Kodėl aušinimas yra pats svarbiausias dalykas
Daugumoje gamybos operacijų aušinimas sudaro maždaug 50–70 % viso liejimo liejimo ciklo laiko. Užpildymas trunka sekundes; aušinimas užtrunka daug ilgiau. Jei jūsų ciklo laikas yra 30 sekundžių, bet kur nuo 15 iki 21 sekundės yra skirta detalės aušinimui iki tokios temperatūros, kad ją būtų galima saugiai išstumti be iškraipymų.
Dėl šios proporcijos aušinimas yra didžiausia ciklo trukmės mažinimo svirtis. 20 % pagerėjęs aušinimo efektyvumas tiesiogiai reiškia 10–14 % bendro ciklo trukmės sutrumpėjimą - reikšmingą produktyvumo padidėjimą, kuris žymiai padidėja esant dideliam gamybos kiekiui.
Be ciklo trukmės, prasto aušinimo pasekmės yra reikšmingos. Netolygus aušinimas sukuria temperatūros gradientus visoje dalyje, kai ji kietėja. Kadangi plastikas vėsdamas susitraukia, greičiau atvėsusios vietos susitraukia anksčiau ir dar labiau, kol dar karštos vietos gali kompensuoti. Šis diferencinis susitraukimas yra pagrindinis mechanizmas, slypintis už deformacijos, nugrimzdimo žymių ir liekamųjų įtempių - defektų, atsirandančių aušinimo stadijoje, net jei jie neatrodo kaip aušinimo problemos.
2019 m. atliktame tyrime, paskelbtame žurnaleGamybos procesų žurnalasnustatė, kad netolygus pelėsių temperatūros pasiskirstymas sukėlė deformaciją maždaug 67 % tirtų atvejų - daugiau nei bet kuris kitas atskiras konstrukcijos kintamasis, įskaitant vartų vietą ir sandarinimo slėgį.
Pagrindiniai aušinimo kanalų projektavimo principai
Kanalo skersmuo ir žingsnis
Aušinimo kanalų skersmuo ir jų atstumas nuo -centrų iki-centrų yra bet kokio aušinimo kontūro dizaino pradžios taškas. Pramonės gairės rekomenduoja:
Kanalo skersmuo: paprastai 8–12 mm standartinėms formoms. Mažesnis skersmuo (6–8 mm) tinka mažoms formoms arba sandariai apribotoms vietoms; didesnio skersmens (12–16 mm) atsiranda didelėse pramoninėse ar automobilių formose.
Žingsnis (atstumas nuo centro-į-centrą): paprastai 2–3 kartus didesnis už kanalo skersmenį. 10 mm kanalas paprastai turėtų būti išdėstytas 20–30 mm centruose.
Šių proporcijų tikslas yra pakankamai vienodas šilumos ištraukimas per visą ertmės paviršių. Kai kanalai yra per dideli, tarp jų susidaro karštosios vietos - sritys, kurios išlieka karštesnės už aplinkinę ertmės sienelę ir sukuria skirtingą aušinimo gradientą, skatinantį deformaciją.
Atstumas nuo aušinimo kanalo iki ertmės paviršiaus
Atstumas nuo aušinimo kanalo vidurio linijos iki artimiausio ertmės paviršiaus kontroliuoja, kaip efektyviai šiluma teka iš plastikinės dalies per plieną į aušinimo skystį. Standartinė rekomendacija yra tokia, kad šis atstumas turėtų būti maždaug 1–1,5 karto didesnis už kanalo skersmenį.
10 mm kanalo ertmės paviršius turi būti 10–15 mm atstumu nuo kanalo vidurio linijos. Arčiau išdėstymas padidina aušinimo greitį, bet sumažina plieno struktūrinį vientisumą tarp kanalo ir ertmės; tolimesnis išdėstymas sumažina aušinimo efektyvumą ir sukuria šiluminius gradientus.
Ši pusiausvyra yra ypač svarbiVariklio pavaros įpurškimo formadizaino, kur sudėtinga krumpliaračio dantų geometrija ir centrinė stebulė sukuria sritis, kuriose reikalingas aušinimas skirtingais atstumais nuo šerdies ir ertmės paviršių.
