Optimale Schließkraft beim Spritzgießen

Was ist die Schließkraft beim Spritzgießen?

Spritzgießen ist ein Kunststoffverarbeitungsverfahren, bei dem hoher Druck (Einspritz- und Nachdruck) erzeugt wird, um Kunststoffteile zu formen. Die Schließkraft ist die Kraft, die die Maschine aufbringt, um die Form während des Einspritzvorgangs geschlossen zu halten und so ein Auseinanderbrechen der Formhälften unter dem hohen Innendruck zu verhindern.

Die Schließkraft wird üblicherweise in Tonnen angegeben. Beispielsweise erzeugt eine 180T-Spritzgießmaschine eine maximale Schließkraft von 180 Tonnen (1800 kN).

Spritzeinheit vs. Schließeinheit in einer Spritzgießmaschine

Eine Spritzgießmaschine besteht aus zwei Haupteinheiten:

Injektionseinheit:
Polymergranulat wird im Zylinder erhitzt und plastifiziert. Das geschmolzene Material fließt durch Düse, Angusskanal und Anguss in den Formhohlraum. Während des Übergangs von der Geschwindigkeits- zur Druckphase (Nachfüllen und Halten) wird zusätzliches Material in den Formhohlraum gepresst, um Einfallstellen und Maßabweichungen zu minimieren.

Spanneinheit:
Die Schließeinheit verbindet Kern und Kavität der Form. Sie übt ausreichend Kraft aus, um ein Auseinanderbrechen der Formhälften beim Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff unter hohem Druck zu verhindern.

Erfolgreiches Formen hängt ab von:

• eingesetzte Tonnage
• Ort der Kraft
• Art des Klemmmechanismus
• Größe des Formbodens

Warum die richtige Spannkraft entscheidend für die Teilequalität und die Werkzeugstandzeit ist

Die korrekte Klemmkraft gewährleistet:

• Ordnungsgemäße Teilebefüllung und Verpackung
• Dimensionsstabilität
• Schutz von Formteilen
• Verhinderung von Gratbildung und Formtrennung

Zu geringe Kraft führt zu Gratbildung und Bauteilfehlern. Zu hohe Kraft beschädigt Formen und Maschinen und erhöht die Betriebskosten.

Wichtige Faktoren, die die Anforderungen an die Klemmkraft beeinflussen

Die Größe der Klemmkraft hängt vom Kavitätsdruck und der projizierten Fläche ab. Zu den wichtigsten Einflussfaktoren gehören:

• Materialeigenschaften (MFI)
• Tiefe des Bauteils (Fließlänge)
• Bauteildicke
• Art des Läufersystems
• Torgröße und Anzahl der Tore

Eine größere Angussfläche reduziert den erforderlichen Einspritzdruck. Mehrere Angüsse oder sequenzielles Füllen können den erforderlichen Einspritzdruck und die entsprechende Schließkraft verringern.

Materialien mit niedriger Viskosität (hoher Schmelzindex) benötigen im Allgemeinen eine geringere Klemmkraft als Materialien mit hoher Viskosität.

Wie berechnet man die Schließkraft beim Spritzgießen?

Die Berechnung umfasst Folgendes:

1. Bestimmung der projizierten Oberfläche des Teils
2. Multiplikation mit der Anzahl der Hohlräume
3. Anwendung des Hohlraumdrucks (Tonnagefaktor)
4. Anpassung an das Läufersystem
5. Hinzufügen eines Sicherheitsfaktors

Verfügt die Form über einen Kaltkanal, werden 10 % der projizierten Fläche hinzugerechnet. Zusätzlich wird ein Sicherheitsfaktor von 10 % auf das Endergebnis angewendet.

Formel für die Klemmkraft erklärt

Die Klemmkraft berechnet sich wie folgt:

Klemmkraft = {(Oberfläche × Anzahl der Kavitäten) × Kavitätendruck} × 1,1 (Sicherheitsfaktor)

Der Hohlraumdruck liegt typischerweise zwischen 2 und 10 Tonnen/in², abhängig vom Material und der Geometrie.

Zum Beispiel:

• PP: 1,5–3,5 Tonnen/in²
• PET: 2–6 Tonnen/in²

Bei einer Teiletiefe von mehr als 1 Zoll kann eine zusätzliche Kraft (z. B. 10 %) in Betracht gezogen werden.

Beispiel: Berechnung der Schließkraft für ein Kunststoffteil

Betrachten wir ein rechteckiges Stück mit den Maßen 2 × 4 Zoll:

• Projizierte Fläche = 8 in²
• Ausgebohrte Fläche = 3 in²
• Endgültige projizierte Fläche = 5 in²

Für eine Zweikavitätenform und einen Kavitätendruck von 3 Tonnen/in²:

Klemmkraft =[{(5 × 2) × 3} × 10% (depth adjustment)]× 10 % Sicherheitsfaktor = 36,3T

Dies bestimmt die geeignete Maschinentonnage.

Probleme, die durch falsche Klemmkrafteinstellungen verursacht werden

Übermäßige Klemmkraft:

• Gerollte Trennlinien
• Verstopfte Lüftungsöffnungen
• Gerissene Kerneinsätze oder Hohlraumblöcke
• Beschädigung der oberen Formplatte
• Brandspuren, glänzende Oberfläche, unvollständige Aufnahmen, Luftblasen
• Verformung der Maschinenplatte
• Erhöhte Betriebskosten

Unzureichende Klemmkraft:

• Blitzbildung
• Dimensionsinstabilität
• Formentrennung

Maschinen mit höherer Tonnage erhöhen auch den Energieverbrauch und die Gesamtkosten des Auftrags.

