Häufige Spritzgussfehler und wie man sie behebt

Fließlinien und Kurzspritzungen: Ursachen und Prozessoptimierung

Verständnis von Fließlinien und deren Auslösern durch Material, Form und Prozess

Sichtbare Streifen oder Muster auf spritzgegossenen Teilen, die durch inkonsistenten Materialfluss während des spritzgießverfahren . Wichtige Ursachen sind:

• Viskositätsunterschiede des Materials , insbesondere bei teilkristallinen Polymeren, die ungleichmäßig abkühlen
• Suboptimales Formdesign , wie schmale Angüsse oder scharfe Ecken, die den Fluss stören
• Prozessschwankungen , einschließlich schwankender Einspritzgeschwindigkeiten oder Schmelzetemperaturen

Eine Studie des Instituts für Kunststofftechnologie aus dem Jahr 2023 ergab, dass 62 % der Fließlinienfehler auf unzureichende Angussdimensionierung in Kombination mit Temperaturschwankungen in der Schmelzphase zurückzuführen sind.

Grundursachen von Kurzspritzungen: Druck, Entlüftung und Fließwiderstand

Kurzspritzungen treten auf, wenn das geschmolzene Plastik den Formhohlraum nicht vollständig füllt. Zu den Hauptfaktoren gehören:

1. Unzureichender Einspritzdruck , um den Widerstand in dünnwandigen Bereichen zu überwinden
2. Schlechte Entlüftung , die Luft einschließt und Gegendruck erzeugt
3. Hochviskose Materialien schwierigkeiten bei der Navigation komplexer Geometrien

Unsachgemäß platzierte Lüftungsöffnungen verursachen 34 % aller Kurzspritzfälle in hochpräzisen Formen (Polymer Engineering Reports, 2022).

Optimierung der Einspritzparameter zur Vermeidung flussbedingter Fehler

Die Feinabstimmung wichtiger Parameter kann flussbedingte Fehler erheblich reduzieren:

*Die Bereiche variieren je nach Material und Bauteilgeometrie
**Glasübergangstemperatur

Eine Erhöhung des Nachdrucks um 20 % bei einer Kühlpause von 2 Sekunden verringert die Ausprägung von Fließlinien in Polypropylen-Bauteilen um 45 %, gemäß Simulationsdaten aus spritzguss-Simulationssoftware . Änderungen sollten stets durch systematische DOE-Versuche (Design of Experiments) validiert werden.

Senkstellen und Verzug: Steuerung von Kühlung und Restspannungen

Einfluss von Dickenabschnitten und Packdruck auf die Bildung von Senkstellen

Diese lästigen Senkungen zeigen sich als kleine Vertiefungen auf Oberflächen, wenn Bauteile dicke Bereiche aufweisen, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abkühlen. Der innere Bereich benötigt in der Regel länger zum Erstarren als der äußere, wodurch er beim Abkühlen gewissermaßen nach innen gezogen wird und diese hohlen Stellen hinterlässt. Wenn während der Produktion nicht genügend Druck in die Form eingebracht wird, verschärfen sich diese Probleme. Die meisten Hersteller stellen fest, dass eine Verringerung der Senkungstiefe um etwa 25 % bis 40 % normalerweise eine Erhöhung des Nachdrucks um rund 10 % bis 15 % sowie eine Verlängerung der Nachdruckphase um einige Sekunden erforderlich macht. Wie viel genau nötig ist, hängt jedoch stark vom verwendeten Material ab, da einige Materialien besser fließen als andere.

Ungleiche Abkühlgeschwindigkeit und nicht einheitliche Schrumpfung führen zu Verzug

Teile verziehen sich häufig bei ungleichmäßiger Abkühlung, wodurch innere Spannungen entstehen. Selbst geringe Temperaturunterschiede in verschiedenen Bereichen einer Form, etwa 15 bis 20 Grad Celsius, können zu Schrumpfungsunterschieden zwischen 0,5 und 1,2 Prozent führen, wodurch sich das Bauteil verzieht oder verbiegt. Bestimmte Kunststoffe wie Polypropylen und Nylon 6/6 neigen besonders dazu, da sie während der Abkühlung Kristalle bilden. Um dieses Problem zu bekämpfen, müssen Hersteller die Temperaturen innerhalb von etwa plus/minus 3 Grad im gesamten Werkzeug konstant halten. Dies kann durch sorgfältige Gestaltung der Kühlkanäle oder den Einsatz spezieller formgerechter Kühlverfahren für komplexe Bauteile erreicht werden. Diese Methoden reduzieren Verzugprobleme typischerweise um etwa 30 bis 50 Prozent und lohnen daher den zusätzlichen Aufwand im Hinblick auf die Qualitätskontrolle.

