DE102012214410A1

DE102012214410A1 - Verfahren zum Spritzgießen

Info

Publication number: DE102012214410A1
Application number: DE201210214410
Authority: DE
Inventors: Manoj Gangal; Mark Drewe
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-02-20

Abstract

Verfahren zum Spritzgießen mit einer Spritzgussform, die einen Formhohlraum für das herzustellende Teil enthält, umfassend die sich wiederholenden Schritte: – Aufheizen der Spritzgussform auf eine Temperatur in der Nähe der Schmelztemperatur des Spritzgussmaterials, – Starten des Einspritzvorgangs; – Warten; – Beenden des Einspritzvorgangs; – Entnahme des Formteils spätestens bei Erreichen der Entformungstemperatur; wobei die Formhohlraumoberfläche der Spritzgussform von Innen erwärmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen mit einer Spritzgussform, die einen Formhohlraum für das herzustellende Teil enthält, umfassend die sich wiederholenden Schritte: Aufheizen der Spritzgussform auf eine Temperatur in der Nähe der Schmelztemperatur des Spritzgussmaterials, Starten des Einspritzvorgangs, Warten, Beenden des Einspritzvorgangs und Entnahme des Formteils spätestens bei Erreichen der Entformungstemperatur.
Bei Spritzgießmaschinen wird das Spritzgussmaterial (Aluminium, Kunststoffe etc.) geschmolzen und anschließend unter hohem Druck in eine temperierte Form gespritzt. Nach einer Warte- oder Haltezeit, in der das Material abkühlt und erstarrt, wird die Form geöffnet und das geformte Teil ausgeworfen. Anschließend beginnt der Zyklus erneut mit dem Temperieren der Form.
In der sog. Einspritzphase wird also die Schmelze unter hohem in den formgebenden Hohlraum des temperierten Spritzgießwerkzeugs gedrückt. Ein reduzierter Druck wirkt als Nachdruck noch so lange auf die Schmelze, bis die Anbindung (Anguss) erstarrt (eingefroren) ist.
Dadurch wird die beim Abkühlen entstehende Volumenschwindung weitgehend ausgeglichen. Durch diese Maßnahme werden die Maßhaltigkeit und die gewünschte Oberflächenqualität erreicht. Danach beginnt (parallel) die Vorbereitung des Materials für den nächsten Spritzgussvorgang. Dabei kann das Formteil im Werkzeug noch abkühlen bis die Seele (flüssiger Kern) erstarrt ist. Das Werkzeug öffnet und wirft das fertige Formteil aus.
Um das Spritzgießwerkzeug bzw. die Spritzgussform zu temperieren, d.h. zunächst beim Einspritzen zu erwärmen (und anschließend zu kühlen), weisen die Spritzgusswerkzeuge bzw. Spritzgussformen Kanäle in den Wandungen auf, durch die Heiz- bzw. Kühlmedium geführt wird. Dabei können die Kanäle auch doppelt belegt werden, d.h. abwechselnd zu m Heizen oder Kühlen verwendet werden, wobei durch das erforderliche Spülen die Zykluszeiten verlängert werden. Alternativ sind gesonderte Heiz- und Kühlkanäle vorgesehen, wodurch schnelle Wechsel möglich sind.
Entsprechende Verfahren sind z.B. aus der DE 44 44 092 C2 , DE 195 33 045 A1 oder EP 1 506 080 B1 bekannt.
Allerdings ist das Spritzgießwerkzeug bzw. die Spritzgussform bei diesen Verfahren durch die Verwendung der (ggf. gesonderten) Heiz- und Kühlkanäle aufwendig ausgestaltet und die zu erwärmende bzw. abzukühlende Masse des Werkzeugs ist trotzdem relativ groß, wodurch die Zykluszeiten begrenzt werden und größere Mengen Energie benötigt werden. Zudem wird eine aufwendige Anlage zum Bereitstellen der Heiz- und Kühlmittel etc. benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spritzgussverfahren bereitzustellen, das besonders schnelle Zykluszeiten durch eine schnelle Aufheizung der Spritzgussform erreicht, da die zu erwärmende bzw. abzukühlende Masse kleiner ist, und dabei einfach durchzuführen ist.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Spritzgussverfahren gelöst.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass wenn die Formhohlraumoberfläche der Spritzgussform von Innen erwärmt wird, es möglich ist, die zu erwärmende bzw. abzukühlende Masse zu verringern, da nur noch die Oberfläche erwärmt bzw. abgekühlt wird. Daneben kann die Spritzgussform vereinfacht werden, da keine Heizkanäle nötig sind.
Vorzugsweise wird der Formhohlraum durch Einblasen eines erwärmten Fluids, insbesondere Gases, wie beispielsweise Stickstoff erwärmt. Dies hat den Vorteil, dass das Fluid schnell und hoch erhitzt werden kann.