Aušinimo skysčio srautas, turbulencija ir Reinoldso skaičius
Į tai dažniausiai nepaisoma: nepakanka tinkamai išdėstyti kanalus -, aušinimo skystis turi tekėti per juos pakankamu greičiu, kad susidarytų turbulentinis srautas.
Turbulentinis srautas -, kuriam būdingas Reinoldso skaičius, didesnis nei 4,000 - perduoda šilumą maždaug nuo trijų iki penkių kartų efektyviau nei laminarinis srautas esant tokiam pačiam tūriniam srautui. Daugumoje aušinimo kanalų konstrukcijų numatomas turbulentinis srautas, tačiau praktiškai kanalai, kurie yra per ilgi, per siauri arba maitinami per mažo dydžio tiekimo linijas, dažnai veikia laminariniu arba pereinamuoju srauto režimu, o tai labai sumažina jų efektyvumą.
Kiekviena aušinimo grandinė turi būti suprojektuota atsižvelgiant į bendrą slėgio kritimą ir srautą. Srauto ribotuvai, nuoseklios ir lygiagrečios konfigūracijos ir įleidimo / išleidimo kolektoriaus dydis turi įtakos tam, ar kanalai iš tikrųjų pasiekia turbulenciją, kurią numato šilumos perdavimo skaičiavimai.
Įleidimo ir išėjimo temperatūrų skirtumas
Temperatūros skirtumas tarp aušinimo skysčio, patenkančio į grandinę, ir iš jo išeinantis, yra tiesioginis rodiklis, kiek šilumos išgaunama. Pramonės praktika siekia 3–5 laipsnių skirtumo. Skirtumas, gerokai didesnis už tai, reiškia, kad aušinimo skystis per daug įšyla eidamas grandine - paskutinės kanalo sekcijos tiekia pastebimai šiltesnį aušinimo skystį į formą, sukurdamos temperatūros gradientą išilgai srauto, kuris rodomas kaip krypties deformacija dalyje.
Jei jūsų įėjimo{0}}išėjimo skirtumas nuolat viršija 8–10 laipsnių, padidinkite srautą arba padalinkite grandinę į trumpesnius lygiagrečius kelius.
Sudėtingų dalių aušinimo iššūkiai
Variklio pavaros įpurškimo forma
Krumpliaračiai kelia specifinį aušinimo iššūkį: krumpliaračio dantys yra ploni, glaudžiai išdėstyti elementai, kurių paviršiaus plotas yra didelis, palyginti su jų tūriu, o stebulės ir juostos dalys yra storesnės ir ilgiau išlaiko šilumą. Jei aušinimas taikomas tolygiai, dantys atvėsta daug greičiau nei stebulė -, todėl susidaro diferencinis susitraukimas, kuris iškreipia dantų atstumą ir žingsnio skersmenį.
Puikiai{0}}sukurtaVariklio pavaros įpurškimo forma, šerdies ir ertmės pusėse esantys aušinimo kanalai yra išdėstyti taip, kad agresyviau ištrauktų šilumą iš stebulės ir juostos sričių, todėl šios storesnės dalys vėsta tokiu greičiu, kuris labiau atitinka plonesnius dantis. Paprastai tai pasiekiama derinant kanalus, esančius arti stebulės srities, ir pertvaras arba burbuliatorius, nukreiptus į konkrečias šerdies sritis.
Funkcinių krumpliaračių - matmenų tolerancijos reikalavimai paprastai yra ±0,02–0,05 mm danties profilyje -, todėl aušinimo vienodumas yra labai svarbus tokiu būdu, kurio nereikia vien kosmetinėms dalims.
Pelės apvalkalo įpurškimo forma
Pelių apvalkalai ir panašūs plataus vartojimo elektronikos korpusai turi gana plonas, vienodas sienas, bet griežtus paviršiaus apdailos reikalavimus, dėl kurių kyla konkuruojančių aušinimo poreikių. Pernelyg agresyvus aušinimas gali susidaryti paviršiuje, kuriame tekėjimo žymės bus ryškesnės. Nepakankamai tolygiai aušinant, susidaro diferencinis susitraukimas, kuris matomas kaip kriauklės žymės ant kosmetinių paviršių, ypač virš vidinių briaunų ir iškyšų.
APelės apvalkalo įpurškimo forma,aušinimo strategija paprastai apima vidutinį kanalo tankį, ypatingą dėmesį skiriant sritims, esančioms tiesiai už kosmetinių paviršių, užtikrinant, kad matomas A-paviršius vėstų tolygiai, neatsižvelgiant į tai, kas vyksta už jo struktūriškai.
