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Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren,
vorzugsweise für
die Herstellung eines Kunstharzerzeugnisses, etwa von Kunststofflinsen,
die eine hohe Form- und Maßgenauigkeit,
eine hohe Gleichmäßigkeit
hinsichtlich ihrer Qualität
oder Güte und
keine innere Deformation aufweisen.
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Bisher wurde als herkömmliche
Metallspritzgießform
zum Formen eines durchsichtigen Formlings einer vergleichsweise
großen
Dicke, aber ohne innere Deformation und ohne Schrumpf-Markierung aufgrund
des Spritzgießens,
u.a. die in der
JP 57-095431 A offenbarte
Metallspritzgießform
eingesetzt. In der Metallspritzgießform werden ein Hochtemperatur-
und ein Niedertemperatur-Heizmedium für das Strömen in einen Strömungsdurchgang
der Metallform selektiv gewechselt, wobei die Strömungsmenge
mittels eines Strömungsmengen-Regelventils
so geregelt werden kann, dass die Temperatur der Form in Übereinstimmung
mit einem Vorgabeprogramm geändert
werden kann.
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Ferner offenbaren die
JP 62-011619 A ,
JP 03-039224 und
JP 03-132323 A Spritzgießverfahren zur
Herstellung einer hochpräzisen
Kunststofflinse, die keine innere Deformation aufweist und die in
der optischen Leistung hervorragend ist.
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Bei einem solchen Verfahren wird
eine Metallspritzgießform
auf eine Temperatur über
einem Glasübergangspunkt
bzw. einer Einfriertemperatur eines Harzes erwärmt; in einen Formhohlraum
der erwärmten
Metallspritzgießform
wird ein geschmolzenes Harz eingefüllt bzw. eingespritzt, worauf
ein Haltedruck von 39,23 – 117,68 MPa
(400 – 1200 kgf/cm2) für
0,1 – 20
s angelegt, danach der Gießtrichter
mechanisch verschlossen und die Form allmählich abgekühlt werden.
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Bei einem anderen Verfahren werden
die den Formhohlraum bildende Fläche
einer Metallspritzgießform
auf eine Temperatur, bei der ein Harz zu fließen vermag, erwärmt, der
Formhohlraum mit der Harzschmelze gefüllt und sodann die Form abgekühlt.
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Als Herstellungsverfahren für Spritzgießerzeugnisse,
deren Festigkeit nicht durch eine Schweißmarkierung herabgesetzt ist,
ist darüber
hinaus aus der
JP 04-025425 ein
Verfahren. bekannt, bei dem eine Metalloberflächentemperatur einer Metallspritzgießform an
einer Stelle, an der eine Schweißmarkierung entsteht, innerhalb
eines Bereichs von einer Wärmedeformationstemperatur
bis zu einer Fließ-Endternperatur eingestellt
wird, wobei ein nichtkristallisiertes Harz in einen Formhohlraum der
Metallspritzgießform
eingespritzt wird.
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Auch bei Verwendung der Metallspritzgießform nach
der
JP 57-095431 A ergaben
sich die folgenden Probleme: Es ist dabei nicht einfach, das Vorgabeprogramm
für die
Metallformtemperatur, bei der das angestrebte Ziel mit jeder Harzart
erreicht werden kann, durch Versuche zu bestimmen. Auch wenn die
Metallformtemperatur nach dem gleichen Programm geregelt wird, sich
dabei aber die Harzschmelztemperatur oder der Massedruck im Zylinder (Zylinderdruck)
in der Spritzgießmaschine ändert, wird
dieses Ziel nicht notwendigerweise erreicht, so dass sich Schrumpfmarkierungen,
Verzug oder innere Deformation bei einem Spritzling ergeben oder
unerwünschte
Vorsprünge
bzw. Spritzgrate so groß werden,
dass ein Spritzerzeugnis oder Spritzling erhalten wird, das bzw.
der einer zusätzlichen End-Nachbearbeitung
bedarf.
