Optimální upínací síla při vstřikování plastů

Díky pokroku v aditivní výrobě se výroba složitých kovových vložek s chladicími kanály stala snadnou. Konformní chlazení, konstrukční koncept v technologii vstřikování plastů, implementovaný s cílem zlepšit kvalitu plastových dílů, snížit spotřebu energie a výrobní náklady.

Proč je při vstřikování plastů důležitá doba chlazení

Pozadí

Doba chlazení a výdrže dohromady tvoří přibližně 50–75 % celkové doby cyklu při vstřikování plastů. Chlazení je kritický proces pro vstřikovací formy na plasty, který ovlivňuje jak dobu cyklu, tak i kvalitu konečného dílu. Existují proveditelné způsoby, jak optimalizovat celkovou dobu chlazení, což by vedlo k přímému komerčnímu přínosu se zkrácením celkové doby cyklu a zlepšením kvality součásti.

Chlazení formy

Vstřikovací forma v zásadě funguje jako jednotka pro přenos tepla. Během vstřikování plastu je veškeré teplo nebo tepelná energie z plastové taveniny odváděna z formy chladicím médiem. Teplota formy je velmi důležitá, protože řídí rychlost přenosu tepla. Mezi faktory patří:

1. Návrh chladicího kanálu
2. Chladicí médium
3. Tlak
4. Průtok

hrají klíčovou roli v udržování konstantní teploty formy a v efektivním chladicím systému.

Omezení konvenčních chladicích kanálů ve vstřikovacích formách

Uvnitř formy se nacházejí standardní konvenční chladicí kanály, které jsou vytvořeny vyvrtáním otvorů v přímých liniích, které se vzájemně protínají. Další zátky a přepážky jsou přidány pro směrování proudění vody tam, kde je potřeba chlazení. Ačkoli tyto konvenční chladicí kanály sloužily svému účelu po mnoho let, za cenu vyšší doby chlazení a energie (tlak vody a průtok). V závislosti na konstrukci součásti a nástroji jsou tyto chladicí kanály mnohokrát neefektivní a nedokážou odvádět teplo, což vede ke vzniku horkých míst.

Co je konformní chlazení a jak funguje

S pokrokem v technologii vstřikování plastů však výrobci plastů a konstruktéři objevili výhody vývoje chladicích kanálů, které se ve srovnání s konvenčními kanály přesně přizpůsobí obrysům povrchu jádra nebo dutiny, což umožňuje chlazení blíže k povrchu dílu. Tato konstrukční koncepce je v technologii vstřikování plastů známá jako konformní chlazení. Účinnost této konstrukční koncepce pomáhá k rychlému a rovnoměrnému chlazení po celém povrchu formy, což vede k lepší kvalitě plastových dílů, kratším dobám lisovacích cyklů atd.

Vzhledem k návrhu plastových součástí musí konstruktér nástrojů vyhodnotit proveditelnost začlenění konformního chladicího kanálu, který vyžaduje výrobu speciálních vložek, a to s ohledem na složitost návrhu a výzvy, kterým čelí preventivní údržba.

Výhody konformního chlazení ve vstřikovacích formách

Zkrácení doby cyklu a zvýšení produktivity

Díky této technologii lze optimalizovat polohu a dráhu chladicích kanálů s požadovanou velikostí a tvarem průřezu. Podle studie provedené společností Stratasys může konformní chlazení zkrátit dobu cyklu uzávěrů Fliptop až o 40 % a zároveň výrazně zlepšit kvalitu dílů.

Kratší doba chlazení odpovídá rychlejšímu cyklu, spotřebovává méně energie a poskytuje kvalitnější komponenty.

Zlepšená kvalita dílů a rozměrová stabilita

Zde je několik tipů pro zlepšení kvality dílů:

1. Snižte deformaci a deformaci – udržováním rovnoměrného rozložení teploty v břitových destičkách.
2. Vylepšená povrchová úprava – snížením pravděpodobnosti vzniku horkých míst nebo studených míst na povrchu formy, což může vést k hladší a konzistentnější povrchové úpravě finálních plastových dílů.
3. Zlepšená rozměrová přesnost – Konformně chlazené kovové vložky pomáhají snižovat odchylky v rozměrech součástí, což vede k plastovým součástem s menšími tolerancemi a větší rozměrovou přesností.

