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SpritzprägenVerfahren – Maschinentechnik
Prozesssteuerung – Anwendungen
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Vorteile und Einsatzgebiete
SPRITZPRÄGEN
Das Spritzprägen bietet neben geringerer Materialscherung und weniger Orientierungen zahlreiche qualitative Vorteile für Spritzguss-teile. Zudem lässt es eine Reduzierung von Spritzdruck, Schließkraft und Zykluszeit zu. Hinzu kommt oft eine verbesserte Nachdruck-wirkung, die Einfallstellen und Verzug bis auf ein Minimum reduziert.
Vorteile des Spritzprägens für den Prozess• Ausgleich der Schwindung durch Verpressen
der Schmelze über die Schließbewegung• Flächig, gleichmäßig wirkender Nachdruck• Reduktion der Nachdruckzeit, kürzere Zyklus-
zeiten• Möglichkeit der Überfüllung der Kavität• Reduzierter Schließkraftbedarf
• Geringere Orientierung und Molekülausrich-tung beim Spritzen
• Leichtere und schnellere Werkzeugfüllung durch verbesserte Entlüftung
• Geringere Materialscherung
Vorteile des Spritzprägens für die Formteile igenschaften• Beseitigung von Einfallstellen an Material-
anhäufungen und am Fließwegende• Geringere Verzugsneigung und bessere
Langzeit-Maßtoleranz• Geringere Belastung von Vliesen oder Folien
beim Dekorhinterspritzen• Reduzierter Faserabbau in Teilen aus lang-
faserverstärkten Thermoplasten (LFT) und damit gesteigerte mechanische Bauteileigen-schaften
• Verbesserung der optischen Eigenschaften bei transparenten Bauteilen
Den zahlreichen Vorteilen stehen Mehrauf-wendungen bei Maschine und Werkzeug sowie Einschränkungen bei der Bauteilgeometrie gegenüber:• Die Spritzgießmaschine benötigt zusätzlich
eine Prägesteuerung, deren Aufpreis aller-dings häufi g überschätzt wird
• Das Werkzeug muss konstruktiv an das Spritzprägen angepasst werden, damit die Schmelze nicht in die Trennebene eindringen kann. Hierfür gibt es eine Reihe von tech-nischen Lösungen
• Hinterschnitte oder Durchbrüche quer zur Prägerichtung sind problematisch
• In Spritzrichtung sehr tief ausgelegte Bauteile lassen sich nur sehr schwer spritzprägen
Anwendungsgebiete für das Spritzprägen• IMD-Bauteile• Geschäumte Formteile• Dünnwandige Verpackungen• Optische Bauteile• Dekorhinterspritzte Teile• Fein strukturierte Oberfl ächen• Mechanisch belastete LFT-Teile
TEL
EKO
MM
UNIK
ATION
OPTIK AUTOMOBIL
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Der grundsätzliche Ablauf des Prägevorgangs ist immer ähnlich und einfach zu verstehen, denn er erweitert das Spritzgießen lediglich um einen zusätzlichen Hub der Schließeinheit:1. Schließen des Werkzeugs bis auf den Präge-
spalt2. Einspritzen und Füllung der Kavität zu
80 – 95 % (entspricht 100 % oder mehr des Endvolumens)
3. Sequenzielles oder simultanes Prägen über die Schließbewegung des Werkzeugs
4. Nachdrücken (wenn erforderlich), Kühlen, Öffnen und Auswerfen
Der Pressvorgang erfolgt entweder allein durch die Schließbewegung des Werkzeugs oder über die Bewegung eines einzelnen Werkzeug-elementes, das über eine hydraulische Kernzug-funktion angesteuert wird – das so genannte Kernprägen.
Neue WerkzeugkonzepteMittlerweile haben sich auch die Werkzeug-konstruktionen deutlich verbessert. Immer häufi ger wird die klassische Tauchkante durch umlaufende Rahmenkonzepte oder durch Kons-truktionen geführter Zwischenplatten ersetzt. Auch Stempel- und Kernprägevarianten haben sich in einigen Fällen etabliert.