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Das Verfahren gemäß
JP 03-039224 A und
JP 03-132323 A entspricht
ferner praktisch dem Verfahren gemäß
JP 57-095431 , bei dem die Metallspritzgießform im
Voraus auf eine Temperatur erwärmt
wird, bei der das Harz zu fließen
vermag. Je nach der Harzschmelztemperatur oder dem Zylinder-Druck
in der Spritzgießmaschine
können
daher bei diesem Verfahren die folgenden Probleme auftreten: Ein
Spritzling kann Schrumpfmarkierungen, Verzug oder innere Deformation
zeigen, oder die unerwünschten
Ansätze
bzw. Spritzgrate können
so groß werden,
daß am
Spritzling eine zusätzliche End-Nachbearbeitung
nötig wird.
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Weiterhin wird beim Verfahren nach
JP 04-025425 eine
Metallspritzgießform
verwendet, deren Formhohlraumoberflächentemperatur in einem spezifischen
Bereich auf einen Wert erhöht
wird, bei welchem ein Harz erweicht. Dabei ergeben sich ähnliche
Probleme wie bei dem Verfahren gemäß
JP 03-039224 A und
JP 03-132323 A .
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Beim Verfahren nach
JP 62-011619 A wird ein
Gießtrichter
beim Einfüllen
von Harzschmelze in den Formhohlraum verschlossen und ein Haltedruck angelegt.
Wenn der Haltedruck dabei nicht hoch genug ist, kann eine Schrumpfmarkierung
auftreten. Für
das Anlegen des hohen Haltedrucks muss die Metallspritzgießform höhere Fertigungspräzision und größere Festigkeit
aufweisen, so dass sie große
Abmessungen erhält
oder teuer wird..
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Schließlich beschreibt noch die
DE 4140392 C2 ein
Verfahren zur Regelung eines Spritzgießprozesses, insbesondere für thermoplastische
Kunststoffe, bei dem der Form-Innendruck im Spritzgießwerkzeug
erfasst wird und eine Umschaltung von einer Einspritzphase in eine
Nachdruckphase erfolgt, wobei das steile Ansteigen des Formhohlrauminnendrucks
bei vollständiger
Füllung
erfasst und als Umschaltkriterium herangezogen wird. Der Druckanstieg wird
durch taktweise Abtastung des Druckverlaufs und Differenzierung
nach der Zeit überwacht
und bei Erreichen eines Schwellenwertes erfolgt die Umschaltung
auf die Nachdruckphase.
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Die Erfindung wurde nun mit dem Ziel
der Überwindung
der geschilderten Probleme bei den herkömmlichen Verfahren entwickelt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung
eines Spritzgießverfahrens,
mit dem zuverlässig
ein Harzerzeugnis, z.B. ein Bauteil einer optischen Vorrichtung,
mit hoher Form- und
Maßgenauigkeit,
hoher Gleichmäßigkeit
seiner inneren Güte
und ohne innere Deformation herstellbar ist, auch wenn eine Umstellung
zwischen Harzarten vorgenommen wird.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch
1 genannten Maßnahmen
gelöst.
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Da beim erfindungsgemäßen Spritzgießverfahren
das Einspritzen des Harzes in den Formhohlraum in der Weise erfolgt,
dass das Verhältnis
des Formhohlrauminnendrucks einer Metallspritzgießform beim
Einspritzen eines Harzes in den Formhohlraum zu einem Massedruck
im Zylinder (Zylinderdruck) einer Spritzgießvorrichtung größer ist
als 0,65, und danach der erste Druckhaltevorgang durchgeführt wird,
können
das Entstehen einer Schweißmarkierung
verhindert werden und die Gleichmäßigkeit der inneren Güte des Erzeugnisses
verbessert sein. Da anschließend
der Zylinderdruck so geregelt wird, dass der Innendruck im Formhohlraum
um das 0,95-fache oder mehr größer ist
als der Druck (Fülldruck),
wenn der Formhohlraum mit dem Harz gefüllt worden ist, und das Verhältnis von
Formhohlrauminnendruck zu Zylinderdruck größer ist als 0,5, und der zweite
Druckhaltevorgang zum Halten des geregelten Zylinderdrucks zumindest
so lange durchgeführt wird,
bis die Formhohlraumtemperatur niedriger wird als die Einfriertemperatur
des Harzes, können
die Entstehung einer Schrumpfmarkierung, eines Verzugs oder einer
inneren Deformation vermieden und die Form- und Maßgenauigkeit
erhöht
werden. Als Ergebnis kann ein optisches Bauteil, z.B. eine Kunststofflinse,
mit hervorragender optischer Leistung hergestellt werden. Auch bei
einer Umstellung von einer Harzart auf eine andere kann ferner ein
Spritzgießerzeugnis
mit den oben angegebenen vorteilhaften Eigenschaften hergestellt
werden.