Schließkraft als wichtige Prozessvariable beim Spritzgießen

Ein Experiment ergab, dass eine Veränderung der Klemmkraft Folgendes veränderte:

• Schrotgewicht
• Kavitätsdruck
• Paketpreis
• Abkühlungsrate

Traditionell berücksichtigten Ingenieure vier Variablen, die die Bauteilabmessungen beeinflussen:

• Hitze
• Fließen
• Druck
• Kühlung

Die Schließkraft erwies sich als fünfte kritische Variable, die Einfluss auf die Formgebungsergebnisse hat.

Praktische Methoden zur Optimierung der Spannkraft

Nach Teilegewicht:
Um eine vollständige Füllung zu erreichen, wird die Form mit höherer Schließkraft betrieben. Die Schließkraft wird anschließend schrittweise um 5–10 % reduziert, während das Teilegewicht erfasst wird. Die Trennung beginnt, sobald das Teilegewicht zunimmt. Dieses Verfahren verhindert ein Überpressen und spart Energie.

Formverformungssensor:
Misst die Kernverformung während des Einspritzvorgangs, um eine Formtrennung anzuzeigen und die Schließkraft zu optimieren.

Dimensionsmessung:
Messen Sie Länge, Breite und Dicke bei verschiedenen Klemmeinstellungen, um Maßabweichungen zu beobachten und die optimale Tonnage zu bestimmen.

Bewährte Verfahren für die Maschinenauswahl und die Optimierung der Spannvorrichtung

Berechnen Sie die Spannkraft zu Beginn des Projekts. Dies bildet die Grundlage für die Auswahl der richtigen Maschine.

Sobald die Produktion beginnt, optimieren Sie die Schließkraft wie folgt:

• Erzielen Sie die gewünschte Teilequalität
• Minimierung der Betriebskosten
• Schimmelbildung und Maschinenschäden verhindern

Efficient Innovations verfügt über mehr als 15 Jahre Erfahrung im Kunststoffspritzguss. Verlassen Sie sich bei der Berechnung der Schließkraft nicht auf Faustregeln.. 

Häufig gestellte Fragen

1. Was ist die optimale Schließkraft beim Spritzgießen?
   Die optimale Schließkraft ist die minimale Kraft, die erforderlich ist, um die Formhälften während des Spritzgießens geschlossen zu halten, ohne Gratbildung, Formtrennung oder Werkzeugbeschädigung zu verursachen. Sie gewährleistet Dimensionsstabilität, Teilequalität und Maschineneffizienz bei gleichzeitigem Verzicht auf unnötigen Energieverbrauch.
2. Wie wird die Schließkraft beim Spritzgießen berechnet?
   Die Schließkraft wird berechnet, indem die projizierte Fläche des Bauteils (einschließlich Kavitäten) mit dem Kavitätendruck multipliziert und anschließend Anpassungen für Angusskanäle und einen Sicherheitsfaktor addiert werden. Materialart, Bauteilgeometrie und Tiefe beeinflussen ebenfalls die erforderliche Schließkraft.
3. Was passiert, wenn die Klemmkraft zu gering ist?
   Unzureichende Schließkraft kann während des Spritzgießens zu Formtrennung führen, was wiederum Gratbildung, Maßabweichungen, mangelhafte Oberflächengüte und inkonsistente Teilequalität zur Folge haben kann. Zudem kann sie die Prozessstabilität beeinträchtigen und die Ausschussrate erhöhen.
4. Kann eine zu hohe Schließkraft die Form beschädigen?
   Ja. Zu hohe Schließkräfte können Trennfugen verformen, Entlüftungsöffnungen verstopfen, Einsätze beschädigen, Platten verformen und Maschinenteile belasten. Mit der Zeit verkürzt dies die Werkzeugstandzeit, erhöht die Wartungskosten und beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit des Prozesses.
5. Wie beeinflusst der Schmelzflussindex (MFI) des Materials die Klemmkraft?
   Der Schmelzflussindex (MFI) gibt die Viskosität eines Materials an. Materialien mit hohem MFI (niedrige Viskosität) fließen leicht und benötigen in der Regel eine geringere Schließkraft. Materialien mit niedrigem MFI erfordern einen höheren Einspritzdruck, wodurch die erforderliche Schließkraft steigt.
6. Beeinflussen Angussgröße und Angusskanaltyp die Klemmkraft?
   Ja. Größere Angussflächen reduzieren den erforderlichen Einspritzdruck und damit die Schließkraft. Mehrere Angüsse oder sequenzielles Füllen können den Druckbedarf ebenfalls senken. Kaltkanalsysteme können die Berücksichtigung der projizierten Fläche bei der Berechnung der Schließkraft erhöhen.
7. Warum wird bei der Berechnung der Klemmkraft ein Sicherheitsfaktor berücksichtigt?
   Ein Sicherheitsfaktor von typischerweise etwa 10 % berücksichtigt Prozessschwankungen, Materialverhalten und unvorhergesehene Druckspitzen. Er gewährleistet einen zuverlässigen Formschluss unter realen Produktionsbedingungen, ohne die Maschine mit ihrer maximalen Kapazität zu betreiben.
8. Wie lässt sich die Spannkraft während der Produktion optimieren?
   Die Schließkraft lässt sich optimieren, indem die Presskraft schrittweise reduziert wird, während gleichzeitig das Teilegewicht, die Maßstabilität und die Formtrennung überwacht werden. Hilfsmittel wie Formdurchbiegungssensoren und Dimensionsmessungen unterstützen die Ermittlung der niedrigsten effektiven Schließkrafteinstellung.