Szerszámok kontúrközeli hűtőcsatornákkal

A műanyag fröccsöntő iparágaiban a fröccsöntött műanyagok tömegtermelésére a legmegfizethetőbb és legelterjedtebb folyamatok egyike. Négy fő lépésből áll: (i) olvadt műanyag befecskendezése, (ii) sűrítés az öntőformában, (iii) hűtési folyamat és (iv) formakihúzás. Az szakirodalmi áttekintések azt mutatják, hogy a hűtési szakasz a teljes ciklusidő körülbelül 70% -át teszi ki.

Gazdasági szempontból a műanyag öntőformák gyártása jelentős beruházást jelent. Ezért a hosszabb életciklust várhatóan a nyereség növelése érdekében kell maximalizálni. Az öntőformának képesnek kell lennie arra, hogy számos befecskendezési ciklust kibírjon, anélkül hogy a teljesítmény vagy a minőség számottevően romlana.

Azonban mivel a hűtési szakasz a befecskendezési szűk keresztmetszete, ezért elengedhetetlen egy rendkívül hatékony hűtőrendszer a formában. A hiányos vagy alacsony minőségű hűtés negatívan befolyásolhatja a termék minőségét, ami nem kívánatos deformációkat és zsugorodást eredményezhet.

A Hűtési Szakasz Kezelése

Általánosságban két kulcsfontosságú paraméter van a hűtési szakasz hatékony kezeléséhez: a hűtési idő és a hőmérséklet egyenletessége az öntőforma felületén. A hűtési idő csökkentése a legkívánatosabb eredmény a hűtési szakasz teljesítményének javítása érdekében, mivel csökkentheti a deformációk és a zsugorodás kockázatát, miközben rövidebb ciklusidőket érhet el, lehetővé téve magasabb termelési sebességeket.

A hűtési teljesítmény javítható anyagtulajdonságok és hűtési alkalmazások révén. Ezek közül a hűtési alkalmazás előnyösebb, mert az öntőforma anyagtulajdonságait főként mechanikai tulajdonságok, például erősség és tömeg alapján határozzák meg, nem pedig a hővezetési értéket figyelembe véve.

Ezért a legtöbb műanyagöntési alkalmazásban az anyagot nem tekintik teljesítményfokozó tényezőnek a gyakorlati alkalmazásokban, hacsak másként nem jelzik.

Hűtési Teljesítmény Javítása

A műanyagtermékek bonyolultsága a termék kihívást jelentő görbéivel van meghatározva, amelyeket nagyon nehéz követni a fúrt hűtőcsatornák egyenes útvonalain. Ennek következtében nő a hűtési idő és a hőmérséklet egyenletesség hiánya, ami alacsony termékminőséget és hibás eredményeket eredményez.

A hűtési teljesítmény javítása érdekében optimális hűtési paramétereket lehet használni, mint például a csatornák közötti távolság (két egyenesen fúrt csatorna közötti távolság), a csatorna átmérője, az áramlási sebesség és a csatornán keresztül keringő hűtőfolyadék hőtulajdonságai. Az említett javítási megközelítések azonban továbbra sem lehetnek elégségesek a bonyolult műanyagtermékek esetében a hagyományos csatornák és megmunkálási tervezési korlátok miatt.

Ezért a formaadó hűtőcsatornák előre haladó megoldásként jelentkeznek a műanyagöntési folyamatok hűtési hatékonyságának javítására. A formaadó hűtőcsatornák összetett módon vannak tervezve, hogy pontosan kövessék a műanyagtermék kontúrjait az öntőformában.

A Meltio technológiája forradalmi lehetőséget kínál az ipari termelés terén, lehetővé téve a konformális hűtőcsatornákkal rendelkező műanyagöntőformák gyártását rács szerkezetekből. A rács szerkezet nemcsak növeli az öntőformák általános szerkezeti integritását, hanem hatékony hőelvezetést is biztosít az öntési folyamat során.

Ez a fejlesztés lehetővé teszi a pontos hőmérsékletszabályozást, csökkentve a ciklusidőt és javítva az öntött alkatrészek minőségét és egyenletességét. A fém adalékgyártás és a formaadó hűtési tervezés összefonódása paradigmaváltást jelent a gyártásban, növelve a hatékonyságot, költséghatékonyságot és javítva a műanyag öntési folyamatok teljesítményét.

