Spritzprägen - Sumitomo (SHI)

Spritzprägen
Verfahren – Maschinentechnik
Prozesssteuerung – Anwendungen

SPRITZPRÄGEN
Anwendungsgebiete für
das Spritzprägen
• IMD-Bauteile
• Geschäumte Formteile
• Dünnwandige Verpackungen
• Optische Bauteile
• Dekorhinterspritzte Teile
• Fein strukturierte Oberflächen
• Mechanisch belastete LFT-Teile
OPTIK
TELEKOMMUNIKATION
AUTOMOBIL
Vorteile und Einsatzgebiete
Das Spritzprägen bietet neben geringerer
Materialscherung und weniger Orientierungen
zahlreiche qualitative Vorteile für Spritzgussteile.
Zudem lässt es eine Reduzierung von
Spritzdruck, Schließkraft und Zykluszeit zu.
Hinzu kommt oft eine verbesserte Nachdruckwirkung,
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 Zykluszeiten
• Möglichkeit der Überfüllung der Kavität
• Reduzierter Schließkraftbedarf
2
• Geringere Orientierung und Molekülausrichtung
beim Spritzen
• Leichtere und schnellere Werkzeugfüllung
durch verbesserte Entlüftung
• Geringere Materialscherung
Vorteile des Spritzprägens
für die Formteile igenschaften
• Beseitigung von Einfallstellen an Materialanhäufungen
und am Fließwegende
• Geringere Verzugsneigung und bessere
Langzeit-Maßtoleranz
• Geringere Belastung von Vliesen oder Folien
beim Dekorhinterspritzen
• Reduzierter Faserabbau in Teilen aus langfaserverstärkten
Thermoplasten (LFT) und
damit gesteigerte mechanische Bauteileigenschaften
• Verbesserung der optischen Eigenschaften bei
transparenten Bauteilen
Den zahlreichen Vorteilen stehen Mehraufwendungen
bei Maschine und Werkzeug sowie
Einschränkungen bei der Bauteilgeometrie
gegenüber:
• Die Spritzgießmaschine benötigt zusätzlich
eine Prägesteuerung, deren Aufpreis allerdings
häufig 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 technischen
Lösungen
• Hinterschnitte oder Durchbrüche quer zur
Prägerichtung sind problematisch
• In Spritzrichtung sehr tief ausgelegte Bauteile
lassen sich nur sehr schwer spritzprägen

VERFAHREN
Prägespalt
Tauchkante
(Toleranz 0,2 mm)
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
Prägewerkzeuge benötigen eine besondere konstruktive Gestaltung
F S
F S
F Kern
F S
: Schließkraft
F Kern
: Kernprägekraft
Tauchkante Prägerahmen Prägestempel
Prinzip und Varianten
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 Prägespalt
2. 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 Werkzeugelementes,
das über eine hydraulische Kernzugfunktion
angesteuert wird – das so genannte
Kernprägen.
Neue Werkzeugkonzepte
Mittlerweile haben sich auch die Werkzeugkonstruktionen
deutlich verbessert. Immer
häufiger wird die klassische Tauchkante durch
umlaufende Rahmenkonzepte oder durch Konstruktionen
geführter Zwischenplatten ersetzt.
Auch Stempel- und Kernprägevarianten haben
sich in einigen Fällen etabliert.
Vorprägen und Zwischenöffnen
Neben den Grundfunktionen können beim
Spritzprägen einige zusätzliche Optionen genutzt
werden, beispielsweise das Vorprägen
und das Zwischenöffnen. Das Vorprägen dient
dem Umformen von Dekormaterialien. Ein Zwischenöffnen
kann erforderlich sein, wenn das
Werkzeug zum Verhindern eines Freistrahls und
zur Sicherung des Quellflusses 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.
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PRÄGESTEUERUNG
1 2
Vielfalt und Transparenz
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 nacheinander
ablaufendem Prägevorgang
• Als simultane Prägesteuerung mit parallel
zum Einspritzen verlaufendem Prägevorgang
sowie den Funktionen Vorprägen und
Zwischenöffnen
3
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 zusätzlich
bestimmte Anforderungen an die Antriebstechnik
stellt, ist in die vollelektrische IntElect
problemlos integrierbar. Bei den hydraulischen
Maschinen ist der Aufwand für die Konfiguration
der Hydraulik im Einzelfall abzuklären.
Die Integration in die NC4-Steuerung
Über drei Bildschirmseiten in der NC4-Steuerung
der Demag-Maschinen wird die Prägesteuerung
bedient. Die auf den Bildschirmseiten 9
(„Prägesteuerung“, siehe Grafik) und 8 („Vorprägen/Zwischenöffnen“,
siehe Grafik)
4
zusammengefassten Optionen sind leicht verständlich.
Selbstverständlich ist die Prägesteuerung
vollständig in die Bildschirmseite 18
(„Flexi bler Maschinenablauf“, siehe Grafik 3)
inte griert.
1 Bildschirmseite 9: Prägesteuerung
Die vielen Optionen für Modi, Startereignisse
usw. werden über Drop-down-Menüs eingestellt.
Dies schafft eine Vielzahl von Verfahrensvarianten
durch die unterschiedlichen Kombinationsmöglichkeiten.
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 einstellbare
Verzögerungszeit.
2 Bildschirmseite 8:
Vorprägen/Zwischenöffnen
Programmschalter mit Überwachungs- und
Verzögerungszeiten sind für das Vorprägen und
Zwischenöffnen ebenso verfügbar wie verschiedenste
Optionen für deren Startereignisse.
3 Bildschirmseite 18:
Flexibler Maschinenablauf
Alle Prägefunktionen, also das Prägen selbst,
das Vorprägen und/oder Zwischenöffnen und
alle verbundenen Bewegungen, sind komplett
in die gewohnte Darstellung des Maschinenablaufs
eingebunden. Dem Anwender wird
damit auf einer Seite der komplette Prozessablauf
dargestellt.