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Das Einfüllen bzw. Einspritzen des Harzes
in den Formhohlraum in der Weise, dass das Verhältnis des Formhohlrauminnendrucks
bei mit Harz gefülltem
Formhohlraum zum Zylinderdruck für
die Gewährleistung
eines Harzfülldrucks
größer ist
als 0,65, kann – nebenbei
bemerkt – einfach
derart erfolgen, dass die Formhohlraumoberfläche der Metallform mittels
einer innerhalb oder außerhalb
der Metallform vorgesehenen Wärmequelle
auf eine zweckmäßige Temperatur
innerhalb eines Bereichs erwärmt
wird, der über
der Einfriertemperatur des Harzes und unterhalb der Harzschmelzetemperatur
im Zylinder der Spritzgießvorrichtung
liegt; danach wird das Harz mit einer zweckmäßigen Kolbengeschwindigkeit
vom Zylinder zum Formhohlraum überführt. Der
erste Druckhaltevorgang kann auch einfach dadurch durchgeführt werden,
dass der Kolben praktisch angehalten wird. Ferner kann der zweite
Druckhaltevorgang in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass der
Kolben entsprechend dem am Öldruckmesser
der Hydrauliköl-Druckpumpe
zum Beaufschlagen des Zylinder-Kolbens angezeigten Zylinderdruck
und dem mittels des als Teil der Formhohlraumoberfläche vorgesehenen
Drucksensors gemessenen Innendruck im Formhohlraum allmählich oder
fortlaufend verschoben wird, worauf der Kolben angehalten wird,
wenn die mittels eines Temperatursensors, der ebenfalls als Teil
der Formhohlraumoberfläche
vorgesehen ist, gemessene Formhohlraumoberflächentemperatur niedriger wird
als die Einfriertemperatur des Harzes.
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Im folgenden ist ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer beispielhaften Vorrichtung
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Spritzgießverfahrens,
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2 Zeitsteuer-
oder -folgediagramme für einen
Zylinderdruck einer Spritzgießvorrichtung
beim Spritz-Gießen,
einen Formhohlrauminnendruck einer Metallspritzgießform und
eine Formhohlraumoberflächentemperatur
und
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3 eine
graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Spritzgießparameter
und einer Spritzerzeugnisqualität.
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Die in 1 dargestellte
Spritzgießvorrichtung
weist eine Spritzgieß-Metallform 10 auf,
in welcher ein kastenförmiger
Formhohlraum durch einen feststehenden Metall-Formteil und einen verschiebbaren Metall-Formteil
festgelegt ist. In den verschiebbaren Formteil greifen Positionierstifte 12a am
feststehenden Formteil ein. In den Formteilen sind Heizeinrichtungen
oder Heizflüssigkeits-Strömungsdurchgänge 14 und 15 als
Wärmequelle
zum Beheizen der beiden Formteile vorgesehen. Ein Drucksensor 16,
z.B. eines Kristalltyps, dient zum Messen einer Harztemperatur im
Formhohlraum 13. Ein Temperatursensor 17, z.B.
von einem Thermoelementtyp, dient zum Messen einer Temperatur einer
angrenzenden Formhohlraumoberfläche
oder einer Harzoberflächentemperatur
im Formhohlraum 13.
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Ein Zylinder 20 der Spritzgießvorrichtung weist
eine Düse 20a auf,
die in einen Einlass eines Trichters 13a eines Harzdurchgangs
zum Formhohlraum 13 im festen Formteil eingreift, und ist
mit einer Harzzuführöffnung 20b versehen.
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Ein Kolben 21 weist eine
Harzförderschnecke 21a auf.
Eine Hydrauliköl-Druckvorrichtung 22 dient
zum Vorwärts-
oder Rückwärts-Verschieben des
Kolbens 21. Für
die Anzeige eines Massedrucks im Zylinder (Zylinderdruck) der Spritzgießmaschine ist
ein Druckmesser bzw. Manometer 23 vorgesehen. Weiter vorgesehen
sind Temperatursensoren 24, 25, 26 und 27,
z.B. eines Thermoelementtyps, zum Messen einer Harztemperatur im
Inneren der Düse
sowie an einer Austrittsseite, einem mittleren Punkt und einer Innenseite
des Zylinders 20.
