Injektionsstøbning gør det muligt at producere plastprodukter i komplekse og indviklede detaljer, ofte i store produktionsløb med gentagelige tolerancer og høj overfladekvalitet. Mold værktøjer skal være designet til at perfekt replikere 3D design i minimum cyklus tid. Afkøling af plastdelen, som den størkner i støbeværktøjet, er en kritisk faktor, der påvirker både cyklustiden og kvaliteten af delen.
Lad os se på principperne om konformationskøling og se på den fordelagtige virkning af Deep Mold på formverktøjsdesign.
Hvorfor bruge Deep Mold til konformalkøling af støbeværktøj?
Målet med konformalkøling er at reducere temperaturen af plastdelen inden i støbeværktøjet hurtigt og jævnt. Delen kan ikke fjernes fra værktøjet, før den er afkølet tilstrækkeligt til at løsne fra dens form. Eventuelle hot spots vil forsinke frigivelse af partiet, kan føre til forvridning og synkronisering af mærker i delen efter fjernelse og kan kompromittere kvaliteten af komponentoverfladen.
Afkøling opnås ved at føre væske gennem kanaler inde i støbeværktøjet, så varmen ledes ud af plastdelen, gennem metalværktøjet og væk i væsken. Hastigheden og ensartetheden af denne køleeffekt styres af, hvor tæt væskekanalen sporer værktøjets overflade og den hastighed, hvormed kølevæsken passerer gennem den. Vi skal også sikre, at vores skimmelværktøjer er pålidelige og undgå døde steder i kølemiddelstrømmen, hvor sediment kan samles og skabe blokeringer.
Billede ovenfor - konventionelle kølekanaler, der produceres ved tværboring kræver yderligere stik for at undgå døde pletter. Det skarpe hjørne skaber også turbulens og begrænser strømningshastigheden af kølemiddel gennem kanalen.
Deep Mold giver formværktøjsdesignere friheden til at designe komplekse kølekanaler, der nøje følger komponentoverfladen, samtidig med at man maksimerer laminær strømning og eliminerer døde punkter, der ellers kunne tilstoppe over tid.
I konventionelle støbeformer har vi krydsboret og tilsluttet kølekanaler i begrænsede områder af delen som denne:
I modsætning hertil kan vi med Deep Mold designe konturerede kanaler, der nøje følger værktøjets overflade som denne:
Så Deep Mold hjælper os med at designe værktøjer, der ikke kun giver mere effektiv afkøling, de er også enklere at fremstille og samle.
55% reduktion i køletid
Virksomheden havde brug for at øge produktiviteten fra disse forme for at holde trit med den stigende efterspørgsel. Ved anvendelse af konventionel afkøling var den samlede cyklustid 52 sekunder, hvoraf 22 sekunder var nødvendig for at afkøle delen fra dens smeltetemperatur på 220 ° C til støbe temperaturen på 100 ° C.
Formværktøjet til disse dele er væsentligt og komplekst, omfattende et stort hulrum og talrige afkølede indsatser. Det oprindelige design er vist nedenfor.
Det originale kølesystem til indsatsen indeholder flere separate kølekredse som vist på billedet nedenfor. I alt 10 liter pr. Minut af kølevand anvendes.
Termografi af ejektorsiden af det originale støbeværktøj viser vægtemperaturen ved slutningen af 22 sekunders kølecyklus. Vi kan se en betydelig variation i temperaturen over formen, med hot spots, der kan kompromittere komponenten, da den fjernes fra formen:
Det første skridt til at fremskynde tingene er at simulere formværktøjets adfærd. Specielt kræver hotspots yderligere analyse, da de er ansvarlige for den lange køletid. Der blev foretaget en simulering af 20 cyklusser, herunder en analyse af vægtemperaturen. De modellerede temperaturer viser god korrelation med termografien.
Nu hvor vi har en model af det nuværende køle design, kan vi lave designændringer for at forbedre tingene med fokus på hotspots. I dette tilfælde er en del af løsningen at tilføje ekstra konventionelle kølekanaler ind i beryllium-kobber støberpladen på dysesiden.
Dernæst udvikler vi nye AM-indsatser til ejektorens side af værktøjet, der indeholder konformationskøling for at fjerne overskydende varme. Billedet nedenfor viser disse yderligere 4 mm diameter kølekanaler tilført problemområderne:
I en region, hvor der ikke var tilstrækkelig plads til at inkludere flere kølekanaler, gjorde Kärcher forbedringer af produktdesignet for at afhjælpe problemet.
Når vi simulerer den termiske adfærd med disse nye kølesystemer på plads, ser vi signifikant forbedring af temperaturens ensartethed over hele delen efter en meget kortere kølecyklus:
Disse simulerede forbedringer udledes af den termiske billeddannelse af den nye form efter en forkortet kølecyklus på kun 10 sekunder:
De nye indsatser er lavet ved hjælp af Deep Mold for at skabe de komplekse kanaler. Nogle er bygget helt additivt, mens andre er "hybrid" komponenter, der opbygger additivområder på toppen af bearbejdede emner. Den nye ejektorsidenhed er vist nedenfor:
Køletiden blev reduceret med 55% fra 22 sekunder til kun 10 sekunder. Kombineret med yderligere tidsbesparelser i materialetilførsel og håndtering bidrog hurtigere afkøling til at øge produktionen gennem hvert værktøj med 40% fra 1.500 til 2.100 dele om dagen.
Billede ovenfor - original (venstre) og nye (højre) formværktøjsdesign.
Resumé
Konformel afkøling gør det muligt at anvende støbeværktøjer hurtigere og til at producere mere konsistente dele. Deep Mold øger dette yderligere ved at optimere varmeoverførslen for at gøre kølingen hurtigere og mere jævn.
