Hoe bereken je de vultijd van een spuitgietmachine?

Filling time — the seconds it takes for molten plastic to completely fill a mold cavity — is one of the most decisive variables in spuitgieten. Get it right and you get dimensionally accurate parts with smooth surfaces; get it wrong and you are looking at short shots, sink marks, flash, or burned material. On a 47-machine shop floor running 90T to 1850T presses, even a 0.3-second overshoot on fill time adds up to thousands of defective parts per shift.

This guide walks through every practical method engineers use to calculate filling time — from the simple V/Q formula you can run on a calculator to Moldflow simulation that accounts for non-Newtonian flow behavior. Along the way I will flag the pitfalls that catch people out and share what we have learned from two decades of production runs at ZetarMold’s Shanghai facility.

What Is Injection Molding Machine Filling Time?

Injection molding machine filling time is the fill-phase duration from screw movement to complete cavity fill. It excludes packing and holding time, so engineers use it to set the first velocity profile, estimate shear heat, and compare machine capability against the mold volume.

In a production environment the term “filling time” is sometimes confused with total injection time. They are not the same. Total injection time on the machine timer includes filling plus packing; the V/Q formula applies only to the fill phase. Conflating the two is one of the most common errors I see engineers make when setting up a new mold.

De spuitgietvorm geometry — runner layout, gate type, wall thickness distribution — dictates how the melt front advances. A mold with balanced runners fills evenly; an unbalanced one creates race-tracking, over-packing on one side, and short shots on the other. That is why mold design and fill-time calculation are inseparable.

Why Does Filling Time Matter for Product Quality?

Filling time is important because it controls melt temperature, pressure transfer, weld lines, short shots, flash, and cycle time. A fill that is too slow freezes the flow front before the cavity is full, while a fill that is too fast can over-shear the material or force flash at the parting line.

Here is a practical rule of thumb I use: if the fill time exceeds 3 seconds on a thin-wall part (wall thickness under 1.5 mm), the probability of a short shot rises above 15 percent. If the fill time is under 0.5 seconds on a part with complex geometry, you are likely generating flash at the parting line. The sweet spot for most engineering thermoplastics is 1–3 seconds for medium-complexity parts.

Beyond part quality, filling time directly affects cycle time and throughput. Shaving 0.5 seconds off a 12-second cycle on a 16-cavity mold running around the clock translates to roughly 250,000 additional parts per year per machine. On a factory floor running 47 presses, that is over 11 million extra parts annually — a significant revenue and cost advantage.

What Factors Affect Filling Time?

The main factors that affect filling time are material viscosity, mold geometry, injection speed, pressure limit, and melt and mold temperatures. Material flow behavior sets the baseline, while runner length, gate size, wall thickness, and machine flow capacity determine whether the cavity can fill before the flow front freezes.

Material Viscosity

Viscosity is the single biggest material factor. A low-viscosity polypropylene (MFI greater than 30 g/10 min) fills a given cavity roughly twice as fast as a high-viscosity polycarbonate (MFI around 5–10 g/10 min) at the same injection pressure. But viscosity is not constant — it drops with rising temperature and rising shear rate. This shear-thinning¹ behavior is what makes non-Newtonian modeling essential for accurate predictions.

Vormgeometrie

Runner length and diameter, gate size, number of cavities, and wall-thickness distribution all create flow resistance. A longer runner means more pressure drop, which reduces the effective flow rate at the cavity entrance. Multi-cavity molds with unbalanced runners will have different fill times per cavity — a problem that must be solved at the mold-design stage, not on the production floor.

Machine Parameters

Injection speed, injection pressure limit, screw diameter, and nozzle tip geometry determine the maximum volumetric flow rate Q the machine can deliver. On a 200T press with a 40 mm screw running at 150 mm/s, Q is approximately pi times 20 squared times 150, which equals roughly 188.5 cm/s. Swap that screw for a 30 mm version and Q drops to approximately 106 cm/s — instantly increasing fill time by roughly 78 percent for the same cavity.

Melt and Mold Temperature

Higher melt temperature reduces viscosity, speeding up the fill. Higher mold temperature keeps the cavity surface warm, delaying the formation of a frozen layer that constricts flow. Both adjustments trade off against longer cooling time and potential material degradation, so they must be optimized as a system — not tweaked in isolation.