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Über
die Harzzuführöffnung 20b wird
Harzschmelze in den Zylinder 20 eingespeist. Die Harzförderschnecke 21a wird
durch eine nicht dargestellte Drehantriebseinrichtung, die über eine
verschiebbare Keilfeder mit einem Zahnrad in Eingriff steht, in
der durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Drehung versetzt.
Die Harzförderschnecke 21a fördert dabei die
Harzschmelze nach links (vgl. 1),
so dass der Kolben 21 die Harzschmelze in den Zylinder 20 einfüllt bzw. "einschießt". Dabei wird der
Kolben 21, der zusammen mit der Harzförderschnecke 21a in
der Pfeilrichtung in Drehung versetzt ist, durch die Gegenwirkkraft
der nach links geförderten
Harzschmelze nach rechts verschoben, wobei er eine vor-bestimmte,
in der Zeichnung dargestellte Stellung einnimmt. Infolgedessen wird
die Harzschmelze bis zur vorbestimmten Position entsprechend einem
vorbestimmten Volumen des Zylinders 20 eingefüllt.
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Vorzugsweise wird eine Zylinderwand
des Zylinders 20 mittels einer nicht dargestellten Heizeinrichtung
erwärmt,
deren erzeugte Wärmemenge nach
Maßgabe
der Messinformation von den Temperatursensoren 24 bis 27 geregelt
werden kann, so dass damit auch die Temperatur der eingefüllten oder "eingeschossenen" Harzschmelze geregelt
werden kann. Dabei ist es möglich, über die
Harzzuführöffnung 20b ein
in festem Zustand vorliegendes Harz zuzuführen und dieses im Zylinder 20 aufzuschmelzen.
Die Zuspeisung von aufgeschmolzenem Harz bzw. Harzschmelze wird
jedoch bevorzugt, weil dadurch eine Zeitspanne vom Einfüllen des
Harzes in den Zylinder 20 bis zum Beginn des Spritzgießens durch
Linksverschiebung des Kolbens 21 mittels der Hydrauliköl-Druckvorrichtung 22 verkürzt sein
kann.
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Nach dem Einfüllen der Harzschmelze der vorbestimmten
Temperatur in den Zylinder 20 beginnt die Spritzgießvorrichtung
den Spritzgießvorgang
durch Verschieben des Kolbens 21 nach links mittels der
Hydrauliköl-Druckvorrichtung 22.
Nachdem der Formhohlraum 13 mit dem eingespritzten Harz
gefüllt
worden ist, kann dann, wenn ein Verhältnis eines Formhohlrauminnendrucks
oder eines Fülldrucks
im Formhohlraum 13, durch den Drucksensor 16 gemessen
bzw. erfasst, zu einem am Manometer 23 angezeigten Zylinderdruck
nicht größer ist
als 0,65, eine Schweißlinie
bzw. Schweißmarkierung oder
ein innerer Verzug auftreten. Außerdem kann es dabei schwierig
sein, eine Schrumpfmarke bzw. -markierung an einem Formling zu vermeiden.
Infolgedessen ist es nötig,
dass das Druckverhältnis
nicht kleiner ist als 0,65. Diese Druckverhältnis-Bedingung kann auf die
im folgenden beschriebene Weise sichergestellt werden.
