Spritzgießen ist ein präzises Verfahren, bei dem viel schief gehen kann. Alles, von Bedienerfehlern bis hin zu geringfügigen Problemen mit der Werkzeugkonstruktion, kann Probleme für die ästhetische oder strukturelle Integrität des Teils verursachen.
Fließlinien beim Spritzgießen sind ein solches Problem. In diesem Artikel wird erklärt, was Fließlinien sind, wie sie entstehen und welche Techniken Hersteller anwenden können, um sie zu vermeiden.
Was sind Fließlinien für das Spritzgießen?
Fließlinien erscheinen oft als ein wellenförmiges Muster auf der Oberfläche eines Kunststoffteils, obwohl auch andere Muster auftreten können. Sie haben in der Regel eine etwas andere Farbe als der Rest des Teils und treten eher an schmalen Abschnitten des Artikels auf.
Es gibt vier Haupttypen von Spritzguss-Fließlinien.
Typ Nr. 1 – Schlangenlinien
Schlangenlinien entstehen, wenn ein Düseneffekt entsteht, wenn die Schmelze durch einen Anschnitt in den Formhohlraum eintritt. Die entstehende Linie sieht aus wie eine Schlange und erscheint auf der Oberfläche des Produkts.
Typ Nr. 2 – Wellenlinien
Ungleichmäßige Fließgeschwindigkeiten der Schmelze führen zu Wellenlinien. Die Schmelze verlangsamt oder beschleunigt sich, was dazu führt, dass die Schmelze wandert und Wellenlinien verursacht.
Typ Nr. 3 – Radiale Linie
Wenn die Schmelze beim Eintritt in die Kavität durch einen Anschnitt spritzt, wird sie radial auf der Oberfläche des Teils verteilt. Das Ergebnis ist in der Regel eine radiale Linie.
Typ Nr. 4 - Fluoreszierende Linien
ie Spannung und der Druck, die durch das Fließen der Schmelze entstehen, führen dazu, dass ein Glanz auf dem Produkt erscheint. Dieser Defekt ähnelt einem Glühwürmchen, daher der Name Fluoreszenzlinien.
Was ist der Unterschied zwischen Schweißleitungen und Fließleitungen?
Schweißnähte treten häufig an Stellen auf, an denen Fließen mit unterschiedlichen Temperaturen aufeinandertreffen. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Abkühlung, die eine Linie auf der Oberfläche des Teils hinterlässt, wo sich die beiden Ströme getroffen haben. Auch beim Spritzgießen entstehen Fließlinien oft durch uneinheitliche Abkühlung. In diesem Fall können die Hersteller jedoch einen einzigen gleichmäßigen Fluß von heißer Schmelze haben, der im Werkzeug auf kühlere Schmelze trifft, was zur Bildung von Linien führt.
Was sind die Ursachen für Fließlinien beim Spritzgießen?
Die Ursachen für Fließlinien lassen sich in vier Hauptkategorien unterteilen, die jeweils verschiedene Probleme mit sich bringen können:
Das Spritzgießverfahren
Die Spritzgussform
Das Material
Der Bediener
Das Spritzgießverfahren
Fehler im Spritzgussverfahren können eine Reihe von Problemen verursachen.
Entweder ist der Nachdruck oder der Einspritzdruck nicht hoch genug, um die erstarrte Schmelze an die Oberfläche des Werkzeugs zu pressen, was zu Fließlinien führt, die der Fließrichtung der Schmelze entsprechen.
Wenn die Zykluszeit zu kurz ist, wird die Schmelze im Zylinder möglicherweise nicht ausreichend erwärmt. Bei einer niedrigen Schmelzetemperatur kann das Material während des Druckhaltens nicht verdichtet werden, und es entstehen Fließlinien. Dieses Problem hängt häufig mit einer unzureichenden Verweilzeit zusammen, die ebenfalls dazu führt, dass die Schmelze zu kurz im Zylinder gehalten wird.
