Analyse von Schweißnähten und Lösungen | Fehler beim Spritzgießen

Schweißnähte sind ein häufiger Fehler in Kunststoffformteilen, der nicht nur die ästhetische Qualität des Produkts beeinträchtigt, sondern auch seine mechanischen Eigenschaften erheblich beeinträchtigt, insbesondere bei Materialien wie faserverstärkten und mehrphasigen Mischpolymeren.

Dieser Artikel vermittelt umfassendes Wissen über Schweißnähte. Wenn Sie an anderen Themen interessiert sind SpritzgießfehlerKlicken Sie auf den unten stehenden Link, um mehr zu erfahren.

Was sind Schweißnähte beim Spritzgießen?

Bei der anfänglichen Konstruktion von Kunststoffprodukten lassen sich Merkmale wie Löcher, Einsätze, Vorsprünge und Dickenänderungen nicht vermeiden. Darüber hinaus können in späteren Formen Mehrfachanschnitte verwendet werden, wodurch die Kunststoffschmelze in der Form aus mehr als zwei Richtungen fließen kann. Wenn zwei Schmelzeströme aufeinander treffen, bilden sie eine Bindenaht, die als lineare Markierung auf der Oberfläche des Formteils erscheint.

Schweißlinien gibt es in der Regel in zwei Varianten: Schweißlinien und Stricklinien.

Mechanismus der Bildung von Schweißnähten in Kunststoffteilen

Fließmuster der Kunststoffschmelze in der Kavität

Bevor wir uns mit den Schweißnähten befassen, wollen wir kurz das Fließmuster der Fontäne analysieren: Die Kunststoffschmelze fließt in der Kavität nach dem Prinzip der Fontäne, wobei sie in der Mitte am schnellsten und an den Seiten am langsamsten fließt, was einer Fontäne ähnelt. Aufgrund der Wirkung des Fontänenflusses erstarrt die Kunststoffschmelze, die zuerst in die Kavität eintritt, in der Nähe des Anschnitts, wobei die geschmolzene Kernschicht der Schmelze aus den erstarrten Schichten auf beiden Seiten herausragt.

Die Bildung des Feuchtwasserflusses: Wenn die Schmelze in die Kavität eintritt, kühlt sie ab und erstarrt beim Kontakt mit den kälteren Werkzeugwänden, wobei sich eine dünne Oberflächenschicht bildet. Die Kernschicht, die durch die Oberflächenschicht isoliert ist, bleibt auf einer höheren Temperatur und fließt weiter stromabwärts des Teils.

Erzeugung von Schweißnahtfehlern

Der Mechanismus der Schweißnahtbildung hängt mit dem Fontänenfluss der Kunststoffschmelze zusammen. Wenn zwei Schmelzeströme aufeinander treffen, berühren sie sich zunächst in der Mitte des Abschnitts. Dann breiten sie sich zu den Seiten aus und füllen schließlich die Stelle aus, um eine V-förmige Rille zu bilden. Wenn die Luft in der V-Nut nur schwer entweichen kann oder die Temperatur der beiden zusammenfließenden Schmelzeströme zu niedrig ist, bildet sich an der Stelle der V-Nut eine deutliche Schweißnaht.

Lösungen für Schweißlinien

1. Von Spritzgießverfahren:

2. Vom Formenbau

Gate-System: Optimieren Sie Schweißlinien effektiv, indem Sie die folgenden Punkte berücksichtigen Kaltkanäle oder Heißkanäle, und Gatteroptimierung:

1). Kalte Läufer:

Verwenden Sie runde oder trapezförmige Laufräder, um den Druckverlust zu minimieren.

Achten Sie darauf, dass die Schächte für kalte Butzen ausreichend lang sind und die Übergänge nahtlos miteinander verbunden sind.

Maximierung der Querschnittsfläche bei minimaler Länge.

2). Heiße Kufen:

Verwenden Sie Heißkanalfolgeventile für den sequenziellen Anschnitt, der Schweißnähte effektiv verbergen kann. Wie in der Abbildung unten dargestellt, öffnet sich beispielsweise das Nadelventil 2 als Hauptanschnitt zuerst. Nachdem die Schmelzefront 1 und 3 passiert hat, öffnen sich die Nadelventile 1 und 3 und verhindern so die Bildung von Bindenähten zwischen den Anschnitten. Bei unvermeidlichen Schweißnähten kann die Schweißnaht durch aufeinanderfolgende Ventile manchmal erfolgreich auf eine nicht sichtbare Fläche verschoben werden. Diese Technik ist in der Haushaltsgeräte- und Automobilindustrie weit verbreitet, wo für die Hinterwand eines Teils zwei Heißkanalfolgeventile verwendet werden, die gleichzeitig geöffnet werden, was zur Bildung einer Schweißnaht zwischen zwei Anschnitten führt.

