Kādi ir galvenie iesmidzināšanas veidņu dzesēšanas sistēmas dizaina punkti?

Vairumā ražošanas darbību dzesēšana veido aptuveni 50–70% no kopējā iesmidzināšanas formēšanas cikla laika. Uzpildīšana aizņem sekundes; dzesēšana prasa daudz ilgāku laiku. Ja jūsu cikla laiks ir 30 sekundes, 15–21 sekunde ir veltīta daļas dzesēšanai līdz temperatūrai, kurā to var droši izmest bez traucējumiem.

Šī proporcija padara dzesēšanu par vienu lielāko cikla laika samazināšanas sviru. Dzesēšanas efektivitātes uzlabojums par 20% tieši nozīmē kopējā cikla laika samazināšanos par 10–14% - nozīmīgs produktivitātes pieaugums, kas ievērojami palielinās pie lieliem ražošanas apjomiem.

Pēc cikla laika sliktas dzesēšanas sekas ir ievērojamas. Nevienmērīga dzesēšana rada temperatūras gradientus pāri daļai, tai sacietējot. Tā kā plastmasa atdziestot saraujas, vietas, kas atdziest ātrāk, saraujas agrāk un vēl lielākā mērā, pirms to var kompensēt zonas, kas joprojām ir karstas. Šī diferenciālā saraušanās ir galvenais mehānisms aiz deformācijas, iegrimes pēdām un atlikušā sprieguma - defektiem, kas rodas dzesēšanas stadijā, pat ja tie neizskatās pēc dzesēšanas problēmām.

2019. gada pētījums, kas publicētsRažošanas procesu žurnālskonstatēja, ka nevienmērīgs veidņu temperatūras sadalījums izraisīja deformāciju aptuveni 67% pētīto gadījumu - vairāk nekā jebkurš cits atsevišķas konstrukcijas mainīgais lielums, tostarp vārtu atrašanās vieta un blīvējuma spiediens.

Kanāla diametrs un augstums

Dzesēšanas kanālu diametrs un to atstatums no centra -līdz-centram ir jebkura dzesēšanas ķēdes dizaina sākumpunkts. Nozares vadlīnijas iesaka:

Kanāla diametrs: parasti 8–12 mm standarta veidnēm. Mazāks diametrs (6–8 mm) ir piemērots mazām veidnēm vai cieši ierobežotām vietām; lielāki diametri (12–16 mm) parādās lielās rūpnieciskās vai automobiļu veidnēs.

Solis (attālums no centra-līdz-centram): parasti 2–3 reizes lielāks par kanāla diametru. 10 mm kanāls parasti ir jānovieto 20–30 mm centros.

Šo proporciju mērķis ir pietiekami vienmērīga siltuma ekstrakcija visā dobuma virsmā. Ja kanāli ir izvietoti pārāk plaši, starp tiem veidojas karstie punkti - apgabali, kas paliek karstāki par apkārtējo dobuma sienu un rada atšķirīgus dzesēšanas gradientus, kas izraisa deformāciju.

Attālums no dzesēšanas kanāla līdz dobuma virsmai

Attālums no dzesēšanas kanāla viduslīnijas līdz tuvākajai dobuma virsmai nosaka, cik efektīvi siltums plūst no plastmasas daļas caur tēraudu uz dzesēšanas šķidrumu. Standarta ieteikums ir, ka šim attālumam jābūt aptuveni 1–1,5 reizes lielākam par kanāla diametru.

10 mm kanālam dobuma virsmai jābūt 10–15 mm no kanāla viduslīnijas. Ciešāka novietošana palielina dzesēšanas ātrumu, bet samazina tērauda strukturālo integritāti starp kanālu un dobumu; tālāka izvietošana samazina dzesēšanas efektivitāti un rada termiskos gradientus.

Šis līdzsvars ir īpaši svarīgsMotora zobratu iesmidzināšanas veidnekonstrukcijas, kur zobratu zobu un centrālās rumbas sarežģītā ģeometrija rada apgabalus, kuriem nepieciešama dzesēšana, dažādos attālumos no serdes un dobuma virsmām.

Dzesēšanas šķidruma plūsmas ātrums, turbulence un Reinoldsa skaitlis

Šis ir visbiežāk aizmirstais punkts: nepietiek tikai pareizi novietot kanālus - dzesēšanas šķidrumam caur tiem jāplūst pietiekamā ātrumā, lai radītu turbulentu plūsmu.

