Što su rashladne linije?
Linije za hlađenje u posebnim primjenama kalupa
Bavim se kalupljenjem već 18 godina. Proveo je prvo desetljeće u prodavnici za automobile u Michiganu. Posljednjih osam godina savjetovanje, uglavnom medicinske i potrošačke elektronike. Ako postoji jedna stvar koja razdvaja trgovine koje zarađuju od onih koje ne zarađuju, to je cool. Ne otmjene stvari o kojima čitate u stručnim časopisima. Samo osnovni, promišljeni raspored rashladne linije.
Većina dobavljača alata za injekcijsko prešanje reći će vam da hlađenje iznosi 60-70% vašeg ciklusa. Ta brojka lebdi industrijom poput evanđelja. Prava brojka ovisi o debljini stijenke, smoli i petnaestak drugih varijabli. Vidio sam tanko{7}}kalupe za pakiranje gdje je hlađenje bilo 80% ciklusa. Jednom sam proveo automobilsko kućište debelog presjeka gdje je bilo bliže 45%. Poanta je da vam generički postoci ne pomažu puno. Ono što pomaže je razumijevanje protoka topline u vašem određenom dijelu.
Precizni alati zahtijevaju precizno upravljanje toplinom.
Buši-i-stvarnost
Konvencionalno hlađenje je bušilica-i-utikač. Uzmete svoj blok kalupa, stavite ga na mlin ili bušilicu i napravite ravne rupe. Spojite ih poprečnim bušilicama ili vanjskim crijevima. Začepite krajeve koji vam ne trebaju. Ova metoda djeluje. Radi otkako je moj otac u ovom poslu. Alat je jeftin, svaka trgovina to može napraviti, a kad se nešto začepi, možete to izvući.
Problem se pojavljuje kada se geometrija zakomplicira. Radio sam prošle godine-kućište za potrošačku elektroniku, puno zakrivljenja, nominalni zid od 1,2 mm s izbočinama koje se spuštaju na 0,8 mm. Industrijskog dizajnera uopće nije zanimalo što bih ja zapravo mogao ohladiti. Strana jezgre je imala možda 6 mm čelika iza šupljine u tri različite zone. Ne možete tamo staviti kanal od 10 mm. Ne možete tamo staviti ni kanal od 6 mm, ne s nekom sigurnosnom rezervom.
Ono što smo na kraju napravili bio je kombinirani pristup. Mjehurići u dubokim jezgrama, pregrade gdje smo imali dovoljno mesa i jedan konformni umetak u najgorem hot spotu. Konformni komad je dodao 11.000 dolara na cijenu alata. Kupac isprva nije htio platiti. Zatim smo im pokazali vremensku razliku ciklusa
-14 sekundi s konformnim naspram 22 bez. Platili su.
Konformno hlađenje-Kada ima smisla
Metalni 3D ispis promijenio je ovaj posao. Prije deset godina konformno hlađenje bilo je kuriozitet, nešto što biste vidjeli na sajmu i pomislili "to je zgodno". Sada to nudi, ili bi trebao, svaki veliki proizvođač kalupa za brizganje po narudžbi. Tehnologija je sazrela. Cijene su pale. Vrijeme isporuke postalo je razumno.
Materijali rade. Umetke od maraging čelika MS1 koristio sam više od 400 000 hitaca bez problema. H13 otisci su sve bolji, ali prema mom iskustvu metalurgija praha još uvijek nije tu za aplikacije s visokim-trošenjem. Za jezgre i umetke sa šupljinama koji ne vide izravan udar vrata, tiskani čelik se dobro drži.
Evo gdje ljudi griješe: misle da konformno znači da možete ohladiti bilo što. Ne možete. Kanali još trebaju protok. Vidim da na mom stolu dolaze dizajni s ovim prekrasnim organskim kanalima za hlađenje koji izgledaju poput krvnih žila. Vrlo lijep u CAD-u. Nemoguće je proći turbulentno strujanje. Pad tlaka vas ubija ili protok postaje laminaran i vaši spremnici za prijenos topline.
Pravilo koje koristim: neka vaš poprečni-presjek kanala bude veći od 5 mm ekvivalentnog promjera, nemojte prekoračiti omjer širine i visine 4:1 na bilo kojem ne-kružnom dijelu i ograničite ukupnu duljinu kruga na ono što vaš TCU zapravo može progurati. Većina jedinica za regulaciju temperature poda u trgovini dostiže maksimalnu vrijednost od oko 4-5 bara. Vaš konformni krug plus razvodnik plus crijeva moraju raditi unutar toga.
Pregrade i mjehurići još uvijek imaju svoje mjesto
Prije nego što nazovete svog dobavljača rashladnih rješenja za injekcijsko prešanje o tiskanom umetku od 15.000 USD, razmislite o opcijama stare škole. Pregrade koštaju možda 30 dolara svaka. Mjehurići, 40-50 dolara. Toplinske cijevi koštaju 150-400 USD, ovisno o duljini i promjeru.
Pregrade izvrsno funkcioniraju u pravokutnim jezgrama. Ravna oštrica dijeli izbušenu rupu na dovod i povrat. Voda se spušta s jedne strane, oko dna, vraća se na drugu. Gubite nešto kapaciteta protoka-oko 60-65% onoga što bi vam dao otvoreni kanal. Za većinu aplikacija to je dovoljno.
