Hoe kiest u de tonnage van een spuitgietmachine?

De juiste tonnage van een spuitgietmachine kiezen is cruciaal voor de productie van hoogwaardige kunststofonderdelen en de optimalisatie van de productie. In dit artikel leggen we uit welke uitgangspunten deskundigen hanteren bij het kiezen van een spuitgietmachine en welke berekeningsmethoden nodig zijn om op basis van uw werkelijke behoeften de vereiste tonnage te bepalen.

Definitie van het tonnage van spuitgietmachines

Als je het hebt over de grootte van een spuitgietmachine, dan heb je het over de klemkracht - de maximale kracht die de machine gebruikt om de matrijs gesloten te houden tijdens het spuitgieten. De klemkracht wordt meestal uitgedrukt in ton druk; hoe groter het tonnage, hoe groter de machine. De klemkracht is belangrijk omdat deze een directe invloed heeft op de kwaliteit en productiviteit van spuitgietproducten. Het kiezen van het juiste tonnage helpt ook om de matrijs gesloten te houden tijdens het injectieproces, waardoor problemen zoals uitvloeiing en slechte onderdelen tot een minimum worden beperkt.

Sleutelfactoren bij het kiezen van de tonnage van spuitgietmachines

Wanneer u wilt bepalen welke maat spuitgietmachine u voor uw toepassing nodig hebt, moet u met veel factoren rekening houden. Denk aan de afmetingen en het ontwerp van het onderdeel, het aantal matrijsholten, het te injecteren materiaal, de benodigde injectiedruk, het ontwerp van het kanaalsysteem en de nauwkeurigheids- en kwaliteitseisen voor het eindproduct. Ik behandel elk van deze factoren iets uitgebreider.

Productgrootte, gewicht en structuur

• Productafmetingen: De tonnage bepaalt de basisparameters van het product. De lengte, breedte en hoogte van het product bepalen de grootte van de klemeenheid en daarmee de benodigde sluitkracht. Grotere producten belasten de matrijs sterker; om deze goed gesloten te houden en lekkage van gesmolten kunststof tijdens het inspuiten te voorkomen, is dus een hogere sluitkracht nodig.
• Productgewicht: De inspuitdruk van de spuitgietmachine is recht evenredig met de tonnage en wordt mede bepaald door de schroefdiameter en het materiaalframe. Daarom moet eerst het productgewicht worden vastgesteld. Traditioneel vereist een afzonderlijk product van minder dan 50 gram een machine met een tonnage van minder dan 50T. Voor producten van meer dan 100 gram wordt doorgaans een machine van meer dan 100T gebruikt.
• Productstructuur: Ook de complexiteit van het product beïnvloedt de benodigde sluitkracht. Bij complexe producten moet de kunststof veel verschillende vormen vullen. Daarvoor is meer inspuitdruk nodig, en dus ook meer sluitkracht om de matrijs gesloten te houden. Een onderdeel met dunne wanden of rondingen vereist bijvoorbeeld meer sluitkracht om ervoor te zorgen dat de kunststof de volledige vorm vult.

Vormgrootte en aantal holtes

• Matrijsgrootte: Een grote matrijs vereist veel druk om deze gesloten te houden. Grotere matrijzen moeten sterker worden geklemd om te voorkomen dat ze tijdens het inspuiten opengaan. De matrijsgrootte omvat lengte, breedte, hoogte en gewicht; deze gegevens zijn nodig om de vereiste tonnage te bepalen.
• Aantal matrijsholten: Het aantal holten in de matrijs beïnvloedt de sluitkracht die nodig is om beide matrijshelften gesloten te houden. Matrijzen met één holte zijn doorgaans eenvoudiger en vereisen sluitkracht voor slechts één productholte, terwijl bij matrijzen met meerdere holten verscheidene holten tegelijk worden gevuld. Matrijzen met meerdere holten verhogen de productiviteit, maar vereisen aanzienlijk meer sluitkracht. In het algemeen geldt: hoe meer holten, hoe meer sluitkracht nodig is om de matrijs goed gesloten te houden.

