Die wichtigsten Parameter im Kunststoffspritzguss - Optimierung für maximale Effizienz

Das Kunststoffspritzgussverfahren ist ein Herzstück der modernen Fertigungstechnik und ermöglicht eine immense Bandbreite an hochwertigen Bauteilen für unterschiedlichste Branchen. Doch der Weg vom Granulat bis zum fertigen Bauteil birgt zahlreiche Herausforderungen. Welche entscheidenden Komponenten und Parameter spielen eine Rolle? Was sind die häufigsten Probleme, die auftreten können, und wie lassen sie sich effizient beheben? Das erfahren Sie in diesem Blog.

Das Kunststoff-Spritzgussverfahren

Der Kunststoffspritzguss bzw. das Kunststoff-Spritzgießen ist ein weit verbreitetes Verfahren in der Kunststoffverarbeitung, das zur Herstellung von komplexen und präzisen Bauteilen verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird Kunststoffgranulat geschmolzen und unter hohem Druck in eine Form gespritzt. Das Verfahren ermöglicht die Serienproduktion von Teilen mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit.

Es gibt unterschiedliche Arten von Kunststoffspritzgussverfahren, die je nach den spezifischen Anforderungen des Produkts und der verwendeten Materialien eingesetzt werden. Beim Duroplast-Spritzgießen, zum Beispiel, härten die Materialien während des Prozesses irreversibel aus und können nicht erneut geschmolzen werden, was sie besonders widerstandsfähig macht. Im Gegensatz dazu bleibt das Material beim thermoplastischen Spritzgießen schmelzbar, wodurch es mehrfach verarbeitet und recycelt werden kann. Neben den Materialien und Verfahren spielen jedoch auch unterschiedliche Parameter eine wichtige Rolle. Für ein besseres Verständnis der Kunststoffspritzguss-Grundlagen werden nachfolgend einige der wichtigsten Parameter im Kunststoffspritzguss vorgestellt.

Die wichtigsten Parameter im Kunststoffspritzguss

Im Kunststoff-Spritzguss sind präzise Einstellungen der Maschinenparameter erforderlich, um die Qualität und Effizienz des Fertigungsprozesses zu gewährleisten. Diese Parameter bestimmen nicht nur die Materialverarbeitung, sondern auch die Eigenschaften des Endprodukts. Von der Schmelztemperatur über den Einspritzdruck bis hin zur Kühlzeit: jede dieser Parameter beeinflusst, wie gut das Material die Form füllt, wie schnell der Prozess abläuft und welche mechanischen Eigenschaften das fertige Spritzgussteil aufweist.

• Schmelztemperatur: Bestimmt, wie stark das Kunststoffgranulat vor dem Einspritzen in die Form erhitzt wird.
• Einspritzdruck: Der Druck, mit dem das geschmolzene Material in die Form eingespritzt wird.
• Einspritzgeschwindigkeit: Die Geschwindigkeit, mit der das Material in die Form eingespritzt wird.
• Werkzeugtemperatur: Die Temperatur der Form beeinflusst das Abkühlverhalten und die Oberflächenqualität des Spritzgussteils.
• Haltezeit und Nachdruck: Nach dem Einspritzen wird der Druck aufrechterhalten, um das Material in der Form zu verdichten und Schrumpfung zu verhindern.
• Entformungskraft: Die Kraft, die benötigt wird, um das Teil nach dem Erstarren aus der Form zu lösen.

Häufige Problemstellungen beim Spritzgussverfahren

Das Kunststoffspritzgussverfahren ist eine der effizientesten und präzisesten Methoden zur Herstellung komplexer Bauteile in großen Stückzahlen. Trotz der Fortschritte in der Technologie und der Automatisierung bleibt der Kunststoffspritzguss jedoch anfällig für Fehler und Probleme, die die Qualität der hergestellten Teile erheblich beeinträchtigen können. Diese Probleme können sowohl durch Materialeigenschaften, Maschinenkomponenten, Werkzeuge sowie die verwendeten Parameter verursacht werden. Nachfolgend erfahren Sie, wie sie häufig auftretende Fehlerquellen mit Produkten von MISUMI verhindern bzw. beheben können.

