冷却ラインとは何ですか?
特殊な金型用途における冷却ライン
金型の仕事を18年続けています。最初の10年間はミシガン州の自動車販売工場で過ごしました。過去 8 年間は主に医療と家電製品のコンサルティングを行ってきました。儲かる店と儲からない店を分けるものがあるとすれば、それは冷たさだ。業界誌で読むような派手なものではありません。基本的で考え抜かれた冷却ラインのレイアウト。
ほとんどの射出成形工具サプライヤーは、冷却がサイクルの 60-70% を占めると言っています。この数字は業界内で福音のように飛び交っています。実際の数値は、壁の厚さ、樹脂、およびその他の約 15 の変数によって異なります。冷却がサイクルの 80% である薄肉のパッケージング金型を見たことがあります。-一度、厚肉断面の自動車ハウジングを 45% 近くで走らせたことがあります。重要なのは、一般的なパーセンテージはあまり役に立たないということです。特定の部品の熱の流れを理解することが役立ちます。
精密ツーリングには正確な熱管理が必要です。
ドリルと-の現実
従来の冷却はドリル-と-です。モールドブロックを取り出し、ミルまたはガンドリルに置き、まっすぐな穴を開けます。クロスドリルまたは外部ホースで接続します。不要な端を接続します。この方法は機能します。父がこの仕事をしていた頃からやっています。工具は安価で、どこの店でもできますし、何かが詰まった場合は棒で取り除けます。
この問題は、ジオメトリが複雑になると発生します。私は昨年、家電製品の筐体の仕事をしました。曲線が多く、公称壁は 1.2 mm、ボスは 0.8 mm まで下がっています。工業デザイナーは、私が実際に冷却できるものにはまったく興味がありませんでした。コア側には、3 つの異なるゾーンのキャビティの後ろにおそらく 6mm の鋼がありました。そこに10mmチャンネルを入れることはできません。安全マージンがなければ、そこに 6 mm チャンネルを配置することもできません。
私たちが最終的に行ったのは、組み合わせたアプローチでした。深いコアのバブラー、十分な肉があったバッフル、そして最悪のホットスポットに 1 つのコンフォーマルインサート。コンフォーマルピースにより、工具コストが 11,000 ドル追加されました。顧客は最初は支払いを望んでいませんでした。次に、サイクルタイムの違いを示しました。
コンフォーマルありの場合は -14 秒、コンフォーマルなしの場合は 22 秒。彼らは支払いました。
コンフォーマル冷却-それが理にかなっている場合
金属 3D プリンティングがこのビジネスを変えました。 10 年前、コンフォーマル冷却は好奇心の対象であり、展示会で見かけて「素敵だ」と思うものでした。現在では、すべての主要なカスタム射出成形金型メーカーがそれを提供しているか、提供する必要があります。テクノロジーは成熟しました。価格が下がりました。リードタイムは妥当なものになりました。
材料は機能します。 MS1 マレージング鋼インサートを 400,000 ショットを超えて問題なく実行しました。 H13 プリントは改善されてきていますが、私の経験では、粉末冶金はまだ耐摩耗性の高い用途には十分ではありません。-ゲートが直接衝突しないコアおよびキャビティインサートの場合、プリントスチールは良好に保持します。
ここで人々は誤解します。彼らは、コンフォーマルとは何でもクールにできることを意味すると考えています。あなたはできません。チャネルにはまだ流れが必要です。私のデスクには、血管のように見える美しい有機的な冷却チャネルを備えたデザインが浮かんでいます。 CADで見るととても綺麗です。乱流を通過させることは不可能です。圧力降下により死亡するか、流れが層流になり、熱伝達タンクが破損します。
私が使用するルール: チャネル断面を等価直径 5 mm 以上に保ち、非円形断面のアスペクト比が 4:1 を超えないようにして、回路の総長を TCU が実際に押し込める長さに制限します。-ほとんどの作業場温度制御ユニットの最高温度は約 4 ～ 5 bar です。コンフォーマル回路とマニホールドとホースがその範囲内で機能する必要があります。
バッフルとバブラーは依然としてその地位を保っています
15,000 ドルの印刷インサートについて射出成形冷却ソリューション プロバイダーに電話する前に、昔ながらの選択肢を検討してください。バッフルの価格はおそらく 1 つあたり 30 ドルです。バブラー、40～50ドル。ヒートパイプは長さと直径に応じて 150 ～ 400 ドルかかります。
バッフルは長方形のコアで効果的に機能します。平らな刃は、ドリル穴を供給と戻りに分割します。水は一方の側を下って底を回り、もう一方の側に戻ります。流量の一部が失われます。-これは、開いたチャネルで得られる流量の 60～65% に相当します。ほとんどのアプリケーションではこれで十分です。
一般的な故障モード
