Gestapelte Spritzgussformen sind eine neue Art von Spritzgussformen, die hocheffizient, schnell und energiesparend sind und in meinem Land nach und nach gefördert und eingesetzt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Formen sind die Hohlräume gestapelter Spritzgussformen auf zwei oder mehr Schichten verteilt und überlappend angeordnet, sodass im Wesentlichen mehrere Formsätze kombiniert werden.
Wenn Spritzgießmaschinen mit herkömmlichen Formen verwendet werden, werden deren Einspritzvolumen und Formöffnungshub typischerweise nur zu 20–40 % ihrer Nennkapazität genutzt, sodass die Leistung der Maschine nicht voll ausgenutzt werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Formen erhöhen gestapelte Spritzgussformen die Schließkraft nur um 5–10 %, können aber den Ausstoß um 90–95 % steigern, was die Geräteauslastung und Produktivität erheblich verbessert und gleichzeitig die Kosten senkt.
Gestapelte Spritzgussformen eignen sich am besten zum Formen großer, flacher Teile, Schalenteile mit flachen{0}Kavitäten, kleinen, dünnwandigen Teilen mit mehreren Kavitäten und Teilen, die in Massenproduktion hergestellt werden müssen.
I. Designüberlegungen für gestapelte Spritzgussformen
Gestapelte Spritzgussformen als neuartige Formtechnologie wurden insbesondere durch die Integration der Heißkanaltechnologie kontinuierlich weiterentwickelt und sind heute eine Spitzentechnologie in der Entwicklung von Kunststoffformen. Herkömmliche Formenbautheorien sind nicht mehr auf den Entwurf gestapelter Spritzgussformen anwendbar. Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung einer völlig neuen Formdesign-Theorie als Leitfaden für die Konstruktion gestapelter Spritzgussformen. Im Folgenden werden die wichtigsten Konstruktionspunkte von gestapelten Spritzgussformen erläutert.
1. Maximales Einspritzvolumen der Spritzgießmaschine
Gestapelte Spritzgussformen können entweder Kaltkanäle oder Heißkanäle verwenden. Bei der Verwendung eines Kaltkanals muss die Menge an Kunststoff berücksichtigt werden, die zur Erstarrung im Angusssystem verwendet wird. Bei Verwendung eines Heißkanals, der eine Produktion ohne Rückflusserstarrung ermöglicht, hat das Material in der Heißkanalplatte und der zentralen Hauptdüse keinen Einfluss auf das erforderliche Einspritzvolumen der Form und kann vernachlässigt werden. Daher sollte das maximale Einspritzvolumen der Spritzgießmaschine von Fall zu Fall ermittelt werden.
2. Einspritzdruck der Spritzgießmaschine
Bei der Überprüfung des Einspritzdrucks wird hauptsächlich geprüft, ob der Einspritzdruck die Formanforderungen erfüllen kann. Bei gestapelten Spritzgussformen, die meist dünnwandige Kunststoffteile mit großen projizierten Flächen und langen Fließwegen formen, sind während des Füllvorgangs ein höherer Einspritzdruck und eine höhere Einspritzgeschwindigkeit erforderlich. Heißkanalformen können aufgrund ihrer Heißkanaltechnologie den Einspritzdruck im Vergleich zu Kaltkanalformen besser übertragen und benötigen daher einen geringeren Einspritzdruck. Aufgrund des größeren Fließwegs und der größeren projizierten Fläche erfordern sie jedoch einen höheren Einspritzdruck als einschichtige Kaltkanalformen. Bei der Überprüfung des Einspritzdrucks sollte der Einspritzdruck des Kunststoffteils auf der Grundlage des Spritzgussprozesses verschiedener Kunststoffe und einer Computersimulationsflussanalyse ermittelt und dann mit dem Nenneinspritzdruck der Spritzgießmaschine verglichen werden.