3). Tore:

Vermeiden Sie die Verwendung von Nadelverschlüssen, Unterverschlüssen und Hornverschlüssen, die hohe Druckverluste aufweisen, in nicht unbedingt notwendigen Situationen. Verwenden Sie Schieber mit geringen Druckverlusten, wie z. B. Seitenschütze und Fächerschütze, und legen Sie die Schieberbreite und -dicke so groß wie unter vernünftigen Konstruktionsbedingungen möglich aus.

4). Ordnen Sie die Anzahl der Gates richtig an:

Wenn bei großen Teilen mit mehreren Anschnitten Schweißnähte unvermeidlich sind, sollte die Anzahl der Anschnitte erhöht werden, um die Fließlänge der Schmelze zu verringern und damit die Temperatur der Schmelzfront zu erhöhen; bei kleinen Teilen sollte die Anzahl der Anschnitte verringert werden, um die Anzahl der Schmelzflüsse zu minimieren.

5). Prozesse begrenzen:

Bei unvermeidlichen Schweißnähten, die nicht den Anforderungen an das Aussehen entsprechen, versuchen Sie, die Abluftschlitze am Füllende zu öffnen oder die Abluftschlitze zu vertiefen und zu erweitern, ohne einen Grat zu verursachen.

Wenn die Vergrößerung der Entlüftungsschlitze die Situation nicht vollständig verbessert, sollte man erwägen, das Eisen in der Form zu reduzieren, um Überlaufschächte zu öffnen.

6). Kühlkanäle ordnungsgemäß anordnen:

Der angemessene Abstand zwischen Kühlkanälen und Schweißnähten beträgt im Allgemeinen das 1,5-fache des Durchmessers des Kühlkanals. Wenn Größe und Verformung eine Rolle spielen, können Einsatzstücke mit separaten Hochtemperatur-Wasserkanälen an den Schweißnähten platziert werden, während andere Bereiche an Wasser mit normaler Temperatur angeschlossen werden, was die Schweißnähte effektiv verbessert. Separate Wasserkanäle können wie folgt angeordnet werden: Öffnen von Einsatzkanälen, wenn der Platz dies zulässt, oder Öffnen von Wasserbrunnen oder Wassertürmen, wenn der Platz nicht ausreicht.

7). Schnelles Erhitzen und Abkühlen der Formen:

Schließen Sie zwei Sätze von Wasserkanälen an den Formkern an, einen für Hochtemperatur-Hochdruckdampf. Vor dem Einspritzen kurzzeitig Hochtemperatur-Hochdruckdampf verwenden, um die Temperatur des Formkerns über die Tg des verwendeten Materials zu erhöhen. Zum Abkühlen und Aushärten wird ein weiterer Satz von Wasserkanälen an kaltes Wasser angeschlossen, um die Form in kurzer Zeit abzukühlen und auszuhärten. Diese Art von Form kann Bindenähte wirksam beseitigen, stellt aber hohe Anforderungen an die Formen und die Kühlgeräte. Das Funktionsprinzip ist in Abbildung 9 dargestellt.

3. Von der Produktstruktur

1. Minimieren Sie Lochmerkmale.
2. Maximieren Sie die Wandstärke, um den Füllungswiderstand und ungleichmäßige Wandstärken zu reduzieren.
3. Wenn die Schweißnähte an den Positionen der Aufsatzpfosten reißen, sollten Sie eine Verdickung der Aufsatzpfosten in Betracht ziehen.
4. Fügen Sie Verstärkungsrippen an den Stellen der Schweißnähte ein, damit die nachfolgenden Schmelzflüsse die Schweißnähte in die Rippen drücken.
5. Berücksichtigen Sie die Festigkeit der Schweißnaht bei der Produktgestaltung, um Schweißnähte in Bereichen zu vermeiden, in denen Festigkeit erforderlich ist.
6. Passen Sie die Positionen der Einsätze an, um die Position der Schweißnaht zu ändern.
7. Manchmal können jedoch ungleiche Wandstärken die Schweißnähte auf geschickte Weise schwächen, wie in der nachstehenden Abbildung zu sehen ist.
8. Wenn die Schmelze in Formkavitäten auf Rippen trifft, die parallel zur Fließrichtung verlaufen, entstehen häufig Schweißnähte, die von den Kunden gemeinhin als Fließspuren bezeichnet werden. Das in der nachstehenden Abbildung gezeigte Beispiel belegt dies.

