Injektionsgjutning gör att plastprodukter kan produceras i komplicerad och invecklad detalj, ofta i stora produktionsleder, med repeterbara toleranser och hög ytkvalitet. Mögelverktyg måste utformas för att perfekt replikera 3D-designen under minimaltiden. Kylning av plastdelen när den stelnar i formverktyget är en kritisk faktor som påverkar både cykeltiden och delkvaliteten.
Låt oss sammanfatta principerna för konformkylning och titta på Deep Molds fördelaktiga inverkan på formverktygsdesign.
Varför använder Deep Mold för konformalkylning av formverktyg?
Målet med konformkylning är att snabbt och jämnt minska plastpartiets temperatur inuti formverktyget. Delen kan inte avlägsnas från verktyget tills det har kylts tillräckligt för att lossa från sin form. Eventuella hotspots kommer att fördröja delutlösning, kan leda till förvrängning och sänkning av märken i delen efter borttagning, vilket kan äventyra komponentytans kvalitet.
Kylning uppnås genom att en fluid passerar genom kanaler inuti gjutverktyget så att värmen utförs från plastdelen, genom metallverktyget och bort i vätskan. Hastigheten och jämnheten i denna kylningseffekt styrs av hur nära fluidkanalen spårar verktyget och hur mycket kylvätska passerar genom den. Vi måste också se till att våra formverktyg är tillförlitliga och undviker dödpunkter i kylvätskeflödet där sediment kan samlas och skapa blockeringar.
Bild ovan - konventionella kylkanaler som produceras genom tvärborrning kräver ytterligare pluggar för att undvika döda fläckar. Det skarpa hörnet skapar också turbulens och begränsar flödeshastigheten för kylvätska genom kanalen.
Deep Mold ger formverktygsdesigners friheten att designa komplexa kylkanaler som nära följer komponentytan, samtidigt som man maximerar laminärt flöde och eliminerar dödpunkter som annars skulle kunna täppa sig över tiden.
I konventionella formar har vi korsborrat och anslutit kylkanaler i begränsade delar av delen så här:
Däremot kan vi med Deep Mold konstruera konturerade kanaler som nära följer verktyget så här:
Så Deep Mold hjälper oss att designa verktyg som inte bara ger effektivare kylning, de är också enklare att tillverka och montera.
55% minskning av kyltiden
Företaget behövde öka produktiviteten från dessa mögel för att hålla fast vid den växande efterfrågan. Med användning av konventionell kylning var den totala cykeltiden 52 sekunder, varav 22 sekunder krävdes för att kyla delen från dess smälttemperatur på 220 ° C till gjutningstemperaturen 100 ° C.
Formverktyget för dessa delar är väsentligt och komplext, innefattande en stor kavitet och många kylda insatser. Den ursprungliga designen visas nedan.
Det ursprungliga kylsystemet för insatserna innehåller flera separata kylkretsar som visas i bilden nedan. Totalt används 10 liter per minut kylvatten.
Termografi på ejektorsidan av det ursprungliga formverktyget visar väggens temperatur vid slutet av 22 sekunders kylcykel. Vi kan se signifikant variation i temperaturen över formen, med heta fläckar som kan äventyra komponenten eftersom den avlägsnas från formen:
Det första steget för att påskynda saker är att simulera formverktyget. I synnerhet behöver hotspotsna ytterligare analys eftersom de är ansvariga för den långa kyltiden. En simulering av 20 cykler genomfördes, inklusive en analys av väggtemperaturen. De modellerade temperaturerna visar god korrelation med termografin.
Nu när vi har en modell av den nuvarande kyldesignen, kan vi göra designändringar för att förbättra saker, med fokus på heta fläckar. I detta fall är en del av lösningen att lägga till extra konventionella kylkanaler i beryllium-kopparformplattan på munstyckssidan.
Därefter utvecklar vi nya AM-insatser för ejektorsidan av verktyget, med konformkylning för att bära bort överskottsvärmen. Bilden nedan visar dessa ytterligare 4 mm diameter kylkanaler applicerade på problemområdena:
I en region där det inte fanns tillräckligt med utrymme för att inkludera fler kylkanaler, gjorde Kärcher förbättringar av produktdesignen för att lindra problemet.
När vi simulerar det termiska beteendet med dessa nya kylsystem på plats ser vi en signifikant förbättring av temperaturens jämnhet över hela delen efter en mycket kortare kylcykel:
Dessa simulerade förbättringar utförs av den termiska bilden av den nya formen efter en förkortad kylcykel på bara 10 sekunder:
De nya insatserna är gjorda med Deep Mold för att skapa de komplexa kanalerna. Vissa är byggda helt additivt, medan andra är "hybrid" -komponenter som bygger upp tillsatsområden ovanpå bearbetade ämnen. Den nya ejektorsidanheten visas nedan:
Kyltiden reducerades med 55% från 22 sekunder till bara 10 sekunder. Kombinerade med ytterligare tidsbesparingar vid materialmatning och hantering bidrog den snabbare kylningen till att öka produktionen genom varje verktyg med 40% från 1500 till 2100 delar per dag.
Bild ovan - original (vänster) och nya (höger) formverktygsmönster.
Sammanfattning
Konformuell kylning gör att formverktyg kan fungera snabbare och för att producera mer konsekventa delar. Deep Mold ökar detta ytterligare genom att optimera värmeöverföringen för att göra kylningen både snabbare och jämnare.