Žaislinių automobilių plastikinės dalys
Žaislų komponentuose paprastai naudojamas ABS arba PP, kurio sienelių storis yra 1,5–3 mm, o ratų laikiklių, ašių korpusų ir dekoratyvinių korpuso detalių yra daug storų -į{-plonų perėjimų. PP turi mažesnį šilumos laidumą nei ABS ir reikalauja šiek tiek ilgesnio aušinimo laiko esant lygiaverčio sienelės storiui.
ĮŽaislinio automobilio plastiko įpurškimo formakonstrukcijų, aušinimo sistema turi valdyti šiuos storus{0}}į-plonus perėjimus, išlaikant ciklo laiką, būtiną ekonomiškai-efektyviai didelės apimties gamybai. Tikslinės pertvaros storose dalyse yra įprastas sprendimas.
Konformalus aušinimas prieš įprastus tiesius{0}}kanalus
Konformiški aušinimo kanalai seka ertmės paviršiaus kontūrą, o ne tiesiomis linijomis. Pagamintos naudojant metalo priedų gamybą (3D spausdinimą) formos įdėklą, jie gali išlaikyti pastovų atstumą nuo ertmės paviršiaus net tose vietose, kur tiesiai gręžti būtų neįmanoma.
Veikimo duomenys yra įtikinami:
2020 m. atliktas tyrimasPolimerainustatė, kad konformus aušinimas sumažino ciklo laiką vidutiniškai 20–40% sudėtingų geometrinių dalių, tuo pačiu sumažindamas deformaciją 30–60%.
Plastikų inžinierių draugijos (SPE) atliktas tyrimas užfiksavo atvejus, kai konformus aušinimas giliuose{0}}traukimo komponentuose sumažino ciklo laiką iki 52 %, o matmenų tikslumas buvo pakankamai padidintas, kad būtų išvengta tolesnio tikrinimo etapo.
Tačiau konforminių aušinimo įdėklų gamyba yra žymiai brangesnė -, paprastai 30–80 % didesnės aušinimo sekcijų įrankių kainos. Ekonomika priklauso nuo gamybos apimties, ciklo laiko vertės ir nuo to, ar detalės geometrijai to tikrai reikia.
Daugumos standartinių gamybos formų atveju gerai{0}}suprojektuoti įprasti kanalai su pertvaromis ir burbuliatoriais pasiekia puikių rezultatų už įprastą įrankių kainą. Konforminis aušinimas labiausiai pateisinamas giliai-išbrėžtoms, sudėtingoms-kontūrinėms dalims, kur tiesus gręžimas iš tikrųjų negali pasiekti kritinių vietų.
Dažnos aušinimo projektavimo klaidos ir kaip jų išvengti
Keletas dizaino sprendimų lemia daugumą su vėsinimu{0}}susijusių gamybos defektų:
Nepakankamas aprėptis storose vietose: kiekvienam šonkauliui, viršūnei ir vietinei storai sričiai reikalingas netoliese esantis aušinimo kanalas -, o ne tik bendras ertmės plotas.
Aušinimo grandinės, kurios yra per ilgos nuosekliai: vienoje grandinėje, einančioje per daug kanalo sekcijų, temperatūra nuo įėjimo iki išleidimo angos labai pakils. Suskaidykite ilgas grandines į lygiagrečius trumpesnius kelius.
Šerdies nepaisymas: šerdies{0}}pusnis aušinimas dažnai laikomas antriniu, tačiau dalims su bet kokia reikšminga šerdies geometrija šerdis tampa kliūtimi. Šerdims reikia atskiro aušinimo per pertvaras arba spiralinius kanalus.
Asimetriškas aušinimas simetriškose dalyse: jei geometriškai simetriška dalis turi aušinimą, kuris buvo nukreiptas aplink objektą tik vienoje pusėje, atsirandanti šiluminė asimetrija sukuria nuoseklų deformacijos poslinkį, kuris gali atrodyti kaip medžiagos ar proceso problema.
