Wie sich hydraulische Druckkurven auf das SMC-Formen auswirken

1. Was ist eine SMC-Hydraulikdruckkurve?

Eine Druckkurve beschreibt, wie sich der Hydraulikdruck oder die Presskraft während eines Formzyklus über die Zeit, die Plattenposition oder beides ändert.

Eine vereinfachte SMC-Formungssequenz könnte wie folgt aussehen:

Der Druckverlauf wird nicht allein durch das Hydrauliksystem erzeugt. Es entsteht dadurch, dass die Presse gegen den wechselnden Widerstand im Inneren der Form drückt.

Dieser Widerstand hängt von folgenden Faktoren ab:

• SMC-Viskosität und Materialformulierung;
• Ladungsdicke und -abdeckung;
• Ballaststoffgehalt;
• Formtemperatur;
• Schließgeschwindigkeit;
• Formgeometrie;
• verbleibender Hohlraumspalt;
• Grad der Hohlraumfüllung.

2. Hydraulikdruck ist nicht dasselbe wie Formdruck

Eines der häufigsten Missverständnisse bei Diskussionen über hydraulische Pressen besteht darin, Systemdruck und Formdruck als denselben Wert zu behandeln.

Diese Formeln sind für die Maschinendimensionierung nützlich, der Druck im SMC-Material ist jedoch nicht vollkommen gleichmäßig.

Der lokale Druck kann aufgrund von Rippen, Vorsprüngen, langen Strömungswegen, Ladungsplatzierung, Reibung, Temperaturunterschieden und Hohlraumgeometrie variieren.

3. Stufe 1: Der schnelle Ansatz sollte wenig Prozessdruck erzeugen

Bei der schnellen Annäherung bewegt sich die obere Aufspannplatte in Richtung der Form, aber die SMC-Ladung hat noch keinen nennenswerten Widerstand erzeugt.

Der hydraulische Druck in dieser Phase ist hauptsächlich mit der Bewegung der Aufspannplatte, der Werkzeuge und der hydraulischen Komponenten gegen die Schwerkraft, Reibung und den Systemwiderstand verbunden.

Dadurch entsteht eine wichtige diagnostische Möglichkeit.

Mögliche Ursachen sind:

• Schimmelbeeinträchtigung;
• falsche Forminstallation;
• Fremdmaterial zwischen Formoberflächen;
• Führungsstiftinterferenz;
• falsche Ladungsdicke;
• unerwarteter mechanischer Widerstand.

Dies ist einer der Gründe, warum die Aufzeichnung der Plattenposition zusammen mit dem Druck sinnvoller ist als die Aufzeichnung des Drucks allein.

4. Stufe 2: Erstkontakt und Squish-Phase

Sobald die bewegliche Form die SMC-Charge berührt, beginnt das Material über seine Dicke hinweg zu komprimieren.

Dieses Anfangsstadium wird oft als Squish-Phase bezeichnet. Die gestapelten SMC-Platten werden komprimiert, das Material beginnt sich seitlich zu bewegen und eingeschlossene Luft wird verdrängt.

In dieser Phase beginnt der Druck normalerweise zunehmend anzusteigen.

Ein ungewöhnlich steiler Druckanstieg kann darauf hinweisen, dass das Material früher als erwartet dem Fließen widersteht.

Mögliche Gründe sind:

• Schließgeschwindigkeit zu hoch;
• Ladedeckung zu groß;
• Ladung zu dick;
• Materialviskosität höher als normal;
• Formtemperatur zu niedrig;
• eingeschränkte Strömungsgeometrie.

5. Stufe 3: Druckaufbau während des SMC-Flusses

Nach der anfänglichen Kompression muss das SMC durch den Hohlraum in Richtung ungefüllter Bereiche fließen.

In diesem Stadium dient die Presskraft nicht nur dazu, die beiden Formhälften zusammenzupressen. Außerdem wird eine hochfasergefüllte duroplastische Verbindung durch den verfügbaren Hohlraum getrieben.

Die ideale Druckentwicklungsrate hängt daher von der SMC-Formulierung, dem Ladungsmuster, der Formgeometrie, der Temperatur und dem Schließgeschwindigkeitsprofil ab.

6. Schließgeschwindigkeit und Druck müssen gemeinsam optimiert werden

Druck und Plattengeschwindigkeit sollten nicht als unabhängige Einstellungen behandelt werden.