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Wenn nämlich die Temperatur der Metallspritzgießform 10 bei
Einleitung des Spritzgießens niedrig
ist, kühlt
die in die Metallform eingespritzte Harzschmelze schnell ab, so
dass sich ihre Viskosität erhöht. Infolgedessen
treten in dem in den Formhohlraum 13 eingefüllten Harz
eine Schweißmarkierung und
ein innerer Verzug auf. Weiterhin wird ein durch den Drucksensor 16 erfasster
Harzfülldruck
im Formhohlraum 13 niedrig, während andererseits ein am Manometer 23 angezeigter
Zylinderdruck hoch wird, wobei als Folge davon das Verhältnis von
Harzfülldruck
zu Zylinderdruck kleiner wird als 0,65. Wenn die Metallform 10 mittels
der integrierten Wärmequellen 14 und 15 im
Voraus erwärmt
oder beheizt wird, um die durch den Temperatursensor 17 erfasste Formhohlraumoberflächentemperatur über einen Glasübergangspunkt
bzw. eine Einfriertemperatur des Harzes zu erhöhen, und sodann das Spritzgießen mittels
der beheizten Metallform eingeleitet wird, kühlt die in den Formhohlraum 13 eingefüllte oder eingespritzte
Harzschmelze nicht so schnell ab. Infolgedessen treten die oben
angegebenen Defekte (Schweißmarkierung
und innerer Verzug bzw. innere Deformation) nicht auf, wobei ein
Verhältnis
des mittels des Drucksensors 16 erfassten Formhohlrauminnendrucks
bei Abschluss des Füllvorgangs
im Formhohlraum 13 zum Zylinderdruck auf nicht weniger
als 0,65 gehalten wird. Wenn das Druckverhältnis höher wird als 0,8, können andererseits
unerwünschte
Vorsprünge
bzw. Grate des eingespritzten Harzes auftreten. Um dies zu verhindern,
muss die Metallform 10 mit hoher Genauigkeit gefertigt
sein, oder es ist bei der Endbearbeitung des Erzeugnisses ein zusätzlicher
Arbeitsgang zum Entfernen des unerwünschten Vorsprungs bzw. Grats
nötig.
Das Druckverhältnis
wird demzufolge vorzugsweise auf nicht mehr als 0,8 eingestellt.
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Nach dem Einfüllen der Harzschmelze in den Formhohlraum 13 wird
während
einer kurzen Zeitspanne ein erster Druckhaltevorgang durchgeführt, in
welchem der Zylinderdruck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Einfüllvorgangs
auf gleicher Höhe
gehalten wird. Dadurch können
die oben genannten Defekte am Spritzling vermieden werden. Wird
der erste Druckhaltevorgang nicht durchgeführt, so kann leicht die Schrumpfmarkierung
entstehen. Als Folge einer Gegenmaßnahme zur Vermeidung der Schrumpfmarkierung
kann der unerwünschte
Vorsprung bzw. Grat noch größer werden.
Als Gegenmaßnahme
zur Vermeidung des unerwünschten
Vorsprungs bzw. Grats muss die Metallform mit höherer Genauigkeit gefertigt
sein und eine größere Festigkeit
aufweisen, was zu einer beträchtlichen
Kostenerhöhung
für die Metallform
führt.
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Nach dem ersten Druckhaltevorgang
wird der Zylinderdruck erhöht,
so dass der durch den Drucksensor 16 erfasste Formhohlrauminnendruck um
das 0,95-fache oder mehr höher
ist als der Formhohlrauminnendruck zum Zeitpunkt des Abschlusses des
Formhohlraum-Füllvorgangs,
wobei das Verhältnis
des Formhohlrauminnendrucks zum Zylinderdruck auf nicht weniger
als 0,5 eingestellt ist oder wird. Der zweite Druckhaltevorgang
zum Aufrechterhalten des Zylinderdrucks auf gleicher Größe wird
zumindest so lange durchgeführt,
bis die durch den Temperatursensor 17 erfasste Formhohlraumoberflächentemperatur
unterhalb der Einfriertemperatur des Harzes liegt. Mit diesem Verfahren
kann ein kastenförmiges
Erzeugnis ohne Schrumpfmarkierung und ohne Verzug erhalten werden.
Wenn andererseits der mittels des Drucksensors 16 erfasste
Formhohlrauminnendruck bei Erhöhung
des Zylinderdrucks auf einen Druck beim zweiten Druckhaltevorgang kleiner
ist als ein Wert, der um das 0,95-fache größer ist als der Formhohlrauminnendruck
zum Zeitpunkt des Abschlusses des Füllvorgangs am Formhohlraum 13,
oder wenn das Verhältnis
des mittels des Drucksensors 16 erfassten Formhohlrauminnendrucks
zum Zylinderdruck kleiner ist als 0,5, können die obigen Defekte leicht
auftreten. Wenn weiterhin der zweite Druckhaltevorgang abgeschlossen
ist oder wird, bevor die Formhohlraumoberflächentemperatur unter die Einfriertemperatur
absinkt, können ähnliche
Probleme auftreten.
