Het eerste schot van een nieuwe matrijs bepaalt het lot van de rest van de productie. In de meeste bedrijven wordt deze fase met vallen en opstaan doorlopen: een parameter wordt gewijzigd, het product wordt bekeken, een volgende parameter wordt gewijzigd. Uiteindelijk wordt een instelling gevonden die werkt, maar waarom die werkt, weet niemand. Maanden later, wanneer de materiaalbatch wisselt of het in de loop van de dienst warmer wordt, houdt dezelfde instelling geen stand meer en weet niemand meer op welke basis elke waarde is gekozen.
Een systematische matrijsproef is hier het alternatief voor: een procedure waarvan de stappen en de volgorde vooraf vastliggen, waarbij bij elke stap op papier wordt gezet wat is aangetoond. De onderstaande werkwijze wordt niet alleen bij nieuwe matrijzen gebruikt; ze dient ook als kader dat stap voor stap kan worden toegepast wanneer het proces bij een bestaande matrijs is ontspoord.
Wat op tafel moet liggen voordat u naar de machine gaat
De grootste tijdverspilling bij een proef is aan de machine op zoek gaan naar ontbrekende informatie. Vóór de start moet het volgende klaarliggen:
| Document / informatie | Waarvoor dient het |
|---|---|
| Doel van de proef | Wat er in deze proef precies moet worden aangetoond (maten, oppervlak, cyclus, balans tussen vormholtes) |
| Inbouwmaten van de matrijs | Of ze op de machine past, centrering en uitwerperkoppeling |
| Functieschema van het uitwerpen | Welke beweging in welke volgorde, met welke beveiliging |
| Volgordeschema van kerntrekkers en naaldafsluitingen | Signaalvolgorde en vergrendelingen |
| Zone-indeling van de hotrunner | Welke zone bij welke spuitneus hoort, sensortypen |
| Tempereerplan | Welk circuit welk deel van de matrijs voedt |
| Verwerkingsgegevens van het materiaal | Temperatuurbereik, drogen, grens van de omtreksnelheid |
| Technische tekening van het product | Maattoleranties en kritische oppervlakken |
| Doorstroomcontrole | Verifiëren dat door elk koelcircuit werkelijk water stroomt |
Het tempereerplan en de doorstroomcontrole worden het vaakst overgeslagen. Eén enkel circuit dat niet is aangesloten of verstopt zit, maakt alle volgende metingen zinloos; details staan in ons artikel wat is tempereren.
Volgorde van het instellen
De procedure verloopt in vijf blokken, en de volgorde is niet toevallig — elk blok schept de voorwaarde voor het volgende.
1) Machine instellen. De hydraulische, elektrische en pneumatische aansluitingen worden gemaakt. Het tempereermedium wordt aangesloten, ingesteld en de doorstroming gemeten. De hotrunnertemperaturen worden ingevoerd. De sluiteenheid wordt ingesteld.
2) Matrijs. De matrijs wordt gecontroleerd, de plastificeertemperaturen worden ingesteld, de matrijs wordt ingebouwd en er wordt een functiecontrole uitgevoerd. Daarna worden sluitkracht, matrijsbeveiligingskracht en matrijsbewegingen ingesteld.
3) Plastificeercondities. De bewegingen van de spuiteenheid worden ingesteld, gevolgd door een realistische koeltijd. Vervolgens worden schroeftoerental, stuwdruk, decompressie, terugtreksnelheid van de schroef en doseerslag ingevoerd. Het blok sluit af met de keuze van het omschakelpunt en de doseerslag.
4) Inspuitcondities. Inspuitsnelheid en drukgrens worden ingesteld. Er worden deelvullingen gemaakt tot het product voor ongeveer 98% gevuld is. Een geschikte nadruk dient als uitgangspunt, de tijd wordt ingevoerd, het profiel wordt geoptimaliseerd en het restkussen wordt gecontroleerd.
5) Afronding. Is de vereiste kwaliteit bereikt, dan worden de bewakingstijden ingevoerd, de wachttijden geoptimaliseerd, de resterende koeltijd ingesteld en wordt de productkwaliteit een laatste keer geverifieerd.
Deelvulling: de ruggengraat van de proef
Deelvulling is de enige manier om te zien hoe de matrijs vult. Om het goed te doen gelden enkele voorwaarden:
- Tijdens de nadrukfase mag er geen smelt in de vormholte komen. Daarvoor wordt de nadruk zeer laag gekozen; anders wordt het omschakelpunt overschreden en is de deelvulling geen deelvulling meer.
- Het ingestelde omschakelpunt moet ook met het oog worden gecontroleerd — de waarde op het scherm en de werkelijke vullingsgraad van het product zijn niet hetzelfde.