Az Előnyök Értékelése:

Hőáramlás Szimuláció A műanyag öntőformában történő formaadó hűtőcsatornák előnyeinek értékelése érdekében egy összehasonlító hőáramlás szimulációt végeztek két öntőformaminta között: az egyik hagyományos hűtőcsatornával rendelkezett, amelyet fúrással készítettek, míg a másikban egy formaadó hűtőcsatorna volt, amely egy girodális rács szerkezetből állt. A szimulációt az Autodesk Fusion 360 szoftverrel végezték.

A hőáramlás elemzésében a fő hangsúly az öntőforma hőmérsékletének hatékony szabályozásán van az öntési folyamat optimalizálása érdekében. A szimulációhoz megállapított hőterhelések egy 80 ºC-os hőmérsékletet alkalmaztak az öntőforma kritikus zónájára, ami megfelelt az injektált műanyag becsült hőmérsékletének, valamint egy 20 ºC-os hűtőfolyadék-hőmérsékletet alkalmaztak a megfelelő hűtőcsatornákra.

Azonos paraméterek felhasználásával mindkét öntőforma esetében azt találták, hogy a formaadó hűtőcsatornával rendelkező forma kiválóbb hőáramlást mutatott. A hőáramlás tekintetében magasabb érték nagyobb hőátadást jelent, ami lehetővé teszi az olvadt műanyag átadását a hűtőcsatornában lévő hűtőfolyadékhoz.

Ez előnyös lehet az öntési ciklusok közötti gyors öntőforma-hűtéshez, növelve a termelékenységet és javítva az öntött alkatrészek minőségét azáltal, hogy szabályozza a műanyag szilárdulását. Megfigyelték, hogy a rács szerkezet képes volt növelni a hőátadást a kör alakú csatornákhoz képest azáltal, hogy növelte az interfészfelületeket és a hűtőfolyadék áramlását.

A tanulmány arra is utalt, hogy az öntőformával rendelkező formaadó hűtőcsatornák egyenletesebb hőmérsékleteloszlást mutattak, amint azt a főleg sötétebb kék színű festék jelzi.

A formaadó csatornáknak köszönhetően növekvő hőáramlás hozzájárul a forma állandó hőmérsékletének fenntartásához, ami nagyobb egyenletességet eredményez az öntött alkatrészek minőségében.

Ezenkívül lényegesen alacsonyabb hőmérsékleti gradienset mutatott a fűtött kritikus felületen, ami azt jelzi, hogy ez a típusú formaadó hűtőcsatorna , amelyek magas teljesítményű eszközök, ahol a magas hőátadási ráta és/vagy a hőmérsékleti egyensúly kritikus.

Forrás:

1. Santos, Mailan. Fabricación Aditiva En Acero Para Herramientas H11 de Útiles Para Moldeo Por Inyección: Verificación de La Conformidad. 27 Nov. 2023, p. 190.2. B. B. Kanbur et al., «Metal Additive Manufacturing of Plastic Injection Molds with Conformal Cooling Channels», Polymers (Basel), vol. 14, n.o 3, p. 424, ene. 2022, doi: 10.3390/polym14030424.3. Plastics Technology, «Why Conformal Cooling Makes Sense. » Accedido: 26 de noviembre de 2023. [En línea]. Disponible en: https://www.ptonline.com/articles/why-conformal-cooling-makes-ense4. M. Mazur, M. Leary, M. McMillan, J. Elambasseril, y M. Brandt, «SLM additive manufacture of H13 tool steel with conformal cooling and structural lattices», Rapid Prototyp J, vol. 22, n.o 3, pp. 504-518, abr. 2016, doi: 10.1108/RPJ-06-2014-0075.5. S. Feng, A. M. Kamat, y Y. Pei, «Design and fabrication of conformal cooling channels in molds: Review and progress updates», Int J Heat Mass Transf, vol. 171, p. 121082, jun. 2021, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121082.

Az eredeti cikk megtekinthető az alábbi linken: Mold with Conformal Cooling Channels | Meltio (meltio3d.com)