4. Von Material

Bei einem Projektwechsel oder wenn die Form- und Produktstruktur nicht geändert werden kann, bitten die Kunden ihre Lieferanten häufig, die Materialeigenschaften zu optimieren, um die Schweißnähte zu verbessern.

1. Die Verbesserung der Fließfähigkeit ist die erste Wahl.
2. Reduzieren Sie den Anteil an Pulver oder Zusatzstoffen im Material.
3. Für Teile mit Löchern sollten keine lackfreien Materialien verwendet werden.
4. Bei Materialien mit geringer Hitzebeständigkeit sollten der Rezeptur mehr Hitzestabilisatoren zugesetzt werden, um das Spritzgießen bei hohen Temperaturen zu ermöglichen.

Fallstudie zur Auflösung der Schweißnaht

Beim Gießen der oberen Abdeckung eines Elektrogeräts wurden die Schweißnähte schwarz. Das verwendete Material war PC und ABS mit einem Drei-Platten-Werkzeug mit Pin-Point-Anschnitt. Aufgrund der Verwendung von Materialien mit Perlglanzeffekt wirkte sich die Perlglanzfarbe auf das Erscheinungsbild aus, so dass selbst bei maximalem Konvergenzwinkel nur eine begrenzte Verbesserung möglich war und es nur wenig Spielraum für Verbesserungen im Formgebungsprozess gab.

Problemanalyse:

Selbst bei einem großen Konvergenzwinkel (in einigen Fällen sogar nahe 180°) traten im Kurzzeitzustand noch deutliche Schweißlinien auf, die sich schwarz färbten, was der zuvor erwähnten Konvergenzwinkeltheorie widerspricht. Der Grund dafür ist, dass das verwendete Material Perlglanzpigmente enthielt, die sich am Konvergenzpunkt ausrichteten und ausfielen, was einen Verdunkelungseffekt verursachte. Selbst mit einem größeren Konvergenzwinkel konnten wir den Ausfällungszustand des Perlglanzpulvers an der Schweißnaht nicht verbessern.

Lösung:

In diesem Fall wurde die Schweißnaht durch Verschieben der Anschnittposition und Öffnen von Fließkanälen auf der Rückseite auf eine nicht sichtbare Fläche verschoben.

Bei der Verwendung von Materialien mit Perlglanzeffekt sollten Sie Folgendes beachten, um Schweiß- und Stricklinien zu vermeiden:

1. Gestalten Sie die Form so glatt wie möglich und vermeiden Sie scharfe Teile und abrupte Übergänge.
2. Verwenden Sie Fächerschieber und Stiftventile, um übermäßige Schweißnähte wirksam zu vermeiden.
3. Stellen Sie sicher, dass die Cold Slug Wells groß genug sind, minimieren Sie die Anzahl der Gates und verkürzen Sie den Prozess.
4. Verwenden Sie höhere Werkzeug- und Materialtemperaturen während des Formprozesses.
5. Beim abschnittsweisen Einspritzen ist darauf zu achten, dass die Fließgeschwindigkeit der Schmelze in den verschiedenen Teilen gleichmäßig ist.
6. In der Produktstruktur sind die Löcher kreisförmig und entlang der Strömungsrichtung angeordnet.
7. Entwerfen Sie Kunstschlitze um Löcher herum und achten Sie bei der Konstruktion darauf, dass die Schweißnähte auf nicht sichtbaren Flächen erscheinen.

Fazit

Schweißnähte sind beim Kunststoffspritzgießen unvermeidlich. Aufgrund der Produktanforderungen ist es oft schwierig, sie zu vermeiden. Mit den gemeinsamen Anstrengungen von Produktdesignern, Werkzeugtechnikern und Spritzgießern kann jedoch ein Erfolg erzielt werden.