Ursachen von Verzug (warpage) und wie man ihn verhindert

Kommt das Teil heiß gerade aus dem Werkzeug, biegt sich aber nach dem Abkühlen, schließt sich oder zieht sich auf einer Seite stärker zusammen als auf der anderen, handelt es sich um Verzug (warpage). Das unterscheidet sich von einer Einfallstelle: Eine Einfallstelle ist ein lokaler Oberflächenfehler, Verzug verändert dagegen die Geometrie des gesamten Teils.

Grundursache: unterschiedliche Schwindung an unterschiedlichen Stellen

Die Grundursache von Verzug ist, dass nicht jede Stelle des Teils im gleichen Maß und in die gleiche Richtung schwindet. Schwindet ein Bereich stärker oder in eine andere Richtung als ein anderer, bleibt der Unterschied als dauerhafte Eigenspannung (residual stress) im Teil zurück, und das Teil biegt sich, um diese Spannung abzubauen.

Drei getrennte Mechanismen wirken dabei meist zusammen:

1. Wandstärkenunterschied. Ein dicker Bereich kühlt langsamer ab als ein dünner und schwindet länger weiter. Beträgt die Grundwandstärke 2 mm und springt ein Bereich plötzlich auf 5 mm, schwindet dieser Bereich weiter, nachdem die anderen bereits erstarrt und ausgehärtet sind, und zieht das Teil zu sich.
2. Ungleiche Verteilung der Kühlung. Das Problem ist meist nicht "langsame Kühlung" an sich, sondern ungleichmäßige Kühlung: Zieht ein Bereich des Werkzeugs die Wärme viel langsamer ab als seine Umgebung, bleibt er wärmer und schwindet weiter, nachdem die anderen Bereiche bereits fixiert sind.
3. Werkstofftyp und molekulare/kristalline Orientierung. Die Scherspannung (shear stress) während des Einspritzens streckt und orientiert die Moleküle in Fließrichtung. Bei amorphen Werkstoffen (ABS, PS, PC usw.) löst sich diese Orientierung, solange das Material heiß ist; erfolgt die Kühlung aber gleichzeitig mit der Scherung, friert die Orientierung ein und führt zu etwas stärkerer Schwindung in Fließrichtung – die Gesamtschwindung bleibt meist unter 0,7 %. Bei teilkristallinen Werkstoffen (PP, PA, POM usw.) kommt beim Abkühlen zusätzlich eine deutliche Kristallisation hinzu; die Schwindung quer zur Fließrichtung kann größer sein, und die Gesamtschwindung kann 1–3 % erreichen. Deshalb kann dasselbe Werkzeug mit derselben Geometrie bei PP unproblematisch sein, bei ABS (oder umgekehrt) aber verziehen.

Wo es auftritt

Ecken und Übergänge von dick zu dünn sind die risikoreichsten Bereiche: In einer Ecke sammelt sich mehr Material an, und die beiden Oberflächen kühlen unterschiedlich schnell ab. Auch die Lage des Anspritzpunkts (gate) ist wichtig; Bereiche nah und fern vom Anspritzpunkt erfahren eine unterschiedliche Druck-/Temperaturgeschichte.

Praktische Lösungsreihenfolge

1. Wandstärke möglichst konstant halten; Dickenübergänge stufenweise (mit Rampe) gestalten, keine plötzlichen Sprünge zulassen.
2. Kühlbalance prüfen: Erhalten alle Kanäle Wasser mit gleichem Durchfluss und gleicher Temperatur, gibt es einen heißen Punkt an der Werkzeugoberfläche? Konformale Kühlung ist ein Weg, diese Balance bei komplexen Geometrien herzustellen.
3. Nachdruck und Nachdruckzeit so angleichen, dass jeder Bereich des Teils ausgeglichen erstarrt; um dies messend statt "nach Gefühl" zu tun, helfen der Ansatz des wissenschaftlichen Spritzgießens und der Viskositätskurven-Test.
4. Bei einem Materialwechsel (z. B. amorph ↔ teilkristallin) von Anfang an berücksichtigen, dass sich das Schwindungsverhalten unterscheidet; das Werkzeug nicht nur auf ein einziges Material "feinabstimmen".

*Dieser Beitrag stützt sich auf Artikel zu Verzug beim Spritzgießen von PTonline.com und verwandten internationalen Quellen.*