Šta su linije za hlađenje?
Linije za hlađenje u specijalnim primjenama kalupa
Radim kalupe već 18 godina. Prvu deceniju proveo je u zarobljeničkoj radnji u Michiganu i upravljao automobilom. Posljednjih osam godina konsalting, uglavnom medicinske i potrošačke elektronike. Ako postoji jedna stvar koja razdvaja radnje koje zarađuju od onih koje ne zarađuju, to je hlađenje. Ne one fensi stvari o kojima čitate u trgovačkim časopisima. Samo osnovni, promišljeni raspored linije za hlađenje.
Većina dobavljača alata za brizganje će vam reći da hlađenje čini 60-70% vašeg ciklusa. Taj broj pluta po industriji poput evanđelja. Prava brojka zavisi od debljine zida, smole i petnaestak drugih varijabli. Vidio sam tanke{7}}kalupe za pakovanje u kojima je hlađenje bilo 80% ciklusa. Jednom sam vodio automobilsko kućište debelog presjeka gdje je bilo bliže 45%. Poenta je da vam generički procenti ne pomažu mnogo. Ono što pomaže je razumijevanje toka topline u vašem specifičnom dijelu.
Precizni alat zahtijeva precizno upravljanje toplinom.
Bušilica-i-stvarnost
Konvencionalno hlađenje je izbuši-i-utikač. Uzmite svoj blok kalupa, stavite ga na mlin ili bušilicu i napravite ravne rupe. Spojite ih unakrsnim bušilicama ili vanjskim crijevima. Začepite krajeve koji vam nisu potrebni. Ova metoda radi. Radilo je otkad je moj otac bio u ovom poslu. Alat je jeftin, svaka radnja to može, a kada se nešto začepi, možete ga izbaciti.
Problem se pojavljuje kada se geometrija zakomplikuje. Radio sam prošle godine-kućište za potrošačku elektroniku, puno krivina, nominalni zid 1,2 mm sa izbočinama do 0,8 mm. Industrijski dizajner nije imao nikakvog interesa za ono što bih 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. Tu ne možete staviti ni kanal od 6 mm, ni sa sigurnosnom marginom.
Ono što smo na kraju uradili je kombinovani pristup. Mjehurići u dubokim jezgrama, pregrade gdje smo imali dovoljno mesa i jedan konformni umetak na najgorem žarištu. Konformni komad je dodao 11.000 dolara na cijenu alata. Kupac isprva nije htio platiti. Zatim smo im pokazali vremensku razliku ciklusa
-14 sekundi sa konformnim prema 22 bez. Platili su.
Konformno hlađenje-Kada ima smisla
Metalna 3D štampa promijenila je ovaj posao. Prije deset godina konformno hlađenje je bilo kuriozitet, nešto što biste vidjeli na sajmu i pomislili "to je uredno". Sada svaki veliki proizvođač kalupa za brizganje to nudi ili bi trebao. Tehnologija je sazrela. Cijene su pale. Vremena isporuke su razumna.
Materijali rade. Proveo sam MS1 marging čelične umetke nakon 400.000 snimaka bez problema. H13 otisci postaju sve bolji, ali metalurgija praha još uvijek nije tu za primjene visokog{6}}habanja prema mom iskustvu. Za jezgre i umetke šupljina koji ne vide direktan udar u vrata, štampani čelik se dobro drži.
Evo gdje ljudi pogrešno shvataju: misle da konformno znači da možete ohladiti sve. Ne možeš. Kanali i dalje trebaju protok. Vidim dizajne koji dolaze preko mog stola s ovim prekrasnim organskim kanalima za hlađenje koji izgledaju kao krvni sudovi. Vrlo lijepo u CAD. Nemoguće je proći kroz turbulentni tok. Pad pritiska vas ubija ili tok ide laminarno i vaši rezervoari za prenos toplote.
Pravilo koje koristim: držite poprečni-presjek vašeg kanala iznad 5 mm ekvivalentnog promjera, nemojte prekoračiti omjer širine i visine 4:1 na bilo kojem ne-kružnom presjeku i ograničite ukupnu dužinu kruga na ono što vaš TCU zapravo može potisnuti. Većina jedinica za kontrolu temperature u radnji ima najviše oko 4-5 bara. Vaš konformni krug plus razdjelnik plus crijeva moraju raditi unutar toga.
Pregrade i mjehurići još uvijek imaju svoje mjesto
Prije nego što pozovete svog dobavljača rješenja za hlađenje za injekcijsko prešanje oko 15.000 dolara odštampanog umetka, razmislite o opcijama stare škole. Pregrade koštaju možda 30 dolara svaka. Bubblers, $40-50. Toplotne cijevi koštaju 150-400 USD u zavisnosti od dužine i prečnika.
Pregrade rade odlično u pravokutnim jezgrama. Ravna oštrica dijeli izbušenu rupu na dovodnu i povratnu. Voda ide niz jednu stranu, oko dna, nazad na drugu. Gubite neki kapacitet protoka-izračunajte 60-65% onoga što bi vam dao otvoreni kanal. Za većinu aplikacija to je dovoljno.
