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Um die Einschränkungen des herkömmlichen Spritzgießens und Schaumformens zu überwinden, hat sich in den letzten Jahren die gasunterstützte Spritzgießtechnologie als neues Verfahren herausgebildet, das sich kontinuierlich weiterentwickelt und in die praktische Phase eingetreten ist.
Durch die Injektion von Gas in den Kunststoff zur Bildung von Hohlräumen reduziert diese Technologie das Gewicht der Formteile und erhöht gleichzeitig deren strukturelle Festigkeit.
Dieser Artikel befasst sich mit den Prinzipien, Vorteilen und Anwendungsbereichen des gasunterstützten Spritzgießens und lüftet für die Leser die Fertigungsgeheimnisse dieser Technik.
Was ist gasunterstütztes Spritzgießen?
Gasunterstütztes Spritzgießen (GAIM) ist ein neuartiges Spritzgießverfahren, bei dem Inertgas bei relativ niedrigem Druck verwendet wird, um einen Teil des Harzes im Formhohlraum während des herkömmlichen Formverfahrens zu ersetzen.
Dieser Ansatz zielt darauf ab, eine überlegene Formleistung für das Endprodukt zu erreichen.
Im Jahr 1983 entstand in Großbritannien eine Weiterentwicklung des Strukturschaumformverfahrens zur Herstellung von Gebäudedekorationsmaterialien, das sogenannte „Cinpres“-Verfahren, das den Innendruck während des Formens kontrollierte und im Wesentlichen zum gasunterstützten Spritzgussverfahren wurde.Nachdem dieses Verfahren 1986 auf der Deutschen Internationalen Kunststoffmaschinenausstellung vorgestellt wurde, wurde es schnell als neue Technik akzeptiert und als Zukunftstechnologie der Kunststoffverarbeitungsindustrie anerkannt.
In den 1990er Jahren gelangte diese Technologie als erfolgreiche Technik in die Praxis und wurde zunehmend in entwickelten Ländern und Regionen wie den USA, Japan und Europa eingesetzt.
Die Technologie wird als revolutionärer Fortschritt im Spritzgussverfahren gefeiert und findet weit verbreitete Anwendung in fast allen Bereichen der Kunststoffteile, einschließlich Haushaltsgeräten , Automobilen und Möbelstücken .
Die beim gasunterstützten Spritzgießen verwendeten Materialien
Beim gasunterstützten Formverfahren werden die Wandstärke und Oberflächenfehler der Teile weitgehend von den Eigenschaften der Rohstoffe bestimmt, und Änderungen der Prozessparameter haben nur begrenzte Auswirkungen.
Daher ist die Wahl der Formmaterialien äußerst wichtig.
Für das gasunterstützte Spritzgießen eignen sich theoretisch alle Thermoplaste, die für das konventionelle Spritzgießen verwendet werden können, darunter auch einige gefüllte Harze und verstärkte Kunststoffe.
Um die Bildung von Gaskanälen zu kontrollieren und zu verhindern, dass das Gas durch das Material „durchbläst“, sollte der Kunststoff eine gewisse Schmelzfestigkeit aufweisen; Sehr weiche Kunststoffe wie PU sind nicht geeignet.
Für den gasunterstützten Spritzguss eignen sich besonders leicht kristallisierende Kunststoffe der Typen PA und PBT.
Die am häufigsten verwendeten Kunststoffe beim gasunterstützten Spritzgießen sind PA6, PA66 und PP (meist glasfaserverstärkt ).
Weitere Informationen finden Sie unter Nylon 6 vs. Nylon 66 .
Ausrüstung für gasunterstütztes Formen
Die Ausrüstung für das gasunterstützte Formen umfasst eine gasunterstützte Steuereinheit und ein Gerät zur Stickstoffgaserzeugung.
Dieses System ist unabhängig von der Spritzgießmaschine, seine einzige Schnittstelle zur Spritzgießmaschine ist eine Einspritzsignal-Verbindungsleitung.
Sobald die Einspritzmaschine ein Einspritzsignal mit Angabe des Einspritzbeginns oder der Schneckenposition an das Gasunterstützungssteuergerät sendet, beginnt ein Gaseinspritzvorgang.
