In der Präzisionsspritzgießtechnik ist die Form wie eine „Zauberbox“, und das Kühlsystem ist die „Klimaanlage“ in dieser Box. Es bestimmt nicht nur die Formungseffizienz des Produkts, sondern wirkt sich auch direkt auf die Maßgenauigkeit und die Oberflächenqualität der Teile aus. Stellen Sie sich vor, dass die Kühlwirkung einer Eismaschine schlecht ist, dann schmilzt und verformt sich das Eis. Ähnlich wird, wenn die Formkühlung ungleichmäßig ist, Kunststoffteile schrumpfen und reißen. Lassen Sie uns diskutieren, wie wir das „Klimasystem“ von Präzisionsformen verbessern können, um eine schnelle und stabile Produktion zu erreichen.
Der „Regler“ von Effizienz und Kosten
Wenn das geschmolzene Plastik in die Form gespritzt wird, kann seine Temperatur bis zu 200 - 300 °C erreichen, und die Kühlzeit macht mehr als 70 % des gesamten Spritzgießzyklus aus. Ein schlecht konstruiertes Kühlsystem ist wie die Verwendung eines kleinen Ventilators, um einen Patienten mit hohem Fieber zu kühlen, was zu einer niedrigen Produktionseffizienz und einem hohen Energieverbrauch führt. Zum Beispiel kann bei der Produktion von Handyhüllen durch die Optimierung der Kühlung der Zyklus von 40 Sekunden auf 25 Sekunden verkürzt werden, sodass eine Spritzgießmaschine pro Jahr 100.000 Teile mehr produzieren kann.
Der „unsichtbare Richter“ der Qualität
Eine ungleichmäßige Kühlung kann dazu führen, dass die Teile „innen und außen unterschiedlich“ sind. Die Oberfläche kühlt und verhärtet sich schnell, während das Innere langsam abkühlt und beim Schrumpfen gezogen wird, was zu inneren Spannungen führt, die zu Verformungen und Rissen des Teils führen können. Zum Beispiel kann bei einer Präzisionszahnradform, wenn der Zahnteil langsam abkühlt, das Zahnrad „krumm“ werden und die Übertragungsgenauigkeit beeinträchtigen.
Wasserwegeanordnung: Präzise Verteilung wie menschliche Blutgefäße
Konformes Kühlen: „Blutgefäße“ für die Form anpassen
Traditionelle Wasserwege sind linear, ähnlich dem Anschluss von Wasserrohren an einen Heizkörper, wobei Bereiche, die weit von dem Wasserweg entfernt sind, langsam abkühlen. Die konforme Kühltechnologie (wie 3D-gedruckte Wasserwege) kann sich entlang der Formhohlraum „winden“. Zum Beispiel sorgt die Gestaltung eines spiralförmigen Wasserwegs für eine Automobilstoßstangenform dafür, dass jede Ecke von „kühler Luft“ umgeben ist, wodurch die Kühlgleichmäßigkeit um 40 % verbessert wird.
Fallstudie: Bei der Herstellung von Brillengestellformen verkürzten konforme Wasserwege die Kühlzeit an den Ecken des Bügelteils von 15 Sekunden auf 8 Sekunden und reduzierten die Verformung um 60 %.
Symmetrisches Design: „Temperaturunterschiede“ in der Form vermeiden
Die Wasserwege links und rechts sowie oben und unten der Form sollten symmetrisch sein, genau wie die Klimaanlage in einem Raum nicht nur nach links blasen kann. Zum Beispiel sollten bei der Herstellung von rechteckigen Teilen die Wasserwege links und rechts symmetrisch angeordnet sein. Andernfalls wird das Teil nach rechts biegen, wenn die linke Seite schneller abkühlt und die rechte Seite langsamer abkühlt.
Kühlmedium: Die Wahl der richtigen „Kühlflüssigkeit“ ist entscheidend
Wasser vs. Öl vs. Luft: Jeder hat seine eigenen Tricks
Wasser: Es hat eine schnelle Wärmeleitung (niedrige Kosten) und eignet sich für Formen mit Temperaturen ≤100 °C, wie beispielsweise für gewöhnliche Kunststoffteile.
Wärmeübertragungsöl: Es kann hohe Temperaturen (bis zu 300 °C) aushalten und eignet sich für die Verarbeitung von Hochtemperaturkunststoffen wie PEEK, ist aber teuer und anfällig für Verkalkungen.
Druckluft: Sie ist sauber und hinterlässt keine Rückstände, eignet sich daher für Mikroformen oder Präzisionselektronikteile, hat aber eine niedrige Kühleffizienz.
Eiswassergemisch: Ein „Spezialmedikament“ für Szenarien mit schneller Kühlung
Bei der Herstellung von transparenten optischen Teilen (wie Linsen) ist eine schnelle Kühlung erforderlich, um eine Kristallisation zu verhindern. Die Einleitung von Eiswasser mit 5 - 10 °C in den Wasserweg kann die Oberflächentemperatur schnell unter die Glasübergangstemperatur senken und die Lichtdurchlässigkeit gewährleisten.