MASCHINENTECHNIK
Prägerahmen über Federvorspannung oder Kernzugsteuerung
Schlittenfixierung über Sperrschaltung
Federvorspannung
+ Einfaches und kostengünstiges System
+ Kleiner Werkzeugaufbau
– Vorspannkraft nur über Umbau variierbar
– Kraftlinie unlinear
Kernzugsteuerung
+ Lineare Kraftverteilung
+ Vorspannkraft variierbar
+ Konstante Kraftverteilung
– Höhere Kosten
+ Hydromechanische Arretierung
des Prägespaltes
+ Gestufte Schließkraft möglich
+ Schlittenfi xierung auch bei
steigendem Spritzdruck
– Nur bei Kniehebelmaschinen möglich
– Zusätzlicher Hydraulikblock
erforderlich
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
Vollhydraulik und Kniehebel
Das Prägen über die Schließeinheit von Spritzgießmaschinen
bietet im Vergleich zu Prägestempeln
im Werkzeug den Vorteil des wesentlich
höheren Kraftreservoirs. Im Gegensatz zu
hydraulischen Zwei-Platten-Maschinen leiten
Kniehebel-Schließeinheiten die Kraft gleichmäßig
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 besonderen
Kinematik lassen sich die Werkzeugbewegungen
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 Schlittenfixierung
über Sperrschaltung kann den
Kreuzkopf des Kniehebels arretieren, und der
Prägerahmen über Kernzugsteuerung kann
mithilfe eines Hydraulikzylinders betätigt werden,
um einen definierten Gegendruck variabel
einzustellen.
Nachrüstung der Prägesteuerung
Die Prägesteuerung ist nicht auf Neumaschinen
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.
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ANWENDUNGEN
IMD-Bauteile
Mechanisch belastete LFT-Teile
Schließkraftreduktion beim Prägen von PP
IMD-Bauteile
Dünnwandige Verpackungen
Schließkraft (kN)
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
Spritzguss
Prägen
Fließverhalten leicht schwer leicht schwer
Prozessart
Spritzgießen Prägen
Prägegeschwindigkeit (%) - - 99 99
Schließkraft (kN) 8.500 9.500 5.000 6.000
Spritzprägen in der Praxis
Die Anzahl der Präge-Anwendungen wächst –
bei IMD-dekorierten Teilen, bei mechanisch belastbaren
Kunststoff-Elementen im Automobilbau,
bei besonders dünnwandigen Verpackungen,
bei optischen und geschäumten Bauteilen
sowie bei Formteilen mit fein strukturierter
Oberfläche 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 Oberflächenqualität.
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Mechanisch belastete LFT-Teile: Das Spritzprägen
reduziert den Faserabbau beim Einspritzen
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-Verhältnisse
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.
Optische Formteile: Das schnellere Einspritzen
in das offene Werkzeug, die Überfüllungsmöglichkeit
– um der Schwindung von Beginn
an entgegenzuwirken – sowie der sehr gleichmäßig
und lange einwirkende Nachdruck beim
Spritzprägen vermindern innere Spannungen
im Formteil, verbessern die optischen Eigenschaften
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