Turbulentā plūsma -, ko raksturo Reinoldsa skaitlis virs 4,000 - pārnes siltumu aptuveni trīs līdz piecas reizes efektīvāk nekā laminārā plūsma ar tādu pašu tilpuma plūsmas ātrumu. Lielākā daļa dzesēšanas kanālu konstrukciju paredz turbulentu plūsmu, taču praksē kanāli, kas ir pārāk gari, pārāk šauri vai tiek baroti ar mazizmēra padeves līnijām, bieži darbojas laminārās vai pārejas plūsmas režīmos, ievērojami samazinot to efektivitāti.

Katrs dzesēšanas kontūrs jāprojektē, ņemot vērā kopējo spiediena kritumu un plūsmas ātrumu. Plūsmas ierobežotāji, sērijveida un paralēlās konfigurācijas un ieplūdes/izplūdes kolektora izmēri ietekmē to, vai kanāli patiešām sasniedz turbulenci, kāda tiek pieņemta siltuma pārneses aprēķinos.

Ieplūdes un izplūdes temperatūras starpība

Temperatūras starpība starp dzesēšanas šķidruma ievadīšanu un iziešanu no ķēdes ir tiešs rādītājs tam, cik daudz siltuma tiek iegūts. Nozares prakses mērķis ir 3–5 grādu starpība. Atšķirība, kas ievērojami pārsniedz šo vērtību, nozīmē, ka dzesēšanas šķidrums pārāk daudz sasilst, ejot pa ķēdi - kanāla pēdējās sekcijas piegādā ievērojami siltāku dzesēšanas šķidrumu uz veidni, radot temperatūras gradientu pa plūsmas ceļu, kas parādās kā virziena deformācija daļā.

Ja ieplūdes{0}}izplūdes diferenciāls pastāvīgi pārsniedz 8–10 grādus, palieliniet plūsmas ātrumu vai sadaliet ķēdi īsākos paralēlos ceļos.

Motora zobratu iesmidzināšanas veidne

Zobrati rada īpašu dzesēšanas izaicinājumu: zobrata zobi ir plāni, cieši izvietoti elementi ar lielu virsmas laukumu attiecībā pret to tilpumu, savukārt rumbas un tīkla daļas ir biezākas un ilgāk saglabā siltumu. Ja dzesēšana tiek piemērota vienmērīgi, zobi atdziest daudz ātrāk nekā rumbas -, radot diferenciālu saraušanos, kas izkropļo zobu attālumu un soļa diametru.

Labi{0}}izstrādātsMotora zobratu iesmidzināšanas veidne, dzesēšanas kanāli serdes un dobuma pusēs ir novietoti tā, lai agresīvāk izņemtu siltumu no rumbas un tīkla apgabaliem, tāpēc šīs biezākās daļas atdziest ar ātrumu, kas vairāk atbilst plānākiem zobiem. To parasti panāk, kombinējot kanālus, kas novietoti tuvu rumbas zonai, un deflektorus vai burbuļus, kas vērsti uz konkrētiem kodola reģioniem.

Izmēru pielaides prasības funkcionālajiem zobratiem - parasti ±0,02–0,05 mm uz zoba profila - padara dzesēšanas vienmērīgumu kritisku tādā veidā, kas nav nepieciešams tikai kosmētiskām daļām.

Peles apvalka injekcijas veidne

Peļu apvalkiem un līdzīgiem plaša patēriņa elektronikas korpusiem ir salīdzinoši plānas, vienādas sienas, bet stingras virsmas apdares prasības, kas rada konkurējošas dzesēšanas prasības. Pārāk agresīva dzesēšana var radīt virsmu, kurā plūsmas pēdas ir pamanāmākas. Nepietiekami vienmērīga dzesēšana rada diferenciālu saraušanos, kas parādās kā izlietnes pēdas uz kosmētikas virsmām, īpaši virs iekšējām ribām un izciļņiem.

In aPeles apvalka injekcijas veidne,dzesēšanas stratēģija parasti ietver mērenu kanālu blīvumu, īpašu uzmanību pievēršot zonām tieši aiz kosmētiskām virsmām, nodrošinot redzamās A-virsmas vienmērīgu dzesēšanu neatkarīgi no tā, kas notiek aiz tās strukturāli.

