3D-printen conform ontwerp van koelkanalen en verbetering van de efficiëntie van spuitgieten bij de productie van matrijzen

Beperkingen van traditionele matrijskoeling

Het koelsysteem van de spuitgietmatrijs heeft een beslissende invloed op de spuitcyclus en de productkwaliteit. Traditionele matrijskoeling maakt gebruik van rechte waterkanalen en koelkanalen worden door middel van boren in het matrijsstaal gevormd. Deze methode is eenvoudig te verwerken en goedkoop, maar heeft duidelijke beperkingen. Ten eerste is de koeling ongelijkmatig en is het rechte waterkanaal moeilijk om het complexe oppervlak te volgen, wat resulteert in een ongelijkmatige temperatuurverdeling van de mal, waardoor kromtrekkende vervorming, zinksporen en andere defecten ontstaan. Ten tweede is de koelefficiëntie laag, is de afstand tussen het waterkanaal en de vormholte lang, is het warmteoverdrachtspad lang en is de koeltijd lang. De derde is dat het ontwerp beperkt is. Bij het boren kunnen alleen rechte kanalen worden verwerkt en waterkanalen kunnen niet in complexe structurele gebieden worden aangebracht. De vierde zijn de hoge kosten van mallen. Complexe waterkanalen vereisen het boren van meerdere gaten en het dichten van de uiteinden, wat resulteert in hoge verwerkingskosten.

Het concept en de voordelen van conforme koelkanalen

Conformele koelkanalen verwijzen naar het koelsysteemontwerp waarbij de vorm van het koelwaterkanaal het gebogen oppervlak van de matrijsholte volgt. Door de waterkanalen dicht bij het spouwoppervlak te houden, kan een uniforme en efficiënte koeling worden bereikt. De voordelen van conforme koeling zijn onder meer: ​​uniforme koeling, consistente afstand tussen het waterkanaal en de holte, uniforme temperatuurverdeling van de mal en verminderde vervormingsdefecten. De koelefficiëntie is hoog, de koeltijd wordt met 30-50% verkort en de spuitgietcapaciteit wordt vergroot. De productkwaliteit is verbeterd en de uniforme koeling vermindert defecten zoals kromtrekken, zinksporen, luchtvlekken, enz., en verbetert het uiterlijk van het product en de maatnauwkeurigheid. De levensduur van de matrijs wordt verlengd en de uniforme temperatuurverdeling vermindert de thermische spanning en vermindert het risico op schimmelscheuren. De ontwerpvrijheid is groot en waterwegen kunnen worden ontworpen in gebieden waar traditionele werkwijzen niet mogelijk zijn.

3D-printen om conforme koelmatrijzen te vervaardigen

De complexe geometrie van de conforme koelkanalen is moeilijk te vervaardigen met behulp van traditionele verwerkingsmethoden, en 3D-printtechnologie biedt hiervoor een oplossing. Metaal 3D-printen (SLM/EBM) kan matrijsinzetstukken met conforme koelkanalen direct printen zonder rekening te houden met de gereedschapspadbeperkingen van traditionele bewerking. Veelgebruikte materialen voor het bedrukken van matrijzen zijn onder meer matrijsstaal (H13, S136), maragingstaal, berylliumkoper, enz. Na het printen zijn nabewerkingsprocessen zoals warmtebehandeling, machinale bewerking en polijsten vereist om aan de vereisten voor matrijsbewerking te voldoen. De drukkosten van conforme koelmatrijzen zijn hoger dan die van traditionele verwerking, maar de investering kan in kortere tijd worden terugverdiend door de spuitgietcyclus te verkorten en de productkwaliteit te verbeteren. Geschikt voor matrijstoepassingen met hoge output, hoge kwaliteitseisen en moeilijke koeling.

Belangrijkste punten van conformeel koelontwerp

Bij het ontwerp van conformele koelkanalen moet uitgebreid rekening worden gehouden met het koeleffect en de haalbaarheid van de productie. De diameter van het waterkanaal is meestal 6-12 mm. Bij een te grote diameter zal het matrijsvolume toenemen, bij een te kleine diameter zal het koelvermogen onvoldoende zijn. De afstand tussen het waterkanaal en het spouwoppervlak bedraagt ​​doorgaans 10-15 mm. Te dichtbij kan leiden tot onvoldoende malsterkte of lekkage van koelvloeistof. De afstand tussen de waterkanalen wordt bepaald op basis van de koelbehoeften, meestal 3-5 maal de diameter van de waterkanalen. Bij de indeling van het waterkanaal moet rekening worden gehouden met de temperatuurverdeling van de spouw. De gebieden met hoge temperaturen moeten dicht bij elkaar liggen, en de gebieden met lage temperaturen kunnen op passende wijze schaars zijn. Het inlaat- en uitlaatontwerp moet een soepele koelvloeistofstroom garanderen en dode hoeken vermijden. Bij de vaarwegverbinding moet rekening worden gehouden met verwerkingsgemak en afdichting. Tijdens het ontwerp wordt aanbevolen om schimmelstroomanalysesoftware (zoals Moldflow) te gebruiken om koelsimulaties uit te voeren en de lay-out van de waterkanalen te optimaliseren.

Toepassingsgevallen van conforme koelmatrijzen

Conformele koelmatrijzen hebben succesvolle toepassingsgevallen in veel industrieën. In de auto-industrie wordt het gebruikt om grote en complexe decoratieve onderdelen voor binnen en buiten te produceren, waardoor de cyclus met meer dan 40% wordt verkort en de vervorming door kromtrekken aanzienlijk wordt verminderd. In de elektronica-industrie wordt het gebruikt om dunwandige behuizingsonderdelen te produceren, de problemen van put- en luchtvlekken op te lossen en de uiterlijke kwaliteit van producten te verbeteren. In de medische industrie wordt het gebruikt voor de productie van precisieonderdelen voor medische apparaten, en de maatnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit zijn aanzienlijk verbeterd. In de verpakkingsindustrie wordt het gebruikt om dunwandige containers te produceren om de cyclus te verkorten en de productiecapaciteit te vergroten. Uit cases blijkt dat de terugverdientijd van de investering bij conforme koelmatrijzen gewoonlijk 6 tot 12 maanden bedraagt, en dat de voordelen aanzienlijk zijn voor onderdelen met grote volumes. Het wordt aanbevolen om de conforme koeloplossing in de nieuwe matrijsontwerpfase te overwegen om de optimale balans tussen matrijskosten en spuitgietefficiëntie te bereiken.