So reduzieren Sie die Zykluszeit beim SMC-Formen ohne Einbußen bei der Teilequalität

1. Was bestimmt eigentlich die SMC-Formzykluszeit?

Die Zykluszeit beim SMC-Formen wird oft so behandelt, als wäre sie nur die Aushärtezeit. Tatsächlich umfasst der gesamte Produktionszyklus mehrere separate Phasen.

Wenn ein Prozess beispielsweise eine Aushärtungszeit von 120 Sekunden hat, die Bediener jedoch weitere 35 Sekunden damit verbringen, Ladungen manuell zu laden, Formteile zu entfernen und den nächsten Zyklus vorzubereiten, hat eine Verkürzung der Aushärtung um 5 Sekunden möglicherweise weniger Auswirkungen als die Automatisierung der Handhabungsphase.

2. Optimieren Sie das Schließprofil der Presse, anstatt einfach nur die Geschwindigkeit zu erhöhen

Einer der ersten Orte, an denen nach einer Verbesserung der Zykluszeit gesucht werden sollte, ist die Pressenbewegung. Allerdings sollte eine SMC-Presse nicht einfach mit maximaler Geschwindigkeit aus der Offenstellung auf vollen Druck schließen.

Ein praktischer Formpresszyklus verwendet normalerweise mehrere Bewegungsschritte:

Beginnt das langsame Schließen zu früh, wird wertvolle Zykluszeit verschwendet. Wenn es zu spät beginnt oder zu schnell erfolgt, können Fehler wie Lufteinschlüsse, übermäßiger Grat und instabiler Fluss zunehmen.

3. Verbessern Sie das Ladungsdesign, um die Fließzeit zu verkürzen

Das Ladungsmuster hat einen direkten Einfluss darauf, wie weit SMC fließen muss, bevor der Hohlraum gefüllt wird.

Ein ineffizientes Ladungsmuster kann eine übermäßige Materialbewegung erfordern, was die Fließzeit verlängert und außerdem zu Folgendem führen kann:

• Variation der Faserorientierung;
• Fließspuren;
• harzreiche oder harzarme Regionen;
• Lufteinschluss;
• lokale Dickenschwankung;
• Verzug.

Die Zykluszeitoptimierung sollte daher Experimente umfassen mit:

• Gebührendeckung;
• Blattabmessungen;
• Anzahl der Schichten;
• Ladeposition;
• Orientierung;
• Gesamtladungsgewicht.

4. Optimieren Sie die Formtemperatur sorgfältig

Die Formtemperatur hat einen großen Einfluss sowohl auf den Harzfluss als auch auf die Aushärtungsgeschwindigkeit.

Eine Erhöhung der Temperatur kann die Aushärtung beschleunigen und die Haltezeit verkürzen, jedoch nur innerhalb des validierten Materialverarbeitungsfensters.

Wenn die Form zu heiß wird, kann das Harz mit der Aushärtung beginnen, bevor das SMC die Kavität vollständig gefüllt hat. Mögliche Folgen sind:

• kurze Aufnahmen;
• schlechte Rippenfüllung;
• Fließspuren;
• Oberflächenfehler;
• übermäßiger innerer Stress.

Bei zu niedriger Temperatur tritt das gegenteilige Problem auf: Die Aushärtung dauert länger und die Presse bleibt unnötig belegt.

Die Verbesserung der thermischen Gleichmäßigkeit kann manchmal die Zykluszeit verkürzen, ohne die nominale Formtemperatur zu erhöhen, da die kältesten Bereiche der Form nicht mehr die minimale Aushärtezeit bestimmen.

5. Reduzieren Sie die Aushärtezeit basierend auf dem tatsächlichen Aushärteverhalten

Die Aushärtezeit stellt oft den größten Einzelabschnitt eines SMC-Formzyklus dar und ist daher ein offensichtliches Optimierungsziel.

Allerdings sollte die Aushärtezeit nicht verkürzt werden, nur weil das Formteil unmittelbar nach dem Öffnen optisch akzeptabel erscheint.

Eine unzureichende Heilung kann Folgendes verursachen:

• Verzug nach dem Formen;
• Blasen;
• Dimensionsdrift;
• reduzierte mechanische Leistung;
• Oberflächenprobleme beim Lackieren oder der Weiterverarbeitung;
• schlechte thermische Stabilität.

Ein besserer Ansatz besteht darin, die minimal akzeptable Aushärtungszeit mithilfe von Prozessversuchen und gegebenenfalls Materialcharakterisierungen wie DSC zu bestimmen.

Wenn ein Prozess derzeit eine sehr konservative Haltezeit verwendet, können kontrollierte Versuche diese Schritt für Schritt reduzieren und gleichzeitig Folgendes überprüfen:

• Teiletemperatur nach dem Auswerfen;
• Dimensionsstabilität;
• Verzug nach dem Abkühlen;
• Oberflächenzustand;
• mechanische Eigenschaften;
• Verhalten nach der Aushärtung.