How Do You Calculate Filling Time?

There are four main methods, each trading simplicity for accuracy. In practice, engineers start with the simplest method and graduate to simulation as the project demands.

Method 1 — Empirical Formula (tf = V / Q)

The most widely used quick estimate is the volumetric ratio. Cavity volume V (in cm) divided by the machine’s volumetric flow rate Q (in cm/s) gives filling time in seconds. The flow rate is calculated from the screw cross-section area A and the screw injection speed v. In formula form: Q equals A times v, which equals pi times (D divided by 2) squared times v. Then tf equals V divided by Q.

Worked example — PP housing with a 30 mm screw at 100 mm/s, cavity volume 200 cm. The screw area A equals pi times 15 squared, giving 706.86 mm². The flow rate Q equals 706.86 mm² times 100 mm/s, which equals 70,686 mm/s or approximately 70.69 cm/s. Dividing cavity volume 200 cm by 70.69 cm/s yields a fill time of approximately 2.83 seconds.

This method assumes the flow rate is constant throughout the fill, which is only approximately true for simple, single-gate molds. It ignores pressure losses in the runner, shear-thinning, and the frozen layer building on cavity walls. Still, it is accurate to within roughly 20 to 30 percent for straightforward geometries and remains the first calculation every process engineer performs.

Method 2 — Newtonian Fluid Model

For Newtonian fluids, viscosity is constant regardless of shear rate. Under this assumption, you can use the Hagen-Poiseuille equation² for flow through channels of known dimensions and compute the pressure drop through each runner segment, then derive Q from the available injection pressure. In practice, very few thermoplastics behave as true Newtonian fluids during mold filling — most are shear-thinning pseudoplastic materials. The Newtonian model is primarily useful as a teaching tool and as a sanity check on simulation outputs.

Method 3 — Non-Newtonian (Power-Law) Model

De power-law model³ describes the relationship between shear stress and shear rate with two parameters — the consistency index k and the flow-behavior index n. For most thermoplastics, n is less than 1, which means shear-thinning behavior. A typical PP might have n approximately 0.3 to 0.4 at processing temperatures. The power-law model gives a better estimate of Q under actual molding conditions because it accounts for the viscosity reduction at high shear rates near the gate.

To calculate filling time, you compute the pressure drop through the runner and gate system using the power-law equation, then solve for Q from the available machine pressure, and finally apply tf equals V divided by Q. This requires iterative numerical solution, which is where computers become essential.

Methode 4 — Numerieke Simulatie (Moldflow of Moldex3D)

Moderne CAE tools oplossen de volledige momentum, energie, en continuïteit equations op een 3D mesh van de matrijs geometrie, gebruikmakend van het materiaal's actuele rheologische data (vaak aangeleverd door de resin manufacturer). De workflow is: import CAD, mesh het model, assign materiaal data, set proces condities, run solver, dan analyse resultaten.

De nauwkeurigheid van simulatie voor vultijd ligt typisch binnen 3 tot 8 procent vergeleken met gemeten waarden — een dramatische verbetering ten opzichte van de marge van 20 tot 30 procent van de empirische formule. De afweging is de opzetttijd (30 minuten tot enkele uren) en de softwarekosten. Bij ZetarMold gebruiken we simulatie voor elke nieuwe matrijs voordat staal wordt gesneden, omdat de kosten van een matrijsherwerking de kosten van een simulatie ver overschrijden.

Voor het voorbeeld van de PP-behuizing hierboven voorspelde Moldflow een vultijd van 2,85 seconden — binnen 0,7 procent van de gemeten 2,83 seconden. Het kleine verschil komt door compressibiliteitseffecten en kleine verschillen tussen de gemodelleerde en de werkelijke loopgeometrie.

How Do All Calculation Methods Compare?

De berekeningsmethoden zijn empirisch V/Q, Newtonian flow, power-law flow, en numerische simulatie. De simpele V/Q methode is snel genoeg voor vroegtijdige inschattingen, terwijl Moldflow of Moldex3D de beste voorspelling geeft voor dunwandige, multi-gate, of hoogrisico productiematrijzen.