Konstruktive und prozessuale Anpassungen für die Maßhaltigkeit

• Designanpassungen : Ersetzen Sie dicke Abschnitte durch Rippen oder Versteifungen, um Massedifferenzen zu minimieren
• Prozessoptimierung : Formtemperatur 10–15 °C über dem Glasübergangspunkt des Materials einstellen, um die Abkühlung dort zu verlangsamen, wo dies erforderlich ist
• Materialauswahl : Additive mit geringer Schrumpfung (z. B. mineralgefüllte Sorten) verwenden, um die unterschiedliche Kontraktion zu reduzieren

Die Abstimmung von Angussgröße und -position mithilfe von Spritzguss-Simulation verhindert eine asymmetrische Füllung, die Spannungen verstärkt. Echtzeit-Drucksensoren ermöglichen heute dynamische Anpassungen während der Nachdruckphase und reduzieren Maßabweichungen bei Automobilbauteilen um 18–22 %.

Schweißnähte und Jetting: Herausforderungen der Fließfront bei spritzgegossenen Teilen

Entstehung und Schwäche von Schweißnähten an zusammenlaufenden Fließfronten

Schweißnähte entstehen, wenn sich das geschmolzene Polymer um Hindernisse wie Einlegeteile teilt und sich ohne vollständige Verschmelzung wieder vereinigt. Dadurch wird die mechanische Festigkeit im Vergleich zum umgebenden Material um bis zu 70 % verringert (IMS Tex). Im Gegensatz zu optischen Fließlinien beeinträchtigen Schweißnähte die strukturelle Integrität bei kritischen Anwendungen wie medizinischen Geräten und Fahrzeughalterungen.

Strategien zur Angussplatzierung und Schmelztemperatur für stabilere Vernähungstellen

Durch die strategische Positionierung der Anspritzstellen wird die Aufteilung des Fließwegs minimiert, wodurch die Anspritzstellen so platziert werden, dass sich die Stränge zusammenführen, bevor eine nennenswerte Abkühlung eintritt. Eine Erhöhung der Schmelztemperatur um 15–25 °F (8–14 °C) verlängert die Verschmelzungszeit an den Berührungspunkten. Werkzeuge wie jene, die in der Materialverflüssigungsstudie 2024 verwendet wurden, simulieren Fließfronten, um die Anordnung der Anspritzstellen und die thermischen Profile zu optimieren.

Einspritzfehler: Probleme durch hohe Fließgeschwindigkeit und Düsen-Design

Jetting zeigt sich als wellenförmige Linien auf Oberflächen, wenn geschmolzener Kunststoff unkontrolliert in den Formhohlraum strömt, anstatt eine gleichmäßige Fließfront zu bilden. Dieses Problem tritt häufig bei Angüssen unter 0,04 Zoll oder 1 Millimeter auf, insbesondere wenn die Einspritzgeschwindigkeit etwa 4 Kubikzoll pro Sekunde überschreitet. Um dieses Problem zu beheben, greifen Hersteller typischerweise auf konische Düsen oder Heißkanalsysteme zurück. Diese Lösungen fördern ein gleichmäßiges, schichtartiges Strömungsmuster, die sogenannte laminare Strömung, die entscheidend ist, um glänzende, transparente Teile herzustellen, wie sie Verbraucher beispielsweise für Handyhüllen und andere glänzende Produkte erwarten.

Grate, Hohlräume und Oberflächenfehler: Formintegrität und Materialhandhabung

Gratbildung durch Trennflächenverkippung und Klemmkraft

Flash entsteht, wenn heißer Kunststoff durch die winzigen Spalten in der Form austritt, meistens weil die Trennflächen nicht richtig ausgerichtet sind oder nicht genügend Schließkraft vorhanden ist, um alles zusammenzuhalten. Laut einer Studie aus dem vergangenen Jahr gehen etwa zwei Drittel aller Flash-Probleme auf alte, verschlissene Werkzeuge zurück. Und wenn die Schließkraft unter etwa 3 bis 5 Tonnen pro Quadratzentimeter fällt, neigt der Kunststoff ebenfalls zum Auslaufen. Hersteller haben festgestellt, dass eine Neuausrichtung der Formen etwa alle fünfzigtausend Produktionsdurchläufe einen großen Unterschied macht. Der Einbau von Drucksensoren zur Überprüfung der tatsächlichen Spannkraft hat Betrieben ermöglicht, ihre Flash-Probleme praktisch um fast neunzig Prozent zu reduzieren.

Innere Hohlräume, Blasen und Brandflecken durch Feuchtigkeit oder Überhitzung

Die Hauptursachen für Hohlräume und Blasen in unseren Materialien sind in der Regel überschüssige Feuchtigkeit, die sich in Dampf verwandelt, wenn der Wassergehalt etwa 0,02 % überschreitet, oder wenn die Bauteile während der Verarbeitung über ihren Zerstörungspunkt hinaus zu heiß werden. Wir haben festgestellt, dass der Wechsel zu Schnecken mit hohem Scherwirkungsgrad die lästigen Blasen um etwa 70–75 % reduziert, da sie das geschmolzene Material viel besser vermischen. Was die lästigen Brandspuren angeht, die so oft auftreten? Diese entstehen typischerweise dadurch, dass das Material im Heißkanalsystem zu lange verweilt. Um dieses Problem zu bekämpfen, müssen Hersteller sorgfältig darauf achten, wie lange das Material an Ort und Stelle bleibt, und sicherstellen, dass Abkühlraten bei empfindlichen Kunststoffen 25 Grad Celsius pro Sekunde nicht überschreiten. Die richtige Einstellung dieser Parameter macht den entscheidenden Unterschied bei der Herstellung hochwertiger, fehlerfreier Bauteile.

