Das Spritzgießen ermöglicht die Herstellung von Kunststoffprodukten in komplexen und komplizierten Details, oft in größeren Stückzahlen, mit wiederholbaren Toleranzen und hoher Oberflächenqualität. Formwerkzeuge müssen so konstruiert sein, dass sie den 3D-Entwurf in der minimalen Zykluszeit perfekt reproduzieren. Das Abkühlen des Kunststoffteils beim Erstarren im Formwerkzeug ist ein kritischer Faktor, der sowohl die Zykluszeit als auch die Qualität des Teils beeinflusst.
Lassen Sie uns die Prinzipien der konformen Kühlung zusammenfassen und die vorteilhaften Auswirkungen von Deep Mold auf das Werkzeugdesign betrachten.
Warum sollte Deep Mold zur konformen Kühlung von Formwerkzeugen verwendet werden?
Ziel der konformen Kühlung ist es, die Temperatur des Kunststoffteils im Formwerkzeug schnell und gleichmäßig zu senken. Das Teil kann nicht vom Werkzeug entfernt werden, bis es ausreichend abgekühlt ist, um sich von seiner Form zu lösen. Hot Spots verzögern die Freigabe der Teile, können nach dem Entfernen zu Verwerfungen und Einfallstellen führen und die Qualität der Bauteiloberfläche beeinträchtigen.
Die Kühlung wird erreicht, indem ein Fluid durch Kanäle innerhalb des Formwerkzeugs geleitet wird, so dass die Wärme aus dem Kunststoffteil durch das Metallwerkzeug und in das Fluid abgeleitet wird. Die Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit dieses Kühleffekts wird davon bestimmt, wie genau der Flüssigkeitskanal der Oberfläche des Werkzeugs folgt und wie schnell Kühlflüssigkeit durch sie strömt. Wir müssen auch sicherstellen, dass unsere Formwerkzeuge zuverlässig sind, um tote Stellen im Kühlmittelstrom zu vermeiden, an denen sich Sedimente ansammeln und Verstopfungen bilden können.
Bild oben - Herkömmliche Kühlkanäle, die durch Querbohren hergestellt werden, erfordern zusätzliche Stopfen, um Totpunkte zu vermeiden. Die scharfe Ecke erzeugt auch Turbulenzen und begrenzt die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch den Kanal.
Deep Mold gibt Werkzeugentwicklern die Freiheit, komplexe Kühlkanäle zu entwerfen, die der Bauteiloberfläche folgen und gleichzeitig den laminaren Fluss maximieren und tote Stellen beseitigen, die sich im Laufe der Zeit sonst verstopfen könnten.
In herkömmlichen Formen haben wir in begrenzten Bereichen des Teils kreuzweise gebohrte und verstopfte Kühlkanäle wie diese:
Im Gegensatz dazu können wir mit Deep Mold konturierte Kanäle entwerfen, die der Oberfläche des Werkzeugs genau folgen:
So hilft uns Deep Mold bei der Entwicklung von Werkzeugen, die nicht nur eine effektivere Kühlung bieten, sondern auch einfacher herzustellen und zu montieren sind.
Reduzierung der Kühlzeit um 55%
Das Unternehmen musste die Produktivität dieser Formen erhöhen, um mit der wachsenden Nachfrage Schritt zu halten. Bei herkömmlicher Kühlung betrug die Gesamtzykluszeit 52 Sekunden, von denen 22 Sekunden erforderlich waren, um das Teil von seiner Schmelztemperatur von 220 ° C auf die Entformungstemperatur von 100 ° C abzukühlen.
Das Formwerkzeug für diese Teile ist wesentlich und komplex und umfasst einen großen Hohlraum und zahlreiche gekühlte Einsätze. Das ursprüngliche Design ist unten gezeigt.
Das ursprüngliche Kühlsystem für die Einsätze enthält mehrere separate Kühlkreisläufe (siehe Abbildung unten). Insgesamt werden 10 Liter Kühlwasser pro Minute verwendet.
Die Thermografie der Auswerferseite des ursprünglichen Formwerkzeugs zeigt die Wandtemperatur am Ende des 22-Sekunden-Kühlzyklus. Wir können erhebliche Temperaturunterschiede in der Form feststellen, wobei heiße Stellen die Komponente beeinträchtigen können, wenn sie aus der Form genommen wird:
Der erste Schritt zur Beschleunigung ist die Simulation des Werkzeugverhaltens. Insbesondere müssen die Hotspots einer weiteren Analyse unterzogen werden, da sie für die lange Abkühlzeit verantwortlich sind. Es wurde eine Simulation von 20 Zyklen durchgeführt, einschließlich einer Analyse der Wandtemperatur. Die modellierten Temperaturen zeigen eine gute Korrelation mit der Thermografie.
Jetzt, da wir ein Modell des aktuellen Kühlungsdesigns haben, können wir Designänderungen vornehmen, um die Dinge zu verbessern, indem wir uns auf die Hot Spots konzentrieren. In diesem Fall besteht ein Teil der Lösung darin, zusätzliche herkömmliche Kühlkanäle in die Beryllium-Kupfer-Formplatte auf der Düsenseite einzufügen.
Als nächstes entwickeln wir neue AM-Einsätze für die Auswerferseite des Werkzeugs mit konformer Kühlung, um die überschüssige Wärme abzuführen. Das Bild unten zeigt diese zusätzlichen Kühlkanäle mit 4 mm Durchmesser, die auf die Problembereiche angewendet werden:
In einer Region, in der nicht genügend Platz für mehr Kühlkanäle vorhanden war, verbesserte Kärcher das Produktdesign, um das Problem zu lösen.
Wenn wir das thermische Verhalten mit diesen neuen Kühlsystemen simulieren, sehen wir eine deutliche Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Temperatur im gesamten Bauteil nach einem viel kürzeren Kühlzyklus:
Diese simulierten Verbesserungen werden durch die Wärmebildgebung des neuen Werkzeugs nach einem kurzen Kühlzyklus von nur 10 Sekunden bestätigt:
Die neuen Inserts werden mit Deep Mold hergestellt, um die komplexen Kanäle zu erstellen. Einige sind vollständig additiv gebaut, während andere "Hybrid" -Komponenten sind, die additive Bereiche auf bearbeiteten Rohlingen bilden. Die neue Auswerferseitenbaugruppe ist unten dargestellt:
Die Abkühlzeit wurde von 22 Sekunden um 55% auf nur 10 Sekunden reduziert. In Kombination mit einer weiteren Zeitersparnis bei der Materialzufuhr und -handhabung steigerte die schnellere Abkühlung den Produktionsdurchsatz jedes Werkzeugs um 40% von 1500 auf 2.100 Teile pro Tag.
Bild oben - Original (links) und neue (rechte) Werkzeugkonstruktionen.
Zusammenfassung
Durch die konforme Kühlung können Formwerkzeuge schneller arbeiten und konsistente Teile herstellen. Deep Mold unterstützt dies durch die Optimierung der Wärmeübertragung, um die Kühlung schneller und gleichmäßiger zu gestalten.