Zu Beginn des nächsten Einspritzvorgangs wird ein weiteres Einspritzsignal gegeben, um einen weiteren Zyklus zu starten, und dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich.
Das beim gasunterstützten Spritzgießen verwendete Gas muss ein Inertgas (typischerweise Stickstoff) sein, wobei der höchste Druck bis zu 35 MPa und in besonderen Fällen bis zu 70 MPa erreicht. Die Reinheit des Stickstoffgases sollte ≥98 % betragen.
Das Gasunterstützungssteuergerät ist ein Gerät, das den Zeitpunkt und den Druck der Gaseinspritzung steuert.
Es verfügt über ein Mehrgruppen-Gaswegdesign, das die gleichzeitige Steuerung der gasunterstützten Produktion mehrerer Spritzgießmaschinen ermöglicht.
Darüber hinaus ist das Gasunterstützungssteuergerät mit einer Gasrückgewinnungsfunktion ausgestattet, um den Gasverbrauch so gering wie möglich zu halten.
Wie funktioniert gasunterstütztes Spritzgießen?
Der Prozess des gasunterstützten Spritzgießens (GAIM) besteht im Wesentlichen aus drei Schritten:
Einspritzen der Kunststoffschmelze
Die Polymerschmelze wird ähnlich wie beim herkömmlichen Spritzgießen in den Formhohlraum eingespritzt, bis die Schmelze 70 bis 95 % des Hohlraums ausfüllt.
Je größer der Querschnitt des Gaskanals ist, desto leichter kann das Gas eindringen und das Material aushöhlen. Daher ist ein größeres „Short Shot“-Verhältnis vorzuziehen.
Initiales G als Permeation _
Dabei wird Druckgas in den Kern des geschmolzenen Materials injiziert. Unter dem Antrieb von Hochdruckgas bewegt sich die Fließfront des geschmolzenen Materials weiter vorwärts, bis es den gesamten Formhohlraum ausfüllt.
Das Gas kann durch eine Einspritzkomponente (Gasdüse) vom Hauptkanal oder direkt aus dem Formhohlraum in das Teil eingeleitet werden.
Derzeit werden zur Gasregelung üblicherweise mehrstufige Gasdruckregelverfahren eingesetzt.
Gasdruckhaltung
Das Teil wird gekühlt, während der Gasdruck aufrechterhalten wird.
Beim Abkühlen übt das Gas Druck von innen nach außen aus und sorgt so dafür, dass die äußere Oberfläche des Produkts fest an den Formwänden haftet.
Darüber hinaus erleichtert das Gas die sekundäre Penetration, um die durch das Abkühlen und Erstarren der Schmelze verursachte Volumenschrumpfung auszugleichen.
Vorteile des gasunterstützten Spritzgießens
Das gasunterstützte Spritzgießen bietet aufgrund seines einzigartigen Verfahrens mehrere deutliche Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Spritzgießen:
Reduzierte Verformung : Es verringert die innere Spannung durch effiziente Druckverteilung durch hohle Gaskanäle und reduziert so die Verformung des Produkts.
Beseitigung von Einfallstellen : Durch die Anwendung von Innendruck über Gaskanäle werden Einfallstellen verhindert, die typischerweise durch ungleichmäßiges Schrumpfen in dickeren Abschnitten wie Rippen und Vorsprüngen verursacht werden.
Geringere Klemmkraft : Der Prozess erfordert einen geringeren Haltedruck, wodurch sich der Klemmkraftbedarf um 25 % bis 60 % verringert.
Materialeinsparungen : Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden können bis zu 35 % Material eingespart werden, hauptsächlich aufgrund der Hohlprofile und des geringeren Angussmaterials.
Kürzere Zykluszeiten : Durch die Entfernung dickerer Kernmaterialien verkürzt der Prozess die Abkühlzeiten um bis zu 50 % und beschleunigt so die Produktion.
Längere Lebensdauer der Form : Niedrigere Einspritz- und Haltedrücke verringern die Belastung der Form, verringern die Wartungshäufigkeit und verlängern die Lebensdauer der Form.