Oberflächenfehler: Angussnarben, Verfärbungen und Kontaminationskontrolle

Splay (silberne Streifen) resultiert aus verunreinigtem Harz oder scherinduzierter Überhitzung bei Einspritzgeschwindigkeiten über 120 mm/s. Die Reduzierung der Düsentemperatur um 8–12 °C und die Installation von 10-µm-Trichterfiltern verringern Splay um 68 %. Zur Vermeidung von Verfärbungen sorgen polycarbonatbasierte Reinigungsmaterialien zwischen Materialwechseln für Farbkonsistenz innerhalb einer Toleranz von ΔE < 1,5.

Präventive Strategien und Simulationswerkzeuge für fehlerfreies Spritzen

Einsatz der Mold-Flow-Analyse zur Vorhersage und Vermeidung von Fehlerbildungen

Software zur Formfluss-Simulation wie Autodesk Mold Flow und SolidWorks Plastics ermöglicht es Ingenieuren, bereits vor der Herstellung von physischen Teilen zu sehen, was während des Spritzgussprozesses im Inneren passiert. Laut einer aktuellen Umfrage des Magazins Modern Machine Tools aus dem Jahr 2023 haben etwa acht von zehn Herstellern, die diese vorausschauenden Werkzeuge eingeführt haben, ihre Ausschussraten im Vergleich zu herkömmlichen Versuch-und-Irrtum-Methoden um etwa ein Drittel gesenkt. Die Programme sind außerdem recht gut darin, Probleme zu erkennen – sie identifizieren beispielsweise Angüsse, die sich nicht richtig öffnen, störende Luftblasen, die zu Defekten führen, sowie Nahtstellen (Weld Lines). Dies gelingt durch die Erfassung von Temperaturänderungen, die bereits bei nur fünf Grad Celsius liegen (das entspricht etwa 180 Grad Fahrenheit). Nehmen wir beispielsweise Gehäuseteile für Elektronik mit dünnen Wänden: Mithilfe einer präzisen Simulation können Hersteller exakt ermitteln, wo Entlüftungen angebracht werden müssen, damit während der Produktion keine Gase eingeschlossen werden. Das spart Kosten und reduziert Abfall.

Design-Richtlinien: Gleichmäßige Wandstärken, geeignete Angüsse und Entlüftung

Die Aufrechterhaltung einer konstanten Wanddicke (1–3 mm ideal für ABS und PP) hilft, Verzug durch ungleichmäßige Schrumpfung zu vermeiden. Laut Polymer-Flussstudien aus dem Jahr 2022 verringern Radialspritzgusskanäle die Scherspannung um 40 % im Vergleich zu Kantenkanälen bei glasgefülltem Nylon. Für die Konstruktion unter Berücksichtigung der Fertigungseignung gelten folgende Empfehlungen:

• Ausziehwinkel ≥1°C pro Seite für eine reibungslose Ausformung
• Entlüftungstiefen von 0,015–0,03 mm, um Luftabzug ohne Gratbildung zu ermöglichen
• Verhältnis von Rippen- zu Wanddicke unter 60 %, um Vertiefungen zu vermeiden

Prozessüberwachung und Wartung für gleichbleibende Qualität

Die Kombination von Echtzeit-Drucksensoren mit diesen intelligenten IoT-Reglern hilft dabei, die Einspritzgeschwindigkeit nahezu konstant auf dem Sollwert zu halten, in der Regel innerhalb von etwa 2 % nach oben oder unten. Dies ist besonders wichtig, um lästige Lunker in Formen mit mehreren Kavitäten zu vermeiden. Für die regelmäßige Wartung können monatliche Prüfungen mit Profilometern zeigen, wann sich die Formoberflächen stärker als 5 Mikrometer abgenutzt haben – ab diesem Zeitpunkt treten normalerweise Gratprobleme auf. Ein Blick auf die Daten einer jüngeren MMT-Studie aus 2023 zeigt ebenfalls etwas Interessantes: Es wurde festgestellt, dass fast 8 von 10 unerwarteten Produktionsausfällen darauf zurückzuführen waren, dass die Schnecken-Rücklaufventile verschlissen waren. Das unterstreicht deutlich, warum es sinnvoll ist, diese anfälligen Teile alle drei Monate auszutauschen, um einen reibungslosen Betrieb sicherzustellen.

stämme, um ein gleichmäßiges, geschichtetes Strömungsmuster namens laminarer Fluss zu erzeugen.