Konformālā dzesēšana iesmidzināšanas formēšanā: cikla laika samazināšana un detaļu kvalitātes uzlabošana

Līdz ar aditīvās ražošanas sasniegumiem sarežģītu dzesēšanas kanālu metāla ieliktņu izgatavošana ir kļuvusi vienkārša. Konformālā dzesēšana ir dizaina koncepcija iesmidzināšanas formēšanas tehnoloģijā, kas ieviesta ar mērķi uzlabot plastmasas detaļu kvalitāti, samazināt enerģijas patēriņu un ražošanas izmaksas.

Kāpēc dzesēšanas laiks ir svarīgs iesmidzināšanas formēšanā

Fons

Dzesēšanas un aiztures laiks kopā veido aptuveni 50–75 % no kopējā cikla laika iesmidzināšanas veidnēs. Dzesēšana ir kritiski svarīgs process plastmasas iesmidzināšanas veidnēm, kas ietekmē gan cikla laiku, gan gatavās detaļas kvalitāti. Ir ticami veidi, kā optimizēt kopējo dzesēšanas laiku, kas sniegtu tiešu komerciālu labumu, samazinot kopējo cikla laiku un uzlabojot detaļu kvalitāti.

Pelējuma dzesēšana

Būtībā iesmidzināšanas veidne darbojas kā siltuma pārneses vienība. Iesmidzināšanas formēšanas laikā visu plastmasas kausējuma siltumu vai siltumenerģiju no veidnes aizvada dzesēšanas vide. Veidnes temperatūra ir ļoti svarīga, jo tā kontrolē siltuma pārneses ātrumu. Faktori, piemēram:

1. Dzesēšanas kanāla dizains
2. Dzesēšanas šķidruma vide
3. Spiediens
4. Plūsmas ātrums

spēlē galveno lomu nemainīgas veidnes temperatūras uzturēšanā un efektīvas dzesēšanas sistēmas nodrošināšanā.

Tradicionālo dzesēšanas kanālu ierobežojumi iesmidzināšanas veidnēs

Veidnes iekšpusē ir standarta dzesēšanas kanāli, kas tiek veidoti, urbjot caurumus taisnās līnijās, kas krustojas viens ar otru, un tiek pievienoti papildu aizbāžņi un starpsienas, lai nodrošinātu tiešu ūdens plūsmu tur, kur nepieciešama dzesēšana. Lai gan šie tradicionālie dzesēšanas kanāli kalpoja šim mērķim daudzus gadus, taču tas bija saistīts ar lielāku dzesēšanas laiku un enerģiju (ūdens spiedienu un plūsmas ātrumu). Bieži vien, atkarībā no detaļas konstrukcijas un tās instrumenta konstrukcijas, šie dzesēšanas kanāli ir neefektīvi un nespēj izvadīt siltumu, kā rezultātā rodas karstie punkti.

Kas ir konformālā dzesēšana un kā tā darbojas

Tomēr, attīstoties iesmidzināšanas formēšanas tehnoloģijai, formētāji un konstruktori ir atklājuši priekšrocības, izstrādājot dzesēšanas kanālus, kas cieši atbilst serdes vai dobuma ieliktņu virsmas kontūrām, salīdzinot ar tradicionālajiem kanāliem, kas ļauj dzesēšanu veikt tuvāk detaļas virsmai. Šī konstrukcijas koncepcija IM tehnoloģijā ir pazīstama kā konformālā dzesēšana. Šīs konstrukcijas koncepcijas efektivitāte palīdz ātri un vienmērīgi atdzesēt visu formēšanas virsmu, kā rezultātā tiek uzlabota plastmasas detaļu kvalitāte, saīsināts formēšanas cikla laiks utt.

Ņemot vērā plastmasas detaļu konstrukciju, instrumentu projektētājam ir jānovērtē iespēja iekļaut konformālo dzesēšanas kanālu, kam nepieciešami īpaši ieliktņi, ņemot vērā konstrukcijas sarežģītību un profilaktiskās apkopes izaicinājumus.

