Конформно охлаждане срещу конвенционално охлаждане: Как да избера?

Защо охлаждането на формата е важно?

Поддържането на ниска цена на единица при леене под налягане силно зависи от намаляването на времето на цикъла, което обхваща от шприцоване на пластмаса до изхвърляне на част.

Ефективното охлаждане е от решаващо значение, тъй като частите трябва да се охладят до 80% от тяхната температура на топлинна деформация (HDT), за да се предотврати изкривяване или дефекти, а охлаждащите канали трябва да бъдат стратегически разположени, за да се осигури равномерен и бърз пренос на топлина чрез турбулентен поток.

Лошото охлаждане може да доведе до вътрешни напрежения, повърхностни дефекти и несъответствия в размерите, което в крайна сметка увеличава процента на скрап и разходите.

Ето таблица, която да ви помогне как да избирате между конформно охлаждане и традиционно охлаждане:

Аспект	Конформно охлаждане	Традиционно охлаждане
Дизайн	Следва контура на кухината и сърцевината на формата.	Използва прави, пробити охлаждащи канали.
Ефективност на охлаждане	Високоефективен; равномерно охлаждане в цялата част.	По-малко ефективна; неравномерно охлаждане при сложни геометрии.
Време на цикъла	Намалява значително времето на цикъла.	По-дълго време на цикъл поради по-малко ефективно охлаждане.
Сложност	Изисква усъвършенстван дизайн и производство (напр. 3D печат).	Лесен и лесен за проектиране и производство.
Качество на частта	Минимизира изкривяването, следите от потъване и остатъчното напрежение.	По-висок риск от изкривяване и дефекти в сложни части.
Приложения	Идеален за сложни геометрии и производство в голям обем.	Подходящ за по-прости части и производство в малък обем.
Поддръжка	Може да изисква специализирана поддръжка.	По-лесен за поддръжка и ремонт.
Съвместимост на материалите	Работи добре с широка гама от материали.	Работи добре със стандартни материали.
Живот на инструмента	Потенциално по-дълго поради равномерно охлаждане.	По-кратък живот на инструмента при приложения с голямо напрежение.

Преглед на конформното охлаждане

Конформното охлаждане е специализирана техника за охлаждане, използвана предимно в процесите на леене под налягане.

За разлика от конвенционалните охлаждащи канали, които следват прави линии, конформните охлаждащи канали са проектирани да следват точната форма или да „съвпадат“ с геометрията на частта, която се формова.

Основният принцип е прост, но мощен – чрез поставяне на охлаждащи канали по-близо до източника на топлина и следване на контурите на частта, преносът на топлина става по-ефективен. Тези канали обикновено се създават с помощта на адитивно производство, като технологии за 3D печат, които позволяват сложни вътрешни структури.

Този метод на охлаждане получава името си, защото охлаждащите пътища буквално се „съобразяват“ с дизайна на частта, вместо да принуждават частта да работи с прави линии на охлаждане, което гарантира по-последователно охлаждане в цялата форма, намалявайки горещите точки и подобрявайки цялостния контрол на температурата.

Предимства на конформното охлаждане

Първо, времената на цикъла могат да бъдат значително намалени. Тъй като топлината се предава по-равномерно и ефективно, частите се охлаждат по-бързо и могат да бъдат изхвърлени по-рано.

Качеството на частите също се подобрява драстично. С по-равномерно охлаждане ще видите по-малко дефекти като изкривяване, следи от потъване и вътрешни напрежения. Това води до по-последователни размери на частите и по-добро покритие на повърхността.

Повишава се и ефективността на производството. По-бързите времена на цикъла означават, че можете да произвеждате повече части за същото време, повишавайки общата си производителност.

Дълголетието на плесените е друго предимство. По-равномерното охлаждане намалява топлинния стрес върху самата форма, като потенциално удължава нейния полезен живот. Въпреки че първоначалните разходи за конформно охлаждане са по-високи, дългосрочните спестявания от по-бързи цикли и по-висококачествени части често осигуряват отлична възвръщаемост на инвестицията.

Разбиране на конвенционалните охладителни системи

Конвенционалните охладителни системи са индустриален стандарт в шприцоването на пластмаси от десетилетия.

Конвенционалното охлаждане обикновено разчита на пробити по права линия канали, които вървят успоредно на повърхността на формата. Тези канали съдържат вода или други охладители, които абсорбират топлината от разтопената пластмаса по време на процеса на инжектиране. Охлаждащата течност протича през тези канали във верига, като премахва топлината, докато пътува.

Повечето конвенционални системи използват мрежа от тези прави канали, свързани с щепсели и колектори. Дизайнът е ограничен от технологията за пробиване, която може да създава само прави пътеки. Водата навлиза във формата през входните отвори, тече през охлаждащите канали и излиза през изходните отвори.

Предизвикателства с конвенционалните методи

Въпреки широкото им използване, конвенционалните охладителни системи са изправени пред няколко съществени ограничения. Най-очевидното предизвикателство е, че праволинейните охлаждащи канали не могат да следват контурите на сложни геометрии на части. Това създава неравномерно охлаждане с горещи точки в области, до които каналите не могат да достигнат.