Einfallstellen (Sink Marks)

Einfallstellen sind Vertiefungen oder Dellen auf der Oberfläche eines Spritzgussteils, die häufig durch Materialschrumpfung während der Abkühlphase entstehen. Sie treten vor allem in Bereichen mit dickeren Wandstärken auf, da das Material dort langsamer abkühlt und schrumpft. Um dieses Problem zu beheben, sind unter anderem Anpassungen bei den Parametern als auch den Werkzeugkomponenten erforderlich.

• Durch eine Erhöhung des Nachdrucks oder Verlängerung der Nachdruckzeit wird das Material besser in die Kavität nachgedrückt und die Schrumpfung kompensiert.
• Durch eine Verlängerung der Kühlzeit kann sichergestellt werden, dass das Material ausreichend abgekühlt ist, bevor die Form geöffnet wird.
• Eine größere Dimensionierung der Angussbuchse kann den Materialfluss verbessern und sicherstellen, dass der Nachdruck besser übertragen wird, um die Kavität vollständig und gleichmäßig zu füllen. Ein zu kleiner Anguss kann zu einem ungleichmäßigen Materialfluss führen, was die Wahrscheinlichkeit von Einfallstellen erhöht.
• Eine optimierte Formtemperierung, die eine gleichmäßige Kühlung in allen Bereichen des Bauteils gewährleistet, verhindert, dass dickere Stellen langsamer abkühlen und Schrumpfung verursachen. Die Verwendung von präzise platzierten Kühlkanälen oder einer konturnahen Kühlung kann helfen, die Wärme gleichmäßig abzuleiten.

Unvollständige Füllung der Form

Eine unvollständige Füllung liegt vor, wenn das Material nicht ausreicht, um die gesamte Form oder bestimmte Bereiche der Form (meist dünnere Abschnitte) auszufüllen. Dies passiert, weil die Polymerschmelze vorzeitig abkühlt und sich verfestigt, bevor der Formhohlraum vollständig gefüllt ist.

• Eine unvollständige Füllung tritt häufig auf, weil das Material nicht schnell genug in die Form gelangt, wodurch es in dünneren Bereichen abkühlt und nicht mehr weiterfließen kann. Durch die Erhöhung des Einspritzdrucks und der Einspritzgeschwindigkeit wird die Polymerschmelze schneller in die Form gepresst und kann die Kavität vollständig ausfüllen, bevor das Material zu stark abkühlt.
• Eine zu niedrige Schmelztemperatur kann dazu führen, dass das Material nicht ausreichend fließfähig ist, um die Form vollständig auszufüllen. Eine Erhöhung der Schmelztemperatur macht das Material fließfähiger und erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass auch dünne Bereiche der Form erreicht werden.
• Eine unzureichende oder ungleichmäßige Kühlung der Form kann dazu führen, dass das Material in dünneren Bereichen der Kavität zu schnell abkühlt. Durch den Einsatz von optimierten Temperierrohren oder konturnahen Kühlsystemen kann die Temperatur der Form gleichmäßiger geregelt werden. Dadurch bleibt das Material in dünneren Bereichen länger fließfähig.
• Der Anspritzpunkt spielt eine wichtige Rolle für den Materialfluss. Wenn das Gate oder der Anguss beim Spritzguss zu klein dimensioniert ist, kann das Material nicht schnell genug in die Form fließen, was ebenfalls zu einer unvollständigen Füllung führt. Eine Vergrößerung des Angusses oder der Gates kann den Materialfluss verbessern und sicherstellen, dass die Kavität gleichmäßig und vollständig gefüllt wird.

Lunker (Lufteinschlüsse)

Lunker sind Hohlräume oder Lufteinschlüsse im Inneren eines Spritzgussteils, die durch Schrumpfung des Materials beim Abkühlen entstehen. Unzureichender Nachdruck oder falsche Abkühlung kann dazu führen, dass das Material in der Kavität nicht vollständig nachgefüllt wird, wodurch sich Hohlräume bilden.