Besonders sinnvoll ist es, wenn das Fluid gezielt auf die Formhohlraumoberfläche geblasen wird, so dass die Bereiche gezielt erhitzt werden, die stärker erwärmt werden müssen. So ist es möglich, ein Temperaturprofil auf der Formhohlraumoberfläche einzustellen, bei dem z.B. die Bereiche an den Nähten stärker erwärmt sind.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird das Fluid mittels einer der Formhohlraumoberfläche angepassten Armatur eingeblasen. Somit kann die Kontur des Formhohlraums bzw. dessen Oberfläche gezielt beaufschlagt werden. Die Armatur kann dabei an einem Roboter angeordnet werden, der es in den Hohlraum einführt. Die Armatur dient somit als Aufheizhilfe. Sie wird vor dem Schritt des Aufheizens der Spritzgussform eingebracht und vor dem Starten des Einspritzvorgangs entfernt.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn beim Einblasen des Fluids zwischen Armatur und Formhohlraumoberfläche ein Abstand kleiner 1 mm eingehalten wird. Dann wird auch wenig Fluid verbraucht, nämlich ca. die 6- bis 10-fache Menge des Teilevolumens.
Damit die Heizleistung des Fluids nicht in der Armatur verloren geht bzw. verringert wird, ist es bevorzugt, die Armatur vorzuheizen. Dies kann in der Pause vorgenommen werden, in der der eigentliche Einspritzvorgang stattfindet. Alternativ oder zusätzlich kann die Armatur an den Fluid führenden Teilen mit einer wenig wärmeleitenden Beschichtung (z.B. Keramik) versehen sein.
Erfindungsgemäß reicht es aus, wenn die Spritzgussform bzw. die Formhohlraumoberfläche lediglich bis in eine Tiefe von maximal 1 mm aufgeheizt wird. Somit wird Energie gespart und die Zykluszeit verringert. Zudem können so ggf. normale Stähle für die Spritzgussform verwendet werden, da die thermische Ausdehnung gering ist.
Beim Aufheizen kann die Spritzgussform leicht geöffnet sein, um deren Volumen zu erhöhen und somit die Durchflussrate des Fluid zu erhöhen.
Je nach Ausführung, kann auf eine aktive Kühlung der Spritzgussform während des Wartens bzw. Pressens verzichtet werden, da durch die gezielte Aufheizung der Formhohlraumoberfläche in nur geringer Tiefe, eine spontane Abkühlung durch die Masse der Spritzgussform ausreichend sein kann. Es ist natürlich möglich, nach wie vor Kühlkanäle in der Spritzgussform vorzusehen bzw. konventionell nach dem Einspritzvorgang zu Kühlen.
Erfindungsgemäß wird die Oberflächentemperatur durch die Einblasdauer und/oder Fluidtemperatur eingestellt, so dass aufwendige Sensoren in oder an der Spritzgussform unnötig sind.
Nach der Erfindung kann das Fluid wiederverwertet werden, wozu es nach dem Einblasen aufgefangen bzw. aufgesaugt wird.
Das Fluid hat zwei Möglichkeiten die Spritzgussform zu verlassen, einerseits durch Ventile und Schieber in der Spritzgussform selber oder durch einen Spalt zwischen den Teilen (mit aktiver Absaugung).
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Es zeigen:
1 ein Flussdiagramm des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Spritzgussverfahrens;
2A, B, C; D Schnittansichten einer Anordnung eines Spritzgusswerkzeugs und einer Heizarmatur gemäß der Erfindung in unterschiedlichen Verfahrensschritten nach 1.
In dem Flussdiagramm der 1 ist der beispielhafte Ablauf des erfindungsgemäßen Spritzgussverfahrens beim Spritzgießen eines PKW-Bauteils aus Kunststoff dargestellt.
Im ersten Schritt A öffnet sich die Spritzgussform 1 und das geformte PKW-Bauteil T wird an einer Hälfte 3 der Spritzgussform hängend aus dem Hohlraum H in der zweiten Hälfte 2 entfernt und schließlich ausgeworfen (vgl. 2A).
Im sich anschließenden Schritt B wird Armatur 4 in die Spritzgussform 1 eingebracht (2B) und an der feststehenden Formhohlraum-Oberfläche mit einem kleinen Spalt 7 bzw. Abstand von 0,5 mm fixiert (2C). Danach wird die Formhohlraum-Oberfläche von Innen durch Einblasen heißen Stickstoffs über entsprechende Kanäle 5 in der Armatur erwärmt. Das Einblasen findet Zeit kontrolliert statt, da hierüber die Oberflächentemperatur und die Tiefe der Erwärmung gesteuert werden (2C). Der Stickstoff entweicht über ein Ventil 6. Es versteht sich, dass während der Temperierung die Kühlung der Spritzgussform ausgestellt ist.
Sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist, wird die Armatur entfernt (2D) und die Spritzgussform geschlossen (Schritt C). Die Armatur wird in der Zwischenzeit warmgehalten.
Anschließend erfolgt das eigentliche Spritzgießen durch Einpressen vom Kunststoff in den Hohlraum der geschlossenen Form (Schritt D). Hierbei wird die Spritzgussform bereist aktiv gekühlt, wozu Kühlmittel durch Kanäle in der Spritzgussform hindurchgepumpt wird, die sich nahe der Formhohlraum-Oberfläche befinden.
Nach ausreichender Einspritzung, Nachdrücken, Wartezeit und Abkühlung öffnet sich die Spritzgussform (Schritt E). Anschließend wiederholt sich der Zyklus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4444092 C2 [0006]
DE 19533045 A1 [0006]
EP 1506080 B1 [0006]

