Insbesondere bei dickwandigen Werkstücken kann die Abkühlzeit mit Wasserunterstützung im Vergleich zur Gasunterstützung deutlich reduziert werden.
Das Prinzip des wasserunterstützten Spritzgießens
Das wasserunterstützte Spritzgießen ist eine Weiterentwicklung der Gasinnendrucktechnik, bei der das Gas, das die Schmelze verdrängt (in der Regel Stickstoff), durch Wasser ersetzt wird.
Die heiße Schmelze kann in ein Spritzgießwerkzeug fließen. Dadurch kühlt die dickere Schmelze langsamer ab, weil sie von der Außenwand isoliert wird. Da die innere Schmelzefront mit einer anderen Geschwindigkeit abkühlt als die Außenfläche, schrumpft sie und kann an der Außenfläche ziehen, wodurch Verzug und Einfallstellen entstehen. Temperaturregler Heißöl.
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 sich mit beiden Verfahren Kunststoffteile mit funktionalen Hohlräumen herstellen lassen, hat sich das wasserunterstützte Spritzgießen als besonders geeignet für die wirtschaftliche Produktion von Teilen mit großen geschlossenen Querschnitten erwiesen.
Wasserunterstütztes Spritzgießen gibt es in verschiedenen Formen. Beim Blasen wird die Werkzeugkavität teilweise mit Schmelze gefüllt; anschließend dehnt sich das Gas aus, bis die Kavität vollständig 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 beim wasserunterstützten Spritzgießen möglichen Fehler sind bislang beim gasunterstützten Spritzgießen nicht aufgetreten. Alle Fehler lassen sich durch eine geeignete Wahl der Verarbeitungsparameter ausgleichen.
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) Einspritzen des Wassers und Kernwechsel
(3) Aufrechterhaltung des Wasserdrucks in der Nachdruckphase (optional einschließlich Spülvorgang)
(4) Druckentlastung und Wasserabführung
(5) Entformen
Merkmale des wasserunterstützten Spritzgießens
Da ein vollständig ausgebildeter Wasserkanal erforderlich ist, sind die Prozessparameter beim wasserunterstützten Spritzgießen wichtiger als beim 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 wasserunterstütztes und gasunterstütztes Spritzgießen auf denselben Prinzipien beruhen, gehen die meisten Beobachter davon aus, dass die Wasserunterstützung die Gasunterstützung nicht ersetzen wird und das anzuwendende Verfahren von Anwendung und Form abhängt.
Wasserassistiertes Spritzgießen entspricht dem gasassistierten Verfahren. Bei der Wasserinjektionstechnologie wird zunächst ein kurzer Schmelzeabschnitt in die Werkzeugkavität eingespritzt, anschließend Wasser. Dieses verdrängt die Harzschmelze und formt dadurch das Teil.
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 Wasserunterstützung dünnere und gleichmäßigere Hohlraumwände erzeugt und dadurch Material spart. Außerdem sind Wassereinspritzdüsen typischerweise größer als Gasdüsen; wasserunterstütztes Formen erzeugt größere Fließkanäle mit glatteren Wänden als gasunterstütztes Formen.
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 des wasserunterstützten Spritzgießens im Vergleich zur gasunterstützten Spritzgießkunst:
(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 des wasserunterstützten Spritzgießens:(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
Die wasserunterstützte Spritzgießtechnik entwickelt sich schnell. Die Düsen wurden weiterentwickelt, um die Dichtwirkung zu verbessern und Leckagen der Wasserpumpe zu verringern. Düsen für die Wasser- und Gasinjektion können außerdem als Auslass für Wasseransammlungen im Hohlraum des Werkstücks dienen.
Die neue Form des Wasserversorgungsbehälters wurde optimiert, um die Leistung des Drucks, der Kapazität und der zeitlichen Steuerung des Zentriervorgangs zu verbessern.
Die wasserunterstützteSpritzgießen-Technologie wurde hauptsächlich in Europa entwickelt, was bedeutet, dass die kommerzielle Anwendung dieser Technologie in Europa fortschrittlicher ist als in Nordamerika oder Asien. Seine Anwendungen umfassen Automobilteile, Verbraucherteile und Industrieteile.
Der WIT Process eignet sich hervorragend für die meisten Arten von hohlen oder teilweise hohlen Teilen wie Wasserrohren und Türgriffen. Typische WIT-Anwendungen umfassen Griffe, Dachrahmen, Schaukelabdeckungen, Türblöcke, Pfannenwender, Halterungen, Stühle und Büromöbel. Einige dieser röhrenförmigen Komponenten wurden früher mitgasunterstützte GussformenTechnologie hergestellt, aber wasserunterstützte Technologie ist geeigneter.
Benötigen Sie ein Angebot für Ihr Spritzgießprojekt?Erhalten Sie wettbewerbsfähige Preise, DFM-Feedback und einen Produktionszeitplan vom Ingenieurteam von ZetarMold.
Fordern Sie ein kostenloses Angebot →Siehe unsereVollständiger Leitfaden zum Spritzgießenfür einen umfassenden Überblick.