Type materiaal

• Vloeibaarheid van het materiaal: Kunststoffen hebben, vooral in gesmolten toestand, uiteenlopende vloei-eigenschappen. Goed vloeiende materialen zoals PP en PE vereisen bij dezelfde toepassing doorgaans een lagere inspuitdruk en sluitkracht. Materialen met relatief slechte vloei-eigenschappen, waaronder PC en POM, vereisen daarentegen een hogere inspuitdruk en daarmee een hogere sluitkracht om die druk te weerstaan.
• Krimppercentage van het materiaal: Ook het krimppercentage van kunststoffen beïnvloedt de vereiste sluitkracht. Een materiaal met een hoog krimppercentage ontwikkelt tijdens het afkoelen hoge krimpspanningen. Een hoge sluitkracht is dan nodig om de matrijs gesloten te houden en het onderdeel zonder vervorming te laten ontstaan.
• Kristalliniteit van het materiaal: Sommige thermoplasten vereisen een hoge inspuitdruk en sluitkracht om de matrijs gesloten te houden en hoogwaardige, kristalheldere producten te leveren. Als regel is de sluitkracht voor amorfe materialen lager dan voor kristallijne materialen.

Injectiedruk en runnerontwerp

• Inspuitdruk: De inspuitdruk is de druk die de injectieschroef uitoefent wanneer deze gesmolten kunststof in de matrijs spuit. De hoogte van deze druk beïnvloedt ook de benodigde sluitkracht. Deze wordt berekend als de totale AOSC-kracht waarmee de persen worden aangedrukt, gedeeld door het totale aantal persen. Een hoge inspuitdruk vereist een hogere sluitkracht om te voorkomen dat de matrijs opengaat en om nauwkeurige producten van hoge kwaliteit te produceren.
• Ontwerp van het aanspuitkanaal: Het ontwerp van het aanspuitkanaal kan de inspuitdruk sterk verhogen of, bij optimalisatie, de benodigde sluitkracht verlagen. De positie en geometrie van de aanspuitpunten, de doorsnede van de kanalen en de koeling ervan zijn allemaal essentieel. Voor een optimale procesbeheersing moet het kanaalontwerp de gesmolten kunststof gelijkmatig over alle holten verdelen. Dit beperkt drukverlies en verbetert de kwaliteit van het eindproduct.

Productnauwkeurigheid en kwaliteitseisen

• Precisieproducten: Naarmate de precisie-eisen voor eindproducten toenemen, moet ook de sluitdruk stijgen. Bij onvoldoende sluitkracht kan de matrijs tijdens het inspuiten opengaan, waardoor braamvorming ontstaat en de maatnauwkeurigheid en esthetiek van het eindproduct worden aangetast. Voor nauwkeurig ontworpen onderdelen, zoals behuizingen voor elektronische apparaten of medische apparatuur, is de vereiste sluitkracht daarom extra belangrijk.
• Productkwaliteit: Producten voor zeer nauwkeurige toepassingen vereisen meer sluitkracht om voldoende druk uit te oefenen en holtes te voorkomen. Bij onvoldoende druk ontstaan luchtbellen, inval en lasnaden. Voor goede onderdelen kan daarom, afhankelijk van deze eisen, een grotere machine met meer sluitkracht nodig zijn.

Vulgedrag van het materiaal en procesomstandigheden

• Vulgedrag van het materiaal: De materialen die bij het inspuiten worden gebruikt verschillen en vertonen daardoor uiteenlopende vulpatronen. Vormmaterialen die bijvoorbeeld ongelijkmatig vloeien, veroorzaken verschillende lokale drukpunten in de matrijs. Een hogere sluitdruk kan dan nodig zijn om de matrijs overal gelijkmatig gesloten te houden en plaatselijk opengaan te voorkomen.
• Procesomstandigheden: De inspuitsnelheid, nadruktijd en koeltijd beïnvloeden de sluitkracht die voor het spuitgietproces nodig is. Hogere inspuitsnelheden en kortere koeltijden leiden doorgaans tot een hogere druk tijdens het inspuiten en vereisen dus meer sluitkracht. Bij de keuze van de machinetonnage moet u deze procesomstandigheden meenemen.