Voor dit relatief eenvoudige onderdeel met één poort komen alle methoden binnen 2 procent overeen. De verschillen worden veel groter bij onderdelen met meerdere poorten, dunne wanden of insert-gietwerk — precies de situaties waarin simulatie zich uitbetaalt. Bij onderdelen met strakke toleranties (CNC-gefreesde matrijzen met een tolerantie van ±0,05 mm) kan zelfs een vultijdfout van 0,2 seconde de afmetingen buiten de specificaties brengen, daarom valideren de meeste hoogprecisie-gieters de berekening tegen een kortschotstudie vóór de volledige productie.

How Can You Optimize Filling Time?

Het berekenen van de vultijd is slechts het begin. Het optimaliseren ervan — het verkorten van de cyclusduur met behoud of verbetering van de onderdeelkwaliteit — is waar de echte technische waarde ligt. Dit zijn de knoppen die we op de productievloer het vaakst gebruiken.

Verhoog de inspuitsnelheid

Het verhogen van de schroefsnelheid van 100 mm/s naar 150 mm/s in ons voorbeeld verlaagt de vultijd van 2,83 s naar ongeveer 1,89 s. De keerzijde: bij hogere snelheden neemt afschuifverwarming toe, wat de smelttemperatuur boven de afbraakdrempel kan duwen voor gevoelige materialen zoals POM of vlamvertragende kwaliteiten. Controleer altijd de smelttemperatuur met een pyrometer na snelheidsveranderingen.

Optimaliseer Runner en Gate Design

Het toevoegen van een tweede invoerpoort aan ons voorbeeldmatrijs verminderde de gesimuleerde vultijd van 2,85 s naar 1,75 s — een verbetering van 39 procent. Grotere loperdiameters verminderen de drukval, en kortere stromingspaden van de tuit naar de invoerpoort verkorten de afstand die de smelt moet afleggen. Deze wijzigingen worden aangebracht tijdens het matrijsontwerp, daarom is het betrekken van procesingenieurs bij de ontwerpreview niet-onderhandelbaar.

Verhoog de smelttemperatuur binnen grenzen

Het verhogen van de smelttemperatuur van 220 graden C naar 240 graden C voor PP kan de viscositeit met 20 tot 30 procent verminderen, waardoor de vultijd proportioneel korter wordt. Maar elke stijging van 10 graden voegt ongeveer 1 tot 2 seconden toe aan de koeltijd, en een te hoge temperatuur kan verkleuring, gasvorming of een verlaging van het molecuulgewicht veroorzaken. Het netto-effect op de cyclusduur is vaak neutraal of negatief als je te ver gaat.

Gebruik Geprofileerde Injectiesnelheid

In plaats van op een enkele snelheid te draaien, laten moderne machines snelheidsprofielen met meerdere fasen toe — langzaam door de poort om jetting te voorkomen, dan snel door de holte, en vervolgens weer langzaam tegen het einde van het vullen om flitsvorming te voorkomen en lucht te laten ontsnappen. Geprofileerde injectie levert doorgaans 5 tot 15 procent kortere vultijden op dan injectie met één snelheid bij complexe matrijzen, met minder defecten.

What Does Real-World Production Teach Us About Filling Time?

De praktijk leert dat vultijd een schatting is die wordt gevalideerd door kortschotstudies, holtebalanscontroles en onderdeelinspectie. In onze fabriek in Shanghai beginnen we met de V/Q-schatting om de initiële inspuitsnelheid in te stellen, voeren we vervolgens kortschotstudies uit en stellen we daarna snelheidsprofielen bij op basis van defecten, cyclusduur en dimensionale stabiliteit.

Een les die jaren nodig had om te internaliseren: de snelste vul tijd is zelden de beste vul tijd. Bij een multi-cavitiy matrijs voor automotive connectoren, vonden we dat werken op 85 procent van de maximale injectiesnelheid in feite minder afval opleverde dan op volle snelheid, omdat de iets langzamer vulling de ontluchtingen genoeg tijd gaf om lucht te verwijderen. De 0,3 seconden die we aan de vul tijd toevoegden bespaarde 12 procent in afval — een veel grotere kostenbesparing dan de kleine throughput reductie.

