Evaluation of a self‐optimizing local mold temperature control for inline warpage reduction of injection molded parts

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Vol. 55; no. 1; pp. 21 - 32
• Main Authors: Hopmann, C., Kahve, C. E., Fritsche, D. C., Fellerhoff, J.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Weinheim Wiley Subscription Services, Inc 01-01-2024
• Subjects: Carbon dioxide; Cooling rate; Dies; Homogenization; Injection molding; Molding (process); Molds; Specific volume; Temperature; Temperature control; Warpage
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.202300142

Dimensional accuracy is a highly important quality criterion for injection molded parts and due to the decreasing tolerance criteria an ongoing issue for mold makers, part designers and manufacturers. Variations in the molding process regarding temperature, pressure and thus the specific volume are leading to inner stress distributions within the part, which ultimately cause warpage. To reduce warpage, a homogenization of the local melt properties, such as the temperature, cooling rate or specific volume is necessary. To be able to manipulate these melt properties locally, a mold with a highly segmented temperature control, consisting of 18 heating ceramics and carbon dioxide expansion chambers was designed. This work seeks to reduce warpage using a newly developed control loop that adjusts target values for the upcoming molding cycle while considering the control error of the previous cycle. The self‐optimizing control loop‐ aiming to homogenize the local mold temperatures over multiple cycles‐ was evaluated in experimental trials. Test specimens were produced, and measured for warpage. Compared to the reference (no control), the warpage of a plate‐shaped geometry was reduced by 10 % with the mold temperature homogenization approach.
Die Maßhaltigkeit ist ein sehr wichtiges Qualitätskriterium für Spritzgießteile und nach wie vor ein wichtiges Thema für Formenbauer, Bauteildesigner und Produzenten. Schwankungen im Spritzgießprozess hinsichtlich der Temperatur, des Druckes und damit dem spezifischen Volumen, führen zu inneren Spannungsverteilungen im Bauteil, die letztlich zu Verzug führen. Um den Verzug zu reduzieren, ist eine Homogenisierung der lokalen Bauteileigenschaften, wie die Temperatur, Kühlrate oder das spezifische Volumen, notwendig. Um diese Schmelzeigenschaften lokal manipulieren zu können, wurde ein Werkzeug mit einer hochsegmentierten Temperaturführung, bestehend aus 18 Heizkeramiken und Kohlenstoffdioxid‐Expansionskammern, konzipiert. In dieser Arbeit wurde versucht, den Verzug mittels eines neu entwickelten selbstoptimierenden Regelkreises zu reduzieren, welcher die Zielwerte für den nächsten Zyklus unter Berücksichtigung des Regelfehlers des vorherigen Zyklus adaptiert. Der selbstoptimierende Regelkreis, der auf eine Homogenisierung der lokalen Werkzeugtemperaturen abzielt, wurde in experimentellen Versuchen evaluiert. Es wurden Probekörper hergestellt und hinsichtlich des Verzug charakterisiert. Im Vergleich zur Referenz (keine Regelung) konnte der Verzug einer plattenförmigen Geometrie mit einem selbstoptimierenden Ansatz zur Homogenisierung der Werkzeugtemperatur um 10 % reduziert werden.