Schimmeltemperatuur en omgevingsfactoren

• Matrijstemperatuur: De ingestelde matrijstemperatuur heeft veel invloed op de benodigde sluitkracht. Matrijzen op hoge temperatuur vereisen doorgaans meer sluitkracht om de uitzetting en krimp door temperatuurveranderingen en de druk van het gesmolten materiaal tegen te gaan. Matrijzen die bij lage temperaturen werken, vereisen bij het inspuiten minder sluitkracht.
• Omgevingsfactoren: Ook de temperatuur en luchtvochtigheid van de productieomgeving spelen een rol. Ze beïnvloeden de bedrijfsomstandigheden van de spuitgietmachine en de vereiste sluitkracht. Warmte en vocht in het werkstukmateriaal kunnen de stromingsweerstand veranderen en zo de benodigde sluitkracht verhogen. Bij een lage temperatuur en luchtvochtigheid kan minder sluitkracht volstaan.

Berekeningsmethode voor klemkracht

Er zijn dus een paar dingen die invloed kunnen hebben op hoeveel klemkracht je nodig hebt in een spuitgietmachine om goede onderdelen te maken. Hier is een stap-voor-stap handleiding om uit te zoeken hoeveel klemkracht je nodig hebt:

De basis begrijpen

Klemkracht: De klemkracht is hoe hard de machine in de mal knijpt om hem gesloten te houden tijdens het injecteren. Het is heel belangrijk om ervoor te zorgen dat de mal niet opengaat door de druk van het plastic dat erin gaat.

Bepaal de belangrijkste parameters

Verschillende factoren zijn van invloed op de berekening van de klemkracht, waaronder:Verschillende factoren zijn van invloed op de berekening van de klemkracht, waaronder:

Geprojecteerd gebied (A): Het deel van de matrijsholte waar het onderdeel gemaakt gaat worden.

Injectiedruk (Pi): De kracht die wordt gebruikt om de gesmolten kunststof in de matrijsholten te duwen en eventuele andere drukken die nodig zijn tijdens het proces.

Bereken de geprojecteerde oppervlakte (A)

Om het geprojecteerde oppervlak te berekenen, moet je de geometrie van het onderdeel kennen. Als het een eenvoudige rechthoek is, vermenigvuldig je gewoon de lengte met de breedte. Als het ingewikkelder is, moet je het misschien opsplitsen in eenvoudigere vormen en hun oppervlakten optellen.

Formule: Geprojecteerd oppervlak (A)=lengte×breedte

Injectiedruk (Pi) bepalen

De injectiedruk mag ook schommelen afhankelijk van het type materiaal en de precieze vereisten voor het spuitgietproces. De druk wordt vaak aangegeven door de leverancier van het materiaal of kan worden geschat aan de hand van de omstandigheden van de warmtebehandeling.

Klemkracht (Fc) berekenen

De vereiste sluitkracht om de matrijs tijdens injectie gesloten te houden, wordt als volgt berekend: Sluitkracht (Fc)=Geprojecteerd oppervlak (A)×Injectiedruk (Pi)

Rekenvoorbeeld

Uitgaande van de volgende parameters:

• Geprojecteerd oppervlak (A): 100 vierkante inch
• Injectiedruk (Pi): 5000 psi

Met de formule: Sluitkracht (Fc)=100 in2×5000 psi

Sluitkracht (Fc)=500,000 lbs

Dit betekent dat er 500.000 pond klemkracht nodig is om de matrijs gesloten te houden tijdens het injecteren.

Veiligheidsfactor

Het wordt aanbevolen om een veiligheidsfactor in de berekening op te nemen om rekening te houden met variaties in de verwerkingsomstandigheden en ervoor te zorgen dat de mal veilig gesloten blijft. Een van de meest fundamentele veiligheidsmaatregelen is 1,1 tot 1,5 maal de berekende kracht.

Laatste overwegingen

Materiaaleigenschappen: De klemkracht van de matrijs hangt af van het type materiaal dat wordt geïnjecteerd en de verschillende drukbereiken.

Vormontwerp: Het is belangrijk op te merken dat bij complexe mallen het aantal caviteiten een wijziging in de klemkrachtberekeningen kan vereisen.

