Spritzgießen: Gibt es einen wichtigen Prozessparameter

Vor kurzem wurde mir eine Frage gestellt, die bei mir eine ernste emotionale Reaktion hervorrief, weil die wissenschaftlichen Prinzipien, die die Grundlage eines Formungsprozesses bilden, völlig missachtet werden. Für mich ist die Frage - "Was ist der wichtigste Prozessparameter eines Formprozesses?" - der Frage, welches meiner Kinder ich mehr liebte. Meine erste Reaktion, die ich (glücklicherweise) nicht verbalisieren konnte: "Machst du Witze?"

Ein kleiner Hintergrund: Ich habe mich mit einer Gruppe eines großen medizinischen Herstellers zusammengesetzt, um die Validierung von Spritzgießverfahren für medizinische Prozesse und die Prinzipien des Scientific Injection Molding zu besprechen. Um zu fragen, welcher Parameter am wichtigsten ist, vor allem von jemandem aus dem medizinischen Bereich unserer Branche, war es gelinde gesagt überraschend.

Angesichts der Tatsache, dass auf dem medizinischen Markt der Formprozess selbst im Wesentlichen eine Kundenspezifikation ist, so kritisch für den Produktversand wie für die Teiledimensionen, hatte ich nicht mit dieser Art von Frage gerechnet.

Wenn Sie die Teile nicht gleich füllen können, können Sie die Teile nicht gleich verpacken, sodass die Cpk-Werte extrem niedrig werden können.

Unabhängig davon, ob es sich um Medizin oder Pharma handelt, verlangt der Kunde in der Regel, den Nachweis zu erbringen, dass das von Ihnen verwendete Produkt innerhalb der Prozesskontrollgrenzen lag, die während der Validierung festgelegt wurden. Ich würde argumentieren, dass die OQ oder Operations Qualification die Stufe des IQ / OQ / PQ-Protokolls ist, in der der Prozess des Formgebers entwickelt wird, während die PQ (Performance Qualification) Ihre oberen und unteren Kontrollgrenzen festlegt. Dies ist jedoch ein anderer Artikel.

Dieses Gespräch war die Motivation für diese Kolumne, in der ich dachte, ich würde die Punkte für mehrere Prozessparameter als „am wichtigsten“ argumentieren und damit vielleicht herausfinden, ob es tatsächlich einen „wichtigsten“ Prozessparameter gibt. Wo kann ich besser anfangen, als die Antwort, die ich damals widerwillig gab, nachdem ich deutlich gemacht hatte, dass alle Leistungen eines Spritzgießprozesses wichtig sind.

• Füllbilanz : Ich habe deutlich darauf hingewiesen, dass die Füllbilanz an sich keine technische Größe ist, sondern tatsächlich eine Ausgabe vieler Parameter ist. Das heißt, wenn ich etwas auswählen müsste, wäre der Füllstand einer der Ausgangspunkte der Prozessentwicklung.

Ich hatte fast die Fassung verloren, als die Folgefrage lautete: „Okay, was ist der wichtigste Parameter bei der Kontrolle des Füllungsgleichgewichts?“ Meine Antwort: „Wirklich?“ Hunderte von Variablen können buchstäblich das Füllungsgleichgewicht beeinflussen. Unabhängig davon, ob es sich um Thermodynamik, Prozentsatz des Mahlgutes, Formabmessungen oder Scherung handelt, ist es unmöglich, eine davon als wichtiger zu wählen als die anderen.

Es kann jedoch eine Debatte darüber geführt werden, wie wichtig eine ausgewogene Füllung ist, und was noch wichtiger ist, die Auswirkungen einer unausgeglichenen Füllung auf die Teilequalität und die Wiederholgenauigkeit der Abmessungen, insbesondere im Hinblick auf die medizinischen Anforderungen, um die Cpk- und Ppk-Zahlen von 1,33 und 1,67. Der Cpk einer Maßangabe in der medizinischen Formteilindustrie ist einfach der Vergleich eines Hohlraums mit einem anderen. Es hilft also, die Abweichung von Cavity One bis zum Beispiel Cavity 32 in einem 32-Cavity-Werkzeug usw. zu bestimmen. Füllbilanz ist aus dieser Perspektive absolut kritisch. Wenn Sie die Teile nicht gleich füllen können, können Sie die Teile nicht gleich verpacken, sodass die Cpk-Werte extrem niedrig werden können.

