Die wasserunterstützte Injektionstechnik ist eine fortschrittliche Spritzgießen Verfahren, bei dem ein Teil der Schmelze in den Formhohlraum eingespritzt wird und anschließend Wasser unter hohem Druck durch eine Anlage in die Schmelze eingespritzt wird, um schließlich das Werkstück zu formen.

Aufgrund der Inkompressibilität von Wasser und der dadurch entstehenden festen Grenzfläche am vorderen Ende des Wassers wird die Innenwand des Produkts in einen Hohlraum extrudiert, und das vordere Ende des Wassers spielt auch die Rolle der schnellen Kühlung.

Daher hat die Wasserunterstützung viele Vorteile, die nicht mit der Gasunterstützung verglichen werden können. Studien und Anwendungen haben gezeigt, dass mit Hilfe der Wasserunterstützung dünnere und gleichmäßigere Hohlraumwände erzeugt werden können und die innere Wandoberfläche des Kanals sehr glatt ist.

Insbesondere bei dickwandigen Werkstücken kann die Abkühlzeit mit Wasserunterstützung im Vergleich zur Gasunterstützung deutlich reduziert werden.

Das Prinzip des wasserunterstützten Spritzgießens

Wasserunterstütztes Spritzgießen ist eine Weiterentwicklung der Gasinjektionstechnik, bei der das Gas, das die Schmelze wegsprengt (in der Regel Stickstoff), durch Wasser ersetzt wird.

Die heiße Schmelze kann in eine Spritzgussform. Dadurch kühlt die dickere Schmelze langsamer ab, weil sie durch die Außenwand isoliert ist. Da die innere Schmelzefront mit einer anderen Geschwindigkeit abkühlt als die Außenfläche, schrumpft sie und kann an der Außenfläche ziehen, wodurch Verwerfungen und Einfallstellen entstehen.

Durch die Verringerung von Artefakten wie Einfallstellen, Verzug und Klemmkraft durch den Einsatz von WIT können Sie die höchste Materialausnutzung gewährleisten. Ein Nebenprodukt der höheren Materialausnutzung ist ein geringeres Gewicht, da weniger Material verschwendet wird und keine unerwünschten Artefakte entstehen.

Obwohl beide Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen mit funktionalen Hohlräumen verwendet werden können, ist die wasserunterstützte Spritzgießen hat sich für die wirtschaftliche Produktion von Teilen mit großen geschlossenen Querschnitten als am besten geeignet erwiesen.

Wasserunterstütztes Spritzgießen gibt es in verschiedenen Formen. Beim Blasen wird der Formhohlraum teilweise mit Schmelze gefüllt, und dann dehnt sich das Gas aus (bläst sich auf), bis der Hohlraum gefüllt ist.

Im Gegensatz dazu wird bei einem Ausblas- oder Gegenstromverfahren die Kavität mit Schmelze gefüllt und der flüssige Kern anschließend in die Überlaufkavität ausgeblasen oder in das Materialrohr zurückgeblasen.

Typische Probleme beim wasserunterstützten Spritzgießen

Die Defekte, die bei wasserunterstützten Verfahren auftreten können Spritzgießen sind bisher noch nicht erschienen in gasunterstütztes Spritzgießen. Alle Mängel können durch die richtige Wahl der Verarbeitungsparameter ausgeglichen werden.

In der Regel ist es besser, einen hohen Volumenstrom mit einem niedrigen Einspritzdruck anzustreben, was durch eine Minimierung des Gegendrucks und damit eine ausreichende Wasserhaltezeit erreicht werden kann.

Um Verwirbelungen in der Nähe der Einspritzdüse und Riffelungen in der Wand zu unterdrücken, muss das Wasser zunächst mit niedrigem Druck eingespritzt werden, und dann sollte der Druck so schnell wie möglich auf den eigentlichen Einspritzdruck erhöht werden.

Wenn der Volumenstrom des Wassers zu gering ist, kommt es zu einer lokalen Verformung durch Dampf. Wenn Poren entstehen, baut sich der Wasserdruck langsam auf, bis die dünne Oberflächenschicht, die sich bereits bei niedrigem Druck gebildet hat, durch den Wasserdruck aufgebrochen werden kann.

Der Diffusionsprozess verursacht Wasserblasen, und Porosität tritt auf, wenn die Schmelze bei niedrigem Druck auf beiden Seiten der Form und der Flüssigkeit erstarrt, und das Material zwischen den äußeren Schichten des Festkörpers zerknittert, was die Bildung von Vakuolen verursacht.