Common Failure Mode
Režim kvara koji najčešće vidim kod pregrada: momci buše preduboko, pregrada izlazi na dno, protok je ograničen na vrhu. Ostavite 3-4 mm razmaka na dnu. Više ako je kvaliteta vaše vode upitna i očekujete nakupljanje kamenca.
Bubbleri su bolji za okrugla jezgra. Raspored cijevi -u- daje vam veću površinu od pregrade u rupi istog promjera. Nedostatak je što su osjetljiviji na toleranciju dimenzija. Prstenasti razmak između unutrašnje cijevi i vanjskog otvora kontrolira vaš povratni tok. Previše stegnuto i izgladnjivali ste krug. Previše je labav i sva vaša voda kratko-spoji kroz procjep, a da ne dođe do vrha.
Materijalni izbori o kojima niko ne govori
Svaka brošura o uslugama izrade preciznih kalupa spominje konformno hlađenje. Malo se govori o odabiru materijala za performanse hlađenja.
BeCu umetci postoje oduvek. Toplotna provodljivost oko 105 W/m·K naspram 29 za H13. To je veliki broj. Na vrućoj tački gdje fizički ne možete dobiti vodu dovoljno blizu, umetak od legure bakra može spasiti posao. Koristio sam ih iza tankih rebara, u tijelima podizača, u malim jezgrima gdje mjehurić ne stane.
Kvaka je u habanju. BeCu radi možda 35-38 HRC nakon termičke obrade. Nećete ući direktno na njega. Nećete ga provlačiti najlonom punjenim staklom tokom milion ciklusa. Ali na zaštićenim lokacijama gdje samo trebate povući toplinu, funkcionira.
Aluminijski alat je podcijenjen za pravu primjenu. Medicinski kupac mi je došao sa željom da prototip kalupa, očekivane količine oko 50.000 komada godišnje, tri-godišnji vijek trajanja proizvoda. Cijene koje su imali za P20 alate su bile ludo-dugo vrijeme isporuke, visoka cijena, i oni bi bili zastarjeli prije nego što se istroše. Jezgra i šupljine smo uradili u QC-10 aluminijumu za oko 40% cene čelika. Vrijeme ciklusa dolazilo je za 12 sekundi u odnosu na 18-20 koliko smo procijenili za čelik. Tri godine kasnije ti alati još uvijek rade. Malo istrošenost linije razdvajanja, ništa što utiče na kvalitet delova.
Kontrola temperature postaje komplikovana
Jednostavni kalupi pokreću jedan krug hlađenja na polovinu. Voda unutra, voda van, gotovo. Specijalni kalupi-i ja bih većinu onoga što se nalazi na mom stolu ovih dana stavio u tu kategoriju-za koje je potrebno više zona.
Konsultant za inžinjering kalupa za brizganje sa kojim radim ima izreku: svaka vruća tačka treba svoj odgovor. Ponekad je taj odgovor više protok. Ponekad je hladnija voda. Ponekad je to materijalna promjena. Ponekad prihvata duži ciklus i ide dalje. Poenta je da se kalup ne može tretirati kao jedna uniformna termička masa.
Kaskadna kontrola pomaže. Vaš TCU prati temperaturu kalupa preko termoelementa i podešava protok ili položaj ventila za miješanje kako bi održao zadanu vrijednost. Dobro radi za stabilno-stanje. Ne pomaže mnogo kod prolaznog-tog naleta topline kada plastika od 300 stepeni udari u šupljinu, zatim postepeno hlađenje-, pa još jedan udar. Termička masa čelika obavlja većinu posla izglađujući to.
Variothermal je pravi, ali skup. Visoka temperatura površine kalupa prije punjenja, a zatim brzo spuštanje radi hlađenja. Vidio sam kako eliminira linije zavara na dijelovima visokog{2}}sjaja. Takođe sam video da dodaje 80.000 dolara programu alata i šest meseci vremena za razvoj. Za pravu primjenu-Unutrašnjost automobila klase A, medicinski uređaj bez-kozmetičkih zahtjeva za defekte-mogao bi se isprazniti. Za većinu poslova nije.
Šta je zapravo bitno
Nakon svih ovih godina, evo šta govorim mlađim inženjerima: prvo ispravite osnove. Držite svoje vodene linije unutar 2D površine gdje možete. Pokrenite dovoljan protok da ostanete turbulentni. Ne dozvolite da kola traju toliko dugo da vas porast temperature ubije - 10 stepeni delta max od ulaza do izlaza je dobra meta. Uravnotežite svoja kola tako da svi vide slična ograničenja.
Uradite te stvari i riješit ćete 80% svojih problema sa hlađenjem. Ostalih 20% je mjesto gdje se dešava zanimljiv posao. Tamo će vam možda trebati konformni, ili bakarni, ili variotermalni, ili neka kombinacija koju niko prije nije probao.
Alati postoje. Dobavljači postoje. Znanje postoji. Ono što čini razliku je da odvojite vrijeme da razmislite o protoku topline u vašem specifičnom dijelu, vašem specifičnom kalupu, vašem specifičnom procesu. Nijedna simulacija to ne zamjenjuje. Nijedno pravilo ne pokriva svaki slučaj. Morate obaviti posao.
Dvadeset-tri godine u ovom zanatu i još uvijek učim. To je ili najbolji ili najgori dio, ovisno o danu.