Hohlräume, die sich auf der ersten Stufe füllen, werden weniger gepackt, da die Viskosität in diesen Hohlräumen extrem hoch wird. Vergessen Sie nicht die Grundregel des plastischen Flusses: Kunststoff fließt in Richtung des geringsten Widerstands. Wenn wir eine Form mit zwei Hohlräumen haben und ein Hohlraum in der ersten Stufe voll ist und der andere zu 80% gefüllt ist, wird der Weg des geringsten Widerstands zu dem Hohlraum, der nicht vollständig gefüllt ist.

Eine ausgeglichene Füllung sorgt dafür, dass sich jeder Hohlraum zum selben Zeitpunkt füllt und verpackt. Dadurch wird sichergestellt, dass jeder Hohlraum ähnliche Prozessbedingungen durchläuft. Es ist ein grundlegendes Element, auf dem ein Prozess aufgebaut ist, daher ist seine Bedeutung selbstverständlich, aber es ist immer noch schwierig, ihn als den "wichtigsten" Parameter zu bezeichnen.

• Füllzeit : Der wichtigste Prozessparameter ist möglicherweise die Füllzeit. Lassen Sie mich noch einmal klarstellen - dies ist ein Ausgang, kein Sollwert. Der Wortparameter ist definiert als „eine Größe, deren Wert für die jeweiligen Umstände ausgewählt wird“. Wir wählen eine Füllzeit aus, aber wir passen die Maschinenparameter an. Die Grundlagen des Formens, die viele von uns angenommen haben, konzentrieren sich auf die Ergebnisse des Prozesses.

Die gesamte Prämisse "Was ist der wichtigste Parameter" ist fraglich, wenn man bedenkt, dass viele Parameter zu den Prozessergebnissen beitragen. Es gibt viele Formenbauer, die sagen, dass die Füllzeit die Grundlage Ihres Prozesses ist, und es gibt viele Experimente, um sie zu etablieren.

Normalerweise führe ich eine Studie zu Rheologie, Viskositätslinearität, Füllbalance und Maschinenvariation durch, bevor ich eine Füllzeit für einen Prozess identifiziere. Habe ich Saldo ausfüllen gesagt? Ich tat. Das Füllgleichgewicht wird stark von der Füllrate beeinflusst und hängt davon ab, wie schnell oder langsam wir injizieren.

Ein Spritzgießprozess ist ein zusammenhängender Prozess, dh mehrere Variablen und Parameter wirken sich direkt oder indirekt auf einander aus. Sehr wenig über einen Spritzgussprozess ist isoliert und hat keinen Einfluss auf etwas anderes.

Bei der Füllzeit führen einige Prozessoren möglicherweise weniger Experimente durch, und einige können sogar der Liste hinzugefügt werden. Unabhängig davon, wie die Füllzeiten ermittelt werden, ist es wichtig sicherzustellen, dass wir diese Füllzeit während der gesamten Lebensdauer der Form oder des Teils beibehalten. Wenn wir eine Füllzeit einhalten, sorgen wir für die Äquivalenz der molekularen Orientierung, was dazu führt, dass der Füllvorgang konstant läuft. Wenn wir laufend befüllen, trägt dies zu einer konstanten Schrumpfung, Schergeschwindigkeit und Füllungsbilanz bei.

Auch hier gibt es mehrere Variablen, die beeinflussen, wie ein Teil verkleinert wird, und ich zeige nur auf eine. Es gibt viele Experten in unserer Branche, die sagen würden, dass die Füllzeit die Grundlage eines robusten Prozesses ist, aber ist es wirklich die wichtigste?