Um die Bildung von Porosität zu verhindern oder zu verringern, sind zusätzlich hohe Volumenströme während der Injektionsphase und ein hoher Wasserdruck während der Halte- oder Kühlphase erforderlich. Die langsame Verfestigung des Materials kann der Bildung von Porosität entgegenwirken.

Medienleitungen mit Verzweigungen stellen eine besondere Herausforderung dar. Wenn die Verzweigung auch noch ausgeblasen wird, ist die Kontrolle der Überlaufformkavitäten eng.

Insbesondere bei der Verwendung eines schnell abbindenden Materials verfestigt sich eine dünne Schicht unerwünscht an der Gabelung und muss dann wieder auseinandergerissen werden. Risse in der äußeren Schicht sind die Folge.

Das wasserunterstützte Spritzgießen besteht aus fünf Schritten

(1) Einspritzen der Schmelze

(2) Einspritzung von Wasser und Kernwechsel

(3) Wasserdruckhaltung in der Druckhaltestrecke (optional mit Spülvorgang)

(4) Druckentlastung und Wasserablass

(5) Entformen

Merkmale des wasserunterstützten Spritzgießens

Da der Wasserweg vollständig ausgebildet sein muss, sind die Prozessparameter bei der wasserunterstützten Spritzgießen als bei der gasunterstützten Spritzgießen.

Die Auswirkungen verschiedener Kunststoffverarbeitungsparameter auf die Länge der Wasserpenetration wurden ermittelt. Es zeigte sich, dass die Schrumpfungsrate und die Viskosität der polymeren Werkstoffe sowie die Hohlraumformen der Hohlkörper hauptsächlich die Wassereindringlängen in den geformten Produkten bestimmen.

Die Inkompressibilität von Wasser ermöglicht eine bessere Prozesssteuerung, stellt aber höhere Anforderungen an die Wassereinspritztechnik, die kontinuierlich den erforderlichen Volumenstrom bereitstellen muss.

Ein Vorteil von Wasser gegenüber Gas liegt in der Warmhalte- und Abkühlphase: Seine hervorragenden Kühleigenschaften ermöglichen es, die Schmelze von innen zu kühlen und die Abkühlzeit erheblich zu reduzieren. Aufgrund der besseren Kühlwirkung von Wasser im Vergleich zu Gas kann die Kühlzeit und damit die Zykluszeit bei der Verarbeitung von Teilen mit größeren Durchmessern deutlich reduziert werden.

Die Evakuierung von Wasser kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Bei Materialien mit hohen Verarbeitungstemperaturen, wie z. B. Polyamiden, reicht der Dampfdruck aus. Auch die Schwerkraft spielt eine weitere Rolle.

Eine andere Methode ist das Einspritzen von Druckgas durch eine weitere Spritze, wodurch das Wasser herausgeblasen wird und ein Trocknungseffekt eintritt. Unabhängig von der gewählten Methode fließt das aus dem Kunststoffteil austretende Wasser über den Injektor zurück in den Tank. Um eine gute Evakuierung zu gewährleisten, muss der Wasserinjektor an der tiefsten Stelle der Form angebracht werden.

Vergleich des wasser- und gasunterstützten Spritzgießens

Obwohl die Grundsätze der wasserunterstützten Spritzgießen und gasunterstütztes Spritzgießen gleich sind, sind die meisten Beobachter der Meinung, dass wasserunterstütztes Spritzgießen die Gasunterstützung nicht ersetzen wird und dass das zu wählende Verfahren von der Anwendung und dem Werkzeug abhängt.

Wasserunterstützt Spritzgießen ist das gleiche wie das gasunterstützte Verfahren. Bei der Wasserinjektionstechnik wird zunächst ein kurzer Abschnitt der Schmelze in den Formhohlraum eingespritzt, gefolgt von der Injektion von Wasser, das die Harzschmelze zum Formen des Teils verdrängt.

Bei einigen Anwendungen wird das Wasser mit Hilfe von Druckgas aus dem Laufrad gepresst, um die Bauteile vollständig zu entfeuchten.

Studien und Anwendungen haben gezeigt, dass die Wasserunterstützung zu dünneren und gleichmäßigeren Hohlraumwänden führt, was Materialeinsparungen bedeutet. Darüber hinaus sind Wasserinjektionsdüsen in der Regel größer als Gasdüsen, wasserunterstütztes Gießen produziert größere Kufen mit glatteren Wänden als bei der gasunterstützten Formgebung.

