Ключови изводи
- Отчитане на времето за охлаждане и задържане 50–75% от общото време на цикъла, което прави оптимизацията на охлаждането най-важния лост за производителността на шприцването.
- Конвенционални право пробити канали често не успяват да охладят сложни геометрии равномерно, което води до прегряващи точки, по-дълги цикли и лошо качество на детайлите.
- Конформни охлаждащи канали Следвайте контурите на матрицата, като позиционирате охлаждането по-близо до повърхността на детайла за по-бързо и по-равномерно отвеждане на топлината.
- DMLS (Директно метално лазерно синтероване) позволява сложните геометрии на каналите, необходими за конформно охлаждане, което не може да се постигне чрез конвенционално пробиване.
- Доказаните резултати включват намаляване на времето за цикъл на до 40%, заедно с подобрения в деформацията, повърхностната обработка и точността на размерите.
- Конформно охлаждане допълва съществуващото производство на матрици и обикновено се изплаща бързо, но изисква внимателно управление на качеството на водата и превантивна поддръжка, за да работи надеждно.
С напредъка в адитивното производство, изработването на сложни метални вложки за охлаждащи канали стана лесно. Конформното охлаждане е дизайнерска концепция в технологията за шприцване, внедрена с цел подобряване на качеството на пластмасовите части, намаляване на консумацията на енергия и производствените разходи.
Защо времето за охлаждане е важно при шприцване
Предистория
Охлаждането и времето за задържане заедно съставляват около 50–75% от общото време на цикъла при шприцването. Охлаждането е критичен процес за пластмасовите шприцформи, който влияе както върху времето на цикъла, така и върху качеството на крайния детайл. Съществуват правдоподобни начини за оптимизиране на общото време за охлаждане, което би довело до пряка търговска полза с намалено общо време на цикъла и подобрено качество на компонентите.
Охлаждане на матрицата
По принцип, шприцформата действа като топлопреносна единица. По време на шприцването, цялата топлина или топлинна енергия от пластмасовата стопилка се отвежда от формата от охлаждащата среда. Температурата на формата е много важна, тъй като контролира скоростта на топлопренос. Фактори като:
- Дизайн на охлаждащия канал
- Охлаждаща течност
- Налягане
- Дебит
играят ключова роля за поддържане на постоянна температура на матрицата и за осигуряване на ефективна охладителна система.
Ограничения на конвенционалните охлаждащи канали в шприцформите
Вътре в матрицата има стандартни конвенционални охлаждащи канали, които се образуват чрез пробиване на отвори по прави линии, пресичащи се помежду си. Допълнителни запушалки и прегради се добавят за насочване на потока вода там, където е необходимо охлаждане. Въпреки че тези конвенционални охлаждащи канали са служили на целта си в продължение на толкова години, това е било за сметка на по-голямо време за охлаждане и енергия (водно налягане и дебит). Много пъти, в зависимост от дизайна на компонента и дизайна на инструмента, тези охлаждащи канали са неефективни и не успяват да отведат топлината, което води до образуването на горещи точки.
Какво е конформно охлаждане и как работи
Въпреки това, с напредъка в технологията за шприцване, производителите на шприц-форми и дизайнерите откриха предимствата при разработването на охлаждащи канали, които съответстват плътно на контурите на повърхността на сърцевината или кухините в сравнение с конвенционалните канали, позволявайки охлаждане по-близо до повърхността на детайла. Тази дизайнерска концепция е известна като конформно охлаждане в IM технологията. Ефективността на тази дизайнерска концепция спомага за бързото и равномерно охлаждане по цялата повърхност на формоването, което води до по-добро качество на пластмасовите части, по-кратки цикли на формоване и др.
Като се има предвид дизайнът на пластмасовия компонент, конструкторът на инструменти трябва да оцени възможността за включване на конформен охлаждащ канал, който изисква производството на специални вложки, като се има предвид сложността на дизайна и предизвикателствата, пред които е изправена превантивната поддръжка.
Предимства на конформното охлаждане в шприцформите
Намаляване на времето за цикъл и повишаване на производителността
С тази технология, позицията и пътят на охлаждащите канали могат да бъдат оптимизирани с желания размер и форма на напречното сечение. Според проучване, проведено от Stratasys, конформното охлаждане може да намали времето на цикъла за капачки Fliptop с до 40%, заедно със значителни подобрения в качеството на детайлите.