Konformālās dzesēšanas priekšrocības iesmidzināšanas veidnēs

Cikla laika samazināšana un produktivitātes pieaugums

Izmantojot šo tehnoloģiju, dzesēšanas kanālu pozīciju un ceļu var optimizēt ar vēlamo šķērsgriezuma izmēru un formu. Saskaņā ar Stratasys veikto pētījumu, konformālā dzesēšana var samazināt Fliptop aizbāžņu cikla laiku līdz pat 40%, vienlaikus ievērojami uzlabojot detaļu kvalitāti.

Īsāks dzesēšanas laiks, kas atbilst ātrākam cikla laikam, patērē mazāk enerģijas un nodrošina labākas kvalitātes komponentus.

Uzlabota detaļu kvalitāte un izmēru stabilitāte

Šeit ir daži norādījumi par detaļu kvalitātes uzlabošanu:

1. 1. Samaziniet deformāciju un kropļojumus, saglabājot vienmērīgu temperatūras sadalījumu visos ieliktņos.
   2. Uzlabota virsmas apdare — samazinot karsto punktu vai aukstu plankumu iespējamību uz veidnes virsmas, kas var nodrošināt gludāku un vienmērīgāku gala plastmasas detaļu apdari.
   3. Uzlabota izmēru precizitāte — konformāli atdzesēti metāla ieliktņi palīdz samazināt detaļu izmēru variācijas, kā rezultātā plastmasas detaļām ir stingrākas pielaides un lielāka izmēru precizitāte.

Aditīvā ražošanas (DMLS) loma konformālajā dzesēšanā

Aditīvā ražošanas tehnoloģija konformālai dzesēšanai

Rūpniecība tagad ir plaši ieviesusi tiešās metāla lāzera sintēzes (DMLS) metodes, ko sauc arī par selektīvo lāzera sintēzes metodi, lai ražotu šos īpašos konformālos dzesēšanas kanālu ieliktņus. DMLS ir metāla aditīvās ražošanas (AM) procesa veids. Šajā procesā lāzera kausējams metāla pulveris tiek veidots slāņos, lai izveidotu vēlamo dzesēšanas kanālu formu. Šī metode izmanto to pašu principu kā stereolitogrāfija (SLA) — process, ko parasti izmanto AM tehnoloģijā, kurā plastmasas prototipu ražošanā izmanto sveķus, savukārt DMLS izmanto metāla pulveri.

3D drukāšanas procesa tuvplāns, kurā, izmantojot tiešo metāla lāzera sintēšanu, tiek izgatavota detalizēta metāla mehāniskā detaļa ar modernu ražošanas tehnoloģiju.

Izmantojot šo tehnoloģiju, dzesēšanas kanālu pozīciju un ceļu var optimizēt ar vēlamo šķērsgriezuma izmēru un formu.

Reālās pasaules pielietojums: konformālās dzesēšanas ieliktņa piemērs

Šeit mēs pārgājām no tradicionālās dzesēšanas kanāla konstrukcijas uz konformiski dzesējamiem ieliktņiem, jo ​​saskārāmies ar problēmām saistībā ar saraušanos un strādājām ar diezgan ilgāku dzesēšanas laiku. Acīmredzot, salīdzinot ar tradicionālo dzesēšanas līnijas konstrukciju, siltuma izsūknēšana tērauda apļveida kontūras tuvumā nebija pietiekama vietas ierobežojumu dēļ, izmantojot tradicionālo pieeju. Ieviešot konformālu dzesēšanas kanāla konstrukciju vārtu ieliktnī, mēs varējām izsūknēt siltumu no karstajiem punktiem un novērojām ievērojamu dzesēšanas laika uzlabojumu par 8 sekundēm.