Ще забележите по-дълги времена на цикъла с конвенционалното охлаждане, тъй като отстраняването на топлината е по-малко ефективно. Частите могат да се охлаждат с различна скорост, което води до проблеми с качеството като изкривяване, следи от потъване и вътрешни напрежения.

Друг проблем е ограничената възможност за поставяне на охлаждащи канали в близост до критични елементи. За сложни части някои зони остават далеч от всеки охлаждащ канал. Това разстояние намалява ефективността на охлаждане и удължава времето за производство.

Сравнителен анализ на техниките за охлаждане

Качество на крайните продукти

Конформните охлаждащи канали следват точната форма на детайла, осигурявайки по-равномерно охлаждане в цялата форма

Изследванията показват, че частите, охлаждани с конформни канали, показват приблизително 160% повече отвеждане на топлина от тези с конвенционални системи. Това означава, че вашите части поддържат по-добра точност на размерите и повърхностно покритие.

Сравнение на качеството:

• Конформен: По-равномерно охлаждане, по-малко дефекти, по-добра стабилност на размерите
• конвенционален: Неравномерни модели на охлаждане, по-висок риск от изкривяване и следи от потъване

Ефективност на времето на цикъла

Съобразявайки се с геометрията на детайла, тези канали отвеждат топлината по-ефективно. Това означава, че вашата форма достига оптимална температура на изхвърляне по-бързо, отколкото при конвенционалното охлаждане.

Проучванията показват намаляване на времето на цикъла от 15-40% при преминаване към конформно охлаждане. За производство в големи обеми това означава значително повишаване на производителността с течение на времето.

Вашата конвенционална система за охлаждане може да е достатъчна за прости части, но с нарастването на сложността разликата в ефективността се разширява драстично.

Технологичен напредък в конформното охлаждане

Иновации в 3D принтирането

Металният 3D печат, особено селективното лазерно топене (SLM), ви позволява да създавате форми с охлаждащи канали, които следват точната форма на вашия детайл. Това не беше възможно с традиционните методи за пробиване.

Точността на 3D принтерите също се е подобрила. Съвременните машини могат да създават канали с много точни размери, понякога с диаметър от 0,5 mm.

Развитие на науката за материалите

Новите материали направиха конформното охлаждане по-ефективно и издръжливо. Медните сплави с висока проводимост могат да отвеждат топлината до 5 пъти по-бързо от стандартните формовъчни стомани.

Вече се предлагат композитни материали, които съчетават добър топлопренос с отлична устойчивост на износване. Тези материали издържат по-дълго в производствени среди, като същевременно поддържат ефективност на охлаждане.

Повърхностните обработки като специализирани покрития помагат за предотвратяване на корозия и котлен камък вътре в охлаждащите канали. Това поддържа вашата охладителна система да работи ефективно за по-дълги периоди.

Някои по-нови материали дори могат да бъдат „степенувани“ – което означава, че имат различни свойства в различни области на една и съща форма. Може да имате висока устойчивост на износване на повърхността на формата, но отлична топлопроводимост в близост до охлаждащите канали.

Този напредък в материалите прави конформните охладителни системи по-надеждни и рентабилни в дългосрочен план.

Казуси за внедряване на конформно охлаждане

Приложения в автомобилната индустрия

BMW внедри конформно охлаждане в техните форми за компоненти на двигателя и видя 28% намаление на времето за цикъл. Това им позволи да произвеждат повече части на ден, като същевременно поддържат отлични стандарти за качество.

Toyota използва конформни охлаждащи канали в своите дизайни на калъпите на арматурното табло. Резултатите бяха поразителни:

• 40% по-бързи времена за охлаждане
• 25% по-малко деформация в готовите части
• По-постоянно качество на частите в производствените серии

Ford Motor Company отчете енергийни спестявания на 15-20% след преминаване към конформно охлаждане за производството на панели за врати. Техните инженери отбелязват, че подобреният контрол на температурата също намалява процента на отхвърляне с близо една трета.

Внедряването на GM за компонентите на бронята елиминира горещите точки, които преди това причиняваха проблеми с качеството. Можете да очаквате подобни подобрения, когато прилагате тази технология към сложни автомобилни части.

Консумация на енергия

Конформните охлаждащи канали намаляват времената на цикъла с до 40% в сравнение с конвенционалното охлаждане.

Когато вашите форми се охлаждат по-ефективно, имате нужда от по-малко енергия, за да работите с машини за шприцване и охладителни системи.

За средно голямо производствено съоръжение тези икономии на енергия могат да добавят до хиляди долари годишно.

Намаляване на материалните отпадъци

Конформното охлаждане създава по-постоянни температури по повърхностите на формата. Тази последователност означава по-малко дефекти като изкривяване, следи от потъване и къси удари във вашите готови продукти.

Когато произвеждате по-малко дефектни части, изхвърляте по-малко материал.

По-малко отпадъци означава:

• Намалени покупки на суровини
• По-ниски разходи за изхвърляне
• По-малко въздействие върху околната среда
• По-добро използване на ценни ресурси