Die meisten Spritzgießwerkzeuge enthalten Luft in der Kavität, wenn sie dicht geschlossen sind. Wenn Kunststoff eingespritzt wird, muss die Luft herausgedrückt werden und irgendwo verschwinden. Durch die Entlüftung der Gussform kann die Luft entweichen und Platz für den Kunststoff schaffen.
Das Problem mit schlechter Werkzeugentlüftung
Wird eine Gussformen nicht ordnungsgemäß entlüftet, erhöht sich die Temperatur in der Spritzgießwerkzeug und der Druck in der Schmelze steigt. Die Kombination dieser Probleme kann den Sauerstoff in der Gussform extrem aufheizen und eine Reihe von visuellen Defekten und Problemen mit der Integrität der Teile verursachen, darunter:
Verbrannte Stellen
Schwache und sichtbare Schweißnähte
Schlechte Oberflächengüte
Schlechte mechanische Eigenschaften
Unvollständige Füllung, insbesondere in dünnen Abschnitten
Unregelmäßige Abmessungen
Lokale Korrosion an der Oberfläche des Gussformhohlraums
Die Werkzeugentlüftungmethoden für Gussformen
Bei den Methoden zur Entlüftung von Spritzgießwerkzeug unterscheidet man zwischen Standard- und Nichtstandardverfahren zur Entlüftung von Kavitäten. Unabhängig von der angewandten Methode sollte das Ergebnis immer sein, dass Gase aus der Gussform entweichen und somit die Qualität des Endprodukts verbessert wird.
Standardverfahren
Im Folgenden werden Entlüftungsmethoden beschrieben, die häufig in die von den Herstellern verwendeten Gussformen oder Maschinen eingebaut sind.
Trennlinien entstehen an den Stellen, an denen sich die beiden Hälften einer Gussform treffen. An diesem Treffpunkt treten natürlich Gase aus und können zur Entlüftung geöffnet werden.
Entlüftungsstifte sind Auswerferstifte, die in der Regel sechs bis acht Rillen entlang ihres Körpers haben. Sie werden häufig während der Ausstoßphase verwendet, um Gas und Luft abzulassen.
Auswerferstifte üben die Kraft aus, die zum Auswerfen eines Teils aus der Gussform erforderlich ist. Einige Hersteller verwenden sie, um tiefe Merkmale in einer Gussform zu entlüften und so Gaseinschlüsse zu verhindern.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die die Werkzeugentlüftung, z. B. über die Trennfläche, die Auswerferteile oder die Kernziehteile. In allen Fällen müssen die Hersteller darauf achten, dass der verwendete Freiraum nicht blockiert wird.
Spritzgießschieber setzen die vertikale Bewegung einer Gussformöffnung in eine horizontale Bewegung um. Sie bestehen in der Regel aus einem Schieberkörper, einer Formfläche, einem Keil, einer Verschleißplatte und einem Führungsstift. Sie können die Verschiebung verhindern, die durch den Druckaufbau beim Spritzgießprozess entsteht.
Einige Hersteller verwenden Kerneinsätze, um Lufteinschlüsse zu verhindern. Diese Einsätze werden in der Regel dort angebracht, wo die Schmelzeströme zusammenlaufen, um Druck und Gasbildung zu verringern.
Nicht-Standard-Verfahren
Neben den Standardverfahren können die Hersteller verschiedene andere Techniken zur Entlüftung von Spritzgießwerkzeug anwenden.
Verwendung poröser gesinterter Materialien
Poröse Materialien, wie z. B. atmungsaktiver Stahl, lassen Gase frei durch sie hindurchströmen. Leider haben diese Materialien oft eine geringe Festigkeit, obwohl ihre lockere Struktur bei der Entlüftung von Spritzgießwerkzeug helfen kann.
Vakuumtechnik
Vakuumvorrichtungen, wie z. B. Pumpen, lösen das Problem der Lufteinschlüsse, da die Kavität vor dem Einspritzen leer ist. Sie verursachen jedoch zusätzliche Kosten für die Gussform und erfordern gut angepasste Trennflächen.
Überlaufsysteme
In einer idealen Welt kann ein Hersteller eine Gussform mit Gaskanälen entwerfen, die es der Gussformgeometrie ermöglichen, Luft auszustoßen. Wenn dies nicht möglich ist, können sie Überlaufschächte verwenden, um die Luft in bestimmte Bereiche des Teils zu leiten oder die Gasdurchdringung zu erhöhen. Die Idee dahinter ist, dass Überlaufbohrungen einen Weg des geringsten Widerstands vom Hauptteil weg bieten, dem die Luft folgen sollte.