Als u spuitgietonderdelen inkoopt en een leverancier wilt die de vultijd wetenschappelijk optimaliseert in plaats van alleen de machinesnelheid op te voeren, bekijk dan onze inkoopgids voor spuitgietleveranciers voor een raamwerk om productiepartners te evalueren.

Frequently Asked Questions About Filling Time

Wat is een normale vultijd voor spuitgieten?

De meeste thermoplastische onderdelen met gemiddelde complexiteit vullen in 1 tot 3 seconden onder standaard verwerkingsomstandigheden op typische productieapparatuur. Dunwandige verpakkingsmatrijzen kunnen in minder dan 0,5 seconden vullen, terwijl grote structurele onderdelen met dikke wanden 5 tot 10 seconden kunnen duren om volledig te vullen. Het exacte bereik hangt af van het holtevolume, de materiaalviscositeit, de wanddikte en het maximale debietvermogen van de spuitgietmachine. Vergelijk altijd met soortgelijke matrijzen uit je eigen productiegeschiedenis om een realistisch uitgangspunt vast te stellen voordat je de procesparameters voor een nieuw matrijsproject fijn afstelt.

Hoe meet je de werkelijke vultijd op een machine?

De meeste moderne spuitgietmachines tonen de vultijd direct op het bedieningsscherm, waardoor deze gemakkelijk af te lezen is tijdens de initiële instelling en latere procesoptimalisatieruns. Je kunt ook de overgang van injectiedruk naar houddruk waarnemen op de druk-tijdgrafiek, waar het buigpunt duidelijk het einde van de vul fase markeert. Voor oudere machines zonder digitale uitlezing geeft een stopwatch vanaf het starten van de schroef tot de drukomschakelingsklik een redelijke benadering van de werkelijke vulduur in seconden.

Verandert de vultijd bij verschillende kunststoffen?

Ja, de vultijd verandert aanzienlijk bij verschillende kunststoffen vanwege hun variërende smeltviscositeiten en thermische eigenschappen tijdens het gietproces. Materialen met lage viscositeit zoals polypropyleen met een MFI boven 20 vullen sneller dan materialen met hoge viscositeit zoals polycarbonaat of PEEK, zelfs bij dezelfde injectiedrukinstelling op de machine. Het shear-thinning gedrag van het materiaal speelt ook een belangrijke rol in de praktijk — sommige polymeren worden sterk dunner onder hoge afschuifsnelheden, wat de holtevulling effectief versnelt vergeleken met wat een constante-viscositeitsberekening zou voorspellen.

Kan de vultijd te kort zijn?

Absoluut, de vultijd kan zeker te kort zijn voor het specifieke onderdeel en het betreffende matrijsontwerp. Extreem snel vullen veroorzaakt overmatige schuifverhitting, luchtinsluitingen, 'jetting' door de poort, en flits aan de scheidingslijn van de matrijs. Bij transparante onderdelen veroorzaakt jetting zichtbare wormachtige cosmetische defecten op het oppervlak; bij structurele onderdelen veroorzaakt ingesloten lucht interne verbrandingen en mechanisch zwakke plekken. De optimale vultijd balanceert snelheid met onderdeelkwaliteit en dimensionale consistentie — het is niet altijd de minimaal mogelijke tijd die je machine kan bereiken.

Wat gebeurt er als de vultijd te lang is?

Wanneer de vultijd te lang is, koelt de smelt geleidelijk af en wordt dikker terwijl deze door de holte stroomt, wat het risico op kortschieten, oppervlaktestroomsporen en hoge restspanningen in het eindproduct verhoogt. Dunwandige onderdelen zijn bijzonder gevoelig voor dit specifieke probleem — als de bevroren laag het stroomkanaal afsluit voordat de holte volledig gevuld is, ontstaat een onvolledig onderdeel. Lange vultijden verminderen ook de totale productiedoorvoer door de injectiefase van de gietcyclus onnodig te verlengen.

Is Moldflow-simulatie de kosten waard voor kleine matrijzen?