Rotaļu automašīnu plastmasas daļas

Rotaļlietu komponentos parasti tiek izmantots ABS vai PP, ja sieniņu biezums ir 1,5–3 mm, ar vairākām biezām -uz-pārejām pie riteņu stiprinājumiem, asu korpusiem un dekoratīvām virsbūves detaļām. PP ir zemāka siltumvadītspēja nekā ABS, un līdzvērtīgam sienu biezumam ir nepieciešams nedaudz ilgāks dzesēšanas laiks.

InRotaļu auto plastmasas iesmidzināšanas veidnekonstrukcijas, dzesēšanas sistēmai ir jāpārvalda šīs biezās -uz-plānās pārejas, vienlaikus saglabājot cikla laikus, kas nepieciešami izmaksu -efektīvai liela apjoma{3}}ražošanai. Mērķtiecīgas deflektori biezās daļās ir izplatīts risinājums.

Konformāli dzesēšanas kanāli seko dobuma virsmas kontūrai, nevis iet taisnās līnijās. Izgatavoti, izmantojot veidņu ieliktņa metāla piedevu ražošanu (3D drukāšanu), tie var uzturēt nemainīgu attālumu no dobuma virsmas pat vietās, kur tieša urbšana nebūtu iespējama.

Veiktspējas dati ir pārliecinoši:

2020. gada pētījumsPolimēriatklāja, ka konformālā dzesēšana samazināja cikla laiku vidēji par 20–40% sarežģītas ģeometrijas daļās, vienlaikus samazinot deformāciju par 30–60%.

Plastmasas inženieru biedrības (SPE) veiktajos pētījumos tika dokumentēti gadījumi, kad konformiska dzesēšana dziļās{0}}ievilkšanas komponentos samazināja cikla laiku līdz pat 52%, vienlaikus pietiekami uzlabojot izmēru precizitāti, lai novērstu pakārtotās pārbaudes posmu.

Tomēr konformālo dzesēšanas ieliktņu izgatavošana ir ievērojami dārgāka, - parasti par 30–80% augstākas instrumentu izmaksas dzesēšanas sekcijām. Ekonomika ir atkarīga no ražošanas apjoma, cikla laika vērtības un no tā, vai detaļas ģeometrija to patiešām prasa.

Lielākajai daļai standarta ražošanas veidņu labi{0}}izstrādāti parastie kanāli ar deflektoriem un pūtējiem nodrošina izcilus rezultātus par parastajām instrumentu izmaksām. Konformālā dzesēšana ir vispiemērotākā dziļām-izvilktām, sarežģītām-kontūru daļām, kur taisna urbšana patiešām nevar sasniegt kritiskās vietas.

Vairāki dizaina lēmumi ir saistīti ar lielāko daļu ar dzesēšanu{0}}saistīto defektu ražošanā:

Nepietiekams pārklājums biezās daļās: katrai ribai, izciļņai un vietējai biezai zonai ir nepieciešams tuvumā esošais dzesēšanas kanāls -, nevis tikai vispārējs pārklājums visā dobuma zonā.

Pārāk garas virknes dzesēšanas ķēdes: viena ķēde, kas iet cauri daudzām kanālu sekcijām, pārmērīgi paaugstināsies no ieejas līdz izejai. Sadaliet garās ķēdes paralēlos īsākos ceļos.

Kodola neievērošana: kodola{0}}puses dzesēšana bieži tiek uzskatīta par sekundāru, taču daļām ar jebkādu nozīmīgu serdes ģeometriju kodols kļūst par vājo vietu. Serdeņiem ir nepieciešama īpaša dzesēšana caur deflektoriem vai spirālveida kanāliem.

Asimetriska dzesēšana simetriskās daļās: ja ģeometriski simetriskā daļā ir dzesēšana, kas ir novirzīta ap objektu tikai vienā pusē, iegūtā termiskā asimetrija rada konsekventu deformāciju, kas var izskatīties kā materiāla vai procesa problēma.

TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology(2021) atklāja, ka simulācijas-vadītā dzesēšanas kanāla izkārtojuma optimizācija samazināja deformāciju vidēji par 43% patēriņa preču daļās, bet visnozīmīgākie uzlabojumi tika veikti daļās, kuru malu attiecība pārsniedz 5:1.

Polimēru inženierija un zinātne(2020) dokumentēja, ka dzesēšanas šķidruma Reinoldsa skaita uzturēšana virs 8000 samazināja dzesēšanas laiku par 28%, salīdzinot ar tiem pašiem kanāliem, kas darbojas laminārā plūsmā -, apstiprinot turbulentās plūsmas praktisko nozīmi.