По-краткото време за охлаждане е еквивалентно на по-бързо време на цикъла, използва по-малко енергия и осигурява по-качествени компоненти.
Подобрено качество на детайлите и размерна стабилност
Ето няколко насоки за подобряване на качеството на частите:
- Намалете изкривяването и деформацията – чрез поддържане на равномерно разпределение на температурата в целия материал.
- Подобрено повърхностно покритие – чрез намаляване на вероятността от поява на горещи или студени точки по повърхността на матрицата, което може да доведе до по-гладко и по-равномерно покритие на крайните пластмасови части.
- Подобрена точност на размерите – Конформно охладените метални вложки спомагат за намаляване на вариациите в размерите на частите, което води до пластмасови компоненти с по-строги допуски и по-голяма точност на размерите.
Роля на адитивното производство (DMLS) в конформното охлаждане
Технология за адитивно производство за конформно охлаждане
Промишлеността вече широко възприема техники за директно лазерно синтероване на метал (DMLS), наричано още селективно лазерно синтероване, за производството на тези специални конформни вложки за охлаждащи канали. DMLS е вид процес на адитивно производство (AM) на метал.
В този процес, лазерно разтопяем метален прах се натрупва на слоеве, за да се образува желаната форма на охлаждащите канали. Тази техника използва същия принцип като стереолитографията (SLA), процес, често използван в AM технологията, който произвежда пластмасови прототипи с помощта на смола, докато DMLS използва метален прах.
Едър план на процес на 3D печат, използващ директно метално лазерно синтероване за изработване на детайлна метална механична част с помощта на усъвършенствана производствена технология.
С тази технология, позицията и пътят на охлаждащите канали могат да бъдат оптимизирани с желания размер и форма на напречното сечение.
Приложение в реалния свят: Пример за конформно охлаждане
Тук преминахме от конвенционален дизайн на охлаждащ канал към конформно охлаждани вложки, тъй като се сблъскахме с предизвикателства, свързани със свиването, и работехме с доста по-дълго време за охлаждане. От конвенционалния дизайн на охлаждащата линия става ясно, че отвеждането на топлина близо до кръговия контур на стоманата е било недостатъчно поради ограниченията на пространството при традиционния подход. Чрез прилагане на конформен дизайн на охлаждащ канал при вложката на затвора, успяхме да отведем топлината от горещите точки и наблюдавахме значително подобрение във времето за охлаждане с 8 секунди.
Съображения за проектиране и поддръжка на конформни охлаждащи канали
Ключови фактори за конформно охлаждани пластини, използващи AM технология
1. Материални опции
В днешната индустрия съществуват ограничения по отношение на възможностите за избор на марки неръждаеми сплави (SS), налични за производство на конформно охлаждани вложки, използващи AM технология. Въпреки това, с повече иновации в материалите, се появиха над 32 различни легиращи материала, съвместими с технологията за лазерно синтероване. Те могат да се използват във форми и вложки с производствени серии с малък до голям обем, без да се прави компромис с живота на инструмента и гаранционния срок от производителите на инструменти. Въпреки това, производителите на формовъчни машини трябва да вземат допълнителни предпазни мерки по време на работа и изискванията за поддръжка.
2. Концептуален дизайн
Много софтуерни платформи за проектиране, като Fusion 360 и други, предоставят голямо разнообразие от функции, които разработват регенеративен дизайн с минимално напрежение и са подходящи за реални приложения. Това показва, че изпълнението на тази технология е удобно от гледна точка на проектиране и производство. Такъв подход към регенеративния дизайн може да бъде внедрен в нашите шприцформи, за да съответства на формата на определена характеристика на пластмасовия компонент. Тези концептуални органични дизайни помагат за извличане на топлина от горещите точки и по този начин намаляват времето за охлаждане.
3. Размер на охлаждащия канал
Таблицата по-долу обобщава общия диапазон на размерите и забележките, базирани на нашия опит в изпълнението на проекти както с конвенционални, така и с конформни охлаждащи канали.
За да се постигнат ефективни резултати при конформния охлаждащ канал, формовъчната машина трябва да има добри стандарти за качество на водата. Доброто качество на водата означава ниско TDS (общо разтворени твърди вещества) и pH под 8. Освен това, формовъчната машина трябва да използва специален филтърен блок за шприцформите с конформно охлаждане.
Често срещаните проблеми са запушени водопроводи с конформно охлаждане дори при горепосочените стандарти за качество на водата и следователно е необходимо да се извършат допълнителни дейности по почистване по време на програмата за превантивна поддръжка.