Ką rodo tyrimas
TheTarptautinis pažangiosios gamybos technologijos žurnalas(2021) nustatė, kad modeliavimo{1}}vadomas aušinimo kanalo išdėstymo optimizavimas sumažino plataus vartojimo produkto dalių deformaciją vidutiniškai 43 %, o didžiausi patobulinimai buvo tose dalyse, kurių formato santykis didesnis nei 5:1.
Polimerų inžinerija ir mokslas(2020) dokumentavo, kad išlaikant aušinimo skysčio Reynoldso skaičių virš 8 000, aušinimo laikas sutrumpėjo 28 %, palyginti su tais pačiais kanalais, veikiančiais laminariniu srautu -, o tai patvirtina praktinę turbulentinio srauto svarbą.
SPE etaloniniai duomenys parodė, kad aušinimo laikas sudaro vidutiniškai 58 % viso ciklo laiko atliekant platų gamybos operacijų tyrimą, o aušinimo optimizavimas yra vienintelė didžiausia{1}}grąža inžinerijos investicija siekiant sumažinti ciklo trukmę nustatytose programose.
Variklio pavaros formos aušinimo sistemos pertvarkymas
Europos automobilių komponentų tiekėjas susidūrė su matmenų problemomis dėl mažos variklio pavaros, naudojamos pavaros mechanizme -, dėl nenuoseklių žingsnio skersmens matavimų, dėl kurių galutiniame surinkime kilo krumpliaračio tinklelio triukšmas. Dalis buvo suformuota iš POM, stebulės sienelės storis 2,8 mm ir danties dalis 1,4 mm.
Originalioje formoje buvo tiesūs{0}}išgręžti kanalai, išdėstyti simetriškai aplink ertmę, nekreipiant ypatingo dėmesio į stebulės-į-danties storio skirtumą. Pelėsių temperatūros matavimai patvirtino, kad stebulės sekcija veikė 12 laipsnių šilčiau nei danties sekcijos išmetimo metu.
„Sunhingstones“ perkūrė šerdies-šoninį aušinimą: šerdies antgalyje esantis centrinis burbuliatorius ištraukė šilumą iš stebulės srities, kartu su dviem pertvaromis, išdėstytomis tinklo srityje. Dėl to temperatūrų skirtumas tarp stebulės ir dantų sekcijų sumažėjo iki 3 laipsnių.
Rezultatai pradedant gamybą:
Žingsnio skersmens pokytis sumažintas nuo ±0,04 mm iki ±0,015 mm - neviršijant tolerancijos, reikalingos tinklelio triukšmui pašalinti
Ciklo laikas sutrumpėjo 8 % kaip antrinė efektyvesnio stebulės aušinimo nauda
Matmenų atmetimo rodiklis sumažėjo nuo maždaug 4 % iki mažiau nei 0,5 %
Užsakovo kokybės inžinierius pažymėjo, kad perprojektavus buvo išspręsta problema, kuri tris mėnesius buvo neteisingai priskirta medžiagų skirtumams.
DUK
Kl .: Kaip sužinoti, ar mano aušinimo sistemos konstrukcija yra tinkama prieš pjaunant plieną?
A: Formos srauto modeliavimas (Moldex3D, Autodesk Moldflow arba lygiavertis) modeliuoja šilumos pasiskirstymą ertmėje aušinimo metu ir nustato karštąsias vietas prieš bet kokį apdirbimą. Dauguma profesionalių įpurškimo formų gamintojų įrenginių atlieka pelėsių srauto analizę kaip standartinį projektavimo žingsnį. Modeliavimo-vadovaujamas aušinimo dizainas nuosekliai sumažina pirmųjų-defektų skaičių, palyginti su{5}}nykščio kanalo{6}}dėjimo taisykle.
Kl.: Kas sukelia kriaukles, net jei{0}}atrodo gerai aprėptas aušinimo kanalas?
Ats. Įdubimo žymės virš briaunų ir viršūnių beveik visada yra vietinė aušinimo problema - brėžinyje kanalo aprėptis atrodo tinkama, tačiau kanalo nėra pakankamai arti konkrečios storos dalies. Išorinė oda sukietėja, kol vidus dar skystas; tada vidus susitraukia nuo odos vėsdamas. Pataisa yra kanalas, skirtas specialiai storai atkarpai, o ne tik bendram plotui.
Kl.: Ar galiu ištaisyti deformaciją koreguodamas procesą, o ne keisdamas pelėsį?
