Spuitgieten

Leestijd: 2 minuten

Spuitgieten is een cyclisch proces waarbij een bepaalde afgemeten hoeveelheid kunststof gesmolten wordt. Vervolgens wordt deze warme vloeibare massa in een gesloten matrijs gespoten. Na het afkoelen kan de matrijs geopend worden en ontvormen de producten.

Onder het spuitgietproces wordt verstaan de gehele afloop van de spuitgietcyclus, waarbij met name de daarbij behorende instellingen belangrijk zijn. Voor elke seriematige spuitgietproductie moet voor het kunststof, de spuitgietmachine, de spuitgietmatrijs en de randapparatuur de optimale instelling worden gekozen.

De spuitgietcyclus

De spuitgietcyclus is de gehele machine afloop die nodig is om een spuiting van één of meerdere producten te maken. Een cyclus heeft als startpunt de geopende matrijs, zonder producten, waarbij de uitstootcilinder in de achterste stand staat en de smelt voor de volgende cyclus geplasticeerd is. Daarna wordt de gehele cyclus doorlopen en eindigt deze weer met een geopende matrijs.

De eerste stap van de cyclus is de sluitfase. De spuitgietmachine voert de beweging uit waardoor de matrijs zich sluit. De matrijshelft die beweegt en de beweegbare opspanplaat zijn tezamen zwaar, ze hebben samen een behoorlijke massa. Toch is het de bedoeling dat de matrijs zo snel mogelijk sluit, zodat er een zo kort mogelijke cyclustijd ontstaat. Om extreem grote massakrachten bij het bewegen te voorkomen, kan de sluitsnelheid in stappen worden ingesteld.

De tweede stap is de matrijsbeveiliging. Voor het einde van de sluitbeweging wordt overgeschakeld op een lage matrijsbeveiliging druk. Deze lage druk is voldoende om de matrijs te sluiten. De druk is zo laag dat als er iets tussen de twee matrijshelften zit de beweging stopt, zodat er geen matrijsbeschadiging kan ontstaan. Bij de optimale machine instelling werkt de lage druk tot er net contact tussen de matrijsvlakken is. Daarna is de matrijs gesloten.

Nadat de matrijs is gesloten, wordt de cyclus vervolgt met het opbouwen van de sluitkracht en het begin van de injectie. Er wordt eerst overgeschakeld op hoge sluitdruk, waardoor de machine op sluitkracht komt. De ingestelde sluitkracht moet correct zijn. Om afkoeling van de spuitneus te voorkomen, wordt soms het contact tussen spuitneus en matrijs verbroken. De spuitneus staat dan enkele centimeters van de matrijs af. Pas als er voldoende sluitkracht aanwezig is, beweegt de injectie-eenheid naar voren. De spuitneus van de cilinder bouwt een aanlegkracht op tegen de spuitbus van de matrijs. Deze aanlegkracht moet voldoende groot zijn voor een goede afdichting tussen de spuitneus en de matrijs. Als de spuitneus niet sterk afkoelt en bij hotrunnermatrijzen, blijft de injectie-eenheid de gehele cyclus met de spuitneus tegen de matrijs staan. Dan wordt direct nadat de sluitkracht aanwezig is de aanlegkracht opgebouwd. Als de aanlegkracht voldoende groot is begint de spuitgietmachine met injecteren.

Afbeelding 1: Schematische weergave van een spuitgietmachine

Fase 4 is het inspuiten en het begin van de nadruk. Om de warme smelt in de matrijs te spuiten moet de schroef met een bepaalde snelheid en kracht naar voren bewegen. Bij het inspuiten willen we altijd de matrijsholte snel en gecontroleerd vullen. De snelheid is in het machine programma instelbaar. Het kan nodig zijn om de injectiesnelheid in stappen regelen. Om de warme smelt met de juiste snelheid in de productholte te spuiten is er een bepaalde druk nodig. Deze specifieke injectiedruk is afhankelijk van de snelheid van inspuiten en de daarbij optredende weestand die de smelt ondervindt. Als de matrijs geheel gevuld zou worden met de relatief hoge injectiedruk zal er een extreem hoge drukpiek optreden. Om dat te vermijden wordt als de matrijs voldoende ver gevuld is overgeschakeld op een meestal lagere nadruk. Tijden de injectiefase wordt de matrijs 95% tot 98% gevuld. Is deze vulling bereikt , dan schakelt de spuitgietmachine over op de lagere nadruk. Deze nadruk zorgt er dan voor dat de matrijsholte geheel wordt afgevuld.

De cyclus wordt vervolgt met de nadrukfase en het begin van de koeltijd. De nadruk is nodig om het geïnjecteerde materiaal, dat bij het afkoelen aan het krimpen is, na te vullen. De nadruk moet werkzaam blijven tot er voldoende materiaal is nagevuld. Daardoor krijgt het product een goed gewuld en strak uiterlijk. Het product krimpt dan ook niet overmatig nadat het uit de matrijs is gehaald. Op een gegeven moment is het product zover afgekoeld en gestold dat langer nadrukken niet zinvol is. Dit levert extra spanningen in het product en verlies van energie en tijd op. In feite begint de warme kunststof direct af te koelen, op het moment dat de warme smelt bij het inspuiten de koude matrijswand raakt. Dit afkoelen gaat door tijdens het nadrukken. In het machineprogramma begint de ingestelde koeltijd echter pas te werken direct nadat de nadruktijd is afgelopen.