Role aditivní výroby (DMLS) v konformním chlazení

Technologie aditivní výroby pro konformní chlazení

Průmysl nyní široce využívá techniky přímého laserového spékání kovů (DMLS), nazývaného také selektivní laserové spékání, k výrobě těchto speciálních vložek s konformním chladicím kanálem. DMLS je typ procesu aditivní výroby (AM) kovů.

 V tomto procesu se laserem tavitelný kovový prášek nanáší ve vrstvách, čímž se vytvoří požadovaný tvar chladicích kanálů. Tato technika využívá stejný princip jako stereolitografie (SLA), proces běžně používaný v technologii aditivní výroby, který vyrábí plastové prototypy pomocí pryskyřice, zatímco DMLS používá kovový prášek.

Detailní záběr na proces 3D tisku s využitím přímého laserového spékání kovů k výrobě detailních kovových mechanických součástek s využitím pokročilé výrobní technologie.

Díky této technologii lze optimalizovat polohu a dráhu chladicích kanálů s požadovanou velikostí a tvarem průřezu.

Reálná aplikace: Příklad případu konformní chladicí vložky

Zde jsme přešli z konvenčního chladicího kanálu na konformně chlazené vložky, protože jsme se potýkali s problémy se smršťováním a pracovali jsme s poměrně delší dobou chlazení. Z konvenčního chladicího potrubí je zřejmé, že odvod tepla v blízkosti kruhového obrysu oceli byl nedostatečný kvůli prostorovým omezením u tradičního přístupu. Implementací konformního chladicího kanálu u vtokové vložky jsme byli schopni odvádět teplo z horkých míst a pozorovali jsme výrazné zlepšení doby chlazení o 8 sekund.

Návrh a údržba konformních chladicích kanálů

Klíčové faktory pro konformně chlazené břitové destičky s technologií aditivní výroby

1. Možnosti materiálů

V dnešním průmyslu existují omezení, pokud jde o možnosti jakostí materiálů nerezové oceli dostupných pro výrobu konformně chlazených břitových destiček pomocí technologie aditivní výroby. S dalšími inovacemi v materiálech je však k dispozici více než 32 různých slitinových materiálů kompatibilních s technologií laserového spékání. Tyto materiály lze použít ve formách a břitových destičkách s nízkou až vysokou sérií výroby, aniž by to ohrozilo životnost nástroje a záruční dobu od výrobců nástrojů. Nicméně, lisovny musí během provozu a údržby přijímat dodatečná opatření.

2. Koncepční návrh

Mnoho softwarových platforem pro návrh, jako je Fusion 360 a další, nabízí širokou škálu funkcí, které vyvíjejí regenerativní návrh s minimálním namáháním a jsou vhodné pro reálné aplikace. To dokazuje, že realizace této technologie je pohodlná z hlediska návrhu i výroby. Takový regenerativní přístup k návrhu lze implementovat v našich vstřikovacích formách tak, aby odpovídal tvaru konkrétního prvku plastového dílu. Tyto koncepční organické návrhy pomáhají odvádět teplo z oblastí s vysokými teplotami, a tím zkracují dobu chlazení.

3. Velikost chladicího kanálu

Níže uvedená tabulka shrnuje obecný rozsah velikostí a poznámky vycházející z našich zkušeností s realizací projektů s konvenčním i konformním chladicím kanálem.

Pro dosažení efektivních výsledků konformního chladicího kanálu by měl mít lisovací stroj dobré standardy kvality vody. Dobrá kvalita vody znamená nízký obsah rozpuštěných pevných látek (TDS) a pH nižší než 8. Dále by měl lisovací stroj nasadit speciální filtrační jednotku pro vstřikovací formy s konformním chlazením.

Mezi běžné problémy patří ucpané vodovodní potrubí s konformním chlazením i při výše uvedených normách kvality vody, a proto je nutné během preventivního programu údržby provést dodatečné čisticí činnosti.

Závěr: Vyplatí se implementovat konformní chlazení?