Der Hauptvorteil des wasserunterstützten Spritzgießens gegenüber dem gasunterstützten Spritzgießen mit Stickstoff ist die schnelle Kühlwirkung von Wasser. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist 40-mal höher als die von Stickstoff, und die Wärmekapazität von Wasser ist 4-mal größer als die von Gas. Bei dickwandigen Werkstücken kann die Kühlzeit mit Wasser im Vergleich zu Gas um 30-70% verkürzt werden.

Der Hauptunterschied zwischen Gas und Wasser besteht darin, dass Gas komprimiert werden kann, Wasser dagegen nicht. Die höhere Viskosität und Inkompressibilität von Wasser führen dazu, dass das vordere Ende des Wassers eine feste Grenzfläche bildet, die als Quetschhammer zum Aushöhlen des Werkstücks dient. Das vordere Ende des Wassers spielt auch die Rolle der Kühlung der in den Formhohlraum eingefüllten Schmelze.

Die Vorteile von wasserunterstütztes Spritzgießen verglichen mit gasunterstütztes Spritzgießen:

(1) Deutliche Verkürzung der Abkühlzeit des Werkstücks

(2) Größere Werkstückquerschnitte sind möglich

(3) Glatte Innenwand

(4) Geringere Verformung des Werkstücks durch gleichmäßige Abkühlung

(5) Gleichmäßiger Wandquerschnitt

(6) Geringere Kosten und leichter Zugang zu Wasser als Druckmedium

Mögliche Nachteile von wasserunterstütztes Spritzgießen:

(1) Problem des Wasseraustritts

(2) Das Werkstück muss entwässert werden

(3) Großformatige Wassereinspritzmaschine

(4) Nicht für alle Werkstücke geeignet

Materialien für die wasserunterstützte Formgebung

Die größten Fortschritte wurden bei der Ersetzung von Rohren und Metallteilen für den Flüssigkeitstransport im Motorraum von Kraftfahrzeugen durch polyamidartige Materialien (Nylon) erzielt.

Diese speziellen Materialien wurden modifiziert, um eine langsamere Kristallisationsgeschwindigkeit zu erreichen und ein vorzeitiges Aushärten und Perforieren (oder Fusseln) zu vermeiden. Die neuen Polyamid-Werkstoffe sind vom Typ Polyamid-6 oder Polyamid-6/6 und enthalten meist Glasfasern oder Glasfaser-Mineral-Füllstoffe.

Werkstoffe auf der Basis von Polyamid-6/6 weisen eine bessere Korrosionsbeständigkeit gegenüber Glykol-Kühlmitteln auf. Einige Verarbeiter verwenden Polypropylen in wasserunterstützten Verfahren, während andere ungefüllte Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Acetal und Polybutylenterephthalat (PBT) als Basismaterialien für entsprechende Anwendungen prüfen.

Entwicklung und Anwendungsperspektiven des wasserunterstützten Gießens

Wasserunterstützt Spritzgießen Die Technologie entwickelt sich schnell weiter, und die Düsen wurden verbessert, um die Dichtungsleistung zu verbessern und die Leckage der Wasserpumpe zu verringern. Düsen, die für die Wasser- und Lufteinspritzung verwendet werden, können auch als Auslass für Wasseransammlungen im Hohlraum des Werkstücks genutzt werden.

Die neue Form des Wasserversorgungsbehälters wurde optimiert, um die Leistung des Drucks, der Kapazität und der zeitlichen Steuerung des Zentriervorgangs zu verbessern.

Wasserunterstützt Spritzgießen Technologie wurde hauptsächlich in Europa entwickelt, was bedeutet, dass die kommerzielle Anwendung dieser Technologie in Europa weiter fortgeschritten ist als in Nordamerika oder Asien. Die Anwendungen umfassen Automobilteile, Verbraucherteile und Industrieteile.

Das WIT-Verfahren eignet sich für die meisten Arten von hohlen oder teilweise hohlen Teilen wie Wasserrohre und Türgriffe. Typische WIT-Anwendungen sind Griffe, Oberrahmen, Kipphebelabdeckungen, Türblöcke, Spatel, Halterungen, Stühle und Büromöbel. Einige dieser röhrenförmigen Bauteile wurden früher mit folgenden Verfahren hergestellt gasunterstütztes Formen Technologie, aber die wasserunterstützte Technologie ist besser geeignet.