A: Iš dalies. Skirtinga pelėsių temperatūra, naudojant zonines{1}}valdomas vandens grandines ir slėgio palaikymo optimizavimą, gali sumažinti, bet retai pašalinti deformaciją, atsirandančią dėl prasto aušinimo kanalo išdėstymo. Proceso koregavimai valdo aušinimo projektavimo problemos simptomus, o ne šalina priežastį.
Kl .: kokia yra standartinė įpurškimo formų aušinimo skysčio temperatūra?
A: Aušinimo skysčio temperatūra skiriasi priklausomai nuo medžiagos. Įprasti atskaitos taškai: ABS 40–60 laipsnių, PP 20–40 laipsnių, POM 60–90 laipsnių, nailonas 60–80 laipsnių, PC 80–100 laipsnių. Aušinimo skysčio temperatūra sąveikauja su ciklo trukme - žemesnė temperatūra paprastai leidžia sutrumpinti aušinimo laiką, bet kai kuriais atvejais gali turėti įtakos paviršiaus apdailai.
Kl.: ar tinkamas aušinimas vertas papildomų išlaidų už{0}}didelės apimties plataus vartojimo prekę?
A: Sudėtingų kontūrų dalių, kurių negalima tinkamai aušinti įprastais kanalais esant dideliam gamybos kiekiui, konformus aušinimas paprastai atsiperka per 3–12 mėnesių nuo pagaminimo. Paprastesnėms geometrijoms, kai įprastiniais kanalais galima pasiekti tolygų aušinimą, papildomos investicijos dažniausiai nėra pateisinamos.
Kl .: kokią informaciją turėčiau pateikti įpurškimo formų gamyklai nustatydamas aušinimo reikalavimus?
A: Tikslinė ciklo trukmė, kritinės matmenų nuokrypos, matomų paviršių paviršiaus apdailos reikalavimai, medžiaga su duomenų lapu ir metinė gamybos apimtis. Patyręs įpurškimo formų gamintojas tai naudos kurdamas aušinimo sistemą, atitinkančią jūsų konkrečius reikalavimus ir ekonomiškumą.
Tinkamai vėsinkite projektuodami, o ne derindami
Aušinimo sistemos konstrukcija negali būti veiksmingai modifikuota po to, kai buvo pastatyta forma. Kanalų padėtis, skersmenys ir grandinės konfigūracijos yra apdirbamos į įrankių plieną, o po to juos pakeisti yra brangu. Norint tai padaryti teisingai, aušinimą reikia laikyti pagrindiniu inžineriniu sprendimu nuo pat projektavimo proceso pradžios.
„Sunhingstones“ formų projektavimo procesas apima modeliavimo{0}}valdomą aušinimo analizę, skirtą visiems įrankiams - nuo tikslių variklio pavarų įpurškimo formų taikymo iki didelio -tūrio plataus vartojimo gaminių korpusų. Mes dokumentuojame aušinimo grandinės veikimo specifikacijas ir patvirtiname jas liejimo bandymų metu prieš pradėdami gaminti.
Literatūra ir tolesnis skaitymas
Xu, X. ir Sachs, E. "Optimalaus aušinimo sistemos dizaino pritaikymas konformaliam aušinimo kanalų gamybai." Gamybos procesų žurnalas, . 38 tomas, 2019 m.
Fernandez, A. ir kt. "Eksperimentinė ir skaitmeninė šilumos perdavimo įpurškimo formų konforminiuose aušinimo kanaluose analizė." Polimerai, tomas{3}}, 5 leidimas, 2020 m.
Wang, Y. ir kt. "Aušinimo kanalo išdėstymo įtaka deformacijai ir ciklo trukmei liejant įpurškiant." International Journal of Advanced Manufacturing Technology, tomas{3}}, 2021 m.
Nianas, SC ir kt. "Plonasienių įpurškimo liejimo deformacijos veiksnių tyrimas." Polimerų inžinerija ir mokslas, tomas{5}}, 6 leidimas, 2020 m.
Plastikų inžinierių draugija (SPE). Įpurškimo liejimo skyrius - Palyginamasis ciklo laiko sudėties tyrimas. SPE techninis dokumentas, 2020 m.
Dang, XP "Bendrieji plastiko liejimo proceso parametrų optimizavimo pagrindai". Modeliavimo modeliavimo praktika ir teorija, tomas{3}}, 2014 m.