Wenn die bewegliche Aufspannplatte schneller schließt, muss sich das SMC schneller verformen und fließen. Je nach Viskosität und Faserstruktur kann der Widerstand schnell ansteigen.

Aus diesem Grund profitiert eine SMC-Presse üblicherweise von mehreren Bewegungsstufen anstelle einer festen Schließgeschwindigkeit.

7. Die Druckentwicklung beeinflusst das Verhalten von Luft und Hohlräumen

SMC enthält Luft zwischen Ladungsschichten und kann auch Luft an fortschreitenden Strömungsfronten einschließen.

Während der Kompression können Hohlräume schrumpfen, sich durch das Material bewegen, in Richtung der Fließfront oder Entlüftungsöffnungen wandern oder in lokalen Bereichen eingeschlossen werden.

Der Druck ist daher Teil der Hohlraumkontrolle, aber die einfache Maximierung des Enddrucks ist keine vollständige Lösung.

Eine schlechte Interaktion zwischen diesen Faktoren kann dazu beitragen:

• Nadellöcher;
• innere Porosität;
• Blasen;
• Lackfehler;
• lokale Oberflächenvariation.

8. Stufe 4: Spitzendruck und endgültige Hohlraumfüllung

Wenn sich die Kavität der vollständigen Füllung nähert und der Formspalt sich seiner endgültigen Position nähert, nimmt die Materialbewegung ab und die Presskraft trägt zunehmend zur endgültigen Verfestigung bei.

Der Spitzendruck sollte daher hoch genug sein, um die erforderliche Füllung und Verdichtung zu erzeugen – aber nicht einfach so hoch, wie die Maschine erzeugen kann.

9. Spitzendruck und Haltedruck sind nicht immer gleich

Der Spitzendruck beschreibt den maximalen Druck, der während des Zyklus erreicht wird. Der Haltedruck beschreibt den Druck, der während der anschließenden Verdichtungs- und Aushärtungsphase aufrechterhalten wird.

Je nach Material und Prozessrezept können diese Werte ähnlich sein oder sich bewusst unterscheiden.

Während des Haltens sollte die Presse eine ausreichend stabile Kraft aufrechterhalten, während das Harz weiter aushärtet und das Bauteil seine endgültige Form entwickelt.

10. Druckstabilität ist wichtiger als der Spitzendruck allein

Zwei hydraulische Pressen können die gleiche maximale Tonnage erreichen und gleichzeitig eine sehr unterschiedliche Produktionskonsistenz liefern.

Übermäßige Druckschwankungen können dazu beitragen:

• Variation der Dicke von Zyklus zu Zyklus;
• Blitzvariante;
• Dimensionsinkonsistenz;
• instabiles Oberflächenbild;
• Schwierigkeiten, ein wiederholbares Prozessfenster aufrechtzuerhalten.

Bei der Bewertung einer SMC-Presse sollten Käufer daher nicht nur die maximale Kraft berücksichtigen, sondern auch die Druckkontrollierbarkeit, die Wiederholbarkeit und die Fähigkeit zur tatsächlichen Verarbeitung von Prozessdaten.

11. Druckdrift während des Haltens kann ein Diagnosesignal sein

Eine Druckkurve, die während der Haltephase allmählich oder unerwartet abfällt, verdient eine Untersuchung.

Mögliche Ursachen können sein:

• hydraulische Leckage;
• interne Ventilleckage;
• Leckage der Zylinderdichtung;
• Pumpensteuerverhalten;
• Druckkontrolleinstellungen;
• sich ändernder Widerstand, wenn das Material aushärtet;
• Werkzeug- oder Strukturbewegung.

12. Dekompression ist auch Teil der Druckkurve

Das Druckmanagement endet nicht, wenn die Aushärtung abgeschlossen ist.

Das Öffnen einer hochbelasteten Form unmittelbar nach der Haltephase kann zu unnötigen mechanischen und hydraulischen Stößen führen.

Stattdessen kann eine kontrollierte Sequenz folgen:

Das geeignete Dekompressionsprofil hängt von der Pressenarchitektur, der Werkzeuggröße, der Teilegeometrie und dem Formprozess ab.