3. Maximale Schließkraft der Spritzgießmaschine
Die Kavitäten einer gestapelten Spritzgießform sind „Rücken{0}}an-Rücken angeordnet, sodass theoretisch beliebig viele Stapel auf derselben Spritzgießmaschine erzielt werden können, ohne die Schließkraft zu erhöhen. Da jedoch die zentrale Hauptdüse und der Verteiler einer gestapelten Spritzgussform den Fließkanal vergrößern, ist die projizierte Fläche des Kunststoffteils plus Angusssystem auf der Trennfläche größer. Darüber hinaus führt der verlängerte Angusskanal aufgrund der Stapelung zu einem größeren Druckverlust als bei einer herkömmlichen einschichtigen Form, was zu einem entsprechenden Anstieg des Einspritzdrucks und des Hohlraumdrucks führt. Daher wird die Klemmkraft erhöht. Bei der Überprüfung der Schließkraft ist eine Erhöhung um 10 %-15 % im Vergleich zur gleichen einschichtigen Form relativ sicher.
4. Öffnungshub der Spritzgießmaschine
Gestapelte Spritzgussformen trennen und werfen das Kunststoffteil auf zwei Ebenen aus. Bei der Überprüfung des Öffnungshubs muss bei Spritzgießmaschinen mit hydraulischem -mechanischem Schließmechanismus die Formdicke nicht berücksichtigt werden. Wenn die gestapelte Spritzgussform jedoch über einen seitlichen-Trennmechanismus für den Kern-verfügt, muss der Einfluss des Kern-Zugwegs berücksichtigt werden.
Wenn ein synchroner Formöffnungsmechanismus, wie etwa eine Formöffnungsvorrichtung mit Zahnrad und Zahnstange oder Kurbel{0}}Pleuelstange, mit dem gleichen Übersetzungsverhältnis verwendet wird, ist der Hub jeder Schicht in einer gestapelten Spritzgussform nicht durch die Höhe des Produkts begrenzt. Sein Formöffnungshub beträgt das N-fache des maximalen Öffnungshubs der Schicht in der mehrschichtigen Form (N ist die Anzahl der Schichten in der gestapelten Spritzgussform).
5. Hauptdüsenlänge
Die mittlere Hauptdüse sollte nicht zu lang oder zu kurz sein. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Schließen der Form die mittlere Hauptdüse den maximalen Abstand, den die Düse der Spritzgießmaschine auf der Maschinenbasis zurückziehen oder vorschieben kann, nicht überschreitet. Da sich die mittlere Hauptdüse beim Trennen zusammen mit dem mittleren Teil der Form bewegt, sollte sichergestellt werden, dass die mittlere Hauptdüse nach dem Öffnen der Form im festen Formabschnitt verbleibt, um zu verhindern, dass Überlauf vom Kopf der mittleren Hauptdüse auf die Wand des festen Formhohlraums tropft.
6. Torsystem
Gestapelte Spritzgussformen können entweder ein herkömmliches Angusssystem (z. B. ein Kaltkanalangusssystem) oder ein Heißkanalangusssystem verwenden. Heißkanal-Angusssysteme können den Einspritzdruck effektiv übertragen, wodurch die Formqualität von Kunststoffteilen verbessert und die automatisierte Produktion erleichtert wird. Allerdings stellen sie bestimmte Anforderungen an die Art des verwendeten Kunststoffs und Heißkanalsysteme sind teuer. Beim Einsatz von Kaltkanalsystemen ist die Formqualität der Kunststoffteile etwas geringer, die Formverarbeitung ist jedoch einfacher, was zu geringeren Kosten führt. Daher hängt die Wahl des Angusssystems von den jeweiligen Umständen ab.
7. Formtemperaturkontrollsystem
Die Formtemperatur ist einer der wichtigen Faktoren, die die Formqualität von Kunststoffteilen beeinflussen. Bei der Konstruktion von gestapelten Spritzgussformen ist es wichtig, eine gleichmäßige Temperaturkontrolle in jeder Kavität sicherzustellen. Um bei gestapelten Heißkanal-Spritzgussformen den Wärmeverlust durch Wärmeleitung zu reduzieren, sollte die Kontaktfläche zwischen der Form und der Heißkanalplatte minimiert und geeignete Wärmeisolationspads installiert werden.
