Zwłaszcza w przypadku grubościennych elementów obrabianych, czas chłodzenia może zostać znacznie skrócony dzięki chłodzeniu wodą w porównaniu do chłodzenia gazem.
Zasada formowania wtryskowego wspomaganego wodą
Formowanie wtryskowe wspomagane wodą jest rozwinięciem technologii wtrysku wspomaganego gazem, w której gaz wydmuchujący stopione tworzywo (zwykle azot) zastępuje się wodą.
Gorący stop może wpływać do formy wtryskowej. Powoduje to wolniejsze chłodzenie grubszej warstwy stopu, ponieważ izoluje ją zewnętrzna ścianka. Gdy wewnętrzny front stopu chłodzi się w innym tempie niż powierzchnia zewnętrzna, kurczy się i może ciągnąć powierzchnię zewnętrzną, powodując wypaczenia i zapadnięcia. regulator temperatury z gorącym olejem.
Redukując artefakty, takie jak ślady zagłębień, wypaczenia i siłę zacisku dzięki zastosowaniu WIT, można zapewnić najwyższe wykorzystanie materiału. Produktem ubocznym wyższego wykorzystania materiału jest niższa waga, ponieważ mniej materiału jest marnowane i powstaje mniej niepożądanych artefaktów.
Chociaż obie metody umożliwiają wytwarzanie części z tworzyw sztucznych z funkcjonalnymi pustymi przestrzeniami, formowanie wtryskowe wspomagane wodą okazało się najbardziej odpowiednie do ekonomicznej produkcji części o dużych zamkniętych przekrojach.
Formowanie wtryskowe wspomagane wodą występuje w różnych odmianach. Podczas rozdmuchiwania gniazdo formy jest częściowo napełniane stopem, a następnie gaz rozszerza się (nadmuchuje), aż gniazdo zostanie wypełnione.
W przeciwieństwie do tego, w procesie przedmuchu lub przeciwprądu, wnęka jest wypełniana stopionym materiałem, a następnie płynny rdzeń jest wydmuchiwany do wnęki przelewowej lub wdmuchiwany z powrotem do rurki materiałowej.
Typowe problemy związane z formowaniem wtryskowym wspomaganym wodą
Wady mogące wystąpić w formowaniu wtryskowym wspomaganym wodą dotychczas nie pojawiły się w formowaniu wspomaganym gazem. Wszystkie można skompensować właściwym doborem parametrów procesu.
Zasadniczo lepiej jest dążyć do wysokiego objętościowego natężenia przepływu przy niskim ciśnieniu wtrysku, co można osiągnąć poprzez zminimalizowanie ciśnienia wstecznego, a tym samym uzyskanie wystarczającego czasu utrzymywania wody.
Aby wyeliminować zawirowania w pobliżu dyszy wtryskowej i zmarszczki w ścianie, woda musi być wtryskiwana pod niskim ciśnieniem, a następnie ciśnienie powinno być zwiększane do rzeczywistego ciśnienia wtrysku tak szybko, jak to możliwe.
Gdy objętościowe natężenie przepływu wody jest zbyt niskie, wystąpi miejscowe formowanie spowodowane parą. Jeśli pojawią się pory, ciśnienie wody rośnie powoli do punktu, w którym cienka warstwa powierzchniowa utworzona już przy niskim ciśnieniu może zostać przerwana przez ciśnienie wody.
Proces dyfuzji powoduje powstawanie pęcherzyków wody, a porowatość pojawia się, gdy stopiony materiał krzepnie pod niskim ciśnieniem po obu stronach formy i płynu, a materiał między zewnętrznymi warstwami ciała stałego kruszy się, powodując powstawanie wakuoli.
Aby wyeliminować lub ograniczyć powstawanie porowatości, wymagane są dodatkowo wysokie objętościowe natężenia przepływu w fazie wtrysku oraz wysokie ciśnienie wody w fazie utrzymywania lub chłodzenia. Powolne krzepnięcie materiału może przeciwdziałać powstawaniu porowatości.
Linie mediów z rozwidleniami stanowią szczególne wyzwanie. Jeśli rozwidlenie jest również wydmuchiwane, wówczas kontrola nad wnękami formy przelewowej jest ścisła.
