Formowanie wtryskowe umożliwia wytwarzanie produktów z tworzyw sztucznych w skomplikowanych i skomplikowanych szczegółach, często w dużych seriach produkcyjnych, z powtarzalnymi tolerancjami i wysoką jakością powierzchni. Narzędzia do formowania muszą być zaprojektowane tak, aby idealnie odtworzyć projekt 3D w minimalnym czasie cyklu. Chłodzenie części z tworzywa sztucznego w miarę krzepnięcia w narzędziu formy jest czynnikiem krytycznym, wpływającym zarówno na czas cyklu, jak i jakość części.
Przypomnijmy zasady chłodzenia konformalnego i przyjrzyjmy się korzystnemu wpływowi głębokiej formy na projektowanie narzędzi formy.
Po co używać Deep Mold do konformalnego chłodzenia narzędzi formujących?
Celem chłodzenia konformalnego jest szybkie i równomierne obniżenie temperatury części z tworzywa sztucznego wewnątrz narzędzia do formowania. Części nie można wyjąć z narzędzia, dopóki nie ostygnie wystarczająco, aby odłączyć się od formy. Wszelkie gorące punkty opóźniają zwolnienie części, mogą prowadzić do wypaczenia i śladów zlewu w części po usunięciu i mogą pogorszyć jakość powierzchni elementu.
Chłodzenie osiąga się przez przepuszczanie płynu przez kanały wewnątrz narzędzia do formowania, tak że ciepło jest odprowadzane z części z tworzywa sztucznego, przez narzędzie metalowe, i dalej do płynu. Prędkość i równomierność tego efektu chłodzenia zależy od tego, jak blisko kanał płynu śledzi powierzchnię narzędzia, oraz od szybkości, z jaką płyn chłodzący przechodzi przez niego. Musimy również zapewnić niezawodność naszych narzędzi do formowania, unikając martwych punktów w przepływie chłodziwa, w których osad może gromadzić się i tworzyć blokady.
Zdjęcie powyżej - konwencjonalne kanały chłodzące wytwarzane przez wiercenie poprzeczne wymagają dodatkowych zatyczek, aby uniknąć martwych punktów. Ostry narożnik tworzy również turbulencje i ogranicza natężenie przepływu chłodziwa przez kanał.
Głęboka forma daje projektantom narzędzi formierskich swobodę w projektowaniu złożonych kanałów chłodzących, które ściśle podążają za powierzchnią elementu, jednocześnie maksymalizując przepływ laminarny i eliminując martwe punkty, które w przeciwnym razie mogłyby zatkać się z czasem.
W konwencjonalnych formach mamy nawiercone poprzecznie i zatkane kanały chłodzące w ograniczonych obszarach tej części:
Natomiast dzięki Deep Mold możemy zaprojektować profilowane kanały, które ściśle podążają za powierzchnią narzędzia w ten sposób:
Tak więc Deep Mold pomaga nam projektować narzędzia, które nie tylko zapewniają bardziej efektywne chłodzenie, ale także są łatwiejsze w produkcji i montażu.
55% skrócenie czasu chłodzenia
Firma musiała zwiększyć produktywność z tych form, aby nadążyć za rosnącym zapotrzebowaniem. Stosując konwencjonalne chłodzenie, całkowity czas cyklu wynosił 52 sekundy, z czego 22 sekundy były potrzebne do schłodzenia części od temperatury topnienia 220 ° C do temperatury odlania 100 ° C.
Oprzyrządowanie form do tych części jest znaczne i złożone, obejmujące dużą wnękę i liczne chłodzone wkładki. Oryginalny projekt pokazano poniżej.
Oryginalny system chłodzenia wkładek zawiera kilka oddzielnych obwodów chłodzenia, jak pokazano na poniższym rysunku. Wykorzystuje się łącznie 10 litrów wody chłodzącej na minutę.
Termografia po stronie wyrzutnika oryginalnego narzędzia do formowania pokazuje temperaturę ściany pod koniec 22-sekundowego cyklu chłodzenia. Widzimy znaczne wahania temperatury w formie, z gorącymi punktami, które mogą zagrozić komponentowi, gdy jest on usuwany z formy:
Pierwszym krokiem do przyspieszenia jest symulowanie zachowania narzędzia formy. W szczególności hotspoty wymagają dalszej analizy, ponieważ są odpowiedzialne za długi czas chłodzenia. Przeprowadzono symulację 20 cykli, w tym analizę temperatury ściany. Modelowane temperatury wykazują dobrą korelację z termografią.
Teraz, gdy mamy model aktualnego projektu chłodzenia, możemy wprowadzić zmiany projektowe, aby poprawić rzeczy, koncentrując się na gorących punktach. W tym przypadku częścią rozwiązania jest dodanie dodatkowych konwencjonalnych kanałów chłodzących do płyty formy berylowo-miedzianej po stronie dyszy.
Następnie opracowujemy nowe wkładki AM po stronie wyrzutnika narzędzia, wyposażone w chłodzenie konformalne w celu odprowadzenia nadmiaru ciepła. Poniższy rysunek przedstawia te dodatkowe kanały chłodzące o średnicy 4 mm zastosowane w regionach problemowych:
W jednym regionie, w którym brakowało miejsca na więcej kanałów chłodzących, Kärcher wprowadził ulepszenia w projekcie produktu, aby złagodzić problem.
Gdy symulujemy zachowanie termiczne z tymi nowymi systemami chłodzenia, zauważamy znaczną poprawę jednorodności temperatury w całej części, po znacznie krótszym cyklu chłodzenia:
Te symulowane ulepszenia potwierdzają obrazowanie termiczne nowej formy po skróconym cyklu chłodzenia trwającym zaledwie 10 sekund:
Nowe płytki są wykonane przy użyciu Deep Mold, aby utworzyć skomplikowane kanały. Niektóre są zbudowane całkowicie addytywnie, podczas gdy inne są komponentami „hybrydowymi”, które tworzą dodatkowe obszary na górze obrobionych półwyrobów. Nowy zespół strony wypychacza pokazano poniżej:
Czas chłodzenia został skrócony o 55% z 22 sekund do zaledwie 10 sekund. W połączeniu z dalszą oszczędnością czasu w podawaniu materiału i obsłudze, szybsze chłodzenie pomogło zwiększyć wydajność produkcji z każdego narzędzia o 40% z 1500 do 2100 części dziennie.
Zdjęcie powyżej - oryginalne (po lewej) i nowe (po prawej) projekty narzędzi formy.
streszczenie
Chłodzenie konformalne umożliwia szybsze działanie narzędzi do form i wytwarzanie bardziej spójnych części. Deep Mold dodatkowo to zwiększa, optymalizując wymianę ciepła, aby chłodzenie było szybsze i bardziej równomierne.