8. Formöffnungsmechanismus
Um ein gleichmäßiges Schrumpfen der Kunststoffteile zu gewährleisten, sollte die Verweilzeit (Abkühlzeit) der Kunststoffteile in jeder Kavität gleich sein. Deshalb müssen gestapelte Spritzgussformen sicherstellen, dass sich die Trennflächen jeder Kavität gleichzeitig öffnen. Getriebe- und Zahnstangenübertragungsmechanismen sowie mechanische Verbindungsmechanismen werden üblicherweise als Öffnungsmechanismen in gestapelten Spritzgussformen verwendet. Ersteres bietet eine bessere technische Leistung und ist wirtschaftlicher, letzteres bietet jedoch mehr Flexibilität. Durch die hydraulische-unterstützte Formöffnung lässt sich die Öffnungszeit einfacher steuern, die Struktur ist jedoch größer.
9. Entformungsmechanismus
Basierend auf der Anforderung einer gleichen Abkühlzeit sollten gestapelte Spritzgussformen die Kunststoffteile in jeder Kavität gleichzeitig auswerfen. Dies kann durch Feder- oder Hochdruckluft-Entformungsmechanismen erreicht werden.
II. Entwicklung und Anwendung von Stapelspritzgussformen im In- und Ausland
Bereits im Dezember 1940 erhielt KNOWLESER ein Patent für Stapelformen. Heutige gestapelte Spritzgussformen sind nicht nur günstiger als herkömmliche einschichtige Formen, sondern erhöhen auch die Flexibilität ihrer Anwendung. Nach jahrzehntelanger Forschung und Entwicklung haben sich Stapelspritzgussformen durch strukturelle Veränderungen weiterentwickelt, darunter Kaltkanal-Doppel--Spritzgussformen, Heißkanal-Doppel--Spritzgussformen, 3--Schicht- oder 4-Schicht-Stapelspritzgussformen, Heißkanal-Stapelspritzgussformen mit rechtwinkligem Anschnitt und Rotationsstapel-Spritzgussformen.
1. Entwicklungstrends von gestapelten Spritzgussformen im Ausland
Die Stapelspritzgusstechnologie wurde früher eingeführt und ist im Ausland relativ ausgereift. Zu den bekannten -Unternehmen für gestapelte Spritzgussformen gehören Tradesco, Ferromatik Milacron, Foboha und Engel. Aufgrund der rasanten Entwicklung der Heißkanaltechnologie im Ausland ist die Heißkanal-Spritzgusstechnologie im Ausland weit verbreitet. Darüber hinaus stehen Industrieländer an der Spitze neuer Technologien für gestapelte Spritzgussformen, und die kürzlich entwickelte rotierende gestapelte Spritzgusstechnologie hat die Anwendungsmöglichkeiten von gestapelten Spritzgussformen erweitert.
In den 1960er und 70er Jahren begannen einige ausländische Unternehmen mit der Entwicklung von gestapelten Spritzgussformen. Das Schweizer Unternehmen Schottli war das erste Unternehmen, das gestapelte Spritzgussformen für industrielle Anwendungen entwickelte.
Im Jahr 1980 entwarf Johnson T. aus Deutschland eine Kaltkanal-Doppelschicht-Spritzgussform. Diese Form bestand aus einem beweglichen Formabschnitt, einem festen Formabschnitt und einem Zwischenabschnitt. Der Zwischenabschnitt war im Wesentlichen eine Fortsetzung des Hauptkanals mit Zweigkanälen und zwei separaten Hohlraumplatten. Sowohl im beweglichen als auch im festen Formbereich wurden Auswurfmechanismen installiert, die mechanische, hydraulische oder pneumatische Methoden zum Auswerfen des Kunststoffteils nutzen.
Im Jahr 1989 entwarfen D. Gener und Wiesbaden-Delkheim ein Heißkanal-Doppel-Spritzgusswerkzeug. Es bestand außerdem aus einem beweglichen Formabschnitt, einem festen Formabschnitt und einem Zwischenabschnitt. Der Zwischenabschnitt umfasste den Heißkanal, Heißdüsen zum Zuführen von Material in die Kavitäten und zwei Kavitätenplatten für das fertige Produkt.
Im Jahr 1991 entwarf Rozema H. von Tradesco Die & Mold eine vierschichtige gestapelte Spritzgussform. Diese Form, die auf der Heißkanal-Doppel{4}}-Spritzgussform basiert, verlängerte den Heißkanal und fügte einen Zwischenabschnitt hinzu, wodurch die Anzahl der Formschichten auf vier erhöht wurde und so die Produktivität vervierfacht wurde.