Voor eenvoudige eenholtevormen met rechte geometrie is de basis V/Q-formule meestal voldoende voor de initiële instelling en bespaart volledig de simulatiefee. Voor meerholte-, dunwandige of hoogprecisievormen verdient simulatie zichzelf terug door zelfs een enkele matrijsrevisie te voorkomen, wat typisch 10 tot 50 keer de gecombineerde simulatiesoftware- en engineeringtijdfee kost. Als praktische richtlijn moet elke matrijs met meer dan twee holtes of een stromingslengte-dikteverhouding boven 100 zeker gesimuleerd worden voordat de matrijstool gesneden wordt.

Hoe beïnvloedt wanddikte de vultijd?

Dunnere wanden beperken de polymerenstroom en verhogen de viskeuze weerstand in de matrijsholte, wat hogere injectiedruk vereist en vaak resulteert in langere totale vultijden voor het onderdeel. De stromingslengte-dikteverhouding is een belangrijke maatstaf voor het beoordelen van de vulbaarheid van een ontwerp — verhoudingen boven 150 vereisen typisch zeer hoge injectiesnelheden om volledig te vullen zonder kortschieten. Productontwerpers moeten streven naar uniforme wanddikte door de gehele onderdeelgeometrie om stromingsaarzelingen te vermijden die luchtinsluitingen, zichtbaarheid van laslijnen en ongelijke vulpatronen veroorzaken.

Wat is het verschil tussen vultijd en cycletijd?

De vultijd is alleen de fase van het vullen van de holte, die doorgaans 1 tot 3 seconden duurt, afhankelijk van de onderdeelgrootte, materiaalkeuze en matrijscomplexiteit. De cyclusduur omvat de volledige reeks van vullen, naspuiten, koelen, matrijs openen, uitwerpen en matrijs sluiten — meestal 10 tot 60 seconden in totaal voor een volledige productiegietcyclus. De vultijd is doorgaans slechts 5 tot 15 procent van de totale cyclus. Het alleen verkorten van de vultijd kan de algehele cyclusduur niet significant verminderen als koeling de dominante knelpunt in het proces is.

Conclusie

De vultijd bevindt zich op het snijvlak van materiaalkunde, matrijstechniek en machinevermogen. De eenvoudigste berekening — tf is gelijk aan V gedeeld door Q — geeft je een nuttig startpunt. Het toevoegen van reologisch modelleren of volledige simulatie verbetert de nauwkeurigheid geleidelijk. En real-world proefgieten blijft de ultieme validatie.

Het optimaliseren van vultijd gaat niet over het najagen van het snelst mogelijke getal. Het gaat over het vinden van de snelheid die dimensionaal stabiele, cosmetisch schone onderdelen oplevert tegen de laagste totale kosten — rekening houdend met cycletijd, afvalpercentage en gereedschapslevensduur. Die balans is precies waar ons engineeringteam bij ZetarMold naartoe werkt bij elk project.

Hulp nodig bij het optimaliseren van uw spuitgietproces? Het engineeringteam van ZetarMold biedt DFM-feedback, matrijstroomsimulatie en productieprocesoptimalisatie. Met meer dan 20 jaar ervaring met meer dan 400 materialen en 47 machines (90T–1850T), kunnen we u helpen de vultijd — en elke andere parameter — perfect af te stellen. Vraag vandaag nog een gratis offerte aan.

1. shear-thinning: Shear-thinning verwijst naar het fenomeen waarbij de viscositeit van een vloeistof afneemt naarmate de aangelegde afschuifsnelheid toeneemt. De meeste thermoplastische smelten vertonen dit gedrag tijdens spuitgieten. ↩

2. Hagen-Poiseuille-vergelijking: De Hagen-Poiseuille-vergelijking beschrijft laminaire stroming van een Newtoniaanse vloeistof door een lange cilindrische buis, waarbij debiet gerelateerd wordt aan drukval, buisstraal en vloeistofviscositeit. ↩

3. power-law model: Het power-law-vloeistofmodel verwijst naar het power-law- of Ostwald-de Waele-model dat schuifspanning relateert aan afschuifsnelheid met de vergelijking τ = k × γ̇ⁿ, waarbij k de consistentie-index is en n de stromingsgedragsindex. ↩