Zwłaszcza w przypadku zastosowania materiału szybkowiążącego, cienka warstwa zestali się niepożądanie w miejscu rozwidlenia, a następnie będzie musiała zostać ponownie rozerwana. Rezultatem są pęknięcia w warstwie zewnętrznej.
Formowanie wtryskowe wspomagane wodą składa się z pięciu etapów
(1) Wtrysk stopionego tworzywa
(2) Wtrysk wody i zmiana rdzenia
(3) Utrzymywanie ciśnienia wody w fazie docisku (opcjonalnie wraz z procesem płukania)
(4) Zwolnienie ciśnienia i usunięcie wody
(5) Wyjęcie z formy
Charakterystyka formowania wtryskowego wspomaganego wodą
Ze względu na konieczność utworzenia kompletnego kanału wodnego parametry procesu mają w formowaniu wtryskowym wspomaganym wodą większe znaczenie niż w formowaniu wspomaganym gazem.
Określono wpływ różnych parametrów przetwórstwa tworzyw sztucznych na długość penetracji wody. Stwierdzono, że szybkość skurczu i lepkość materiałów polimerowych oraz kształt pustych przestrzeni w wydrążonych rdzeniach głównie determinowały długości penetracji wody w formowanych produktach.
Nieściśliwość wody zapewnia lepszą kontrolę procesu, ale nakłada większe wymagania na jednostkę technologii wtrysku wody, która musi stale zapewniać niezbędne natężenie przepływu.
Jedną z przewag wody nad gazem są etapy przetrzymywania i chłodzenia: jej doskonałe właściwości chłodzące pozwalają na wewnętrzne chłodzenie stopionego materiału i znaczne skrócenie czasu chłodzenia. Ze względu na lepszy efekt chłodzenia wody w porównaniu z gazem, czas chłodzenia, a tym samym czas cyklu można znacznie skrócić, gdy przetwarzane są części o większych średnicach.
Usuwanie wody można osiągnąć na kilka różnych sposobów. W przypadku materiałów o wysokich temperaturach przetwarzania, takich jak poliamidy, wystarczające jest ciśnienie pary. Dodatkową rolę odgrywa również grawitacja.
Inną metodą jest wtryskiwanie sprężonego gazu przez inną strzykawkę, która wydmuchuje wodę i powoduje efekt suszenia. Niezależnie od wybranej metody, woda wypływająca z plastikowej części przepływa z powrotem do zbiornika przez wtryskiwacz. Aby zapewnić dobrą ewakuację, wtryskiwacz wody musi być umieszczony w najniższym punkcie formy.
Porównanie formowania wtryskowego wspomaganego wodą i gazem
Choć zasady formowania wtryskowego wspomaganego wodą i gazem są takie same, większość obserwatorów uważa, że metoda wodna nie zastąpi gazowej, a wybór procesu zależy od zastosowania i formy.
Formowanie wtryskowe wspomagane wodą działa podobnie jak proces wspomagany gazem. Technologia rozpoczyna się od wtrysku krótkiej porcji stopu do gniazda, po czym wtryskuje się wodę, która wypiera stop żywicy i kształtuje detal.
W niektórych zastosowaniach sprężony gaz jest używany do wyciskania wody z prowadnicy w celu całkowitego odwilgocenia elementów konstrukcyjnych.
Badania i zastosowania wykazały, że wspomaganie wodą pozwala uzyskać cieńsze i bardziej równomierne ścianki pustych przestrzeni, co oznacza oszczędność materiału. Ponadto dysze wtrysku wody są zwykle większe od dysz gazowych, a formowanie wspomagane wodą tworzy większe kanały o gładszych ściankach niż formowanie wspomagane gazem.
Główną zaletą formowania wspomaganego wodą w porównaniu do formowania wspomaganego gazem z azotem jest szybka wydajność chłodzenia wody. Przewodność cieplna wody jest 40 razy wyższa niż azotu, a pojemność cieplna wody jest 4 razy większa niż gazu. W przypadku grubościennych elementów, wspomaganie wodą może skrócić czas chłodzenia o 30-70% w porównaniu do wspomagania gazem.
