Ключові висновки
- Враховується час охолодження та витримки 50–75% загального часу циклу, що робить оптимізацію охолодження найвпливовішим важелем підвищення продуктивності лиття під тиском.
- Звичайні швелери з прямим бурінням часто не можуть рівномірно охолоджувати складні геометрії, що призводить до утворення гарячих точок, збільшення тривалості циклу та низької якості деталей.
- Конформні охолоджувальні канали слідувати контурам форми, розміщуючи охолодження ближче до поверхні деталі для швидшого та рівномірнішого відведення тепла.
- DMLS (пряме лазерне спікання металу) дозволяє створювати складні геометрії каналів, необхідні для конформного охолодження, чого неможливо досягти за допомогою звичайного свердління.
- Доведені результати включають скорочення часу циклу до 40%, а також покращення деформації, обробки поверхні та точності розмірів.
- Конформне охолодження доповнює існуюче виробництво прес-форм і зазвичай швидко окупається, але для надійної роботи вимагає ретельного управління якістю води та профілактичного обслуговування.
Завдяки розвитку адитивного виробництва, виготовлення складних металевих вставок для каналів охолодження стало простим. Конформне охолодження – це конструктивна концепція в технології лиття під тиском, що реалізується з метою покращення якості пластикових деталей, зниження споживання енергії та виробничих витрат.
Чому час охолодження важливий при лиття під тиском
Передісторія
Охолодження та час витримки разом становлять близько 50–75% від загального часу циклу лиття під тиском. Охолодження є критично важливим процесом для пластикових ливарних форм, який впливає як на час циклу, так і на якість кінцевої деталі. Існують правдоподібні способи оптимізації загального часу охолодження, що призведе до прямої комерційної вигоди завдяки скороченню загального часу циклу та покращенню якості компонентів.
Охолодження прес-форми
По суті, ливарна форма діє як теплообмінник. Під час лиття під тиском все тепло або теплова енергія від розплаву пластику відводиться від форми охолоджувальним середовищем. Температура форми дуже важлива, оскільки вона контролює швидкість теплопередачі. Такі фактори, як:
- Конструкція охолоджувального каналу
- Охолоджувальне середовище
- Тиск
- Швидкість потоку
відіграють ключову роль у підтримці постійної температури форми та наявності ефективної системи охолодження.
Обмеження звичайних каналів охолодження у формах для лиття під тиском
Усередині форми є стандартні канали охолодження, які формуються шляхом свердління отворів по прямих лініях, що перетинаються одна з одною, до яких додаються додаткові заглушки та перегородки для направляючого потоку води там, де потрібне охолодження. Хоча ці звичайні канали охолодження служили своїй меті протягом багатьох років, але це призводило до збільшення часу охолодження та витрат енергії (тиску води та витрати). Часто, залежно від конструкції деталі та її інструменту, ці канали охолодження є неефективними та не відводять тепло, що призводить до утворення гарячих точок.
Що таке конформне охолодження та як воно працює
Однак, з розвитком технології лиття під тиском, формовці та конструктори виявили переваги у розробці каналів охолодження, які точно відповідають контурам поверхні сердечника або вставок порожнини порівняно зі звичайними каналами, що дозволяє охолоджувати ближче до поверхні деталі. Ця конструктивна концепція відома як конформне охолодження в технології IM. Ефективність цієї конструктивної концепції допомагає швидко та рівномірно охолоджувати по всій поверхні лиття, що призводить до кращої якості пластикових деталей, скорочення циклу лиття тощо.
Розглядаючи конструкцію пластикового компонента, розробнику інструменту необхідно оцінити доцільність включення конформного охолоджувального каналу, який потребує виготовлення спеціальних вставок, враховуючи складність конструкції та проблеми, з якими стикається профілактичне обслуговування.
Переваги конформного охолодження у формах для лиття під тиском
Скорочення часу циклу та підвищення продуктивності
Завдяки цій технології положення та шлях каналів охолодження можна оптимізувати з бажаним розміром та формою поперечного перерізу. Згідно з дослідженням, проведеним Stratasys, конформне охолодження може скоротити час циклу для кришок Fliptop до 40%, а також значно покращити якість деталей.
Менший час охолодження еквівалентний швидшому циклу, споживанню меншої енергії та забезпеченню кращої якості компонентів.