バッフルで最もよく見られる故障モードは、ドリルが深すぎる、バッフルが底に落ち、先端で流れが制限されるというものです。底部に3〜4mmの隙間を残してください。水質に問題があり、水垢の蓄積が予想される場合はさらに多くします。
バブラーは丸いコアに適しています。チューブ--の配置により、同じ直径の穴のバッフルよりも大きな表面積が得られます。欠点は、寸法公差の影響を受けやすいことです。インナーチューブとアウターホールの間の環状ギャップがリターンフローを制御します。締めすぎると回路が枯渇してしまいます。緩すぎると、すべての水が先端に到達せずに隙間を通ってショートしてしまいます。-
誰も語らない素材の選択
精密金型製造サービスのパンフレットには必ずコンフォーマル冷却について記載されています。冷却性能のための材料選択について語ることはあまりありません。
BeCu インサートは永遠に存在します。熱伝導率は約 105 W/m・K に対し、H13 の場合は 29。それは大きな数字です。物理的に水に近づくことができないホットスポットでは、銅合金インサートが作業を軽減します。私は薄いリブの後ろ、リフターボディ、バブラーが入らない小さなコアにそれらを使用しました。
問題は摩耗です。 BeCu は熱処理後、おそらく 35-38 HRC を実行します。直接ゲートするつもりはありません。ガラス入りナイロンを100万サイクルも動かすわけにはいきません。しかし、熱を取り出すだけで十分な保護された場所では機能します。
アルミニウム工具は、適切な用途に対して過小評価されています。医療関係の顧客が私のところに来て、年間約 50,000 個の生産量と製品寿命 3 年のプロトタイプの金型を求めてきました。-} P20 ツールの見積もりは非常に長く、{6}}納期が長く、コストが高く、使い古される前に時代遅れになってしまいます。鉄鋼価格の約 40% で QC-10 アルミニウムのコアとキャビティを作成しました。サイクルタイムは 12 秒でしたが、鋼材の場合は 18 ～ 20 秒と見積もられました。 3 年後、それらのツールはまだ実行されています。パーティングラインの摩耗はほとんどなく、部品の品質に影響を与えるものはありません。
温度管理が複雑になる
単純な金型では、半分ごとに 1 つの冷却回路が実行されます。水入れ、水抜き、完了。特殊な金型には-、私は最近机の上にあるもののほとんどをそのカテゴリに分類します。-複数のゾーンが必要です。
私が一緒に仕事をしている射出成形金型エンジニアリング コンサルタントの格言は、「すべてのホット スポットには独自の答えが必要です」です。場合によっては、その答えがよりフローになることもあります。時には冷たい水のこともあります。時にはそれは物質的な変化です。場合によっては、より長いサイクルを受け入れて先に進むこともあります。重要なのは、金型を 1 つの均一な熱質量として扱うことはできないということです。
カスケード制御が役に立ちます。 TCU は熱電対を介して金型温度を監視し、設定値を維持するように流量または混合バルブの位置を調整します。定常状態ではうまく機能します。-過渡現象にはあまり役に立ちません。-300 度のプラスチックがキャビティに当たると熱が爆発し、その後徐々に冷却され、その後再び爆発する-。鋼の熱質量は、それを平滑化する働きのほとんどを果たします。
変熱は本物ですが、高価です。充填前に金型表面温度を高くサイクルし、その後急速に温度を下げて冷却します。高光沢パーツのウェルド ラインがなくなるのを見てきました。-また、ツール プログラムに 80,000 ドルが追加され、6 か月の開発時間がかかることも見たことがあります。適切な用途-クラス A の自動車内装、欠陥のない医療機器-の外観要件-の場合は、この要件が満たされる可能性があります。ほとんどの仕事ではそうではありません。
本当に重要なこと
何年も経った今、私が若いエンジニアに言いたいのは、まず基本を正しく理解することです。可能な限り水線を地表の 2D 以内に保ちます。乱流を維持するのに十分な流れを流します。温度上昇により回路が長くなるのは避けてください。入口から出口までのデルタ最大値を 10 度にすることが適切な目標です。すべての回線に同様の制限が適用されるように回線のバランスを調整します。
これらのことを実行すれば、冷却の問題の 80% が解決されます。残りの 20% では興味深い作業が行われます。そこで、コンフォーマル、銅、変熱、あるいは誰も試したことのない組み合わせが必要になるかもしれません。
ツールは存在します。サプライヤーは存在します。知識は存在します。違いを生むのは、特定の部品、特定の金型、特定のプロセスにおける熱の流れを時間をかけて検討することです。これに代わるシミュレーションはありません。すべてのケースをカバーする経験則はありません。あなたはその仕事をしなければなりません。
この業界に携わって 23 年になりますが、まだ勉強中です。-それは日によって、最高の部分か最悪の部分のどちらかです。