- Er wordt een voldoende lange plastificeervertraging gegeven, zodat er tijdens het doseren geen smelt in de vormholte ontsnapt.
- Er wordt in kleine stappen opgeschaald; grote sprongen verbergen waar het vloeifront vertraagt.
- Elke deelvulling wordt gelabeld met het omschakelpunt of de doseerslag waarbij ze hoort. Zo kan de positie van het front worden teruggevolgd.
- Er moet voldoende voorvulling zijn om de uitwerpers goed te laten werken.
Een reeks deelvullingen toont tegelijk waar een onvolledige vulling begint, waar lucht wordt ingesloten en waar vloeinaden vallen. De bevindingen worden gekoppeld aan de oplossingen op de pagina's over onvolledige vulling en vloeinaden.
Snelheid van het vloeifront en het inspuitprofiel
Voor een constante oppervlaktekwaliteit moet de snelheid van het vloeifront constant blijven. Maar terwijl de schroef met constante snelheid naar voren gaat, is de volumestroom constant, niet de breedte van het front: bij de aanspuiting en aan het einde van de vloeiweg is het front smaller, zodat de snelheid daar stijgt.
Daarom wordt het inspuitprofiel doorgaans opgebouwd als langzaam-snel-langzaam. Zodra de frontbreedtes in de verschillende zones van het product zijn bepaald, wordt de voortloopsnelheid van de schroef zo aangepast dat de frontsnelheid ongeveer constant blijft.
Het profiel tegen het einde van de vulling weer vertragen is ook een beveiliging: als het front smaller wordt, versnelt een constante stroom het front, wat leidt tot een drukstijging en braamvorming.
Omschakelpunt: de 98%-regel en wanneer u opnieuw moet kijken
De omschakeling van inspuiten naar nadruk hoort plaats te vinden wanneer ongeveer 98% van het productvolume is gevuld. Te vroeg omschakelen betekent een onvolledige vulling, te laat omschakelen betekent overvullen; dat laatste brengt naast braamvorming ook een risico op matrijsschade met zich mee.
Het kritieke punt is dit: het omschakelpunt is geen waarde die u één keer instelt en daarna vergeet. Het moet opnieuw worden gecontroleerd zodra een parameter verandert die het gedoseerde smeltvolume beïnvloedt:
- Stuwdruk — verandert de samendrukbaarheid van de smelt
- Decompressie — verandert het kunststofvolume vóór de schroef
- De eerste inspuittrap — verandert het sluitgedrag van de terugslagklep
Verandert een van deze drie terwijl het omschakelpunt op de oude waarde blijft staan, dan verloopt het productgewicht ongemerkt en blijft de oorzaak wekenlang onvindbaar.
De effectieve nadruktijd bepalen door wegen
In plaats van de nadruktijd op gevoel in te stellen, kunt u hem meten, en de methode is eenvoudig: de nadruktijd wordt stapsgewijs verlengd en bij elke stap wordt het product gewogen. Op het moment dat het gewicht niet meer noemenswaardig toeneemt, is de effectieve nadruktijd bereikt. Langer nadrukken dan deze tijd verlengt alleen de cyclus.
Er zijn twee voorwaarden: de nadruk moet tijdens het hele experiment constant worden gehouden en de wegingen moeten onder dezelfde omstandigheden gebeuren. De methode voorkomt ook dat smelt uit het product terugstroomt terwijl de aanspuiting bevriest — treedt terugstroming op, dan wijken gewicht en maten op een ongedefinieerde manier af.
Bij zachte TPE-compounds is deze methode niet betrouwbaar: omdat het materiaal sterk samendrukbaar is, geeft de gewichtscurve geen duidelijk plateau.
Koeltijd en de prijs van de matrijstemperatuur
Om economische redenen wordt de koeltijd zo kort mogelijk gehouden; u kunt uitgaan van rekenprogramma's of ervaringswaarden. Drie zaken zijn bepalend: wanddikte, matrijswandtemperatuur en uitwerptemperatuur.
Hier geldt een vuistregel om te onthouden: de prijs van de matrijswand 10 °C warmer maken is een verlenging van de koeltijd met ongeveer een vijfde. Een hogere matrijstemperatuur heeft voordelen voor het oppervlak en de vloeinaden, maar de prijs wordt direct in cyclustijd betaald. Voor een gedetailleerde berekening, zie het artikel hoe u de cyclustijd verkort en onze rekentools.
