het type kunststof dat wordt gekozen, maar hij zal zelden de waarde van 20 kg/cm² bereiken.

2. Injectiedruk

Momenteel gebruiken bijna alle spuitgietmachines dezelfde druk voor plastic druk en injectiedruk (omgezet door het circuit van oliedruk). De injectiedruk is om de weerstand te overwinnen die wordt veroorzaakt door de smeltstroom van het vat naar de holte, de mal te vullen met een bepaalde snelheid en de smelt te verdichten.

Gietcyclus

De tijd die nodig is om één proces te voltooien bij het spuitgieten wordt de gietcyclus of molding cycle genoemd. Het proces van spuitgieten is direct gerelateerd aan de arbeidsproductiviteit en het gebruik van apparatuur. Daarom moet in het productieproces de lengte van de gietfase verkort worden met behoud van het hoogste kwaliteitsniveau. Injectietijd en afkoeltijd zijn de belangrijkste fases in de spuitgietprocesdie de meest directe invloed hebben op de kwaliteit van het product. De vultijd is recht evenredig met de vulsnelheid (het omgekeerde van tijd). In de productie is de vultijd voor het materiaal meestal 3-5 seconden.

De tijd dat de kunststof in de holte onder druk staat, wordt de verpakkingstijd genoemd. Deze tijd is erg belangrijk en maakt een groot deel uit van de totale injectietijd. Deze ligt meestal tussen 20 en 120 seconden (in extreme gevallen 5 tot 10 minuten voor dikke onderdelen). De verpakkingstijd bepaalt de uiteindelijke grootte van het product nadat de smelt is gestold in de spuitmond van de machine. De pakkingstijd van de matrijs wordt berekend op basis van de condities van de matrijs en de materiaaltemperaturen, evenals de breedte van het toevoergedeelte en de runner, die de gate wordt genoemd. De druk met de minste krimp van het product moet als standaard worden geselecteerd op basis van de grootte van de hoofdrunner en gate en de procesomstandigheden. De koeltijd hangt af van de dikte van het product, de thermische en kristallijne eigenschappen van de kunststof en de matrijstemperatuur. Het belangrijkste is om te voorkomen dat het product verandert tijdens het openen van de matrijs. Meestal is dit ongeveer 30 tot 120 seconden. Als de koeltijd te lang is, is dat tijdverspilling. Het vermindert niet alleen de productie-efficiëntie, maar het is ook moeilijk om complexe en dunne onderdelen eruit te halen en het kan moeilijk zijn om ze eruit te halen zonder ontvormspanning te veroorzaken. Op andere momenten hangt de vorm van de giettijd af van hoe ononderbroken en machinegericht de materiaalverwerking is en hoe geïntegreerd het spuitgiet- en vulproces zijn.

Trends in spuitgiettechnologie

In de toekomst zal spuitgieten flexibeler worden en hetzelfde blijven. Hoe extremer de milieuproblemen wereldwijd, hoe waarschijnlijker het wordt dat groene productie een nieuwe trend wordt in de productie-industrie. CNC-verspaning en spuitgiettechnologie kopen geen grondstoffen en produceren geen afval tijdens het productieproces, maar ze zullen een grotere rol spelen in toekomstige groene productie. De ontwikkeling van automatiseringstechnologie zal ook worden bevorderd door de groei van spuitgiettechnologiedie beter zal zijn en minder snel zal falen.

Conclusie

Spuitgieten is een hoogontwikkeld proces dat meerdere stappen omvat. Elke fase is belangrijk voor het produceren van afgewerkte onderdelen en producten van hoge kwaliteit. Inzicht in de volgorde van elke fase - van ontwerp en prototypeproductie tot inspectie voordat het eindproduct wordt vrijgegeven - is cruciaal voor fabrikanten om hun productiemethoden te verbeteren, de kwaliteit te controleren en de beste producten te maken. De toekomst van spuitgieten wordt bepaald door andere technologieën en het gebruik van nieuwe materialen en technieken die efficiënter, nauwkeuriger en veelzijdiger zijn.