13. Was kann Ihnen eine abnormale Druckkurve sagen?

Sobald eine stabile Produktionskurve ermittelt wurde, können Änderungen in ihrer Form nützliche Informationen zur Fehlerbehebung liefern.

14. Vergleichen Sie den Druck mit der Plattenposition, nicht nur mit der Zeit

Druck-Zeit-Daten sind nützlich, aber Druck-Positions-Daten können noch mehr über den tatsächlichen Formprozess verraten.

Wenn der Druck in jedem akzeptablen Zyklus an ungefähr derselben Plattenposition ansteigt, kann diese Position zu einer wertvollen Referenz für Materialkontakt und Fließverhalten werden.

Die oben genannten Werte dienen nur der Veranschaulichung. Die tatsächlichen Positionen, Geschwindigkeiten und Drücke hängen von der Presse, der Form und dem Teil ab.

15. Erstellen Sie eine goldene Druckkurve für eine stabile Produktion

Sobald eine Form konsistent konforme Teile produziert, kann ihr erfolgreicher Zyklus als Referenz oder „Goldener Zyklus“ aufgezeichnet werden.

Zukünftige Produktionszyklen können dann mit dieser bekanntermaßen guten Referenz verglichen werden.

Zum Beispiel:

• Der Druck steigt 20 mm früher als gewöhnlich an;
• Der Spitzendruck ist ungewöhnlich hoch.
• Fließphase dauert länger;
• der Haltedruck wird instabil;
• Dekompressionsverhalten ändert sich.

Diese Abweichungen können eine Untersuchung veranlassen, bevor große Mengen fehlerhafter Teile produziert werden.

16. Optimieren Sie die Druckkurve nicht unabhängig

Eine Druckkurve kann nicht optimiert werden, ohne den Rest des SMC-Prozesses zu berücksichtigen.

Ladungsgewicht

Mehr Material kann dazu führen, dass der Druck früher ansteigt oder die Kraft erhöht wird, die erforderlich ist, um den endgültigen Hohlraumverschluss zu erreichen.

Gebührenabdeckung

Ein großer anfänglicher Abdeckungsbereich erfordert im Allgemeinen weniger seitlichen Fluss als eine kleinere Ladung, die nur einen Teil des Hohlraums abdeckt.

Formtemperatur

Die Temperatur verändert die Rheologie und das Aushärtungsverhalten von SMC. Eine kältere als normale Form kann daher die Druckreaktion verändern, selbst wenn die hydraulischen Einstellungen unverändert bleiben.

Schließgeschwindigkeit

Eine schnellere Kompression verändert die Geschwindigkeit, mit der sich das Material verformen muss, und kann sowohl den Spitzenwiderstand als auch die Form der Druckentwicklung verändern.

17. Praktisches Beispiel: Stabiler Zyklus vs. abnormaler Zyklus

Dieser Vergleich zeigt, warum Druckkurven nützlicher sein können, als nur zu überprüfen, ob die Maschine letztendlich den Zieldruck erreicht.

18. Was sollte ein modernes SMC-Pressensteuerungssystem aufzeichnen?

Für die Prozessentwicklung und Fehlerbehebung können folgende nützliche Pressendaten enthalten sein:

Abhängig von der Maschinenkonfiguration und dem Steuerungssystem können weitere nützliche Funktionen sein:

• gespeicherte Schimmelpilzrezepte;
• Druck- und Positionskurvenanzeige;
• Referenzzyklusvergleich;
• obere und untere Prozessgrenzen;
• Form-ID und Rezept-ID;
• Produktionschargenaufzeichnungen.

Diese Funktionen machen die Presse von einer krafterzeugenden Maschine zur Quelle von Prozessinformationen.

19. SMC-Checkliste zur Druckkurvenoptimierung

Kontrollieren Sie die Druckkurve, nicht nur den Maximaldruck

Eine nützliche SMC-Druckkurve zeigt viel mehr als nur, ob eine hydraulische Presse ihre Nennkraft erreichen kann.

Es kann gezeigt werden, wann das Material beginnt, der Kompression zu widerstehen, wie sich der Druck beim Fließen des SMC entwickelt, wann sich die Kavität der vollständigen Füllung nähert, wie stabil die Verdichtung während der Aushärtung bleibt und wie die Kraft vor dem Öffnen der Form abgebaut wird.