Način uobičajenog kvara
Način neuspjeha koji najčešće vidim kod pregrada: ljudi buše preduboko, pregrada je dno van, protok je ograničen na vrhu. Ostavite 3-4 mm slobodnog prostora na dnu. Više ako je kvaliteta vaše vode upitna i očekujete nakupljanje kamenca.
Mjehurići su bolji za okrugle jezgre. Raspored cijevi-u-cijevi daje vam veću površinu od pregrade u rupi istog promjera. Nedostatak je što su osjetljiviji na toleranciju dimenzija. Prstenasti razmak između unutarnje cijevi i vanjske rupe kontrolira povratni protok. Pretijesan i izgladnjujete krug. Previše labavo i sva vaša voda kratko-kruži kroz otvor, a da ne dođe do vrha.
Materijalni izbori o kojima nitko ne govori
Svaka brošura o uslugama izrade preciznih kalupa spominje konformno hlađenje. Malo tko govori o izboru materijala za performanse hlađenja.
BeCu umeci prisutni su oduvijek. Toplinska vodljivost oko 105 W/m·K naspram 29 za H13. To je velika brojka. Na vrućoj točki gdje vodu fizički ne možete dovoljno približiti, umetak od legure bakra može spasiti posao. Koristio sam ih iza tankih rebara, u podiznim tijelima, u malim jezgrama gdje bubbler ne stane.
Kvaka je u istrošenosti. BeCu radi možda 35-38 HRC nakon toplinske obrade. Nećete ući izravno u njega. Nećete preko njega prolaziti najlonom ispunjenim staklom milijun ciklusa. Ali na zaštićenim lokacijama gdje samo trebate povući toplinu, radi.
Aluminijski alat je podcijenjen za pravu primjenu. Došao mi je medicinski kupac tražeći prototip kalupa, očekivane količine od oko 50 000 komada godišnje, tri-godišnji život proizvoda. Cijene koje su imali za alate P20 bile su lude-dugo vrijeme isporuke, visoka cijena i bili bi zastarjeli prije nego što bi se istrošili. Izradili smo jezgre i šupljine u QC-10 aluminiju za oko 40% cijene čelika. Vrijeme ciklusa došlo je za 12 sekundi u odnosu na 18-20 koje smo procijenili za čelik. Tri godine kasnije ti alati još uvijek rade. Malo trošenje na razdjelnoj liniji, ništa što utječe na kvalitetu dijela.
Kontrola temperature postaje komplicirana
Jednostavni kalupi imaju jedan rashladni krug po polovici. Voda unutra, voda van, gotovo. Posebni kalupi-i većinu onoga što mi se ovih dana nalazi na stolu stavio bih u tu kategoriju-potrebno je više zona.
Konzultant za inženjering kalupa za ubrizgavanje s kojim radim ima izreku: svaka vruća točka treba svoj odgovor. Ponekad je taj odgovor veći protok. Ponekad je hladnija voda. Ponekad je to materijalna promjena. Ponekad je to prihvaćanje duljeg ciklusa i nastavak. Poanta je da ne možete tretirati kalup kao jednu jedinstvenu toplinsku masu.
Kaskadna kontrola pomaže. Vaš TCU nadzire temperaturu kalupa putem termoelementa i podešava protok ili položaj ventila za miješanje kako bi održao zadanu vrijednost. Dobro radi za stabilno-stanje. Ne pomaže mnogo s prolaznim-onim naletom topline kada plastika od 300 stupnjeva udari u šupljinu, zatim postupnim hlađenjem-pa još jednim naletom. Toplinska masa čelika čini većinu posla izglađujući to.
Variothermal je pravi ali skup. Visoka ciklična temperatura površine kalupa prije punjenja, zatim brzo spuštanje radi hlađenja. Vidio sam kako eliminira varove na dijelovima visokog-sjaja. Također sam vidio da dodaje 80.000 dolara programu alata i šest mjeseci vremena za razvoj. Za pravu primjenu-Interijer automobila klase A, medicinski uređaj s nultim-kozmetičkim zahtjevima za nedostatke-mogao bi se izdvojiti olovkom. Za većinu poslova ne vrijedi.
Ono što je zapravo važno
Nakon svih ovih godina, evo što kažem mlađim inženjerima: prvo dobro shvatite osnove. Držite vodene linije unutar 2D površine gdje god možete. Pusti dovoljno protoka da ostane turbulentan. Ne dopustite da krugovi postanu toliko dugi da vas porast temperature ubije - maksimalna delta od 10 stupnjeva od ulaza do izlaza dobar je cilj. Uravnotežite svoje krugove tako da svi vide slična ograničenja.
Učinite to i riješit ćete 80% svojih problema s hlađenjem. Ostalih 20% je mjesto gdje se odvija zanimljiv posao. Tu bi vam možda trebao konformni, ili bakreni, ili variotermalni, ili neka kombinacija koju nitko prije nije probao.
Alati postoje. Dobavljači postoje. Znanje postoji. Ono što čini razliku je odvojiti vrijeme za razmišljanje o protoku topline u vašem određenom dijelu, vašem specifičnom kalupu, vašem specifičnom procesu. Nikakva simulacija to ne može zamijeniti. Niti jedno pravilo ne pokriva svaki slučaj. Ti moraš obaviti posao.
Dvadeset-tri godine u ovom poslu i još uvijek učim. To je ili najbolji ili najgori dio, ovisno o danu.