Покращена якість деталей та стабільність розмірів
Ось кілька порад щодо покращення якості деталей:
-
- Зменшення деформації та викривлення – шляхом підтримки рівномірного розподілу температури по всіх вставках.
- Покращена обробка поверхні – шляхом зменшення ймовірності появи гарячих або холодних точок на поверхні форми, що може призвести до більш гладкої та однорідної обробки готових пластикових деталей.
- Підвищена точність розмірів – конформно охолоджені металеві вставки допомагають зменшити варіації розмірів деталей, що призводить до виготовлення пластикових компонентів з жорсткішими допусками та більшою точністю розмірів.
-
Роль адитивного виробництва (DMLS) у конформному охолодженні
Технологія адитивного виробництва для конформного охолодження
Промисловість зараз широко застосовує методи прямого лазерного спікання металу (DMLS), також відомі як селективне лазерне спікання, для виготовлення цих спеціальних вставок конформних каналів охолодження. DMLS – це тип процесу адитивного виробництва (AM) металу. У цьому процесі лазерно-плавкий металевий порошок наноситься шарами, формуючи бажану форму каналів охолодження. Ця техніка використовує той самий принцип, що й стереолітографія (SLA), процес, який зазвичай використовується в технології AM, що дозволяє виготовляти пластикові прототипи з використанням смоли, тоді як DMLS використовує металевий порошок.
Крупний план процесу 3D-друку з використанням прямого лазерного спікання металу для виготовлення детальної металевої механічної деталі за допомогою передової технології виробництва.
Завдяки цій технології положення та шлях охолоджувальних каналів можна оптимізувати з бажаним розміром та формою поперечного перерізу.
Реальне застосування: Приклад корпусу конформного охолодження
Тут ми перейшли від традиційної конструкції каналу охолодження до конформно охолоджуваних вставок, оскільки зіткнулися з проблемою усадки та працювали з досить довшим часом охолодження. З традиційної конструкції лінії охолодження видно, що відведення тепла поблизу кругового контуру сталі було недостатнім через обмеження простору при традиційному підході. Завдяки застосуванню конформного каналу охолодження на вставці затвора, ми змогли відводити тепло від гарячих точок і спостерігали значне покращення часу охолодження на 8 секунд.
Міркування щодо проектування та обслуговування конформних охолоджувальних каналів
Ключові фактори для конформно охолоджуваних вставок з використанням технології аддитивного виробництва
1. Варіанти матеріалів
У сучасній промисловості існують обмеження щодо вибору марок матеріалів з нержавіючої сталі, доступних для виготовлення конформно охолоджуваних вставок з використанням технології адитивного виробництва. Однак, завдяки зростанню інновацій у матеріалах стало доступно понад 32 різних легованих матеріали, сумісних з технологією лазерного спікання. Їх можна використовувати у формах та вставках для малосерійного та великосерійного виробництва без шкоди для терміну служби інструменту та гарантійного терміну від виробників інструментів. Тим не менш, формовці повинні вживати додаткових запобіжних заходів під час експлуатації та виконання вимог щодо технічного обслуговування.
2. Концептуальний дизайн
Багато платформ програмного забезпечення для проектування, таких як Fusion 360 та інші, надають широкий спектр функцій, що дозволяють розробляти регенеративне проектування з мінімальним навантаженням та придатні для реального застосування. Це демонструє зручність реалізації цієї технології з точки зору проектування та виробництва. Такий підхід до регенеративного проектування може бути реалізований у наших ливарних формах, щоб відповідати формі певної деталі пластикового компонента. Ці концептуальні органічні конструкції допомагають відводити тепло від гарячих точок, тим самим скорочуючи час охолодження.
3. Розмір охолоджувального каналу
У таблиці нижче наведено загальний діапазон розмірів та зауваження, засновані на нашому досвіді реалізації проектів як зі звичайними, так і з конформними каналами охолодження.
Для ефективного використання конформного охолоджувального каналу, для досягнення ефективних результатів, формувальна установка повинна мати хороші стандарти якості води. Хороша якість води означає низький вміст розчинених твердих речовин (TDS) та рівень pH менше 8. Крім того, формувальна установка повинна використовувати спеціальний фільтрувальний блок для лиття під тиском з конформним охолодженням.
Поширеними проблемами, що спостерігаються, є засмічення водопроводів з належним охолодженням навіть за вищезазначених стандартів якості води, що призводить до необхідності впровадження додаткових заходів з очищення під час програми профілактичного обслуговування.