Eine niedrige Zylindertemperatur führt zu einer niedrigen Schmelzetemperatur. Diese Temperaturen wirken sich auf den Halte- und Einspritzdruck aus, da er nicht hoch genug ist, um erstarrte Schichten der Schmelze an der Oberfläche der Spritzgussform zu halten.
Die Düse ist die letzte Heizzone im Inneren des Zylinders. Sie gibt die Wärme an die Schmelze ab. Wenn die Düse nicht angemessen beheizt wird, sinkt die Schmelzetemperatur und verursacht die bereits erwähnten Druckprobleme.
Die Spritzgussform
Die Werkzeugkonstruktion ist ein wichtiger Aspekt des Spritzgießens. Fließlinien können auftreten, wenn einer der folgenden Punkte die Spritzgussform beeinträchtigt:
Ein für den Zweck zu kleiner Anguss, Angusskanal oder Anschnitt führt zu einem höheren Fließwiderstand. In Verbindung mit einem niedrigen Einspritzdruck führt dieses Problem zu sinkenden Schmelzgeschwindigkeiten und kann Fließlinien verursachen.
Je kühler die Spritzgussform ist, desto schneller sinkt die Materialtemperatur beim Einspritzen der Schmelze. Ein schneller Temperaturabfall führt zu Fließlinien, wenn die heiße Schmelze auf das kalte, erstarrte Material gegossen wird.
Verstopfungen können auftreten, wenn die Spritzgussform nicht ausreichend entlüftet ist. Fließlinien entstehen, weil die Schmelzefront die feste Materialschicht nicht gegen die Spritzgussform drücken kann.
Das Material
Auch Probleme mit dem verwendeten Material können zu Fließlinien beim Spritzgießen führen.
Wenn ein Formhohlraum ein großes Verhältnis von Fließlänge zu Dicke aufweist, sollte das Material eine ausreichend niedrige Viskosität haben, um einen gleichmäßigen Fluss zu gewährleisten. Ist dies nicht der Fall, führt die mangelnde Fließfähigkeit des Materials zu einem langsamen Schmelzefluss, der die bereits erwähnten Kühlungs- und Druckprobleme verursacht.
Wird der Schmierstoffgehalt des Materials nicht entsprechend dem Verhältnis von Fließlänge zu Wandstärke erhöht, können Fließlinien entstehen. Je größer dieses Verhältnis wird, desto mehr Schmiermittel ist erforderlich.
Der Bediener
Bedienerfehler können dazu führen, dass Fließlinien in einem Teil auftreten. Wenn ein Bediener beispielsweise den Türumschaltvorgang für die Spritzgießmaschine falsch einstellt, führt dies zu einem unregelmäßigen Wärmeverlust, den die Maschine ausgleichen muss. Es kommt zu einem Mangel an Temperaturgleichmäßigkeit, wodurch kalte Stellen in der Spritzgussform entstehen, die Fließlinien verursachen.
Wie man Fließlinien beim Spritzgießen vermeidet
Die Methoden zur Vermeidung von Fließlinien beim Spritzgießen variieren je nach dem Typ der in einem Teil auftretenden Linien.
Schlangenlinien
Bei Schlangenlinien können die folgenden Techniken helfen, ihr Auftreten zu verringern oder zu verhindern:
Eine Verringerung der Schmelzeeinspritzrate kann den Düseneffekt verhindern und den Fluss der Schmelze ausweiten, was zu einer besseren Oberflächenqualität führt.
Wenn die Anschnitttiefe gleich der Kavitätstiefe ist, wird ein expandierender Fluss erreicht, der Schlangenlinien verhindert.
Durch die Einstellung des Anschnitts nahe an der Kavitätenwand kann der Hersteller die Wand als Barriere nutzen, die die Bildung eines Spritzstrahls verhindert. Die Einstellung des Anschnittwinkels auf 40 bis 50 Grad kann ebenfalls eine solche Barriere für die Kavitätenwand darstellen.