Bij het bepalen van de klemkracht is het doel om het juiste getal te krijgen om goede onderdelen te maken zonder andere problemen zoals flash, wat veroorzaakt kan worden doordat de mal niet goed sluit. Om betere getallen te krijgen, kun je praten met machinefabrikanten of mensen die hier veel vanaf weten.

Suggesties voor het selecteren van de tonnage van spuitgietmachines

Bij spuitgietmachines hangt het benodigde tonnage van enkele factoren af. U moet rekening houden met de grootte van het onderdeel dat u maakt, het aantal dat u produceert en het soort materiaal dat u gebruikt. Dit zijn enkele aandachtspunten:

Tonnage kiezen op basis van productafmetingen: Voor kleine onderdelen gebruikt u waarschijnlijk een machine van 25 tot 80 ton. Voor middelgrote onderdelen is doorgaans een machine van 80 tot 180 ton nodig. Voor grote onderdelen hebt u een machine van 180 tot 500 ton nodig. Controleer echter altijd de afmetingen van uw onderdeel.

Tonnage kiezen op basis van productievolume: Veel bedrijven moeten in korte tijd veel onderdelen maken om efficiënt te werken en de arbeidskosten laag te houden. In dat geval is een machine met een hoge tonnage nodig.

Tonnage kiezen op basis van materiaal: Kunststoffen hebben verschillende structuren en dichtheden. Daardoor zijn voor verschillende materialen ook verschillende tonnagebereiken nodig. Vraag een verkoper of fabrikant welke tonnage voor elk materiaal geschikt is.

Praktische overwegingen in concrete toepassingen

Als je de tonnage van een spuitgietmachine kiest, moet je ook rekening houden met het volgende:

Houd een marge aan: Kies iets meer tonnage dan strikt nodig, zodat de machine ook bij productievariaties bruikbaar blijft. Schommelingen in het materiaal of de matrijstemperatuur kunnen bijvoorbeeld extra sluitkracht vereisen.

Matrijsontwerp en bewerkingsnauwkeurigheid: Het ontwerp en de bewerking van de matrijs beïnvloeden de sluitkracht. Bij gelijke nauwkeurigheid verdeelt een goed bewerkte persmatrijs de sluitkracht gelijkmatig, waardoor de machine minder tonnage nodig heeft.

Prestaties en stabiliteit van spuitgietmachines: Bedrijven en fabrikanten gebruiken uiteenlopende typen spuitgietmachines met verschillende prestaties en stabiliteit. Houd bij de tonnagekeuze rekening met de algemene prestaties en stabiliteit van de machine, zodat deze betrouwbaar en eenvoudig inzetbaar is.

Productieomgeving: De temperatuur en luchtvochtigheid tijdens het productieproces zijn beheersbare factoren die het gedrag van de spuitgietmachine en de sluitkracht beïnvloeden. Stel de bedrijfsparameters van de machine goed af en kies een tonnage die bij uw productie past.

Toekomstige trends

Spuitgieten is een van de meest gebruikte productietechnieken in de industrie. Naarmate de spuitgiettechnologie zich ontwikkelt, worden steeds meer spuitgietmachines slim en geautomatiseerd. De juiste machinetonnage zal vaker met reken- en simulatietechnologie worden bepaald. Milieubescherming en energiebesparing vormen een andere belangrijke ontwikkelingstrend. Energiezuinige spuitgietmachines met een hoog rendement worden bijvoorbeeld steeds populairder.

Conclusie

Bepalen hoe groot uw spuitgietmachine moet zijn, is niet eenvoudig. U moet onder meer rekening houden met de afmetingen en dikte van het onderdeel, de matrijsgrootte, het materiaal en de toegepaste inspuitdruk. Met een onderbouwde inschatting, gezond verstand, basisprincipes van productie en praktische ervaring kunt u het juiste type en formaat machine kiezen om de benodigde onderdelen correct te produceren. We hopen dat dit artikel u en uw bedrijf helpt betere onderdelen met uw spuitgietmachines te maken.

Ontvang concurrerende prijzen, DFM-feedback en een productieplanning van het engineeringteam van ZetarMold.

Vraag een gratis offerte aan → Bekijk onze complete gids over spuitgieten voor een uitgebreid overzicht.