Einfallstellen beim Spritzgießen — Ursachen und Wie Man Sie Verhindert

Ein Qualitätsingenieur eines Unterhaltungselektronikherstellers betrachtet einen kosmetischen Ausschuss. Das Gehäuse ist ein mattschwarzes ABS-Teil — 140 × 85 mm, 2,2 mm Nennwand, vier M3-Schraubdome auf der Innenseite. Die Außenseite ist eine Klasse-A-Oberfläche. Unter der 800-Lux-Prüfbeleuchtung zeigt jede Domposition eine flache kreisförmige Vertiefung auf der Außenseite — eine Einfallstelle von etwa 6 mm Durchmesser und 0,03–0,05 mm Tiefe.

Der Spritzgießtechniker hat den Nachdruck von 60 MPa auf 95 MPa erhöht, die Nachdruckzeit von 8 auf 16 Sekunden verlängert und die Werkzeugtemperatur von 45 °C auf 62 °C angehoben. Die Einfallstellen sind flacher — vielleicht 0,02 mm — aber sie sind immer noch da, und die Zykluszeit ist von 32 auf 41 Sekunden gestiegen.

Die Ursache waren nicht die Prozessparameter. Es war die Domwandstärke. Mit 2,8 mm betrug die Domwand das 1,3-fache der Nennwand — und erzeugte einen lokalisierten dicken Querschnitt, der langsamer abkühlte als das umgebende Material.

Was eine Einfallstelle ist (und was nicht)

Eine Einfallstelle ist eine flache Vertiefung auf der Bauteiloberfläche gegenüber einer Rippe, einem Dom oder einem Wandstärkensprung. Es handelt sich um ein volumetrisches Defizit: Wenn ein lokaler dicker Querschnitt abkühlt, schwindet das Material dort stärker als in den angrenzenden dünnen Bereichen. Die bereits an der Kavitätswand erstarrte Oberfläche wird durch das darunter kontrahierende Material nach innen gezogen.

Eine Einfallstelle liegt immer über einem dicken Querschnitt. Wenn die gegenüberliegende Fläche keine entsprechende Rippe, keinen Dom oder Dickenübergang zeigt, handelt es sich nicht um eine Einfallstelle — es ist eher eine Fließmarkierung, eine Bindenaht oder eine Gasmarkierung.

Die Physik: Warum die Oberfläche einfällt

In einer 2,0 mm Wand erstarrt die Kunststoffhaut gegen die Kavitätswand innerhalb von 1–3 Sekunden. Der Kern bleibt weitere 5–10 Sekunden schmelzflüssig. Währenddessen erfährt das Kernmaterial thermische Kontraktion. Die volumetrische Schwindung des Kerns zieht von innen gegen die erstarrte Haut. Bei gleichmäßiger Wand wird die Haut gleichmäßig gestützt.

In einem dicken Querschnitt — der Übergang einer 2,8 mm Domwand zu einer 2,0 mm Nennwand — ist die Geometrie anders. Der dicke Querschnitt speichert länger Wärme. Die erstarrte Haut bildet sich später und ist dünner. Das Kernmaterial im dicken Querschnitt schwindet stärker. Die dünne Haut über dem dicken Querschnitt wird stärker eingedrückt als die Haut über der gleichmäßigen Wand — und erzeugt die sichtbare Vertiefung.

Die vier Hebel zur Vermeidung von Einfallstellen

Hebel 1: Geometrie — Die 50-%-Regel

Rippen- und Domwandstärke sollten 0,5–0,6× der Nennwandstärke am Ansatz betragen und niemals 0,7× überschreiten.

Drei geometrische Abhilfen für Dome:

1. Aussparung an der Dombasis. Eine 0,8–1,0 mm tiefe Taschenaussparung entfernt Material aus der dicken Übergangszone.
2. Rippen statt durchgehender Wand. Drei oder vier Rippen (1,0–1,2 mm, 0,5× Nennwand) zwischen Dom und Bauteilwand.
3. Dom von der Nennwand isolieren. Ein 0,5–0,8 mm Spalt zwischen Dom-AD und nächster Bauteilwand, überbrückt durch Rippen.

Hebel 2: Prozess — Nachdruck, nicht Druck

• Nachdruck: Zusätzliche Schmelze wird nach der Füllung in die Kavität gedrückt. Die Grenze ist die Siegelzeit des Angusspunktes.
• Nachdruckzeit: Muss so lange sein, dass der Anguss bei noch aktivem Nachdruck erstarrt. Eine Siegelpunkt-Studie (Teile bei steigenden Nachdruckzeiten spritzen und wiegen) bestimmt das Plateau.
• Werkzeugtemperatur: +10–20 °C reduziert die Einfalltiefe um 30–50 %, aber auf Kosten der Kühlzeit.
• Einspritzgeschwindigkeit: Schneller = heißere Schmelze an den Kavitätsenden, reduziert das sink-mark-verursachende Temperaturgefälle.

Hebel 3: Material — Schwindung zählt

Der Wechsel von einem ungefüllten zu einem glasfaserverstärkten Typ derselben Polymerfamilie reduziert die Schwindung um 50–70 %.

Hebel 4: Angussposition — Den dicken Querschnitt speisen

Die Angussposition bestimmt, wo der Nachdruck wirkt. Ein Anguss, der direkt in einen dicken Querschnitt speist, liefert Nachdruck dort, wo er am meisten gebraucht wird. Die Moldflow-Simulation sagt Einfallstellen-Positionen und -Schwere vor Stahlzuschnitt voraus.

Wann eine Einfallstelle akzeptabel ist

Der Qualitätsingenieur behebung die Ursache: Die Domwand wurde von 2,8 mm auf 1,3 mm (0,6× der 2,2 mm Nennwand) reduziert, eine 1,0 mm tiefe Aussparung wurde an jeder Dombasis hinzugefügt, und die Dome wurden mit drei 1,0 mm Rippen statt einer durchgehenden Domwand an die Bauteilwand angebunden. Das überarbeitete Werkzeug produzierte Teile ohne sichtbare Einfallstellen unter 800-Lux-Prüfung. Die Zykluszeit kehrte auf 32 Sekunden zurück.

Einfallstellen sind kein Spritzgießproblem, das zufällig auf der Oberfläche sichtbar wird. Es ist ein Konstruktionsproblem, das der Spritzgießprozess sichtbar macht. Korrigieren Sie zuerst die Geometrie, dann optimieren Sie den Prozess.

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