Vorprägen und ZwischenöffnenNeben den Grundfunktionen können beim Spritzprägen einige zusätzliche Optionen ge-nutzt werden, beispielsweise das Vorprägen und das Zwischenöffnen. Das Vorprägen dient dem Umformen von Dekormaterialien. Ein Zwi-schenöffnen kann erforderlich sein, wenn das Werkzeug zum Verhindern eines Freistrahls und zur Sicherung des Quellfl usses beim Einspritzen zunächst etwas weiter geschlossen wird als für das Prägen erforderlich. Auch beim Schäumen kann ein Zwischenöffnen hilfreich sein, wenn dann ein Auftreiben der Schmelze ermöglicht werden soll.
Prinzip und Varianten
VERFAHREN
Prägewerkzeuge benötigen eine besondere konstruktive Gestaltung
FS
FS FKern
Tauchkante Prägerahmen Prägestempel
FS : SchließkraftFKern : Kernprägekraft
1. Fahren des Werkzeugs auf Prägespalt 2. Einspritzen des Materials in eine vorvergrößerte Kavität
3. Verpressen des Materials über die Schließbewegung der Maschine 4. Kühlen, Öffnen und Auswerfen
Prägespalt
Tauchkante (Toleranz 0,2 mm)
4
Vielfalt und Transparenz
Die sequenzielle Prägesteuerung ist im Wesentlichen eine Erweiterung der NC4- bzw. NC5-Steuerung. Sie ist damit für alle Demag-Maschinen der Baureihen Concept, System, Systec, IntElect und Titan verfügbar. Die erweiterte Prägesteuerung, die zusätz-lich bestimmte Anforderungen an die Antriebs-technik stellt, ist in die vollelektrische IntElect problemlos integrierbar. Bei den hydraulischen Maschinen ist der Aufwand für die Konfi gurati-on der Hydraulik im Einzelfall abzuklären.
Die Integration in die NC4-SteuerungÜber drei Bildschirmseiten in der NC4-Steue-rung der Demag-Maschinen wird die Prägesteu-erung bedient. Die auf den Bildschirmseiten 9 („Prägesteuerung“, siehe Grafi k) und 8 („Vor-prägen/Zwischenöffnen“, siehe Grafi k)
PRÄGESTEUERUNG
zusammengefassten Optionen sind leicht ver-ständlich. Selbstverständlich ist die Prägesteue-rung vollständig in die Bildschirmseite 18 („Flexi bler Maschinenablauf“, siehe Grafi k 3) inte griert.
1 Bildschirmseite 9: PrägesteuerungDie vielen Optionen für Modi, Startereignisse usw. werden über Drop-down-Menüs einge-stellt. Dies schafft eine Vielzahl von Verfahrens-varianten durch die unterschiedlichen Kombina-tionsmöglichkeiten. Alle wichtigen Parameter wie Werkzeugschutz, Prägegeschwindigkeit, Wegpunkte u. v. a. sind auf einen Blick sichtbar. Als Schutzfunktion für den Prägeprozess bietet die Prägesteuerung eine Überwachungszeit sowie eine auf 1/100 Sekunde exakt einstell-bare Verzögerungszeit.
2 Bildschirmseite 8: Vorprägen/ZwischenöffnenProgrammschalter mit Überwachungs- und Verzögerungszeiten sind für das Vorprägen und Zwischenöffnen ebenso verfügbar wie verschie-denste Optionen für deren Startereignisse.
3 Bildschirmseite 18: Flexibler MaschinenablaufAlle Prägefunktionen, also das Prägen selbst, das Vorprägen und/oder Zwischenöffnen und alle verbundenen Bewegungen, sind komplett in die gewohnte Darstellung des Maschinen-ablaufs eingebunden. Dem Anwender wird damit auf einer Seite der komplette Prozessab-lauf dargestellt.