Claims

Verfahren zum Spritzgießen mit einer Spritzgussform, die einen Formhohlraum für das herzustellende Teil enthält, umfassend die sich wiederholenden Schritte: – Aufheizen der Spritzgussform auf eine Temperatur in der Nähe der Schmelztemperatur des Spritzgussmaterials, – Starten des Einspritzvorgangs; – Warten; – Beenden des Einspritzvorgangs; – Entnahme des Formteils spätestens bei Erreichen der Entformungstemperatur; dadurch gekennzeichnet, dass die Formhohlraumoberfläche der Spritzgussform von Innen erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgussform durch Einblasen eines erwärmten Fluids, insbesondere Gases erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid gezielt auf die Formhohlraumoberfläche geblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid mittels einer der Formhohlraumoberfläche angepassten Armatur eingeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einblasen des Fluids ein Abstand kleiner 1 mm zwischen Armatur und Formhohlraumoberfläche eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Armatur vorgeheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgussform lediglich bis in eine Tiefe von maximal 1 mm aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine aktive Kühlung während des Wartens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur durch die Einblasdauer und/oder Fluidtemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid wiederverwertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgussform beim Erwärmen leicht geöffnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Armatur vor dem Schritt des Aufheizens der Spritzgussform eingebracht und vor dem Starten des Einspritzvorgangs entfernt wird.