Konformālo dzesēšanas kanālu projektēšanas un apkopes apsvērumi

Galvenie faktori konformāli dzesējamiem ieliktņiem, izmantojot AM tehnoloģiju

1. Materiālu iespējas

Mūsdienu rūpniecībā pastāv ierobežojumi attiecībā uz nerūsējošā tērauda materiālu klāstu, kas pieejami konformāli dzesējamu ieliktņu ražošanai, izmantojot aditīvās ražošanas (AM) tehnoloģiju. Tomēr, pateicoties arvien lielākam materiālu inovāciju skaitam, ir pieejami vairāk nekā 32 dažādi sakausējumu materiāli, kas ir saderīgi ar lāzera sintēzes tehnoloģiju. Tos var izmantot veidnēs un ieliktņos ar mazu un lielu ražošanas apjomu, neapdraudot instrumenta kalpošanas laiku un instrumentu ražotāju garantijas periodu. Tomēr formētājam ir jāveic papildu piesardzības pasākumi darbības un apkopes laikā.

2. Konceptuālais dizains

Daudzas projektēšanas programmatūras platformas, piemēram, Fusion 360 un citas, nodrošina plašu funkciju klāstu, kas izstrādā reģeneratīvu dizainu ar minimālu spriegumu un ir piemērotas reālās pasaules pielietojumam. Tas parāda, ka šīs tehnoloģijas ieviešana ir ērta gan no projektēšanas, gan ražošanas viedokļa. Šādu reģeneratīvās projektēšanas pieeju var ieviest mūsu iesmidzināšanas veidnēs, lai tā atbilstu plastmasas komponenta konkrētas iezīmes formai. Šis konceptuālais organiskais dizains palīdz iegūt siltumu no karstajiem punktiem, tādējādi samazinot dzesēšanas laiku.

3. Dzesēšanas kanāla izmērs

Zemāk esošajā tabulā ir apkopots vispārējais izmēru diapazons un piezīmes, pamatojoties uz mūsu pieredzi projektu īstenošanā gan ar parasto, gan konformālo dzesēšanas kanālu.

Lai konformālā dzesēšanas kanāla gadījumā iegūtu efektīvus rezultātus, formētājam ir jāievēro labi ūdens kvalitātes standarti. Laba ūdens kvalitāte nozīmē zemu TDS (kopējo izšķīdušo cietvielu) daudzumu un pH līmeni, kas ir mazāks par 8. Turklāt formētājam iesmidzināšanas veidnēm ar konformālo dzesēšanu ir jāizmanto īpaša filtra iekārta.

Bieži sastopamās problēmas ir aizsērējušas ūdensvada līnijas ar atbilstošu dzesēšanu pat ar iepriekš minētajiem ūdens kvalitātes standartiem, un tādēļ preventīvās apkopes programmas laikā ir jāveic papildu tīrīšanas darbības.

Secinājums: Vai ir vērts ieviest konformālo dzesēšanu?

Konformālās dzesēšanas ieviešana iesmidzināšanas veidnēs, izmantojot lāzera sintēzes ražošanas procesu, neaizstāj esošo veidņu ražošanas procesu, bet gan papildina to izmaksu, kvalitātes un laika ziņā. Iesmidzināšanas veidņu nozarē ir daudz piemēru, kur veiksmīga konformālās dzesēšanas ieviešana, izmantojot DMLS tehnoloģiju, ir atmaksājusies īsā laikā un nodrošinājusi papildu ietaupījumus, pateicoties zemākam brāķu daudzumam.

Uzņēmums “Efficient Innovations” ir veiksmīgi strādājis pie projektiem ar atbilstoši dzesētiem ieliktņiem, ieviešot sistemātiskus procesus un nodrošinot atbilstību visiem attiecīgajiem protokoliem, lai samazinātu riskus un uzlabotu mūsu klientu aktīvu veiktspēju.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kas ir konformālā dzesēšana iesmidzināšanas formēšanā?

Konformālā dzesēšana ir uzlabota veidnes dzesēšanas konstrukcija, kurā dzesēšanas kanāli seko veidnes dobuma vai serdes kontūrām. Atšķirībā no tradicionālajiem taisni urbtajiem kanāliem, konformālie kanāli ir veidoti tā, lai tie atrastos tuvāk detaļas virsmai, nodrošinot ātrāku un vienmērīgāku siltuma noņemšanu un uzlabotu veidnes veiktspēju.