Die Prägesteuerung der Demag Plastics Group ist ein zuschaltbares Feature, so dass eine Maschi ne mit Prägesteuerung immer auch als Standard-Spritzgießmaschine dienen kann. Die Prägesteuerung ist in zwei Ausbaustufen verfügbar:• Als sequenzielle Prägesteuerung mit nach-
einander ablaufendem Prägevorgang• Als simultane Prägesteuerung mit parallel
zum Einspritzen verlaufendem Prägevor-gang sowie den Funktionen Vorprägen und Zwischenöffnen
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Vor- und Nachteile der Schließprinzipien beim Prägen sind bei der Auswahl einer Spritzgießmaschine zu berücksichtigen
Vollhydraulische Spritzgießmaschine: Kniehebel-Spritzgießmaschine
+/0 Zwei-/Drei-Platten-Aufbau Bauart Drei-Platten-Aufbau 0
+/0 gering/mittel Platzbedarf mittel 0
+ hydraulisch Schließprinzip hydromechanisch ++
++ 100 % der Schließkraft Prägekraft ca. 50 % der Schließkraft –
+ exakt, aber ohne Übersetzung Anfahren des Prägespalts sehr exakt wegen der Kniehebelübersetzung ++
0 schwierig, vor allem bei kleinen Prägespalten Regelung des Prägehubs gute Regelung auch bei kleinen Prägespalten ++
+ hydromechanisch Krafteinleitung mechanisch ++
0 hydraulisch Schlittenarretierung hydromechanisch +
– keine Schließkraftreserve 10 – 15 % ++
++ sehr vorteilhaft + vorteilhaft 0 indifferent – nachteilig
MASCHINENTECHNIK
Das Prägen über die Schließeinheit von Spritz-gießmaschinen bietet im Vergleich zu Präge-stempeln im Werkzeug den Vorteil des wesent-lich höheren Kraftreservoirs. Im Gegensatz zu hydraulischen Zwei-Platten-Maschinen leiten Kniehebel-Schließeinheiten die Kraft gleichmä-ßig und zentrisch in das Werkzeug ein, bei – entgegen verbreiteten Vorurteilen – deutlich ausreichender Prägekraft. Gerade beim Füllen asymmetrisch angeordneter Kavitäten oder solcher mit langen Fließwegen erweist sich der Kniehebel als vorteilhaft. Wegen seiner beson-deren Kinematik lassen sich die Werkzeugbe-wegungen nahe dem Verriegelungsbereich und damit auch geringste Prägespalten sehr exakt anfahren und Prägeprozesse sehr exakt führen.In der simultanen Prägesteuerung der Demag- Maschinen lassen sich zwei interessante
Sonderfunktionen darstellen: Die Schlitten-fi xierung über Sperrschaltung kann den Kreuzkopf des Kniehebels arretieren, und der Prägerahmen über Kernzugsteuerung kann mithilfe eines Hydraulikzylinders betätigt wer-den, um einen defi nierten Gegendruck variabel einzustellen.
Nachrüstung der PrägesteuerungDie Prägesteuerung ist nicht auf Neumaschi-nen beschränkt. Alle bestehenden Demag-Maschinen mit NC4-Steuerung (DIAS- oder C-DIAS-CPU) lassen sich mit der sequenziellen Prägesteuerung nachrüsten. Um die erweiterte Prägesteuerung an hydraulischen Maschinen nachzurüsten, ist in den meisten Fällen auch eine Nachrüstung der Hydraulik erforderlich.
+ Hydromechanische Arretierung des Prägespaltes
+ Gestufte Schließkraft möglich+ Schlittenfi xierung auch bei
steigendem Spritzdruck
– Nur bei Kniehebelmaschinen möglich– Zusätzlicher Hydraulikblock
erforderlich
Schlittenfi xierung über Sperrschaltung
Vollhydraulik und Kniehebel
Federvorspannung+ Einfaches und kostengünstiges System+ Kleiner Werkzeugaufbau– Vorspannkraft nur über Umbau variierbar– Kraftlinie unlinear
Kernzugsteuerung+ Lineare Kraftverteilung+ Vorspannkraft variierbar+ Konstante Kraftverteilung– Höhere Kosten
Prägerahmen über Federvorspannung oder Kernzugsteuerung
Mechanisch belastete LFT-TeileIMD-Bauteile
IMD-Bauteile Dünnwandige Verpackungen
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Die Anzahl der Präge-Anwendungen wächst – bei IMD-dekorierten Teilen, bei mechanisch be-lastbaren Kunststoff-Elementen im Automobil-bau, bei besonders dünnwandigen Verpackun-gen, bei optischen und geschäumten Bauteilen sowie bei Formteilen mit fein strukturierter Oberfl äche oder beim Dekorhinterspritzen.Bei vielen bedeutenden Anwendungen wirkt sich das Prägen beim Spritzgießen technisch oder wirtschaftlich positiv aus.
