Конформное охлаждение при литье под давлением: сокращение времени цикла и повышение качества деталей.

Благодаря достижениям в области аддитивного производства изготовление сложных металлических вставок для охлаждающих каналов стало простым делом. Конформное охлаждение — это концепция проектирования в технологии литья под давлением, реализуемая с целью улучшения качества пластиковых деталей, снижения энергопотребления и производственных затрат.

Почему время охлаждения имеет значение при литье под давлением

Фон

Время охлаждения и выдержки вместе составляют около 50–75% от общего времени цикла в литье под давлением. Охлаждение является критически важным процессом для пресс-форм для литья пластмасс под давлением, влияя как на время цикла, так и на качество конечной детали. Существуют вероятные способы оптимизации общего времени охлаждения, которые приведут к прямой коммерческой выгоде за счет сокращения общего времени цикла и улучшения качества компонентов.

Охлаждение пресс-формы

По сути, литьевая форма действует как теплопередающий механизм. В процессе литья под давлением вся тепловая энергия расплавленного пластика отводится от формы охлаждающей средой. Температура формы очень важна, поскольку она контролирует скорость теплопередачи. К таким факторам относятся:

1. Конструкция каналов охлаждения
2. Охлаждающая жидкость средней степени охлаждения
3. Давление
4. Скорость потока

играют ключевую роль в поддержании постоянной температуры пресс-формы и обеспечении эффективной системы охлаждения.

Ограничения традиционных каналов охлаждения в литьевых формах

Внутри пресс-формы находятся стандартные традиционные каналы охлаждения, образованные путем сверления прямых пересекающихся отверстий; дополнительно добавляются заглушки и перегородки для направления потока воды туда, где необходимо охлаждение. Хотя эти традиционные каналы охлаждения служили своей цели много лет, это происходило за счет увеличения времени охлаждения и энергозатрат (давление воды и расход). Зачастую, в зависимости от конструкции детали и конструкции пресс-формы, эти каналы охлаждения оказываются неэффективными и не справляются с отводом тепла, что приводит к образованию зон перегрева.

Что такое конформное охлаждение и как оно работает?

Однако, благодаря развитию технологии литья под давлением, производители и конструкторы обнаружили преимущества в разработке охлаждающих каналов, которые точно соответствуют контурам поверхности вставок сердечника или полости, по сравнению с традиционными каналами, позволяющими охлаждать ближе к поверхности детали. Эта концепция конструкции известна как конформное охлаждение в технологии литья под давлением. Эффективность этой концепции способствует быстрому и равномерному охлаждению по всей поверхности отливки, что приводит к повышению качества пластиковых деталей, сокращению времени цикла литья и т. д.

Учитывая конструкцию пластиковых компонентов, конструктору оснастки необходимо оценить целесообразность включения конформного канала охлаждения, для изготовления которого потребуются специальные вставки, принимая во внимание сложность конструкции и проблемы, связанные с профилактическим обслуживанием.

Преимущества конформного охлаждения в литьевых формах

Сокращение времени цикла и повышение производительности.

Благодаря этой технологии можно оптимизировать положение и траекторию охлаждающих каналов, задав желаемый размер и форму поперечного сечения. Согласно исследованию, проведенному компанией Stratasys, конформное охлаждение может сократить время цикла производства откидных крышек до 40%, а также значительно улучшить качество деталей.

Сокращение времени охлаждения приводит к ускорению цикла, снижению энергопотребления и повышению качества компонентов.

Улучшенное качество деталей и стабильность размеров.

Вот несколько советов по улучшению качества деталей:

1. 1. Снижение деформации и коробления достигается за счет поддержания равномерного распределения температуры по всей поверхности вставок.
   2. Улучшенная чистота поверхности – за счет уменьшения вероятности образования горячих или холодных зон на поверхности пресс-формы, что может привести к более гладкой и однородной поверхности готовых пластиковых деталей.
   3. Повышенная точность размеров – Конформно охлаждаемые металлические вставки помогают уменьшить отклонения в размерах деталей, что приводит к получению пластиковых компонентов с более жесткими допусками и большей точностью размеров.