Nachteile des gasunterstützten Formens
Während das gasunterstützte Spritzgießen zahlreiche Vorteile bietet, weist es auch eigene Prozessmängel auf:
Erhöhte Prozesskomplexität : Der Prozess des gasunterstützten Spritzgießens ist von Natur aus komplex und umfasst den Zweiphasenfluss von Polymerschmelze und Hochdruckgas.
Komplexes Formendesign : Diese Technik erfordert eine höhere Präzision bei der Struktur- und Formenkonstruktion sowie größere Fähigkeiten und Fachkenntnisse von Bedienern und Verfahrensingenieuren.
Jegliche Konstruktions- oder Betriebsfehler können zu höheren Kosten und verringerter Produktivität führen.
Höhere Anfangsinvestitionen : Gasunterstütztes Spritzgießen erfordert spezielle gasunterstützte Geräte und Formen sowie die Verwendung von gereinigtem Stickstoffgas, was zu höheren Vorabinvestitionskosten führt.
Entwerfen Sie eine gasunterstützte Spritzgussform
Gasunterstützte Formen unterscheiden sich nicht wesentlich von herkömmlichen Spritzgussformen , abgesehen von der Hinzufügung von Lufteinlasskomponenten (sogenannten Gasstiften) und der Gestaltung von Gaskanälen.
Unter „Gaskanälen“ kann man einfach Wege für das Gas verstehen, also die Teile, durch die das Gas nach dem Eintritt strömt.
Der Querschnitt eines Gaskanals ist im Allgemeinen halbkreisförmig und sein Durchmesser sollte so klein und gleichmäßig wie möglich sein, typischerweise das 2- bis 3-fache der Wandstärke.
Für einen sanfteren Übergang sollten die Gaskanäle an den Biegungen größere Radien haben.
An der Basis von Rippen, selbstschneidenden Schraubensäulen und anderen Strukturen können Gaskanäle angebracht werden, um Strukturkomponenten als Luftverteilungskanäle zum Ausgleich von Schrumpfungen zu nutzen.
Der Gasstift ist ein entscheidender Bestandteil der gasunterstützten Form und beeinflusst direkt die Prozessstabilität und Produktqualität.
Das Herzstück einer Gasnadel ist ein Zylinder, der aus zahlreichen winzigen Schlitzen besteht, wobei die Größe dieser Schlitze direkten Einfluss auf den Gasfluss hat.
Größere Schlitze führen zu einem größeren Gasfluss, was sich positiv auf die Formfüllung auswirkt. Zu große Schlitze können jedoch durch geschmolzenen Kunststoff verstopft werden, wodurch der Gasfluss verringert wird.
Der Abstand des Gasstifts sollte weniger als 0,02 mm betragen, um zu verhindern, dass geschmolzenes Material in den Spalt des Gasstifts eindringt.
Um eine schnellere Formfüllgeschwindigkeit zu gewährleisten, sollten schließlich der Angusskanal und der Anschnitt vergrößert werden.
Der Durchmesser des eingetauchten Angusses beträgt typischerweise etwa 1,5 mm.
Anwendungen von gasunterstützten Kunststoffformteilen
Rohr-/stabförmige Teile : Das gasunterstützte Formen ist besonders effektiv zur Materialeinsparung bei rohr- oder stabförmigen Kunststoffteilen.
Zum Beispiel Autogriffe, Sitzarmlehnen, Fensterrahmen und Möbel aus Holzimitat.
Die Materialeinsparungen für diese Art von Teilen können bis zu 20–40 % betragen.
Große flache Teile : Gasunterstützte Verstärkungsrippen werden bei der Herstellung großer flacher Teile wie Autotürverkleidungen, Kühlschrankschalen sowie Innen- und Außenverkleidungen von Kraftfahrzeugen verwendet.
Mit dieser Technik können Verwerfungen und Verformungen, die durch Eigenspannungen in flachen Teilen verursacht werden, vermieden und so die Festigkeit der Komponenten erhöht werden.
Abschluss
Das gasunterstützte Spritzgießen eignet sich als bedeutende Technologie in der modernen Kunststoffverarbeitung zur Herstellung großer, komplexer oder strukturstarker Kunststoffteile.
Es bietet mehr Möglichkeiten hinsichtlich Materialeinsparungen, Verbesserung der Produktqualität und erweiterter Designoptionen.
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