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Wenn der mittels des Drucksensors 16 erfasste
Formhohlrauminnendruck bei Erhöhung
des Zylinderdrucks auf den Druckwert des zweiten Druckhaltevorgangs
größer ist
als ein Druck, der um das 1,2-fache größer ist als der Formhohlrauminnendruck
zum Zeitpunkt des Abschlusses des Füllvorgangs am Formhohlraum 13,
oder wenn das Verhältnis
des mittels des Drucksensors 16 erfassten Formhohlrauminnendrucks
zum Zylinderdruck größer ist als
0,6, kann der unerwünschte
Vorsprung bzw. Grat noch größer werden,
so dass für
die Endbearbeitung des Erzeugnisses ein zusätzlicher Arbeitsgang nötig ist.
Infolgedessen wird bevorzugt der mittels des Drucksensors 16 erfasste
Formhohlrauminnendruck im Laufe des zweiten Druckhaltevorgangs unter
einem Wert gehalten, der um das 1,2-fache größer ist als der Formhohlrauminnendruck
zum Zeitpunkt des Formhohlraum-Füllvorgangs;
weiterhin wird vorzugsweise das Verhältnis des mittels des Drucksensors 16 erfassten
Formhohlrauminnendrucks zum Zylinderdruck unter 0,6 gehalten.
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2 ist
eine graphische Darstellung für
den Fall des Spritzgießens
mit Polystyrol, dessen Glasübergangspunkt
bzw. Einfriertemperatur 103°C
beträgt.
Im Druckdiagramm repräsentieren
ein in ausgezogener Linie angegebener Zylinderdruck und ein in strichpunktierter
Linie dargestellter Formhohlrauminnendruck ein Beispiel gemäß der Erfindung,
in welchem die Metallform 10 im Voraus auf 170°C erwärmt wurde. Andererseits repräsentiert
ein in doppelt strichpunktierter Linie dargestellter Formhohlrauminnendruck
ein Vergleichsbeispiel, bei dem die Metallform 10 im Voraus auf
40°C erwärmt wurde.
Für das
Vergleichsbeispiel ist dabei kein Zylinderdruck angegeben, weil
sich dieser ähnlich
dem Änderungsmuster
des durch die ausgezogene Linie angegebenen Zylinderdrucks bis (zum
Zeitpunkt) t2 ändert,
zu dem der erste Druckhaltevorgang beendet ist. Im Temperaturdiagramm
repräsentiert
die in ausgezogener Linie angegebene Formhohlraumoberflächentemperatur
das erfindungsgemäße Beispiel,
während die
in doppelt strichpunktierter Linie angegebene Formhohlraumoberflächentemperatur
für das
Vergleichsbeispiel steht.
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Aus 2 geht
folgendes hervor: Wenn das aufgeschmolzene Polystyrol einer Temperatur
von 210°C
aus dem Zylinder in die Metallform eingespritzt wird, deren Temperatur
mit 40°C
unter der Einfriertemperatur von 103°C von Polystyrol liegt, ist
das Verhältnis
des Einfülldrucks
des Harzes nach Abschluss des Einfüll- oder Einspritzvorgangs
zum Zylinderdruck niedriger als 0,44 und damit wesentlich niedriger
als 0,65. Auch wenn dabei nach Abschluss des Einfüllvorgangs
10s lang ein Druckhaltevorgang durchgeführt wird, in welchem der Zylinderdruck
aufrechterhalten wird, kann während
dieses kurzen Druckhaltevorgangs kein Formhohlrauminnendruck zur
Beseitigung oder Vermeidung einer Schrumpfmarkierung erhalten werden.
Außerdem
erhöht
sich nach erfolgtem Einfüllvorgang
die Formhohlraumoberflächentemperatur
auf die Temperatur der Harzschmelze, um danach auch im Druckhaltevorgang schnell
abzufallen. Infolgedessen entstehen an den Formlingen eine Schrumpfmarkierung
und ein Verzug als äußere oder
externe Defekte bezüglich
der Außenform
sowie eine Schweißmarkierung
und ein innerer oder interner Verzug als innere Defekte.