IMD-Bauteile: Beim Inmould-Dekorieren (IMD) schont das Spritzprägen die Folie beim Füllvorgang und reduziert die Faltenbildung im Randbereich des Formteils – auch, weil das Nachrutschen der Folie an kritischen Stellen möglich wird. Die Prägetechnik verbessert zudem die Oberfl ächenqualität.
Spritzprägen in der Praxis
Mechanisch belastete LFT-Teile: Das Spritz-prägen reduziert den Faserabbau beim Einsprit-zen sowie die Verzugsneigung am Formteil, verbessert dessen mechanische Eigenschaften, verringert die Werkzeugabnutzung und verkürzt in der Regel die Zykluszeit.
Dünnwandige Verpackungen: Spritzprägen bei dünnwandigen Verpackungen kann den notwendigen Einspritzdruck und die minimalen Wanddicken weiter reduzieren und damit die darstellbaren Fließweg-/Wanddicken-Verhält-nisse weiter vergrößern. Die Prägetechnik verbessert die Entlüftung des Werkzeugs, beim Inmould-Labelling (IML) schont sie Labels und Einleger. Die Überlagerung von Schließ- und Einspritzbewegung kann die Zykluszeit beim Schnelllauf-Spritzgießen weiter verkürzen.
ANWENDUNGEN
Optische Formteile: Das schnellere Einsprit-zen in das offene Werkzeug, die Überfüllungs-möglichkeit – um der Schwindung von Beginn an entgegenzuwirken – sowie der sehr gleich-mäßig und lange einwirkende Nachdruck beim Spritzprägen vermindern innere Spannungen im Formteil, verbessern die optischen Eigen-schaften und die Lichtbrechung.
Dekorhinterspritzte Teile: Die Reduktion des Einspritzdrucks schont Folien oder Vliese beim Dekorhinterspritzen und vermindert Probleme mit der Faltenbildung. Wegen der geringeren erforderlichen Schließkraft lassen sich größere Bauteile auf einer Wide-Platen-Maschine fertigen. Die Prägetechnik bietet insgesamt eine höhere Designfreiheit beim Dekorhinterspritzen. Die Prägesteuerung
Schließkraftreduktion beim Prägen von PP
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8000
7000
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0
Schließkraft (kN)
Spritzguss Prägen
Fließverhalten leicht schwer leicht schwer
Prozessart
Prägegeschwindigkeit (%) - - 99 99
Schließkraft (kN) 8.500 9.500 5.000 6.000
Spritzgießen Prägen
Verfahrensvorteil durch Überfüllung
Optische Formteile
Dekorhinterspritzte Teile Geschäumte Formteile
Fein strukturierte Oberfl ächen
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ermöglicht das Vorformen der Dekore durch einen vorgeschalteten Prägehub.
Fein strukturierte Oberfl ächen: Die Präge-technik sichert das exakte und gleichmäßige Ab formen von Mikrostrukturen auf der Formteil-oberfl äche – vor allem am Fließwegende. Sie erleichtert die Kombination unter schiedlicher Strukturen und verbessert den Reproduziergrad.
Geschäumte Formteile: Zwischenöffnen ver-hindert das vorzeitige Aufschäumen der Schmel-ze, wenn chemische Treibmittel zugesetzt oder die Schmelze physikalisch begast worden ist. Die homogeneren Druckverhältnisse im Werk-zeug und der gleichmäßigere Nachdruck haben Einfl uss auf die Zellstruktur und verbessern Ent lüftung sowie Oberfl ächenqualität.