SPE etalona dati atklāja, ka dzesēšanas laiks veido vidēji 58% no kopējā cikla laika plašā apsekojumā par ražošanas darbībām un ka dzesēšanas optimizācija ir vienīgais lielākais -rezultātā inženierijas ieguldījums cikla laika samazināšanai izveidotajās programmās.

Eiropas automobiļu komponentu piegādātājam radās izmēru problēmas ar mazu motora zobratu, ko izmantoja izpildmehānisma komplektā -, jo īpaši nekonsekventi soļa diametra mērījumi, kas izraisīja zobrata tīkla troksni galīgajā montāžā. Detaļa tika veidota no POM ar rumbas sienas biezumu 2,8 mm un zoba sekciju 1,4 mm.

Sākotnējā veidnē bija taisni{0}}izurbti kanāli, kas simetriski novietoti ap dobumu, nepievēršot īpašu uzmanību rumbas-līdz-zobu biezuma atšķirībai. Pelējuma temperatūras mērījumi apstiprināja, ka rumbas daļa darbojās par 12 grādiem siltāk nekā zobu daļas izgrūšanas brīdī.

Uzņēmums Sunhingstones pārveidoja serdes -puses dzesēšanu: centrālais burbulis serdes galā izvilka siltumu no rumbas zonas, apvienojumā ar diviem deflektoriem, kas novietoti tīmekļa reģionā. Tas pazemināja temperatūras starpību starp rumbas un zobu sekcijām līdz 3 grādiem.

Rezultāti ražošanas uzsākšanas laikā:

Soļa diametra izmaiņas ir samazinātas no ±0,04 mm līdz ±0,015 mm - pielaides robežās, kas nepieciešama, lai novērstu acs troksni

Cikla laiks ir samazināts par 8% kā sekundārais ieguvums no efektīvākas rumbas dzesēšanas

Izmēru noraidīšanas rādītājs samazinājās no aptuveni 4% līdz zem 0,5%

Pasūtītāja kvalitātes inženieris atzīmēja, ka pārprojektēšana ir atrisinājusi problēmu, kas trīs mēnešus tika nepareizi attiecināta uz materiāla atšķirībām.

Pēc veidnes uzbūves dzesēšanas sistēmas konstrukciju nevar efektīvi modernizēt. Kanālu pozīcijas, diametri un ķēdes konfigurācijas tiek apstrādātas instrumentu tēraudā, un to maiņa pēc fakta ir dārga. Lai to izdarītu pareizi, dzesēšana ir jāuzskata par primāro inženiertehnisko lēmumu jau no projektēšanas procesa sākuma.

Sunhingstones mūsu veidņu projektēšanas process ietver simulācijas{0}}vadāmu dzesēšanas analīzi visiem instrumentiem -, sākot no precīzas motora zobratu iesmidzināšanas veidņu lietojumiem līdz liela apjoma{2}}patēriņa preču korpusiem. Mēs dokumentējam dzesēšanas ķēdes veiktspējas specifikācijas un apstiprinām tās pelējuma izmēģinājumu laikā pirms ražošanas uzsākšanas.

Sazinieties tagad

Xu, X. un Sachs, E. "Optimālu dzesēšanas sistēmu projektu pielāgošana konformālai dzesēšanas kanālu izgatavošanai." Ražošanas procesu žurnāls, . 38. sēj., 2019. g.

Fernandez, A. et al. "Eksperimentālā un skaitliskā siltuma pārneses analīze iesmidzināšanas veidņu konformālos dzesēšanas kanālos." Polimēri, . 12. sējums, 5. izdevums, 2020. gads.

Wang, Y. et al. "Dzesēšanas kanālu izkārtojuma ietekme uz deformāciju un cikla laiku iesmidzināšanas formēšanā." International Journal of Advanced Manufacturing Technology, . 112. sēj., 2021. g.

Nian, SC et al. "Veidošanas faktoru izpēte plānās -sienu iesmidzināšanas formēšanas jomā." Polymer Engineering and Science, sējums. 60, 6. izdevums, 2020. gads.

Plastmasas inženieru biedrība (SPE). Iesmidzināšanas formēšanas nodaļa - Cikla laika sastāva etalonpētījums. SPE tehniskais dokuments, 2020.

Dang, XP "Vispārīgi ietvari plastmasas iesmidzināšanas liešanas procesa parametru optimizēšanai." Simulācijas modelēšanas prakse un teorija, . 41. sējums, 2014. gads.