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Ungleichmäßige Wanddicken und eine fehlerhafte Kühlung im Werkzeug sind die Hauptursachen für Eigenspannungen, Verzug und Oberflächenfehler an spritzgegossenen Teilen. Durch die Konstruktion von Teilen mit gleichmäßigen Wandübergängen und den Einsatz eines Verfahrens wie dem physikalischen Schäumen lässt sich der Schwund verringern. So halten die fertigen Teile die Toleranzen über die gesamte Produktionsserie hinweg ein.
Bei der Entwicklung technischer Kunststoffteile ist die Arbeit zwischen CAD-Zeichnung und Produktion entscheidend für das Endergebnis. Es ist wichtig zu verstehen, wie sich der Kunststoff im Werkzeug verhält, wenn man enge Toleranzen erreichen und einhalten will. Zwei Faktoren bestimmen dieses Verhalten maßgeblich mit: die Wanddicke des Teils und wie gleichmäßig das Material abgekühlt wird.
Bei der Herstellung von Kunststoffteilen sollte eine gleichmäßige Wanddicke angestrebt werden, um das Risiko von Verzug und Verformung zu verringern. Sie können das Teil auch so konstruieren, dass es den Verzug berücksichtigt und das gespritzte Teil dadurch gerader wird. Eine Moldflow-Verzugsanalyse hilft vorherzusagen, wie stark das Teil kompensiert werden muss.
Enthält Ihre Konstruktion Rippen, besteht die Gefahr von Einfallstellen im Teil. Die Wanddicke einer Rippe sollte höchstens halb so groß sein wie die Wanddicke des Bauteils selbst, zum Beispiel 1,25 mm bei einer Wanddicke von 2,5 mm. Je dicker die Rippen, desto größer das Risiko von Einfallstellen. Je dünner sie sind, desto größer das Risiko unvollständig gefüllter Rippen und von Verzug.
Große Materialanhäufungen sollten ausgekernt werden, da die größte Materialanhäufung häufig die Zykluszeit bestimmt und damit den Preis beeinflusst.
Beim Spritzgießen, wenn geschmolzener Kunststoff in ein Werkzeug eingespritzt wird, beginnt das Material sofort abzukühlen und zu schwinden. Verläuft die Abkühlung nicht vollkommen gleichmäßig, entstehen Temperaturunterschiede im Material, die zu Eigenspannungen führen.
Die Spannungen werden frei, wenn das Teil entformt wird und vollständig abkühlt. Hier besteht die Gefahr, dass sich der Kunststoff verzieht oder verformt, wenn der Kühlprozess nicht kontrolliert wird. Der Verzug zeigt sich nicht zwangsläufig sofort.
Bei teilkristallinen Kunststoffen wie PP, PA und POM setzt sich der Schwund noch Stunden oder Tage nach dem Spritzgießen fort, und ein Teil, das bei der Entformung korrekt aussieht, kann sich bis zur Vermessung noch bewegen. Kontrollierte Kühlung ist daher einer der wichtigsten Schritte, um eine gute Maßhaltigkeit des Kunststoffteils sicherzustellen.
Bei komplexen Teilen, bei denen große Wanddicken oder große Flächen erforderlich sind, lassen sich verschiedene Spritzgießverfahren einsetzen, die diesen Anforderungen gerecht werden.
Ku-Fizz ist ein Verfahren, bei dem Stickstoff oder Kohlendioxid direkt in die Schmelze eingebracht wird. Dabei entsteht beim Spritzgießen ein leichter, geschäumter Kern im Inneren des Teils. Das wirkt dem Schwund entgegen und reduziert Einfallstellen, während das Gewicht um bis zu 10-15 % sinkt.
Hier wird Stickstoff in den heißesten Kern der Schmelze eingespritzt. Der Gasdruck presst den Kunststoff nach außen gegen die Werkzeugwände und wird über einen Teil der Kühlphase aktiv aufrechterhalten. So entsteht ein festes, leichtes Teil, das ganz oder teilweise hohl ist, mit geringem Risiko für Einfallstellen. Eingesetzt wird die Technik unter anderem für Griffe und Handgriffe.
Die Konstruktion des Werkzeugs bestimmt, wie gut sich die Kühlung steuern lässt. Durch die Integration konturnaher Kühlkanäle, die der Geometrie des Teils folgen, bleibt die Temperatur über den gesamten Prozess hinweg gleichmäßig.
Bei der Entwicklung neuer Teile ist ein Prototypenwerkzeug aus Aluminium ein sinnvoller Schritt. Anders als bei herkömmlichen Werkzeugen aus gehärtetem Stahl lässt sich mit Aluminium schnell und kostengünstiger testen, wie stark der gewählte Kunststoff tatsächlich schwindet, bevor das Serienwerkzeug festgelegt wird.
Idé-Pro verfügt über langjährige Erfahrung mit spritzgegossenen Kunststoffteilen für Prototypen und Serienproduktion. Mit eigenem Werkzeugbau und einem modernen Maschinenpark unterstützen wir Sie dabei, Ihre Konstruktion zu optimieren und das richtige Fertigungsverfahren zu finden. Kontaktieren Sie uns für technische Beratung oder ein Angebot für Ihr nächstes Projekt.
Kunststoffteile verziehen sich, wenn das Bauteil nicht gleichmäßig abkühlt. Eine gleichmäßige Wanddicke hilft dabei, dass das gesamte Bauteil gleich schnell abkühlt. Kühlen einzelne Bereiche langsamer ab als andere, entstehen Temperaturunterschiede und innere Spannungen, die sich beim Entformen lösen und das Bauteil verziehen. Ungleichmäßige Wanddicken und eine ungleichmäßige Kühlung im Werkzeug sind daher die Hauptursachen für Verzug.
Einfallstellen sind kleine Vertiefungen in der Bauteiloberfläche. Sie können entstehen, wenn der Kunststoff im Inneren des Bauteils stärker schwindet als die bereits erstarrte Außenhaut. Einfallstellen treten typischerweise bei großen Wanddicken, an Materialanhäufungen oder bei zu dicken Rippen auf.
Eine Rippe sollte höchstens halb so dick sein wie die Wanddicke des Bauteils. Bei einer Wanddicke von 2,5 mm bedeutet das maximal 1,25 mm. Ist die Rippe dicker, steigt das Risiko für Einfallstellen. Ist sie dünner, riskieren Sie unvollständig gefüllte Rippen und Verzug.
Eine Moldflow-Verzugsanalyse ist eine Simulation des Füll- und Kühlverhaltens sowie der Schwindung im Werkzeug. Sie sagt voraus, wie stark und in welche Richtung sich das Bauteil verziehen wird, bevor das Werkzeug gefertigt wird. Die Ergebnisse dienen dazu, die Bauteilmaße zu kompensieren und Anspritzpunkt und Kühlung zu optimieren, damit das Bauteil nach dem Spritzgießen gerade ist.
Bei teilkristallinen Kunststoffen wie PP, PA und POM setzt sich die Schwindung noch Stunden oder Tage nach dem Spritzgießen fort. Diese sogenannte Nachschwindung bedeutet, dass ein Bauteil, das beim Entformen maßhaltig ist, sich noch bewegen kann. Amorphe Kunststoffe wie ABS und PC stabilisieren sich schneller. Messen Sie das Bauteil erst, wenn es sich stabilisiert hat.