6. Verbessern Sie die Formerwärmung und die thermische Gleichmäßigkeit

Eine ungleichmäßige Formtemperatur kann dazu führen, dass der gesamte Formzyklus darauf warten muss, dass der kälteste Bereich des Teils aushärtet.

Zu den häufigsten thermischen Problemen gehören:

• schlechtes Heizzonengleichgewicht;
• falsche Position des Thermoelements;
• Verschlechterung der Heizung;
• große Unterschiede zwischen dicken und dünnen Formabschnitten;
• Wärmeverlust in der Nähe von Formrändern;
• schlechter thermischer Kontakt zwischen den Formkomponenten.

Regelmäßige thermische Kartierungen helfen dabei, diese Unterschiede zu identifizieren.

Dies ist oft sicherer, als einfach jeden Heizsollwert zu erhöhen.

7. Druckaufbau und Nachdruck optimieren

Der Druck sollte sich im richtigen Stadium des Materialflusses entwickeln. Wenn der volle Druck zu früh aufgebaut wird, kann dies den Durchfluss einschränken oder den Grat erhöhen, während ein zu langsamer Druckaufbau Maschinenzeit verschwenden und zu unzureichender Verdichtung führen kann.

Ingenieure sollten die tatsächliche Pressenkurve überprüfen, anstatt sich nur auf programmierte Werte zu verlassen.

8. Reduzieren Sie die Öffnungs-, Auswurf- und Handhabungszeit der Form

Viele Hersteller konzentrieren sich fast ausschließlich auf die Aushärtezeit und übersehen dabei, dass einige Sekunden verloren gehen, nachdem die Aushärtung bereits abgeschlossen ist.

Zu den potenziellen Möglichkeiten gehören:

• schnellere, aber kontrollierte Dekompression;
• optimierte Formöffnungsgeschwindigkeit;
• kürzerer unnötiger vollständig geöffneter Weg;
• automatische Auswerfersequenzierung;
• Roboter-Teileentfernung;
• automatisches Trennmittelsprühen;
• parallele Ladungsvorbereitung außerhalb der Presse;
• Automatische Positionierung der nächsten Ladung.

Wenn eine Presse beispielsweise bei jedem Zyklus 300 mm weiter als nötig öffnet, wird sowohl Öffnungs- als auch Schließzeit verschwendet.

9. Bereiten Sie die nächste Ladung vor, während das aktuelle Teil aushärtet

Eine der einfachsten Produktivitätsverbesserungen besteht darin, die Materialvorbereitungsarbeit außerhalb des Pressenzyklus zu verlagern.

Anstatt mit der Vorbereitung der nächsten Charge zu warten, bis sich die Form öffnet, können Bediener oder Automatisierung diese während der Aushärtungsphase vorbereiten.

Dies kann Folgendes umfassen:

• Schneiden von SMC-Platten;
• Wiegen der Ladung;
• Stapelschichten;
• Überprüfung der Ausrichtung;
• Platzieren der Ladung auf einem Ladetablett.

Die Presse sollte so viel Zeit wie möglich mit der wertschöpfenden Formgebung verbringen, anstatt auf die manuelle Vorbereitung zu warten.

10. Nutzen Sie Automatisierung dort, wo Wiederholungen zu Engpässen führen

Automatisierung verkürzt nicht automatisch die Aushärtezeit, kann aber Abweichungen und Totzeiten zwischen Formzyklen erheblich reduzieren.

11. Tauschen Sie Zykluszeit nicht gegen Fehlerrate aus

Ein schnellerer Zyklus ist nicht sinnvoll, wenn Ausschuss und Nacharbeit zunehmen.

Angenommen, ein Prozess wird von 180 Sekunden auf 160 Sekunden verkürzt, die Ausschussrate steigt jedoch von 1 % auf 7 %. Die theoretische Produktivitätsverbesserung kann größtenteils verloren gehen durch:

• Schrottmaterial;
• Nacharbeit;
• Maschinenzeit, die für Ersatzteile aufgewendet wird;
• Qualitätsprüfung;
• Produktionsunterbrechungen.

12. Praktischer Workflow zur Zykluszeitoptimierung

13. Welche Parameter sollten überwacht werden?

Reduzieren Sie die Zykluszeit durch die Verbesserung des gesamten SMC-Formsystems

Der schnellste SMC-Prozess entsteht nicht durch die Änderung eines Parameters.

Nachhaltige Zykluszeitverkürzung entsteht durch die Koordination:

In vielen Fällen lassen sich die sichersten Produktivitätsgewinne dadurch erzielen, dass nicht wertschöpfende Bewegungen eliminiert, die Ladungsplatzierung verbessert und die Formtemperatur stabilisiert werden, bevor aggressive Verkürzungen der Aushärtezeit unternommen werden.

Eine gut gesteuerte hydraulische Presse ist auch deshalb wichtig, weil eine schnellere Produktion einen wiederholbaren Übergang zwischen schneller Annäherung, kontrolliertem Durchfluss, Druckaufbau, Halten, Dekompression und Öffnen erfordert.