Als de nadruk is afgelopen kan de machine direct beginnen met plasticeren. De schroef draait vanaf het bufferpunt, tot het ingestelde doseerpunt bereikt is. Het toerental van de schroef moet zo hoog worden ingesteld dat het doseerpunt is bereikt, voordat de koeltijd is afgelopen. Als de stuwdruk hoger wordt ingesteld gaat de schroef door deze weerstand langzamer naar het doseerpunt toe. Als daardoor de doseertijd te lang wordt om binnen de koeltijd te blijven, moet het toerental van de schroef verhoogd worden.

De volgende stap is decompressie en einde van de koeltijd. Na het plasticeren heerst er voor de schroefpunt een overdruk in de smelt. Hoe hoger de stuwdruk hoe hoger de restdruk in de smelt. Bij een open spuitneus kan er dan materiaal uit de spuitneus stromen. Ook kan het materiaal door de open aanspuitbus in de matrijs stromen en daar afkoelen. Daarom wordt de schroef na het plasticeren enkele millimeters teruggetrokken. Dit wegnemen van de druk heet de decompressie. Na de decompressie kan als het product voldoende is uitgehard en dus vormvast is de koeltijd eindigen. De matrijs kan nu openlopen.

De laatste stap van de cyclus is het openen van de matrijs en het uitwerpen van het product. Direct na de decompressie kan de injectie-eenheid worden teruggetrokken om verdere afkoeling van de spuitneus te voorkomen. Nadat de sluitkracht is afgebouwd opent de matrijs. De matrijs is ontworpen om een product mee te nemen op de achtermatrijs. Het product moet soepel loskomen uit de voormatrijs en eventuele aanspuitingen lostrekken. Als de matrijs geopend is, kan het product worden uitgestoten. De uitstootbeweging kan al in gang worden gezet voordat de matrijs volledig open is, dit bespaard tijd. Zodra de matrijs volledig geopend is volgt de pauzetijd. Deze tijd kan gebruikt worden om met een robotarm het product tussen de matrijshelften uit te pakken. Op het moment dat de pauzetijd afgelopen is kan de cyclus weer opnieuw beginnen.

De instelwaarden

Het is erg belangrijk om de juiste instelwaarden te gebruiken. Tijdens een productierun moet de procesafloop namelijk ongestoord en zonder bijvoorbeeld temperatuurschommelingen verlopen. Alleen dan ontstaan er producten van dezelfde kwaliteit. Deze diverse parameters kunnen betrekking hebben op temperatuur, snelheid, druk, tijd en de te volgen wegpunten. Meestal heeft één stap meerdere instelwaarden. De sluitbeweging kent bijvoorbeeld drie sluitsnelheden en drie wegpunten. Meestal wordt in een proefspuiting de juiste instellingen voor een nieuw op te zetten productie bepaald. Bij de proefspuiting moeten de instelwaarden zo gekozen worden dat ze ook voor een volgende productie ongewijzigd gebruikt kunnen worden.

De meeste parameters hebben invloed op elkaar en op het uiteindelijke spuitgietproduct. Als bijvoorbeeld de stuwdruk wordt verhoogt, zal de dichtheid en de homogeniteit van de smelt toenemen. Er wordt dus meer materiaal geplasticeerd en ingespoten. Door de hogere frictie zal de smelt ook warmer worden. Om deze warmte, na het inspuiten af te voeren, kan de benodigde koeltijd ook langer worden. Ook de totale plasticeertijd kan toenemen. Als de decompressieweg wordt gewijzigd wordt niet alleen de restdruk in de smelt verandert, maar kan ook de ingespoten hoeveelheid smelt wijzigen. Alle gekozen instelwaarden moeten geregistreerd worden. Bij moderne machines gaat dit volledig digitaal en worden ze in het machineprogramma opgeslagen.

Controle van de spuitgietproducten

Bij het spuitgieten worden meestal producten in grote series gemaakt. Soms produceert een spuitgietmachine weken, of zelfs maanden hetzelfde product. Tijdens de productie komen er veranderingen in het proces voor . Vervuiling van de matrijs of kleine verschillen in de eigenschappen van de grondstof veroorzaken productafwijkingen. Ook kan er een storing in de spuitgietmachine, de matrijs of de randapparatuur optreden. Daarom worden tijdens de productie, op vooraf bepaalde tijden, de producten gecontroleerd. Voordat de productie begint is al bepaald hoe vaak en waarop de producten gecontroleerd moeten worden.

Gerelateerde artikelen:

Biobased kunststoffen, Bioplastics

Biobased kunststoffen

Naar schatting wordt 99% van alle kunststoffen gemaakt van fossiele brandstoffen als olie en gas. De resterende 1% wordt gemaakt van natuurlijke grondstoffen zoals mais,

Lees meer >
2K afsluitdoppen

2K spuitgieten

2K spuitgieten is een productieproces waarbij twee materialen (kleuren) in één kunststof onderdeel worden verwerkt. Deze kunststofgiettechnologie combineert twee materialen of twee verschillende kleurenmaterialen tot

Lees meer >