De matrijswandtemperatuur beïnvloedt ook de krimp en daarmee de maten. Daarom mogen maatcorrecties aan de matrijs alleen worden uitgevoerd met producten die in de betreffende cyclus zijn gemaakt — een matrijs nabewerken op basis van een meting uit een andere cyclus is een dure vergissing.
Het procesvenster
De kwaliteit van een product kan alleen binnen een bepaald bereik van instellingen worden gegarandeerd. Dit bereik heet het procesvenster. Het kritieke punt is dat de instellingen in het midden van het venster liggen, niet aan de rand.
De reden is eenvoudig: materiaal, machine en randapparatuur hebben elk hun eigen toleranties. Ligt de instelling in het midden van het venster, dan veranderen deze toleranties het resultaat niet; ligt ze aan de rand, dan belandt het product bij een batchwissel of een paar graden verschil in omgevingstemperatuur in de uitval. Het venster bepaalt ook de toelaatbare wijzigingstolerantie van de machine-instellingen.
Wanneer in de productie een kwaliteitsprobleem ontstaat, is de eerste taak te verifiëren dat alle componenten perfect werken: verwerkingstemperaturen moeten worden gemeten, het drogen moet worden gecontroleerd, de ingestelde waarden moeten worden vergeleken met de werkelijke waarden. Pas daarna kunnen de machine-instellingen systematisch worden geoptimaliseerd.
Twee regels bij het wijzigen van parameters
Eén parameter tegelijk. Worden meerdere variabelen tegelijk gewijzigd, dan is niet vast te stellen welke het effect had; bovendien kunnen parameters elkaar maskeren.
Geen product beoordelen voordat het thermisch evenwicht is bereikt. Vooral als de smelt- of matrijswandtemperatuur is gewijzigd, zijn de producten pas zinvol zodra het systeem in thermisch evenwicht is. De eerste producten direct na een wijziging zijn misleidend.
Als de parameters verstrengeld zijn: een proefplan
Soms is het gecombineerde effect van meerdere parameters niet te ontrafelen door ze een voor een te proberen. Dan worden de parameters die de kwaliteit bepalen systematisch gecombineerd in een proefplan. Het aantal proeven is 2ⁿ; 8 proeven voor drie parameters:
| # | Inspuittijd (te) | Nadruk (tn) | Matrijswandtemperatuur (Tw) |
|---|---|---|---|
| 1 | + | + | + |
| 2 | + | + | − |
| 3 | + | − | − |
| 4 | − | − | − |
| 5 | − | − | + |
| 6 | − | + | + |
| 7 | − | + | − |
| 8 | + | − | + |
De tekens `+` en `−` geven de hoge en lage waarde van de parameter aan: te+ snel inspuiten, te− langzaam; tn+ lage nadruk, tn− hoge; Tw+ hoge matrijswandtemperatuur, Tw− lage.
Een praktische tip: de proeven worden niet uitgevoerd in de volgorde van de tabel, maar gegroepeerd per temperatuur. Voor het bovenstaande plan is de efficiënte volgorde 2, 3, 4, 7, 1, 5, 6, 8 — eerst alle proeven met lage matrijstemperatuur, daarna die met hoge. Omdat de matrijstemperatuur de parameter is die het langst nodig heeft om in evenwicht te komen, verkort deze volgorde de totale proeftijd aanzienlijk.
Inbedrijfname is registratiewerk
De echte winst van de procedure is niet dat er aan het einde een werkende instelling is gevonden; het is dat op papier blijft staan op basis waarvan elke waarde is gekozen. Foto's van de deelvullingen, de weegcurve, het volume waarbij het omschakelpunt is gevonden, de grenzen van het procesvenster — dit is informatie die gedurende de hele levensduur van de matrijs wordt gebruikt.
Is meting van de matrijsbinnendruk mogelijk, dan is het waardevolste deel van het inbedrijfnameverslag de drukcurve: dat is de referentie waarmee in de volgende maanden wordt vergeleken wanneer het proces verloopt. De methode staat in ons artikel over meting van de matrijsbinnendruk, de apparatuurkant op de pagina meetsystemen voor matrijsbinnendruk.
Zodra de inbedrijfname is afgerond, moet de matrijs in het onderhoudsplan worden opgenomen; de periodieke controlepunten staan in het artikel matrijsonderhoud en periodiek inspectieplan. Voor oppervlakte- en maatfouten die u tijdens de inbedrijfname tegenkomt, kunt u onze gids spuitgietfouten en oplossingen gebruiken, en voor de temperatuurbeheersing van uw matrijs onze pagina tempereerapparaten.
Hebt u ondersteuning nodig bij de inbedrijfname van een nieuwe matrijs, neem dan contact op met ons team voor technische ondersteuning.