Wenn wir nun fragen: „Was muss ich für eine wiederholbare Füllzeit sicherstellen?“, Lautet die Antwort auf den richtigen Einspritzdruck. So. Ist der Einspritzdruck der wichtigste Parameter?

• Einspritzdruck : Der Einspritzdruck ist für einen wiederholbaren Prozess von entscheidender Bedeutung. Obwohl Sie mit einer gewissen Abweichung dieser Leistung rechnen, kann der Druck bei unzureichendem Druck die Qualität der Teile beeinträchtigen.

Druckbegrenzten Prozessen fehlt die Fähigkeit, sich aufgrund von Schwankungen der Materialviskosität selbst einzustellen. Wenn die Materialviskosität über den verfügbaren Maschinendruck ansteigt, flacht unsere Druckkurve plötzlich ab und unsere Füllzeit verlängert sich. Wenn überhaupt, dauert es länger, bis die Maschine den V / P-Übergabepunkt erreicht. Dies kann verschiedene Defekte verursachen, vor allem kurze Schläge oder Unterfüllungen.

Die gesamte Prämisse "Was ist der wichtigste Parameter" ist fraglich, wenn man bedenkt, dass viele Parameter zu den Prozessergebnissen beitragen.

Wenn wir auf Scientific Moulding oder Decoupled Moulding verweisen, beziehen wir uns eigentlich auf eine geschwindigkeitsgesteuerte erste Stufe, aber wir können diese Geschwindigkeit nicht vollständig steuern, wenn der Druck, den wir erreichen müssen, begrenzt ist.

Ich kenne mehrere Prozessoren, die den Einspritzdruck bei der Prozessüberwachung ignorieren, und argumentieren: „Solange dies nicht beschränkt ist, ist dies keine kritische Prozessleistung“, und wir erwarten Variationen.

Ich stimme zu, dass wir Variationen erwarten, aber wie viel ist zu viel und warum ist das wichtig? Ich würde sagen, dass zu viele Abweichungen außerhalb der festgelegten "normalen" Abweichungen während der Validierungsläufe liegen. Abhängig von den Produkt- und Kundenspezifikationen ist es wichtig, den Prozess während der Validierung und der Nachahmung der Viskositätsänderung in Frage zu stellen. Wenn Ihre Spezifikation beispielsweise zulässt, dass das Mahlgut in der Produktion hinzugefügt wird, müssen Sie während der Prozessvalidierung einen Lauf mit Mahlgut einschließen.

Wenn Sie eine Basislinie haben und eine normale Abweichung für Ihren Prozess ermittelt haben und die Spitze des Einspritzdrucks diese Basislinie überschreitet, ist es wichtig zu verstehen, warum. Ich sage nicht, dass Sie dieses Produkt sofort ablehnen sollten. Ich sage, dass dieses Produkt überprüft werden muss, und was noch wichtiger ist, der Former muss erkennen, woher die hinzugefügte Variation kommt.

• Hohlraumdruck : Angesichts der Millionen Dollar, die die Formarbeiter jedes Jahr für die Überwachung und Steuerung ihres Prozesses aufbringen müssen, muss der Hohlraumdruck ein kritischer Output sein. Durch die Möglichkeit, jeden Hohlraum basierend auf dem Hohlraumdruck zu packen, oder sogar die V / P-Übertragung durch den Hohlraumdruck zu steuern, wird Formstabilität von Teil zu Teil und von Schuss zu Schuss bereitgestellt. Obwohl die Investition beträchtlich sein kann, sind die Vorteile bewiesen. Meine Position ist jedoch nicht, dass jedes Produkt diese Technologie benötigt.

Wenn Sie im Automobilbau arbeiten und Oberflächenprodukte der Klasse „A“ formen, können selbst Teile, die innerhalb Ihrer Kontrollgrenzen für den Werkzeuginnendruck laufen, aufgrund von optischen Fehlern möglicherweise nicht akzeptabel sein.

Sicherzustellen, dass Sie über qualifiziertes, motiviertes und gut ausgebildetes Personal verfügen, bestimmt letztlich die Qualität des Produkts, das an Ihren Kunden gesendet wird.