Роль аддитивного производства (DMLS) в конформном охлаждении

Технология аддитивного производства для конформного охлаждения

В настоящее время промышленность широко использует технологию прямого лазерного спекания металла (DMLS), также называемую селективным лазерным спеканием, для изготовления этих специальных конформных вставок для охлаждающих каналов. DMLS — это разновидность процесса аддитивного производства металла (AM). В этом процессе лазерно-плавкий металлический порошок наносится послойно для формирования желаемой формы охлаждающих каналов. Эта технология использует тот же принцип, что и стереолитография (SLA), процесс, широко используемый в технологии AM для производства пластиковых прототипов с использованием смолы, в то время как DMLS использует металлический порошок.

Крупный план процесса 3D-печати с использованием технологии прямого лазерного спекания металла для изготовления детализированной металлической механической детали с применением передовых производственных технологий.

Благодаря этой технологии можно оптимизировать положение и траекторию охлаждающих каналов, задав желаемый размер и форму поперечного сечения.

Применение в реальных условиях: пример корпуса с конформной системой охлаждения.

В данном случае мы перешли от традиционной конструкции охлаждающего канала к конформно охлаждаемым вставкам, поскольку столкнулись с проблемами усадки и работали с довольно большим временем охлаждения. Очевидно, что при традиционной конструкции линии охлаждения отвод тепла вблизи кругового контура стали был недостаточен из-за ограниченного пространства. Внедрение конформно охлаждающего канала в литниковой вставке позволило нам отводить тепло от горячих точек и наблюдать значительное сокращение времени охлаждения на 8 секунд.

Вопросы проектирования и технического обслуживания конформных охлаждающих каналов.

Ключевые факторы для конформно охлаждаемых вставок, изготовленных с использованием технологии аддитивного производства.

1. Варианты материалов

В настоящее время в промышленности существуют ограничения в выборе марок нержавеющей стали для изготовления конформно охлаждаемых вставок с использованием аддитивных технологий. Однако, благодаря инновациям в материалах, стало доступно более 32 различных сплавов, совместимых с технологией лазерного спекания. Их можно использовать в пресс-формах и вставках как в мелкосерийном, так и в крупносерийном производстве без ущерба для срока службы инструмента и гарантийного срока. Тем не менее, производители пресс-форм должны принимать дополнительные меры предосторожности во время эксплуатации и технического обслуживания.

2. Концептуальный дизайн

Многие программные платформы для проектирования, такие как Fusion 360 и другие, предоставляют широкий спектр функций, позволяющих разрабатывать регенеративные конструкции с минимальными затратами ресурсов и в соответствии с реальными условиями эксплуатации. Это демонстрирует удобство применения данной технологии как с точки зрения проектирования, так и производства. Такой подход к регенеративному проектированию может быть реализован в наших литьевых формах для соответствия форме конкретного элемента пластикового компонента. Эти концептуальные органические конструкции помогают отводить тепло из зон перегрева, тем самым сокращая время охлаждения.

3. Размер охлаждающего канала

В таблице ниже приведено краткое описание диапазона размеров и примечания, основанные на нашем опыте реализации проектов с использованием как традиционных, так и конформных каналов охлаждения.

Для обеспечения эффективных результатов при использовании канала конформного охлаждения формовщику необходимо соблюдать высокие стандарты качества воды. Хорошее качество воды означает низкое содержание общего количества растворенных твердых веществ (TDS) и уровень pH менее 8. Кроме того, формовщику следует установить специальный фильтрующий блок для литьевых форм с конформным охлаждением.

Наиболее распространенные проблемы, наблюдаемые при использовании систем конформного охлаждения, — это засорение водопроводных труб даже при соблюдении стандартов качества воды, что требует проведения дополнительных работ по очистке в рамках программы профилактического обслуживания.

Вывод: Стоит ли внедрять конформное охлаждение?

Внедрение конформного охлаждения в литьевые формы с использованием процесса лазерного спекания не заменяет существующий процесс изготовления пресс-форм, а дополняет его с точки зрения стоимости, качества и времени. В индустрии литья под давлением существует множество примеров, когда успешное внедрение конформного охлаждения с использованием технологии DMLS окупилось в короткие сроки и привело к дополнительной экономии за счет снижения процента брака.