• Lunker entstehen häufig, weil das Material während des Schrumpfens nicht vollständig nachgefüllt wird. Durch Erhöhung des Nachdrucks und Verlängerung der Nachdruckzeit wird das Material stärker in die Kavität gedrückt, was Hohlräume verhindert und die Verdichtung des Materials sicherstellt.
• Eine gleichmäßige und kontrollierte Abkühlung reduziert die Wahrscheinlichkeit von Schrumpfung und Lufteinschlüssen. Durch Anpassung der Kühlzeit oder eine effizientere Kühlung des Werkzeugs kann das Material gleichmäßiger aushärten.
• Eine mangelhafte Entlüftung der Form ist eine häufige Ursache für Lufteinschlüsse. Die präzise Platzierung von Entlüftungseinsätzen kann helfen, eingeschlossene Luft während des Einspritzvorgangs aus der Form entweichen zu lassen.
• Auswerferstifte, die normalerweise zum Entformen des Bauteils verwendet werden, können ebenfalls als zusätzliche Entlüftungspunkte fungieren. Diese können so gestaltet werden, dass sie helfen, Luft effizienter aus der Form zu entfernen.

Die Bedeutung der richtigen Parameter und Komponenten

Beim Spritzgießen treten eine Vielzahl von Fehlern auf, die die Qualität und Funktionsfähigkeit des Endprodukts beeinträchtigen können. Neben den bereits ausführlich erläuterten Problemen wie Lunker, Einfallstellen und unvollständiger Füllung gibt es noch zahlreiche andere Fehlerquellen, die ebenfalls beachtet werden müssen, um die Produktionseffizienz und Bauteilqualität zu gewährleisten, wie zum Beispiel Risse, Nähte, matte Stellen, Vakuolen, Gratbildung oder Verzug. Um diese Probleme zu beheben, ist es wichtig, neben den Methoden und Parametern auch die Kunststoffspritzguss-Werkzeuge und Komponenten zu optimieren.

Kernstifte helfen beispielsweise, Bauteile mit Hohlräumen präzise zu formen und sorgen für eine gleichmäßige Abkühlung und Formstabilität. Sie tragen dazu bei, Verzug zu minimieren und verbessern die Formfüllung, insbesondere bei komplexen Geometrien. Zentrierbuchsen stellen sicher, dass die Formhälften perfekt ausgerichtet sind. Eine fehlerhafte Ausrichtung kann zu Gratbildung führen, da das Material ungleichmäßig fließt. Sie helfen auch, Verzug durch eine präzisere Passung der Form zu minimieren.

Besonders bei komplizierten Geometrien können Hinterschneidungen oft nicht vermieden werden. Bewegliche Einbauteile wie zum Beispiel schräge Auswerfer, Blockkernstifte oder Formeinsätze sind in diesen Fällen unumgänglich. Sie ermöglichen es, komplexe Bauteile zu formen, ohne dass es zu Problemen bei der Entformung oder Füllung kommt, und gewährleisten eine präzise Formgebung und gleichmäßige Materialverteilung. Eine optimale Formöffnungsüberwachung sorgt dafür, dass das Bauteil erst nach ausreichender Abkühlung und Aushärtung aus der Form entfernt wird. Eine vorzeitige Entformung kann Verzug und Oberflächenfehler verursachen. Zudem hilft sie, Gratbildung zu verhindern, indem die Form korrekt geschlossen und gehalten wird.

Die Qualität und die Effizienz des Kunststoffspritzgussprozesses hängen maßgeblich von den richtigen Parametern und Werkzeugen ab. In einem Produktionsumfeld, in dem präzise und wiederholbare Ergebnisse gefordert sind, kann selbst eine kleine Abweichung in den Parametern erhebliche Auswirkungen auf das Endprodukt haben. Mit der richtigen Ausstattung von MISUMI lassen sich häufige Fehlerquellen beim Spritzgießen effektiv vermeiden und die Produktionsqualität nachhaltig steigern.