Hohlraum-Druckwandler informieren Sie nicht darüber, ob die Teile auf Ihrer Textur Kratzer oder Rostflecken haben. Wenn sie richtig eingerichtet ist, können sie auf Kurzschlüsse überwachen und blinken. Hohlraumdruckwandler können jedoch keine visuellen Defekte feststellen, die nicht mit dem Materialfluss zusammenhängen.

Wenn die Hohlraumdruckwandler an den richtigen Stellen installiert sind, kann der Spitzendruck im Hohlraum ein hohes Maß an Kontrolle und Überwachung bieten. Ich würde jedoch sagen, dass der größte Vorteil von Hohlraumdruckwandlern nicht einmal der Hohlraumdruckausgang ist. Die Kühlrate, die von einem Hohlraum-Druckwandler ausgegeben wird, liefert die Geschwindigkeit, mit der der Kunststoff vom Wandler wegschrumpft. Dies kann den Formern versichern, dass das Wasser bei jedem Durchlauf mit der gleichen Geschwindigkeit abkühlt. Vielleicht ist das Argument für den Hohlraumdruck tatsächlich ein Argument für Hohlraumdruckwandler.

Dies wäre jedoch eine schwierige Haltung, da es so viele erfolgreiche Formenbauer gibt, die nicht in diese Technologie investieren, aber immer noch datengesteuerte wissenschaftliche Hersteller sind.

• Menschen als Parameter : Es ist absolut unmöglich, einen „wichtigsten Parameter“ für einen verbundenen Prozess wie den unseren zu identifizieren. Es gibt weder einen äußerst wichtigen Parameter noch ein äußerst wichtiges Gerät. Es gibt jedoch eine kritische Ressource, die „die wichtigste“ ist und Ihre Teammitglieder sind.

Ihre Mitarbeiter, von Technikern über Bediener bis hin zu allen anderen, sind die wichtigsten. Unabhängig davon, ob es um Prozessentwicklung, Prozesskontrollen oder Technologien geht, hat die Person, die diese Stelle einrichtet, den größten Einfluss auf ihren Erfolg. Sicherzustellen, dass Sie über qualifiziertes, motiviertes und gut ausgebildetes Personal verfügen, bestimmt letztlich die Qualität des Produkts, das an Ihren Kunden gesendet wird.

Investitionen in Menschen genauso viel, wenn nicht mehr als in Ausrüstung, sind für einen sicheren und erfolgreichen Spritzgießprozess von entscheidender Bedeutung. Stellen Sie sich das so vor: Wenn Sie sagen, dass die Füllzeit der wichtigste Prozessparameter ist und Sie enge Kontrollgrenzen anwenden, muss diese Kontrolle immer noch aktiviert werden.

Jemand muss nicht nur verstehen, wie man die Steuerelemente einschaltet, sondern auch, wie man sie beheben kann, wenn das Gerät nicht ordnungsgemäß funktioniert. Ein Großteil der Schulungen unserer Branche konzentriert sich auf Ingenieurs- und Prozessentwicklungsfähigkeiten, dennoch bieten wir keine Ausbildungslehrgänge für Formen- und Rüstungstechniker oder gar Bediener an.

Wir brauchen Standards, die denen anderer Handwerker ähneln, und einen klaren Karriereweg für unsere technischen Teammitglieder. Ich habe viele Jahre im Spritzguss verbracht, mit allen Arten von Geräten gearbeitet und Prozesse und Systeme entwickelt, um sie zu überwachen. Ich kann Ihnen sagen, dass diese Systeme niemals einen gut ausgebildeten Techniker ersetzen können. Stattdessen geben sie ihnen die Werkzeuge an die Hand, um unseren Kunden erstklassige Effizienz und Bauteilqualität zu bieten. Einer ist nicht unabhängig vom anderen. Wie bei einem Spritzgießprozess sind unsere Ressourcen (Ausrüstung und Teammitglieder) ein zusammenhängender Prozess, und der Formenbauer kann nicht erfolgreich sein, um sie zu isolieren.