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Wenn dagegen die Metallform im Voraus
auf eine Temperatur von 170°,
die ausreichend über
der Einfriertemperatur von 103°C
von Polystyrol liegt, erwärmt
und das aufgeschmolzene Polystyrol einer Temperatur von 210°C aus dem
Zylinder in die erwärmte
oder beheizte Metallform eingespritzt wird, ist das Verhältnis des
Harz-Fülldrucks
nach Abschluss des Füllvorgangs
zum Zylinderdruck mit über
0,74 höher
als das Verhältnis
von 0,65. Infolgedessen entsteht keine Schweißmarkierung. Wenn ferner ein
10s langer erster Druckhaltevorgang zum Aufrechterhalten des Zylinderdrucks
ab dem Abschluss des Füllvorgangs
durchgeführt
wird, kann der Formhohlrauminnendruck zum Zeitpunkt des Abschlusses
des Füllvorgangs
erhalten bleiben bzw. aufrechterhalten werden, so dass sich die
Formraumoberflächentemperatur,
die nach erfolgtem Füllvorgang
auf die Temperatur der Harzschmelze angestiegen ist, kaum verringert.
Infolgedessen kann die Entstehung der Schrumpfmarkierung vermieden
werden. Ferner wird der zweite Druckhaltevorgang in der Weise durchgeführt, dass
der Formhohlrauminnendruck um das 0,95-fache oder mehr, um die Schrumpfmarkierung sicher
zu vermeiden, größer bzw.
vorzugsweise um das 1,2-fache kleiner eingestellt wird, um den unerwünschten
Vorsprung bzw. Grat zu vermeiden, und zwar bezogen auf den Druck
bei Abschluss des Füllvorgangs.
Während
des zweiten Druckhaltevorgangs ist der Formhohlrauminnendruck um
das 0,5-fache größer als
der Zylinderdruck, und der erhöhte
Zylinderdruck wird aufrechterhalten, bis die Formhohlraumoberflächentemperatur
unter 103°C
entsprechend der Einfriertemperatur von Polystyrol abfällt. Infolgedessen
wird der unerwünschte
Vorsprung bzw. Grat sehr klein, so dass kein zusätzlicher Endbearbeitungsgang
nötig ist
und ein Erzeugnis erhalten werden kann, das frei ist von den inneren
Defekten der Schweißmarkierung
und der inneren Deformation sowie den Formdefekten der Schrumpfmarkierung
und des Verzugs.
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3 veranschaulicht
das Ergebnis eines Spritztests, in welchem mittels der Spritzgießvorrichtung
gemäß 1 ein Kasten aus Polystyrol
einer Einfriertemperatur von 103°C
hergestellt wurde. Der Kasten besitzt eine Länge von 40 mm, eine Breite von
100 mm und eine Höhe
von 30 mm; die Bodenplatte und die Seitenwände des Kastens besitzen jeweils
eine Dicke von 3 mm. Beim Spritzgießen betrug die Temperatur der
Harz-Schmelze im Zylinder 210°C;
unabhängig
vom Fülldruck
im Formhohlraum wurde der Zylinderdruck während des ersten Druckhalte-Vorgangs
nach Abschluss des Formhohlraum-Füllvorgangs
auf 29,42 MPa (300 kgf/cm2) gehalten, während der
Zylinderdruck 10s lang aufrechterhalten wurde. In dem nach dem ersten
Druckhaltevorgang durchgeführten
zweiten Druckhaltevorgang wurden der Zylinder-Druck auf 39,23 MPa
(400 kgf/cm2) eingestellt und der Zylinderdruck
20s lang auf rechterhalten.
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In 3 stehen
die Quadrate für
eine Änderung
in der Verzugsgröße an der
Quer-Seitenwand des Kastens, der unter Testbedingungen hergestellt wurde,
bei denen die Metallform-Vorwärmtemperatur unter
den angegebenen Spritzgießbedingungen
geändert
wurde. Die Kreise stehen für
die Änderung
der Verzugsgröße für den Fall,
dass der Zylinderdruck im zweiten Druckhaltevorgang beim angegebenen Spritzgießen auf
58,84 MPa (600 kgf/cm2) geändert wurde.
Weiterhin stehen die Markierungen "x" für die Änderung
der Verzugsgröße in dem Fall,
in welchem die Druck-Haltezeit beim zweiten Druckhaltevorgang auf
40s geändert
wurde.