Implementace konformního chlazení ve vstřikovacích formách pomocí výrobního procesu laserového spékání nenahrazuje stávající proces výroby forem, ale doplňuje ho z hlediska nákladů, kvality a času. V odvětví vstřikování plastů existuje mnoho příkladů, kdy se úspěšné zavedení konformního chlazení pomocí technologie DMLS zaplatilo v krátké době a přineslo další úspory díky nižší míře zmetkovitosti.

Společnost Efficient Innovations úspěšně pracovala na projektech s konformně chlazenými vložkami, zavedla systematické procesy a zajistila dodržování všech příslušných protokolů s cílem minimalizovat rizika a zlepšit výkonnost aktiv našich klientů.

Často kladené otázky

1. Co je konformní chlazení při vstřikování plastů?

Konformní chlazení je pokročilá konstrukce chlazení formy, kde chladicí kanály kopírují obrysy dutiny nebo jádra formy. Na rozdíl od tradičních přímo vrtaných kanálů jsou konformní kanály tvarovány tak, aby zůstaly blíže k povrchu součásti, což umožňuje rychlejší a rovnoměrnější odvod tepla a lepší výkon formy.

2. Jak se konformní chlazení liší od konvenčních chladicích kanálů?

Konvenční chladicí kanály se vrtají v přímých liniích a často se potýkají s rovnoměrným chlazením složitých geometrií. Konformní chladicí kanály, obvykle vyráběné pomocí aditivní výroby, přesněji kopírují tvar dílu, čímž zajišťují konzistentní odvod tepla a minimalizují přehřátá místa ve formě.

3. Proč je konformní chlazení důležité pro výkon vstřikovací formy?

Chlazení tvoří významnou část doby cyklu vstřikování plastů. Konformní chlazení zlepšuje regulaci teploty ve formě, snižuje tepelnou nerovnováhu a zvyšuje celkovou účinnost. To má za následek kratší cykly, nižší spotřebu energie, vyšší produktivitu a konzistentnější kvalitu dílů.

4. Jak konformní chlazení pomáhá zkrátit dobu cyklu?

Umístěním chladicích kanálů blíže k povrchu formy a horkým místům konformní chlazení urychluje přenos tepla z roztaveného plastu. Rychlejší a rovnoměrnější chlazení zkracuje fázi chlazení, což přímo snižuje celkovou dobu cyklu a zvyšuje výrobní výkon.

5. Jaký vliv má konformní chlazení na kvalitu dílu a rozměrovou přesnost?

Rovnoměrné rozložení teploty snižuje deformaci, smrštění a vnitřní pnutí. To vede ke zlepšené povrchové úpravě, přesnějším rozměrovým tolerancím a větší konzistenci dílů. Konformní chlazení pomáhá výrobcům dosahovat vyšší kvality součástí s menším počtem zmetků a menším počtem oprav.

6. Které typy vstřikovaných dílů nejvíce těží z konformního chlazení?

Největší prospěch z konformního chlazení mají díly se složitou geometrií, tlustými průřezy, hlubokými jádry nebo kruhovými prvky. Tyto konstrukce obvykle vytvářejí nerovnoměrné tepelné zóny, které si konvenční chlazení obtížně poradí, což činí konformní chlazení ideálním pro přesné a vysoce výkonné aplikace.

7. Jakou roli hraje aditivní výroba v technologii konformního chlazení?

Technologie aditivní výroby, jako je přímé laserové spékání kovů (DMLS), umožňují vytváření složitých chladicích kanálů kopírujících obrysy, které nelze konvenčně vrtat. Tento výrobní přístup umožňuje konstruktérům optimalizovat umístění a geometrii kanálů pro maximální tepelnou účinnost.

8. Existují nějaké problémy nebo omezení spojená s konformním chlazením?

Konformní chlazení vyžaduje specializované konstrukční znalosti, možnosti aditivní výroby a pečlivý výběr materiálů. Pro zajištění dlouhodobého výkonu a spolehlivosti je nutné zohlednit i aspekty údržby, jako je kvalita vody a potenciální ucpávání kanálů.

9. Lze konformní chlazení implementovat do stávajících konstrukcí vstřikovacích forem?

Ano, konformní chlazení lze často integrovat výměnou vybraných vložek ve stávajících formách. Proveditelnost však závisí na konstrukci dílu, dostupném prostoru a nákladových aspektech. Před dodatečnou montáží konformních chlazení je nezbytné podrobné technické vyhodnocení.