Limiti del raffreddamento tradizionale dello stampo
Il sistema di raffreddamento dello stampo a iniezione ha un impatto decisivo sul ciclo di iniezione e sulla qualità del prodotto. Il raffreddamento tradizionale dello stampo utilizza canali d'acqua diretti e i canali di raffreddamento vengono formati nell'acciaio dello stampo attraverso la foratura. Questo metodo è semplice da elaborare e poco costoso, ma presenta evidenti limitazioni. Innanzitutto, il raffreddamento non è uniforme ed è difficile che il canale dell'acqua dritto segua la superficie complessa, con conseguente distribuzione non uniforme della temperatura dello stampo, causando deformazioni, segni di avvallamento e altri difetti. In secondo luogo, l'efficienza di raffreddamento è bassa, la distanza tra il canale dell'acqua e la cavità dello stampo è lunga, il percorso di trasferimento del calore è lungo e il tempo di raffreddamento è lungo. Il terzo è che il design è limitato. La perforazione può elaborare solo canali diritti e i canali d'acqua non possono essere disposti in aree strutturali complesse. Il quarto è l’alto costo degli stampi. I canali idrici complessi richiedono la realizzazione di più fori e il collegamento delle estremità, con conseguenti costi di lavorazione elevati.
Il concetto e i vantaggi dei canali di raffreddamento conformati
I canali di raffreddamento conformati si riferiscono al design del sistema di raffreddamento in cui la forma del canale dell'acqua di raffreddamento segue la superficie curva della cavità dello stampo. Mantenendo i canali dell'acqua vicini alla superficie della cavità, è possibile ottenere un raffreddamento uniforme ed efficiente. I vantaggi del raffreddamento conformato includono: raffreddamento uniforme, distanza costante tra il canale dell'acqua e la cavità, distribuzione uniforme della temperatura dello stampo e difetti di deformazione ridotti. L'efficienza di raffreddamento è elevata, il tempo di raffreddamento è ridotto del 30-50% e la capacità di stampaggio a iniezione è aumentata. La qualità del prodotto viene migliorata e il raffreddamento uniforme riduce difetti quali deformazioni, segni di avvallamento, segni d'aria, ecc. e migliora l'aspetto del prodotto e la precisione dimensionale. La durata dello stampo è prolungata e la distribuzione uniforme della temperatura riduce lo stress termico e riduce il rischio di rottura dello stampo. La libertà di progettazione è ampia e i corsi d’acqua possono essere progettati in aree in cui i metodi tradizionali non possono essere organizzati.
Stampa 3D per produrre stampi di raffreddamento conformale
La complessa geometria dei canali di raffreddamento conformale è difficile da produrre utilizzando metodi di lavorazione tradizionali e la tecnologia di stampa 3D fornisce una soluzione a questo problema. La stampa 3D in metallo (SLM/EBM) può stampare direttamente inserti di stampo con canali di raffreddamento conformati senza considerare le restrizioni del percorso utensile della lavorazione tradizionale. I materiali per la stampa di stampi comunemente utilizzati includono acciaio per stampi (H13, S136), acciaio Maraging, rame al berillio, ecc. Dopo la stampa, sono necessari processi di post-elaborazione come il trattamento termico, la lavorazione meccanica e la lucidatura per soddisfare i requisiti di lavorazione dello stampo. Il costo di stampa degli stampi a raffreddamento conformale è superiore a quello della lavorazione tradizionale, ma l’investimento può essere recuperato in tempi più brevi accorciando il ciclo di stampaggio a iniezione e migliorando la qualità del prodotto. Adatto per applicazioni su stampi con elevata produttività, requisiti di alta qualità e raffreddamento difficile.
Punti chiave della progettazione del raffreddamento conformato
La progettazione dei canali di raffreddamento conformato deve considerare in modo completo l'effetto di raffreddamento e la fattibilità della produzione. Il diametro del canale dell'acqua è solitamente di 6-12 mm. Se il diametro è troppo grande, il volume dello stampo aumenterà, mentre se il diametro è troppo piccolo, la capacità di raffreddamento sarà insufficiente. La distanza tra il canale dell'acqua e la superficie della cavità è solitamente di 10-15 mm. Una posizione troppo vicina potrebbe causare una resistenza insufficiente dello stampo o perdite di refrigerante. La spaziatura dei canali dell'acqua è determinata in base alle esigenze di raffreddamento, solitamente 3-5 volte il diametro del canale dell'acqua. La disposizione del canale dell'acqua deve considerare la distribuzione della temperatura della cavità. Le aree ad alta temperatura dovrebbero essere densamente disposte, mentre le aree a bassa temperatura possono essere opportunamente sparse. Il design dell'ingresso e dell'uscita deve garantire un flusso regolare del refrigerante ed evitare angoli morti. Il collegamento del corso d'acqua deve considerare la comodità di lavorazione e la tenuta. Durante la progettazione, si consiglia di utilizzare un software di analisi del flusso dello stampo (come Moldflow) per eseguire la simulazione del raffreddamento e ottimizzare la disposizione del canale dell'acqua.
Casi di applicazione degli stampi a raffreddamento conformale
Gli stampi a raffreddamento conformale hanno casi applicativi di successo in molti settori. Nell'industria automobilistica viene utilizzato per produrre parti decorative interne ed esterne grandi e complesse, abbreviando il ciclo di oltre il 40% e riducendo significativamente la deformazione da deformazione. Nell'industria elettronica, viene utilizzato per produrre parti di alloggiamenti a pareti sottili, risolvere i problemi di avvallamenti e segni d'aria e migliorare la qualità estetica dei prodotti. Nell'industria medica, viene utilizzato per produrre parti di dispositivi medici di precisione e la precisione dimensionale e la qualità della superficie sono notevolmente migliorate. Nell'industria dell'imballaggio viene utilizzato per produrre contenitori a pareti sottili per abbreviare il ciclo e aumentare la capacità produttiva. I casi mostrano che il periodo di recupero dell’investimento per gli stampi a raffreddamento conformato è solitamente di 6-12 mesi e i vantaggi sono significativi per le parti ad alto volume. Si consiglia di prendere in considerazione la soluzione di raffreddamento conformato durante la fase di progettazione del nuovo stampo per raggiungere l'equilibrio ottimale tra costo dello stampo ed efficienza dello stampaggio a iniezione.
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