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Das Testergebnis gemäß 3 lässt
sich wie folgt zusammenfassen: Wenn die Temperatur der vorgewärmten Metallform
unter 103°C,
entsprechend der Einfriertemperatur von Polystyrol, liegt, tritt
der Verzug immer noch auf ähnliche
Weise auf, auch wenn der Zylinderdruck im zweiten Druckhaltevorgang
auf das 1,5-fache erhöht
oder die Haltezeit im zweiten Druckhaltevorgang um das 2,0-fache
länger gehalten
wird. Das Auftreten des Verzugs ist daher schwierig zu vermeiden.
Wenn die Temperatur der vorgewärmten
Metallform höher
ist als 103°C,
verringert sich die maximale Verzugsgröße in einer Einwärtsrichtung
an der Quer-Seitenwand auf weniger als 100μm, sofern der Druck von 39,23
MPa (400 kgf/cm2) im zweiten Druckhaltevorgang
(nach dem ersten Druckhaltevorgang) 20s lang angelegt wird. Wenn
ferner der Zylinderdruck im zweiten Druckhaltevorgang auf das 1,5-fache
höher erhöht oder
die Haltezeit im zweiten Druckhaltevorgang um das 2,0-fache länger eingestellt
wird, kann die Verzugsgröße im Vergleich
zum Zustand vor der Änderung des
Zylinderdrucks im zweiten Druckhaltevorgang merklich verringert
werden. Mit anderen Worten: da die Verzugsgröße und die Verzugsrichtung
mit der Änderung
des Zustands oder der Bedingung des zweiten Druckhaltevorgangs reguliert
werden können,
wird die Temperatur der vorgewärmten
Metallform vorzugsweise auf eine Größe über der Einfriertemperatur
des jeweils verwendeten Harzes (103°C beim genannten Polystyrol)
eingestellt.
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Wenn die Temperatur der vorgewärmten Metallform
innerhalb eines Bereichs von 103 bis 210°C eingestellt wird, erreicht
der mittels des Drucksensors 16 zum Zeitpunkt des Formhohlraum-Füllvorgangs erfasste
Formhohlrauminnendruck 29,42 MPa (300 kgf/cm2),
so dass sein Druckverhältnis
größer ist
als 0,65 und innerhalb eines bevorzugten Bereichs von unter 0,8
liegt; als Ergebnis tritt weder eine Schweißmarkierung noch eine Schrumpfung
auf. Wenn zudem die Temperatur der vorgewärmten Metallform über die
Temperatur der Harzschmelze im Zylinder erhöht ist oder wird, wird deshalb,
weil der Erwärmungs-
oder Abkühlvorgang
eine vergleichsweise längere
Zeitspanne benötigt,
nicht nur eine große
Energiemenge vergeudet, vielmehr treten auch große unerwünschte Vorsprünge bzw.
Grate auf, und die Metallform verzieht sich derart, dass eine Schrumpfmarkierung
leicht auftreten kann. Demzufolge wird die genannte Temperatur vorzugsweise
in einem Bereich von 103 bis 210°C
gehalten. Wenn dabei der zweite Haltedruck von 39,23 MPa (400 kgf/cm2) nach dem ersten Haltedruck von 29,42 MPa
(300 kgf/cm2) plötzlich oder schlagartig angelegt
wird, steigt der durch den Drucksensor 16 erfasste Formhohlrauminnendruck über das
1,2-fache eines Drucks zu dem Zeitpunkt, zu dem der Füllvorgang
abgeschlossen worden ist. Infolgedessen können große unerwünschte Vorsprünge bzw.
Grate entstehen. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, eine
Drucksenkzeit zum Senken des Haltedrucks zwischen dem ersten und
dem zweiten Druckhaltevorgang, wie im Beispiel von 2 gezeigt, vorzusehen oder den Druck
im zweiten Druckhaltevorgang zu senken.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht
auf das Beispiel von Polystyrol beschränkt, sondern auf ein beliebiges,
an sich bekanntes Harz, das für
das Spritzgießen
benutzbar ist, anwendbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet
in überraschender
Weise, dass hervorragende Harzerzeugnisse, wie optische Bauteile,
mit hoher Maßgenauigkeit
oder -haltigkeit, sehr gleichmäßiger innerer
Qualität
und ohne innere Deformation stabil bzw. zuverlässig unter Verwendung des für Spritz-Gießzwecke
geeigneten Harzes hergestellt werden können.