Entlüftungsventile
Entlüftungsventile gibt es in externen und internen Varianten. Externe Ventile sind in der Regel über einen Kaltkanal mit der Gussform verbunden, damit Gase entweichen können. Interne Ventile werden in den Gussformhohlraum eingebaut, um einen Entlüftungskanal für Gase zu schaffen.
Entlüftung aus der Entlüftungsrille
Bei Gussformen für mittlere und große Teile muss mehr Gas entfernt werden. Die Hersteller bringen Entlüftungsrillen an der konkaven Gussform an, meist am Ende des Schmelzflusses. Sie sorgen für eine gleichmäßige Entlüftung und helfen, ein Überlaufen zu verhindern.
Aktive Entlüftung
In ihrem Artikel „ Aktive Entlüftung des Formhohlraums zur Verbesserung der Leistung beim direkten Fügen im Spritzgussverfahren ” empfehlen Kimura F., et al. die Verwendung einer mikro- oder nanostrukturierten Metallplatte, die mit einer Spritzgussform verbunden wird. Die Platte wurde aus einem porösen Metall hergestellt.
Sie untersuchten ein aktives System auf der Grundlage dieses Konzepts an mehreren spritzgegossenen Probestücken. Sie stellten fest, dass die verwendete Mikro- oder Nanostruktur der Oberfläche je nach Zusammensetzung der Struktur die Entlüftung unterstützen kann.
Entlüftungsöffnungen
Diese können auf der Kavität, in der Nähe der Kavität oder am äußersten Ende des Schmelzflusses platziert werden. Die Entlüftung ist nicht auf die Gussform beschränkt. Entlüftungsöffnungen können auch am Anschnitt, am Anguss und an den im Verfahren verwendeten Angusskanälen angebracht werden. Diese Entlüftungsöffnungen befinden sich zwar an unterschiedlichen Stellen, tragen aber dazu bei, dass die Gase auf dem Weg der Schmelze von der Zuführung zur Gussform abgeführt werden.
Obligatorischer Auspuff
Dabei wird ein Entlüftungsstutzen an der Stelle in die Gussform eingesetzt, an der sich das Gas sammelt. Diese Methode ist zwar wirksam, hinterlässt aber Spuren auf dem fertigen Produkt.
Faktoren, die bei der Planung der Entlüftung von Spritzgießwerkzeug zu berücksichtigen sind
Eine Vielzahl von Faktoren wirkt sich darauf aus, wie Hersteller Entlüftungssysteme für Formen entwerfen. Alle folgenden Faktoren müssen berücksichtigt werden, bevor ein Hersteller die Technik auswählt, die er verwenden wird.
Temperatur und Druck
Die Hersteller können die Temperatur und den Druck in der Gussform vor der Befüllung ändern. Die Fließgeschwindigkeit hängt von diesen Temperatur- und Druckeinstellungen ab. Temperatur, Druck und die rheologischen Eigenschaften des Materials beeinflussen auch die Viskosität. Stärker viskose Materialien fließen langsamer als weniger viskose, was sich auf die Abkühlgeschwindigkeit auswirkt. Viskose Materialien erfordern außerdem oft tiefere Entlüftungslösungen, wie weiter unten beschrieben.
Anzahl der Entlüftungen
Über die Anzahl der erforderlichen Entlüftungen gibt es unterschiedliche Meinungen. Einige empfehlen eine Entlüftung für jeden Zentimeter der Gussform, andere geben an, dass mindestens 30 % des Umfangs der Gussform entlüftet werden sollten.
Wanddicke und Entlüftungstiefe
Die Wanddicke beeinflusst die Tiefe der Entlüftung eines Herstellers. Mit zunehmender Wanddicke sollte auch die Entlüftungstiefe zunehmen. Wenn die Scherung die Materialviskosität verringert, muss der Hersteller eine Entlüftungstiefe am unteren Ende des Bereichs wählen. Dies ist häufig in der Nähe des Anschnitts oder am unteren Ende einer dünnen Rippe der Fall. Die Entlüftungstiefe sollte erhöht werden, wenn die Viskosität des Materials aufgrund von Scherung zunimmt, wie z. B. in den dickeren Bereichen des Teils.