Заключение: Струва ли си да се внедри конформно охлаждане?
Внедряването на конформно охлаждане в шприцформи, използващи производствения процес на лазерно синтероване, не замества съществуващия процес на производство на матрици, а го допълва по отношение на цена, качество и време. Има много примери в индустрията за шприцване, където успешното внедряване на конформно охлаждане, използващо DMLS технология, се е изплатило за кратък период от време и е довело до допълнителни икономии от по-ниски нива на брак.
„Ефективни иновации“ успешно е работила по проекти с конформно охлаждани вложки, като е внедрила систематични процеси и е осигурила спазване на всички съответни протоколи за минимизиране на рисковете и подобряване на производителността на активите на нашите клиенти.
Често задавани въпроси
1. Какво е конформно охлаждане при шприцване?
Конформното охлаждане е усъвършенстван дизайн за охлаждане на матрицата, при който охлаждащите канали следват контурите на кухината или сърцевината на матрицата. За разлика от традиционните право пробити канали, конформните канали са оформени така, че да останат по-близо до повърхността на детайла, което позволява по-бързо и по-равномерно отвеждане на топлината и подобрена производителност на матрицата.
2. По какво се различава конформното охлаждане от конвенционалните охлаждащи канали?
Конвенционалните охлаждащи канали се пробиват по прави линии и често се затрудняват да охлаждат сложни геометрии равномерно. Конформните охлаждащи канали, обикновено произведени чрез адитивно производство, следват формата на детайла по-точно, осигурявайки постоянно отвеждане на топлината и минимизирайки горещите точки във формата.
3. Защо конформното охлаждане е важно за производителността на шприцформата?
Охлаждането представлява значителна част от времето на цикъла на шприцване. Конформното охлаждане подобрява контрола на температурата във формата, намалява термичните дисбаланси и повишава общата ефективност. Това води до по-кратки цикли, по-ниска консумация на енергия, подобрена производителност и по-постоянно качество на детайлите.
4. Как конформното охлаждане помага за намаляване на времето на цикъла?
Чрез позициониране на охлаждащите канали по-близо до повърхността на матрицата и горещите точки, конформното охлаждане ускорява преноса на топлина от разтопената пластмаса. По-бързото и по-равномерно охлаждане скъсява фазата на охлаждане, което директно намалява общото време на цикъла и увеличава производствения капацитет.
5. Какво влияние оказва конформното охлаждане върху качеството на детайлите и точността на размерите?
Равномерното разпределение на температурата намалява деформацията, свиването и вътрешните напрежения. Това води до подобрено качество на повърхността, по-строги размерни допуски и по-голяма консистенция на детайлите. Конформното охлаждане помага на производителите да постигнат по-висококачествени компоненти с по-малко брак и намалена повторна обработка.
6. Кои видове шприцвани части се възползват най-много от конформното охлаждане?
Части със сложна геометрия, дебели сечения, дълбоки сърцевини или кръгли елементи се възползват най-много от конформното охлаждане. Тези конструкции обикновено създават неравномерни топлинни зони, с които конвенционалното охлаждане трудно се справя, което прави конформното охлаждане идеално за прецизни и високопроизводителни приложения.
7. Каква роля играе адитивното производство в технологията за конформно охлаждане?
Технологиите за адитивно производство, като например директно метално лазерно синтероване (DMLS), позволяват създаването на сложни, следващи контура охлаждащи канали, които не могат да бъдат пробити по конвенционален начин. Този производствен подход позволява на дизайнерите да оптимизират разположението и геометрията на каналите за максимална термична ефективност.
8. Има ли някакви предизвикателства или ограничения, свързани с конформното охлаждане?
Конформното охлаждане изисква специализиран експертен опит в проектирането, възможности за адитивно производство и внимателен подбор на материали. Съображения за поддръжка, като например качество на водата и потенциално запушване на каналите, също трябва да се управляват, за да се осигури дългосрочна производителност и надеждност.
9. Може ли конформно охлаждане да се приложи в съществуващи конструкции на шприцформи?
Да, конформното охлаждане често може да се интегрира чрез подмяна на избрани вложки в съществуващи форми. Възможността обаче зависи от дизайна на детайла, наличното пространство и ценовите съображения. Преди модернизирането на решения за конформно охлаждане е от съществено значение да се направи подробна техническа оценка.