Im Jahr 1992 erfanden Hiroo Kasui und Motoo Yamamoto aus Japan ein Heißkanal-Spritzgusswerkzeug mit asymmetrisch verteilten Heißdüsen. Allerdings kann eine vernünftige Kanalkonstruktion den Schmelzefluss innerhalb des Formhohlraums steuern, um ein Gleichgewicht zu erreichen.
2. Entwicklungsdynamik von Etagenspritzgießwerkzeugen in China
Die Stapelspritzgusstechnologie wurde erst Ende der 1980er Jahre schrittweise in der Formenindustrie meines Landes eingeführt. Daher wurde in meinem Land die Stapelspritzgusstechnologie relativ spät eingeführt, und der Anteil der in der Produktion verwendeten Heißkanal-Stapelspritzgussformen ist gering. Es besteht eine gewisse Lücke in Design und Anwendung im Vergleich zur fortschrittlichen ausländischen Etagenformtechnologie, und in einigen technischen Bereichen (z. B. rotierenden Etagenspritzgussformen) ist China immer noch ein unbeschriebenes Blatt. Daher muss mein Land angesichts des starken Wettbewerbs auf dem Markt seine Stapelspritzgusstechnologie schnell verbessern, um auf dem internationalen Markt die Initiative zu ergreifen und das Überleben seiner Unternehmen zu sichern.
Im Jahr 1990 schlug Li Shuzan von der Beijing No{1}} Plastics Factory einen Strukturentwurf für eine Doppel-{2}Kavitäten-Spritzgussform mit seitlicher Angusszuführung vor. Diese Form reduziert die Anzahl der Formtrennflächen im Vergleich zur Punkt-{5}Angusszuführung und erleichtert so das sequenzielle Öffnen der Form. Es ist jedoch unzuverlässig, wenn tiefe Hohlräume oder Teile geformt werden, die eine erhebliche Entformungskraft erfordern.
Im Jahr 1992 stellte Bu Jianxin von der Changzhou Light Industry School eine Spritzgussform mit zwei Hohlräumen vor, die sowohl Seiten-{2}Anschnitte als auch Punkt-Anschnitte zuführte. Die obere Kavität verwendet eine seitliche Anschnittzuführung und die untere Kavität eine punktförmige Zuführung. Das sequentielle Trennen wird mithilfe von Begrenzungshaken und Begrenzungsplatten erreicht, wodurch das Formen verschiedener Arten von Kunststoffteilen möglich ist.
Im Jahr 1995 entwarf Yi Qing ein spezielles Doppel-Spritzgusswerkzeug mit einem zwei{2}stufigen Hauptkanalsystem. Die Hauptschiene der ersten-Stufe hat oben eine versenkte Nut. Die bewegliche Formaufspannplatte treibt über einen Kettenantrieb die Auswerferplatte der festen Form zum Auswerfen des Kunststoffteils an. Zu den Nachteilen gehören die Notwendigkeit, die Düse der Spritzgießmaschine bis zur festen Form auszudehnen, um die Hauptkanalbuchse einzuspritzen, und ein sperriges Angusssystem.
Im Jahr 1997 entwarfen Li Shu und Chuan Chengzhi eine doppelschichtige Heißkanal-Spritzgussform zur Herstellung von Tür- und Fensterdichtungsstreifen für Kraftfahrzeuge. Diese Form umging die Mitte und übertrug geschmolzenen Kunststoff vom Rand der Form auf die Angussplatte. Die Form konnte in einem Spritzvorgang zwei Sätze Kunststoffteile formen, wobei jeder Satz vier Dichtungsstreifen (vorne, hinten, links und rechts) enthielt. Die acht Dichtungsstreifen, die an zwei Autos zum Einsatz kamen, konnten in einem Arbeitsgang geformt werden.
Im Jahr 1999 entwarf Wang Yuexing von der Zhejiang Weixing Group eine hoch-effiziente halb-Doppelschicht-Spritzgussform. Es nutzte ein Paar halber -Gleitblöcke, was zu einer einfachen Formstruktur, geringeren Herstellungskosten, einer doppelten Anzahl von Kavitäten, kürzeren Spritzgießzyklen und einer höheren Produktionseffizienz führte.