ABS : 0,001 - 0,0015
ACETAL : 0,0005 - 0,001
ACRYL : 0,0015 - 0,002
ZELLULOSEACETAT : 0,001 - 0,0015
ETHYLEN-VINYLACETAT : 0,001 - 0,0015
IONOMER : 0,0005 - 0,001
LCP : 0,0005 - 0,0007
NYLON : 0,0003 - 0,0005
Länge der Entlüftung
Lange Entlüftungsöffnungen erfordern einen höheren Druck, um die Gase durch sie abzuführen. Je kürzer die Länge, desto schneller wird das Gas ausgestoßen.
Breite der Entlüftung
Die Öffnungen sind normalerweise 0,25 Zoll für kleine Teile und 0,5 Zoll für große Teile. Dies sind Standardbreiten. Nichts hält einen Hersteller jedoch davon ab, kleinere oder größere Entlüftungsöffnungen zu verwenden.
Entlüftungsoberfläche
Das Polieren einer Entlüftung mit Diamantpaste auf einer Filzscheibe verhindert, dass die Entlüftung ein gefrästes Finish auf der Oberfläche hinterlässt. Alternativ dazu führen die Hersteller Steinigungs- und Schleifvorgänge durch, die mit der Richtung des Luftstroms übereinstimmen, um zu verhindern, dass die Oberflächenbeschaffenheit der Entlüftung auf das Teil übertragen wird.
Relief
Dies ist der bearbeitete Bereich, der mit der Entlüftung verbunden ist. Der Bereich mündet in einen Kanal, der mit anderen Kanälen verbunden sein kann. Im Idealfall sollte die Breite des primären Entlastungskanals der Breite der Entlüftung entsprechen, mit der er verbunden ist, um die Effizienz zu verbessern.
Form
Die Form wirkt sich auf den Druck aus, der in der Entlüftung herrscht. Betrachten Sie Entlüftungen als Verengungen. Mit dieser Denkweise können die Hersteller den Auslasskoeffizienten verwenden, um den theoretischen Auslass mit dem tatsächlichen Auslass zu vergleichen.
Verstopfung der Entlüftung
Die beim Spritzgießen entstehenden Gase sind nicht rein. Sie enthalten chemische Substanzen, die sich in den Entlüftungsöffnungen ablagern und schließlich zu Verstopfungen führen. In dem Artikel „ Entwicklung von Überwachungsmethoden für die Verstopfung von Entlüftungsöffnungen beim Spritzgießen ” schlagen Bongju Kim et al. vor, Hohlraum-Gasdruck-Sensoren (CGP) in den Entlüftungsöffnungen zu verwenden, um Ablagerungen zu erkennen. Diese Sensoren erkennen Veränderungen des Entlüftungsinnendrucks, die auf Ablagerungen hinweisen, die beseitigt werden müssen.
Vermeiden und Minimieren von Fehlern bei der Entlüftung
Neben der Berücksichtigung der Faktoren, die die Entlüftungsentscheidungen beeinflussen, können die Hersteller auch Maßnahmen ergreifen, um Fehler zu minimieren. Sowohl die Verarbeitung als auch die Flussanalyse helfen dabei.
Verarbeitung
Die Verarbeiter müssen das Endprodukt auf Fehler untersuchen und auf der Grundlage der Ergebnisse Anpassungen vornehmen. So kann ein Verarbeiter beispielsweise die Einspritzgeschwindigkeit der Schmelze verlangsamen, wenn Verbrennungen vorhanden sind, weil dadurch mehr Zeit für das Entweichen von Gasen entsteht. Dies ist jedoch keine allgemeingültige Lösung. Die Verarbeiter müssen alle Faktoren von der Zylindertemperatur bis zur Materialviskosität untersuchen, um festzustellen, welcher Ansatz am besten funktioniert.
Fließanalyse
Die Fließanalyse hilft Herstellern bei der Bestimmung von Bindenahtstellen, toten Zonen und der Füllung der Gussform. Das Verfahren kann auch helfen, Entlüftungsprobleme zu erkennen. DuPont empfiehlt, die Gussform vor dem Einspritzen mit Kerosin oder Spray auf Kohlenwasserstoffbasis zu besprühen. Diese Sprays hinterlassen schwarze Flecken auf dem Teil in Bereichen, in denen die Luft eingeschlossen ist.
Abschluss
Die Werkzeugentlüftung ist ein wichtiger Aspekt des Spritzgießprozesses. Wenn die Hersteller die Entlüftung nicht berücksichtigen, produzieren sie wahrscheinlich verformte Teile mit optischen und strukturellen Mängeln. Das Verständnis der Faktoren, die beeinflussen, wie eine Gussform entlüftet werden sollte, in Verbindung mit den Standard- und Nicht-Standard-Techniken, die für die Entlüftung verwendet werden, kann diese Probleme verhindern.