Główna różnica między gazem a wodą polega na tym, że gaz może być sprężany, a woda nie. Wyższa lepkość i nieściśliwość wody sprawiają, że przednia część wody tworzy stały interfejs, który działa jak młotek ściskający, wydrążając obrabiany przedmiot. Przednia część wody odgrywa również rolę chłodzenia stopionego materiału wypełniającego gniazdo formy.
Zalety formowania wtryskowego wspomaganego wodą w porównaniu z formowaniem wtryskowym wspomaganym gazem:
(1) Znaczne skrócenie czasu chłodzenia przedmiotu obrabianego
(2) Możliwe są większe przekroje obrabianego przedmiotu
(3) Gładka ściana wewnętrzna
(4) Mniejsze odkształcenie przedmiotu obrabianego dzięki równomiernemu chłodzeniu
(5) Jednolity przekrój ściany
(6) Niższe koszty i łatwy dostęp do wody jako czynnika ciśnieniowego
Potencjalne wady formowania wtryskowego wspomaganego wodą:(1) Problem z wyciekiem wody
(2) Obrabiany przedmiot musi zostać odwodniony
(3) Wielkogabarytowa maszyna do wtrysku wody
(4) Nie nadaje się do wszystkich przedmiotów obrabianych
Materiały do formowania wspomaganego wodą
Największe postępy poczyniono w zastępowaniu rur i metalowych części używanych do transferu płynów w komorze silnika samochodów materiałami typu poliamid (nylon).
Te specjalne materiały zostały zmodyfikowane w celu uzyskania wolniejszego tempa krystalizacji i uniknięcia przedwczesnego wiązania i perforacji (lub kłaczkowania). Nowe materiały poliamidowe są typu poliamidu-6 lub poliamidu-6/6 i zawierają głównie włókna szklane lub wypełniacze szklano-mineralne.
Materiały na bazie poliamidu-6/6 mają lepszą odporność na korozję w przypadku chłodziw glikolowych. Niektórzy przetwórcy stosują polipropylen w procesach wspomaganych wodą, podczas gdy inni oceniają niewypełnione kopolimery akrylonitrylo-butadieno-styrenowe (ABS), acetal i politereftalan butylenu (PBT) jako materiały bazowe do powiązanych zastosowań.
Perspektywy rozwoju i zastosowania formowania wspomaganego wodą
Technologia formowania wtryskowego wspomaganego wodą szybko się rozwija, a dysze udoskonalono w celu poprawy szczelności i ograniczenia wycieków z pompy wodnej. Dysze stosowane do wtrysku wody i powietrza mogą również służyć jako odpływ wody gromadzącej się we wnętrzu przedmiotu.
Nowy kształt pojemnika na wodę jest bardziej zoptymalizowany pod kątem poprawy wydajności ciśnienia, wydajności i kontroli czasu procesu centrowania.
Technologia formowania wtryskowego wspomaganego wodą została rozwinięta głównie w Europie, co oznacza, że jej zastosowanie komercyjne jest tam bardziej zaawansowane niż w Ameryce Północnej lub Azji. Stosuje się ją do części samochodowych, wyrobów konsumpcyjnych i części przemysłowych.
Proces WIT doskonale nadaje się do większości części pustych lub częściowo pustych, takich jak rury wodne i klamki. Typowe zastosowania WIT obejmują uchwyty, górne ramy, pokrywy dźwigienek zaworowych, ograniczniki drzwiowe, szpatułki, wsporniki, krzesła i meble biurowe. Niektóre z tych elementów rurowych produkowano wcześniej metodą formowania wspomaganego gazem, lecz technologia wspomagana wodą jest bardziej odpowiednia.
Potrzebujesz wyceny projektu formowania wtryskowego?Uzyskaj konkurencyjną wycenę, informacje zwrotne DFM i harmonogram produkcji od zespołu inżynierskiego ZetarMold.
Poproś o bezpłatną wycenę → Pełny przegląd znajdziesz w naszym Kompletnym przewodniku po formowaniu wtryskowym.