Компания Efficient Innovations успешно реализовала проекты с использованием охлаждаемых конформным способом вставок, внедрив систематизированные процессы и обеспечив соблюдение всех соответствующих протоколов для минимизации рисков и повышения производительности оборудования наших клиентов.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое конформное охлаждение при литье под давлением?

Конформное охлаждение — это усовершенствованная конструкция системы охлаждения пресс-формы, при которой охлаждающие каналы повторяют контуры полости или сердечника пресс-формы. В отличие от традиционных каналов, просверленных прямыми отверстиями, конформные каналы имеют форму, позволяющую располагаться ближе к поверхности детали, что обеспечивает более быстрое и равномерное отведение тепла и улучшает характеристики пресс-формы.

2. Чем конформное охлаждение отличается от традиционных каналов охлаждения?

Традиционные каналы охлаждения просверливаются по прямым линиям и часто с трудом обеспечивают равномерное охлаждение сложных геометрических форм. Конформные каналы охлаждения, как правило, изготавливаемые с использованием аддитивных технологий, более точно повторяют форму детали, обеспечивая равномерный отвод тепла и минимизируя зоны перегрева внутри пресс-формы.

3. Почему конформное охлаждение важно для повышения эффективности работы литьевых форм?

Охлаждение занимает значительную часть времени цикла литья под давлением. Конформное охлаждение улучшает контроль температуры внутри пресс-формы, уменьшает тепловые дисбалансы и повышает общую эффективность. Это приводит к сокращению циклов, снижению энергопотребления, повышению производительности и более стабильному качеству деталей.

4. Каким образом конформное охлаждение помогает сократить время цикла?

Благодаря размещению охлаждающих каналов ближе к поверхности пресс-формы и зонам перегрева, конформное охлаждение ускоряет передачу тепла от расплавленного пластика. Более быстрое и равномерное охлаждение сокращает фазу охлаждения, что напрямую уменьшает общее время цикла и увеличивает производительность.

5. Какое влияние оказывает конформное охлаждение на качество деталей и точность размеров?

Равномерное распределение температуры уменьшает деформацию, усадку и внутренние напряжения. Это приводит к улучшению качества поверхности, более жестким допускам по размерам и большей однородности деталей. Конформное охлаждение помогает производителям получать компоненты более высокого качества с меньшим количеством брака и сокращением объема доработок.

6. Какие типы деталей, изготовленных методом литья под давлением, больше всего выигрывают от конформного охлаждения?

Детали со сложной геометрией, толстыми сечениями, глубокими сердечниками или круглыми элементами получают наибольшую выгоду от конформного охлаждения. В таких конструкциях обычно образуются неравномерные зоны нагрева, с которыми традиционное охлаждение с трудом справляется, что делает конформное охлаждение идеальным решением для высокоточных и высокопроизводительных применений.

7. Какова роль аддитивного производства в технологии конформного охлаждения?

Технологии аддитивного производства, такие как прямое лазерное спекание металла (DMLS), позволяют создавать сложные, повторяющие контуры охлаждающие каналы, которые невозможно просверлить традиционными методами. Такой подход к производству позволяет конструкторам оптимизировать расположение и геометрию каналов для достижения максимальной тепловой эффективности.

8. Существуют ли какие-либо проблемы или ограничения, связанные с конформным охлаждением?

Для конформного охлаждения требуются специальные знания в области проектирования, возможности аддитивного производства и тщательный выбор материалов. Также необходимо учитывать такие аспекты технического обслуживания, как качество воды и возможное засорение каналов, чтобы обеспечить долговременную производительность и надежность.

9. Можно ли внедрить конформное охлаждение в существующие конструкции пресс-форм для литья под давлением?

Да, конформное охлаждение часто можно интегрировать путем замены отдельных вставок в существующих пресс-формах. Однако осуществимость зависит от конструкции детали, доступного пространства и финансовых соображений. Перед внедрением решений для конформного охлаждения необходима подробная техническая оценка.