Проектирование конформных каналов охлаждения с помощью 3D-печати и повышение эффективности литья под давлением при производстве пресс-форм

Ограничения традиционного охлаждения пресс-формы

Система охлаждения литьевой формы оказывает решающее влияние на цикл впрыска и качество продукции. Традиционное охлаждение пресс-формы использует прямоточные водяные каналы, а охлаждающие каналы образуются в стали пресс-формы путем сверления. Этот метод прост в обработке и недорог, но имеет очевидные ограничения. Во-первых, охлаждение происходит неравномерно, и прямой водный канал трудно следовать по сложной поверхности, что приводит к неравномерному распределению температуры в форме, вызывая деформацию деформации, следы утопления и другие дефекты. Во-вторых, эффективность охлаждения низкая, расстояние между водяным каналом и полостью формы велико, путь теплопередачи длинный и время охлаждения велико. В-третьих, дизайн ограничен. Бурением можно обрабатывать только прямые каналы, а водные каналы нельзя устраивать на сложных структурных участках. Четвертое – высокая стоимость форм. Сложные водные каналы требуют сверления нескольких отверстий и закупорки концов, что приводит к высоким затратам на обработку.

Концепция и преимущества конформных каналов охлаждения

Конформные каналы охлаждения относятся к конструкции системы охлаждения, в которой форма канала охлаждающей воды повторяет изогнутую поверхность полости формы. Поддерживая водные каналы близко к поверхности полости, можно добиться равномерного и эффективного охлаждения. К преимуществам конформного охлаждения относятся: равномерное охлаждение, постоянное расстояние между водным каналом и полостью, равномерное распределение температуры формы и уменьшение дефектов деформации. Эффективность охлаждения высока, время охлаждения сокращается на 30-50%, а производительность литья под давлением увеличивается. Качество продукции улучшается, а равномерное охлаждение уменьшает дефекты, такие как коробление, вмятины, воздушные следы и т. д., а также улучшает внешний вид продукта и точность размеров. Срок службы формы продлевается, а равномерное распределение температуры снижает термическое напряжение и снижает риск растрескивания формы. Свобода проектирования велика, и водные пути можно проектировать в районах, где традиционные методы не могут быть реализованы.

3D-печать для изготовления конформных форм для охлаждения

Сложную геометрию конформных каналов охлаждения сложно изготовить традиционными методами обработки, и технология 3D-печати обеспечивает решение этой проблемы. 3D-печать металлом (SLM/EBM) позволяет напрямую печатать вставки пресс-формы с конформными каналами охлаждения, не принимая во внимание ограничения траектории инструмента, присущие традиционной обработке. Обычно используемые материалы для печати на пресс-формах включают пресс-форму (H13, S136), мартенситностареющую сталь, бериллиевую медь и т. д. После печати для удовлетворения рабочих требований пресс-формы необходимы процессы последующей обработки, такие как термообработка, механическая обработка и полировка. Стоимость печати конформных охлаждающих форм выше, чем при традиционной обработке, но инвестиции можно окупить за более короткое время за счет сокращения цикла литья под давлением и улучшения качества продукции. Подходит для пресс-форм с высокой производительностью, высокими требованиями к качеству и сложным охлаждением.

Ключевые моменты проектирования конформного охлаждения

При проектировании конформных каналов охлаждения необходимо всесторонне учитывать охлаждающий эффект и возможность производства. Диаметр водного канала обычно составляет 6-12 мм. Если диаметр слишком велик, объем формы увеличится, а если диаметр слишком мал, охлаждающая способность будет недостаточной. Расстояние между водным каналом и поверхностью полости обычно составляет 10-15 мм. Слишком близкое расположение может привести к недостаточной прочности формы или утечке охлаждающей жидкости. Расстояние между водными каналами определяется в зависимости от потребностей в охлаждении, обычно в 3–5 раз больше диаметра водяного канала. При планировке водного канала необходимо учитывать распределение температуры в полости. Области с высокой температурой должны быть расположены плотно, а области с низкой температурой могут быть соответственно редкими. Конструкция входа и выхода должна обеспечивать плавный поток охлаждающей жидкости и избегать мертвых углов. При соединении водного пути необходимо учитывать удобство обработки и герметизацию. Во время проектирования рекомендуется использовать программное обеспечение для анализа текучести пресс-формы (например, Moldflow) для моделирования охлаждения и оптимизации расположения каналов для воды.

Случаи применения конформных охлаждающих форм

Конформные охлаждающие формы успешно применяются во многих отраслях промышленности. В автомобильной промышленности его используют для производства крупных и сложных внутренних и наружных декоративных деталей, сокращая цикл более чем на 40% и значительно уменьшая деформацию коробления. В электронной промышленности он используется для производства тонкостенных корпусных деталей, решения проблем с вмятинами и воздушными следами, а также для улучшения внешнего вида продукции. В медицинской промышленности он используется для производства прецизионных деталей медицинского оборудования, при этом точность размеров и качество поверхности значительно улучшаются. В упаковочной промышленности его используют для производства тонкостенной тары, чтобы сократить производственный цикл и увеличить производственную мощность. Практические примеры показывают, что период окупаемости инвестиций в конформные охлаждающие формы обычно составляет 6-12 месяцев, а преимущества значительны для деталей большого объема. Рекомендуется рассмотреть решение конформного охлаждения на этапе проектирования новой формы, чтобы достичь оптимального баланса между стоимостью формы и эффективностью литья под давлением.