Im Jahr 2000 stellten Feng Xiaozhong et al. führte eine Doppelschicht-Spritzgussform mit versenktem Anschnitt für Spirituosenglasverschlüsse ein. Diese Form ermöglicht die Trennung jeder Schicht aus Kunststoffteilen innerhalb der Form vom verfestigten Angussmaterial, und die Trennflächen jeder Schicht können gleichzeitig ausgeworfen werden. Dies vereinfacht den Formaufbau, reduziert die Anforderungen an den Trennabstand und erleichtert die automatisierte Produktion. Es erfordert jedoch eine hohe Zuverlässigkeit der in der Form verbleibenden Kunststoffteile und eine tief versenkte Hauptkanalbuchse. Im Jahr 2003 entwarfen Yan Yalin und Huang Xiaoyan ein gestapeltes Heißkanal-Spritzgusswerkzeug mit rechtwinkligem Anschnitt. Diese Form veränderte die Position des Anschnitts und platzierte ihn in der Mitte im rechten Winkel zur Öffnungsrichtung der Form. Es erforderte zwar eine rechtwinklige Spritzgießmaschine, machte jedoch eine Heißkanalverlängerung überflüssig, wodurch sich die Distanz verringerte, die der geschmolzene Kunststoff von der Einspritzdüse zum Verteiler zurücklegt, und das strukturelle Design vereinfacht wurde.
Im Jahr 2004 entwarfen Chen Jianling, Liu Tinghua und andere eine Heißkanal-Stapelform für CD-Verpackungsboxen. Durch die Verwendung von Zugstangen mit festem -Abstand zum sequentiellen Öffnen der Form zeichnet es sich durch eine kompakte Struktur, ausgezeichnete Wirtschaftlichkeit, reduzierten Personalaufwand, deutlich verbesserte Effizienz und gesicherte Produktqualität aus.
Im Jahr 2007 entwarfen Shen Honglei und andere eine gestapelte Heißkanalform für CD-Halter. Diese Form verwendet eine doppelschichtige Heißkanalstruktur, die Zahnräder, Zahnstangen und Hydraulikzylinder nutzt, um ein sequentielles Öffnen der Form und einen Teileauswurf zu erreichen. Die hergestellten Teile erfüllen die Maß- und Aussehensanforderungen, wodurch die Produktionseffizienz erheblich verbessert und Produktionskosten und Ausschussraten erheblich gesenkt werden.
Im Jahr 2008 stellten Wang Zhenbao et al. wendete die CAE-Technologie auf die Konstruktion gestapelter Spritzgussformen an. Mit der Analysesoftware Moldflow simulierten sie dynamisch den Formprozess einer gestapelten Klimaanlagenplattenform, indem sie die Kunststofffüllung, den Haltedruck und die Kühlprozesse analysierten. Sie analysierten die wesentlichen Einflussfaktoren auf den Formprozess und optimierten die Prozessparameter.
III. Abschluss
Durch die Verwendung gestapelter Spritzgussformen, insbesondere gestapelter Heißkanal-Spritzgussformen, können die Fähigkeiten von Spritzgießmaschinen voll ausgenutzt, Personal- und Ausrüstungsressourcen eingespart und die Produktionseffizienz erheblich verbessert werden. Obwohl gestapelte Spritzgussformen höhere Konstruktions- und Herstellungskosten verursachen, können Verbesserungen in den folgenden Bereichen die Werkzeugkosten erheblich senken und ihren Anwendungsbereich erweitern:
1. Verbessern Sie die Designtheorie gestapelter Spritzgussformen und verkürzen Sie den Forschungs- und Entwicklungszyklus.
2. Verlängern Sie die Lebensdauer von Kernkomponenten (wie Heizelementen und Temperaturkontrollelementen);
3. Gestapelte Spritzgussformen kompatibel mit gewöhnlichen Spritzgussgeräten machen;
4. Nutzen Sie CAD/CAE/CAM-Technologie für Design, Analyse und Fertigung, um die Formstruktur zu optimieren;
5. Standardisierung und Kommerzialisierung gemeinsamer Teile für gestapelte Spritzgussformen;
6. Verbesserung der Druckübertragungsfähigkeiten, um sie für die Herstellung dickwandiger Kunststoffteile geeignet zu machen;
7. Optimieren Sie die Prozessparameter des Stapelspritzgießens;
8. Erreichen Sie eine vollständige Automatisierung des Stapelspritzgießens.