Висновок: Чи варто впроваджувати конформне охолодження?
Впровадження конформного охолодження у ливарних формах за допомогою процесу лазерного спікання не замінює існуючий процес виготовлення ливарних форм, а доповнює його з точки зору вартості, якості та часу. Існує багато прикладів у галузі лиття під тиском, коли успішне впровадження конформного охолодження з використанням технології DMLS окупилося за короткий проміжок часу та забезпечило додаткову економію завдяки зниженню рівня браку.
Компанія «Efficient Innovations» успішно працювала над проектами з використанням конформно охолоджуваних вставок, впровадивши систематичні процеси та забезпечивши дотримання всіх відповідних протоколів для мінімізації ризиків та підвищення продуктивності активів наших клієнтів.
Найчастіші запитання
1. Що таке конформне охолодження при лиття під тиском?
Конформне охолодження – це вдосконалена конструкція охолодження форми, де охолоджувальні канали повторюють контури порожнини або осердя форми. На відміну від традиційних прямовисверлених каналів, конформні канали мають форму, ближчу до поверхні деталі, що забезпечує швидше та рівномірніше відведення тепла та покращує продуктивність форми.
2. Чим конформне охолодження відрізняється від звичайних каналів охолодження?
Звичайні канали охолодження свердляться по прямих лініях і часто мають труднощі з рівномірним охолодженням складних геометрій. Конформні канали охолодження, зазвичай виготовлені за допомогою адитивного виробництва, точніше повторюють форму деталі, забезпечуючи рівномірне відведення тепла та мінімізуючи гарячі точки всередині форми.
3. Чому конформне охолодження важливе для продуктивності ливарної форми?
Охолодження становить значну частину циклу лиття під тиском. Конформне охолодження покращує контроль температури всередині форми, зменшує теплові дисбаланси та підвищує загальну ефективність. Це призводить до скорочення циклів, зниження споживання енергії, підвищення продуктивності та стабільнішої якості деталей.
4. Як конформне охолодження допомагає скоротити час циклу?
Розташовуючи охолоджувальні канали ближче до поверхні форми та гарячих точок, конформне охолодження прискорює передачу тепла від розплавленого пластику. Швидше та рівномірніше охолодження скорочує фазу охолодження, що безпосередньо зменшує загальний час циклу та збільшує виробничу продуктивність.
5. Який вплив має конформне охолодження на якість деталі та точність розмірів?
Рівномірний розподіл температури зменшує деформацію, усадку та внутрішні напруження. Це призводить до покращеної якості поверхні, жорсткіших допусків на розміри та більшої узгодженості деталей. Конформне охолодження допомагає виробникам досягати вищої якості компонентів з меншою кількістю браку та зменшенням кількості повторної обробки.
6. Які типи деталей, виготовлених литтям під тиском, найбільше виграють від конформного охолодження?
Деталі зі складною геометрією, товстими перерізами, глибокими серцевинами або круглими елементами отримують найбільшу користь від конформного охолодження. Ці конструкції зазвичай створюють нерівномірні зони нагрівання, з якими звичайне охолодження важко впоратися, що робить конформне охолодження ідеальним для точних та високопродуктивних застосувань.
7. Яку роль відіграє адитивне виробництво в технології конформного охолодження?
Технології адитивного виробництва, такі як пряме лазерне спікання металу (DMLS), дозволяють створювати складні контурні канали охолодження, які неможливо просвердлити традиційними методами. Такий підхід до виробництва дозволяє конструкторам оптимізувати розміщення та геометрію каналів для максимальної теплової ефективності.
8. Чи існують якісь проблеми або обмеження, пов’язані з конформним охолодженням?
Конформне охолодження вимагає спеціалізованих знань у галузі проектування, можливостей адитивного виробництва та ретельного вибору матеріалів. Також необхідно враховувати такі аспекти технічного обслуговування, як якість води та потенційне засмічення каналів, щоб забезпечити довгострокову продуктивність та надійність.
9. Чи можна впровадити конформне охолодження в існуючі конструкції прес-форм?
Так, конформне охолодження часто можна інтегрувати, замінивши вибрані вставки в існуючих формах. Однак доцільність залежить від конструкції деталі, доступного простору та вартісних міркувань. Перед модернізацією рішень конформного охолодження важливо провести детальну технічну оцінку.