Spritzdruckreduktion durch Prägen beim Dekorhinterspritzen
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300
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0
Max. Spritzdruck (bar)
Standardspritzgießen mit ND (2s/400 bar) Prägen Start Einspritzen Prägen Start ND (V=1 %) Prägen Start ND (V=99 %) leichtfl ießend Prägen Start ND (V=99 %) schwerfl ießend
Spritzgießen Spritzprägen
95 – 98 % Kavitätvolumen100 % EndvolumenNachdruck
80 – 90 % Kavitätvolumen>100 % Endvolumen
Kompression + Nachdruck
UmschaltpunktMögliches FüllvolumenSchwindungsausgleich
Füllvorgang
www.dpg.com
3090
Spr
itzpr
ägen
-D 1
007
he w
ww
.da-
kapo
.de
AsienDemag (Malaysia) Sdn Bhd15-E, 5th Floor, Block 1Worldwide Business ParkJalan 13/50, Section 1340000 Shah AlamSelangor Darul Ehsan, MalaysiaTel.: +60-3-55 12 97 40Fax: +60-3-55 12 97 60E-Mail: [email protected]
BrasilienDemag Ergotech Brasil Ltda.Av. Ceci, 608 – Galpao B11Tamboré06460-120 Barueri (SP)Tel.: +55-11-41 95-41 12Fax: +55-11-41 95-41 13E-Mail: [email protected]
ChinaDemag Plastics Machinery (Ningbo) Co., Ltd.No.669, Kunlunshan Road, Beilun District, Ningbo, 315800, Zhejiang Province, P.R.ChinaTel.: +86-5 74-86 18 15 00Fax: +86-5 74-86 18 15 18E-Mail: [email protected]
ChinaDemag Ergotech GmbH Shanghai Rep. Offi ce6F, No. 1221, Hami Road, Shanghai 200335, ChinaTel.: +86-21-52 19 50 00Fax: +86-21-52 19 62 50E-Mail: [email protected]
GUSMannesmann Demag PlastservicePrombaza OAO „Stroitransgaz“d.Ascherino Leninskiy raion142717 Moscow regionTel.: +74-95-9 37 97 64Fax: +74-95-9 33 00 78E-Mail: [email protected]
FrankreichDemag Ergotech France sasZac du Mandinet9, rue des Campanules77185 LognesTel.: +33-1-60 33 20 10Fax: +33-1-60 06 28 89E-Mail: [email protected]
DeutschlandDemag Ergotech GmbHWerk SchwaigAltdorfer Str. 1590571 SchwaigTel.: +49-9 11-50 61-0Fax: +49-9 11-50 61-2 65E-Mail: [email protected]
DeutschlandDemag Ergotech GmbHWerk WieheDonndorfer Str. 306571 WieheTel.: +49-3 46 72-97-0Fax: +49-3 46 72-97-333E-Mail: [email protected]
IndienL&T-Demag Plastics Machinery LimitedMount-Poonamallee RoadManapakkam/Chennai 600 089Tel.: +91-44-22 49-04 32Fax: +91-44-22 49-49 52E-Mail: [email protected]
ItalienDemag Plastics Group Italia s.r.l.Via Bassano 303012 Anagni (FR)Tel.: +39-07 75-77 20 04Fax: +39-07 75-77 20 04E-Mail: [email protected]
PolenDemag Plastics Group Sp. z o.o.ul. Jagiellonska 81-8342-200 CzestochowaTel.: +48-34-3 70 95 40Fax: +48-34-3 70 94 86E-Mail: [email protected]
SpanienDemag Ergotech España, S.L.Pol. Ind. Can CalderónAvd. Riera de FonollarEsquina C/Murcia, n°37-A, Nave F08830 – Sant Boi de Llobregat (Barcelona)Tel.: +34-93-6 52 95 30Fax: +34-93-6 54 78 10E-Mail: [email protected]
GroßbritannienDemag Hamilton Ltd.Hamilton House, Broadfi eldsBicester Road, AylesburyBucks, HP19 8AYTel.: +44-12 96-31 82 00Fax: +44-12 96-42 62 22E-Mail: [email protected]
USADemag Plastics Group Corp.11792 Alameda DriveStrongsville, Ohio 44149-3011Tel.: +1-4 40-8 76-89 48Fax: +1-4 40-8 76-64 39E-Mail: [email protected]
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