2. Kā konformālā dzesēšana atšķiras no tradicionālajiem dzesēšanas kanāliem?

Tradicionālie dzesēšanas kanāli tiek urbti taisnās līnijās un bieži vien nespēj vienmērīgi atdzesēt sarežģītas ģeometrijas. Konformālie dzesēšanas kanāli, kas parasti tiek ražoti, izmantojot aditīvo ražošanu, precīzāk seko detaļas formai, nodrošinot vienmērīgu siltuma novadīšanu un samazinot karstās zonas veidnē.

3. Kāpēc konformālā dzesēšana ir svarīga iesmidzināšanas veidnes veiktspējai?

Dzesēšana veido ievērojamu daļu no iesmidzināšanas formēšanas cikla laika. Konformālā dzesēšana uzlabo temperatūras kontroli veidnē, samazina termisko nelīdzsvarotību un palielina kopējo efektivitāti. Tas nodrošina īsākus ciklus, zemāku enerģijas patēriņu, uzlabotu produktivitāti un vienmērīgāku detaļu kvalitāti.

4. Kā konformālā dzesēšana palīdz samazināt cikla laiku?

Novietojot dzesēšanas kanālus tuvāk veidnes virsmai un karstajiem punktiem, konformālā dzesēšana paātrina siltuma pārnesi no izkausētās plastmasas. Ātrāka un vienmērīgāka dzesēšana saīsina dzesēšanas fāzi, kas tieši samazina kopējo cikla laiku un palielina ražošanas apjomu.

5. Kā konformālā dzesēšana ietekmē detaļas kvalitāti un izmēru precizitāti?

Vienmērīgs temperatūras sadalījums samazina deformāciju, saraušanās svārstības un iekšējos spriegumus. Tas uzlabo virsmas apdari, nodrošina precīzākas izmēru pielaides un lielāku detaļu konsistenci. Konformālā dzesēšana palīdz ražotājiem sasniegt augstākas kvalitātes komponentus ar mazāku brāķējumu un samazinātu atkārtotas apstrādes apjomu.

6. Kuriem iesmidzināšanas formēto detaļu veidiem vislabāk palīdz konformālā dzesēšana?

Detaļas ar sarežģītu ģeometriju, bieziem profiliem, dziļiem serdeņiem vai apaļiem elementiem vislabāk gūst labumu no konformālās dzesēšanas. Šīs konstrukcijas parasti rada nevienmērīgas siltuma zonas, kuras parastā dzesēšana nespēj pārvaldīt, padarot konformālo dzesēšanu par ideāli piemērotu precīziem un augstas veiktspējas lietojumiem.

7. Kāda loma konformālās dzesēšanas tehnoloģijā ir aditīvajai ražošanai?

Aditīvā ražošanas tehnoloģija, piemēram, tiešā metāla lāzera sintēze (DMLS), ļauj izveidot sarežģītus, kontūrai atbilstošus dzesēšanas kanālus, kurus nevar urbt parastā veidā. Šī ražošanas pieeja ļauj projektētājiem optimizēt kanālu izvietojumu un ģeometriju, lai panāktu maksimālu termisko efektivitāti.

8. Vai pastāv kādas problēmas vai ierobežojumi, kas saistīti ar konformālo dzesēšanu?

Konformālajai dzesēšanai ir nepieciešamas specializētas projektēšanas zināšanas, aditīvās ražošanas iespējas un rūpīga materiālu izvēle. Lai nodrošinātu ilgtermiņa veiktspēju un uzticamību, jāņem vērā arī apkopes apsvērumi, piemēram, ūdens kvalitāte un iespējama kanālu aizsērēšana.

9. Vai esošajās iesmidzināšanas veidņu konstrukcijās var ieviest konformālo dzesēšanu?

Jā, konformālo dzesēšanu bieži vien var integrēt, aizstājot atlasītus ieliktņus esošajās veidnēs. Tomēr iespējamība ir atkarīga no detaļas konstrukcijas, pieejamās vietas un izmaksu apsvērumiem. Pirms konformālās dzesēšanas risinājumu modernizēšanas ir nepieciešams veikt detalizētu tehnisko novērtējumu.