Verfahrensvorteil durch Überfüllung
Spritzgießen
Spritzprägen
Füllvorgang
95 – 98 % Kavitätvolumen
100 % Endvolumen
Nachdruck
Umschaltpunkt
Mögliches Füllvolumen
Schwindungsausgleich
80 – 90 % Kavitätvolumen
>100 % Endvolumen
Kompression + Nachdruck
Optische Formteile
Spritzdruckreduktion durch Prägen beim Dekorhinterspritzen
Max. Spritzdruck (bar)
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Dekorhinterspritzte Teile
Geschäumte Formteile
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
ermöglicht das Vorformen der Dekore durch
einen vorgeschalteten Prägehub.
Fein strukturierte Oberflächen: Die Prägetechnik
sichert das exakte und gleichmäßige
Ab formen von Mikrostrukturen auf der Formteiloberfläche
– vor allem am Fließwegende. Sie
erleichtert die Kombination unter schiedlicher
Strukturen und verbessert den Reproduziergrad.
Geschäumte Formteile: Zwischenöffnen verhindert
das vorzeitige Aufschäumen der Schmelze,
wenn chemische Treibmittel zugesetzt oder
die Schmelze physikalisch begast worden ist.
Die homogeneren Druckverhältnisse im Werkzeug
und der gleichmäßigere Nachdruck haben
Einfluss auf die Zellstruktur und verbessern
Ent lüftung sowie Oberflächenqualität.
Fein strukturierte Oberflächen
7

Asien
Demag (Malaysia) Sdn Bhd
15-E, 5th Floor, Block 1
Worldwide Business Park
Jalan 13/50, Section 13
40000 Shah Alam
Selangor Darul Ehsan, Malaysia
Tel.: +60-3-55 12 97 40
Fax: +60-3-55 12 97 60
E-Mail: dpa@demag.com.my
Brasilien
Demag Ergotech Brasil Ltda.
Av. Ceci, 608 – Galpao B11
Tamboré
06460-120 Barueri (SP)
Tel.: +55-11-41 95-41 12
Fax: +55-11-41 95-41 13
E-Mail: brasil@demag-ergotech.com.br
China
Demag Plastics Machinery (Ningbo) Co., Ltd.
No.669, Kunlunshan Road, Beilun District,
Ningbo, 315800, Zhejiang Province, P.R.China
Tel.: +86-5 74-86 18 15 00
Fax: +86-5 74-86 18 15 18
E-Mail: sales.cn@dpg.com
China
Demag Ergotech GmbH
Shanghai Rep. Offi ce
6F, No. 1221, Hami Road,
Shanghai 200335, China
Tel.: +86-21-52 19 50 00
Fax: +86-21-52 19 62 50
E-Mail: shanghai@demag-ergotech.com.cn
GUS
Mannesmann Demag Plastservice
Prombaza OAO „Stroitransgaz“
d.Ascherino
Leninskiy raion
142717 Moscow region
Tel.: +74-95-9 37 97 64
Fax: +74-95-9 33 00 78
E-Mail: info.plastservice@dpg.com
Frankreich
Demag Ergotech France sas
Zac du Mandinet
9, rue des Campanules
77185 Lognes
Tel.: +33-1-60 33 20 10
Fax: +33-1-60 06 28 89
E-Mail: detf@dpg.com
Deutschland
Demag Ergotech GmbH
Werk Schwaig
Altdorfer Str. 15
90571 Schwaig
Tel.: +49-9 11-50 61-0
Fax: +49-9 11-50 61-2 65
E-Mail: info-dpde@dpg.com
Deutschland
Demag Ergotech GmbH
Werk Wiehe
Donndorfer Str. 3
06571 Wiehe
Tel.: +49-3 46 72-97-0
Fax: +49-3 46 72-97-333
E-Mail: info-dpde@dpg.com
Indien
L&T-Demag Plastics Machinery Limited
Mount-Poonamallee Road
Manapakkam/Chennai 600 089
Tel.: +91-44-22 49-04 32
Fax: +91-44-22 49-49 52
E-Mail: nss@Itdemag.com
Italien
Demag Plastics Group Italia s.r.l.
Via Bassano 3
03012 Anagni (FR)
Tel.: +39-07 75-77 20 04
Fax: +39-07 75-77 20 04
E-Mail: lido.ghirlandini@dpg.com
Polen
Demag Plastics Group Sp. z o.o.
ul. Jagiellońska 81-83
42-200 Częstochowa
Tel.: +48-34-3 70 95 40
Fax: +48-34-3 70 94 86
E-Mail: info@demag.pl
Spanien
Demag Ergotech España, S.L.
Pol. Ind. Can Calderón
Avd. Riera de Fonollar
Esquina C/Murcia, n°37-A, Nave F
08830 – Sant Boi de Llobregat (Barcelona)
Tel.: +34-93-6 52 95 30
Fax: +34-93-6 54 78 10
E-Mail: angel.lozano@dpg.com
Großbritannien
Demag Hamilton Ltd.
Hamilton House, Broadfi elds
Bicester Road, Aylesbury
Bucks, HP19 8AY
Tel.: +44-12 96-31 82 00
Fax: +44-12 96-42 62 22
E-Mail: salesUK@dpg.com
USA
Demag Plastics Group Corp.
11792 Alameda Drive
Strongsville, Ohio 44149-3011
Tel.: +1-4 40-8 76-89 48
Fax: +1-4 40-8 76-64 39
E-Mail: info-dc@dpg.com
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