Wellenlinien
Einige Änderungen an der Konstruktion der Spritzgussform oder ihrer Temperatur können die Bildung von Wellenlinien verhindern:
Die Fließfähigkeit der Schmelze nimmt mit steigender Temperatur der Spritzgussform zu. Dies ist für kristalline Polymere von Vorteil, da es zu einem gleichmäßigeren Fluss führt, der Wellenmuster reduziert.
Die Beibehaltung einer gleichmäßigen Produktdicke verhindert Wellenlinien.
Ausgeprägte Kanten und Ecken in einem Werkzeugkern führen zu einem Schmelzeflusswiderstand. Eine Änderung dieser hervorstehenden Kanten und Ecken kann die Fließstabilität verbessern.
Die Kombination von langsamer Einspritzung mit der Aufrechterhaltung eines hohen Druckniveaus gewährleistet die Fließstabilität der Schmelze.
Radiale Linien
Die Vermeidung von Spritzern ist das Hauptproblem bei Radiallinien. Diese Techniken können dem Hersteller helfen, Spritzwasser zu reduzieren:
Die Änderung der Anschnittform in eine Fächerform kann die Elastizität der Schmelze wiederherstellen, bevor sie in den Formhohlraum eintritt. Dadurch wird das Brechen der Schmelze verhindert, was die radialen Linien reduziert.
Durch die Verlängerung des Hauptkanals oder der Düse wird der Fließweg der Schmelze verlängert, bevor sie den Formhohlraum erreicht. Dadurch wird der Grad des elastischen Versagens der Schmelze erhöht, was Spritzen und die Bildung von Strahlungslinien verhindert.
Eine Verlangsamung der Einspritzgeschwindigkeit erhöht ebenfalls die Fließzeit der elastischen Schmelze, was wiederum den Grad des elastischen Versagens erhöht.
Fluoreszierende Linien
Fluoreszierende Linien treten meist an den engsten Stellen des Teils auf. Diese Engstellen dehnen den Fluss und erzeugen innere Spannungen, die zu Fließlinien führen. Diese Lösungen können fluoreszierende Linien verhindern:
Die Erhöhung der Formtemperatur reduziert die inneren Spannungen, indem sie die Makromoleküle entspannt und die molekulare Ausrichtung des Flusses verringert. Dadurch wird das Auftreten von Fluoreszenzlinien auf der Produktoberfläche reduziert.
Die Beibehaltung einer gleichmäßigen Teiledicke verringert die Fluoreszenzlinien. Kucukoglu, A., et al. betonen dies in ihrem Artikel [Eine Studie zur Erkennung von Fließlinien an ästhetischen Kunststoffteilen während der Entwurfsphase mit Hilfe von Materialflussanalyseprogrammen]. Sie stellen fest, dass eine einheitliche Teiledicke Verzug und den Effekt des Schwindungsausgleichs verhindert.
Die Kombination von mittlerer Einspritzgeschwindigkeit und mittlerem Druck verlangsamt die Erstarrung der Schmelze pro Volumeneinheit. Die inneren Spannungen nehmen ab, wodurch das Auftreten von Fluoreszenzlinien verringert wird.
Die Wärmebehandlung eines Teils, z. B. das Backen im Ofen oder das Kochen des Teils in heißem Wasser, verstärkt die Bewegung der Makromoleküle. Dadurch verkürzt sich die Relaxationszeit des Teils und die Fluoreszenzlinien werden reduziert.
Spritzguss-Fließlinien in Angriff nehmen
Fließlinien beim Spritzgießen sind ein wichtiges Thema, denn es gibt verschiedene Typen, die jeweils unterschiedliche Ursachen haben können. Hersteller können die Bildung von Fließlinien verhindern, indem sie ihre Werkzeuge, Verfahren und Maschinen an die Anforderungen des Teils anpassen.