Lo stampaggio a iniezione consente di produrre prodotti in plastica con dettagli complessi e intricati, spesso in cicli di produzione consistenti, con tolleranze ripetibili ed elevata qualità superficiale. Gli strumenti di stampo devono essere progettati per replicare perfettamente il design 3D nel tempo di ciclo minimo. Il raffreddamento della parte in plastica mentre si solidifica all'interno dello stampo è un fattore critico, che influisce sia sul tempo di ciclo che sulla qualità della parte.
Ricapitoliamo i principi del raffreddamento conforme e analizziamo l'impatto benefico di Deep Mold sulla progettazione degli stampi.
Perché utilizzare Deep Mold per il raffreddamento conforme degli stampi?
L'obiettivo del raffreddamento conforme consiste nel ridurre la temperatura della parte in plastica all'interno dello stampo in modo rapido e uniforme. La parte non può essere rimossa dallo strumento finché non si è sufficientemente raffreddata per staccarsi dallo stampo. Eventuali punti caldi ritardano il rilascio delle parti, possono causare deformazioni e segni di affondamento nella parte dopo la rimozione e possono compromettere la qualità della superficie del componente.
Il raffreddamento si ottiene facendo passare un fluido attraverso i canali all'interno dello stampo in modo che il calore venga condotto fuori dalla parte in plastica, attraverso l'attrezzo metallico e lontano nel fluido. La velocità e l'uniformità di questo effetto di raffreddamento sono guidate dal modo in cui il canale del fluido tiene traccia della superficie dello strumento e dalla velocità con cui il fluido di raffreddamento lo attraversa. Dobbiamo anche assicurarci che i nostri strumenti di stampo siano affidabili, evitando punti morti nel flusso di refrigerante in cui i sedimenti possono accumularsi e creare blocchi.
Immagine sopra: i canali di raffreddamento convenzionali prodotti dalla perforazione trasversale richiedono spine aggiuntive per evitare punti morti. L'angolo acuto crea anche turbolenze e limita la velocità di flusso del refrigerante attraverso il canale.
Deep Mold offre ai progettisti di stampi la libertà di progettare canali di raffreddamento complessi che seguono da vicino la superficie del componente, massimizzando al contempo il flusso laminare ed eliminando i punti morti che potrebbero altrimenti ostruirsi nel tempo.
Negli stampi convenzionali abbiamo canali di raffreddamento cross-drilled e plug-in in regioni limitate della parte come questa:
Al contrario, con Deep Mold possiamo progettare canali sagomati che seguono da vicino la superficie dello strumento in questo modo:
So Deep Mold ci aiuta a progettare strumenti che non solo forniscono un raffreddamento più efficace, ma sono anche più semplici da produrre e assemblare.
55% di riduzione del tempo di raffreddamento
L'azienda aveva bisogno di aumentare la produttività da questi stampi per stare al passo con la crescente domanda. Usando il raffreddamento convenzionale, il tempo di ciclo totale è stato di 52 secondi, di cui sono stati necessari 22 secondi per raffreddare la parte dalla sua temperatura di fusione di 220 ° C alla temperatura di stampaggio di 100 ° C.
L'attrezzatura per stampi per queste parti è notevole e complessa, comprendente una grande cavità e numerosi inserti refrigerati. Il disegno originale è mostrato sotto.
Il sistema di raffreddamento originale per gli inserti contiene diversi circuiti di raffreddamento separati come mostrato nell'immagine sottostante. Viene utilizzato un totale di 10 litri al minuto di acqua di raffreddamento.
La termografia del lato dell'eiettore dello strumento di stampo originale mostra la temperatura della parete alla fine del ciclo di raffreddamento di 22 secondi. Possiamo osservare variazioni significative della temperatura nello stampo, con punti caldi che possono compromettere il componente mentre viene rimosso dallo stampo:
Il primo passo per accelerare le cose è simulare il comportamento dello stampo. In particolare, gli hotspot necessitano di ulteriori analisi in quanto sono responsabili del lungo tempo di raffreddamento. È stata eseguita una simulazione di 20 cicli, compresa un'analisi della temperatura della parete. Le temperature modellate mostrano una buona correlazione con la termografia.
Ora che abbiamo un modello dell'attuale design di raffreddamento, possiamo apportare modifiche al design per migliorare le cose, concentrandoci sugli hot spot. In questo caso, una parte della soluzione consiste nell'aggiungere canali di raffreddamento supplementari convenzionali nella piastra dello stampo di rame al berillio sul lato dell'ugello.
Successivamente sviluppiamo nuovi inserti AM per il lato dell'eiettore dello strumento, con raffreddamento conforme per allontanare il calore in eccesso. L'immagine seguente mostra questi canali di raffreddamento aggiuntivi di 4 mm di diametro applicati alle aree problematiche:
In una regione in cui non c'era spazio sufficiente per includere più canali di raffreddamento, Kärcher ha apportato miglioramenti alla progettazione del prodotto per alleviare il problema.
Quando simuliamo il comportamento termico con questi nuovi sistemi di raffreddamento, vediamo un significativo miglioramento nell'uniformità della temperatura attraverso la parte, dopo un ciclo di raffreddamento molto più breve:
Questi miglioramenti simulati sono confermati dall'imaging termico del nuovo stampo dopo un ciclo di raffreddamento ridotto di soli 10 secondi:
I nuovi inserti sono realizzati utilizzando Deep Mold per creare i canali complessi. Alcuni sono costruiti interamente additivamente, mentre altri sono componenti "ibridi" che creano regioni additive sopra a spazi vuoti lavorati. Il nuovo gruppo laterale dell'eiettore è mostrato di seguito:
Il tempo di raffreddamento è stato ridotto del 55% da 22 secondi a soli 10 secondi. Combinato con ulteriori risparmi di tempo nell'avanzamento del materiale e nella manipolazione, il raffreddamento più rapido ha contribuito ad aumentare il rendimento di produzione di ogni strumento del 40% da 1.500 a 2.100 parti al giorno.
Immagine qui sopra - originale (a sinistra) e nuovi (a destra) disegni di stampi.
Sommario
Il raffreddamento conforme consente agli strumenti di stampo di operare più velocemente e di produrre parti più coerenti. Deep Mold lo potenzia ulteriormente ottimizzando il trasferimento di calore per rendere il raffreddamento più rapido e uniforme.