Wasserwegdetails: Kleine Designs bergen große Überlegungen
Rohrdurchmesser und Strömungsgeschwindigkeit: Vermeidung von „labyrinthartigen“ Wasserrohren
Der Durchmesser des Wasserwegrohrs wird im Allgemeinen zwischen 6 - 12 mm gewählt. Wenn er zu dünn ist, ist es wie ein verworrenes Wasserrohr mit unzureichender Strömung; wenn er zu dick ist, ist es wie ein großes Wasserrohr, das an einem kleinen Wasserhahn angeschlossen ist und eine langsame Strömung hat. Die ideale Strömungsgeschwindigkeit wird zwischen 1 - 2 m/s kontrolliert, ähnlich der Wasserströmungsgeschwindigkeit aus einem Haushaltswasserhahn, die Wärme abführen kann, ohne dass Verschwendung entsteht.
Vermeidung von „Stehenden Gewässern“: Vermeidung von „Staus“ im Wasserweg
Vermeiden Sie rechte Winkel an den Ecken des Wasserwegs (die dazu neigen, Luft anzusammeln) und verwenden Sie 1/4-Kreisbögen für Übergänge. Der Einlass und der Auslass sollten versetzt sein, um zu verhindern, dass die Kühlflüssigkeit Abkürzungen nimmt. Zum Beispiel ermöglicht die Gestaltung des Wasserwegs in einer „S“-Form, dass die Kühlflüssigkeit durch jede Ecke fließt und lokale Überhitzung vermeidet.
Materialien und Struktur: Die Form mit „Wärmeableitungskleidung“ ausstatten
Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit: Die Form in einen „Wärmeableiter“ verwandeln
Die Verwendung von Berylliumkupfer (mit einer Wärmeleitfähigkeit, die dreimal so hoch ist wie die von Stahl) für den Formkern ist wie das Einbauen von Wärmeableitern in die Form. Zum Beispiel kann bei der Herstellung von kleinen Präzisionszahnrädern ein Berylliumkupferkern die Kühlgeschwindigkeit des Zahnteils um 50 % erhöhen und die Maßgenauigkeit von ±0,05 mm auf ±0,02 mm verbessern.
Leitbleche und Spiralrohre: Die Kühlflüssigkeit „umlaufen“ lassen
In tiefen Hohlraumformen (wie beispielsweise für Becher) ermöglicht das Einsetzen von Spiralrohren oder Leitblechen, dass die Kühlflüssigkeit im Kern „umlauft“. Es ist wie das Drehen eines Strohhalms beim Trinken von Milchtee, um sicherzustellen, dass jede Ecke erreicht wird und eine langsame Kühlung in der Mitte des Kerns vermieden wird.
Simulation: Durchführen von „virtuellen Tests“ vor dem Handeln
Die Verwendung von Software wie Moldflow zur Simulation des Flusses der Kühlflüssigkeit und der Temperaturverteilung ist wie das Durchführen eines „Probelaufs“ auf einem Computer. Zum Beispiel zeigte eine Simulation bei der Gestaltung einer Handyhüllenform, dass die Kühlung in der Nähe des Kameralochs langsam war. Durch das Hinzufügen von diagonalen Wasserwegen wurde die Temperatur an dieser Stelle von 120 °C auf 90 °C gesenkt und die Schrumpfrate des Teils von 1,5 % auf 0,8 % reduziert.
Intelligente Temperaturkontrolle: Ein „Gehirn“ für das Kühlsystem installieren
Das Installieren von Temperatursensoren im Wasserweg ermöglicht die Echtzeitüberwachung der Einlass- und Auslasstemperaturen der Kühlflüssigkeit. Wenn ein Temperaturunterschied von mehr als 5 °C festgestellt wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit der Wasserpumpe automatisch angepasst oder das Eiswasser ausgetauscht werden, ähnlich wie eine Klimaanlage, die die Temperatur automatisch an die Raumtemperatur anpasst. Eine Produktionslinie für Automobilinnenteile, die eine intelligente Temperaturkontrolle verwendete, reduzierte die Ausschussquote von 8 % auf 2 %.
Vermeiden Sie, den Wasserweg zu weit von der Hohlraumfläche entfernt zu platzieren
Der Abstand zwischen dem Wasserweg und der Hohlraumfläche sollte im Allgemeinen auf das 3- bis 5-fache des Rohrdurchmessers kontrolliert werden (zum Beispiel sollte bei einem Wasserweg mit einem Durchmesser von 10 mm der Abstand zur Hohlraumfläche 30 - 50 mm betragen). Ein zu großer Abstand ist wie die Installation einer Klimaanlage im nächsten Raum, was zu einer schlechten Wärmeableitung führt; ein zu kleiner Abstand kann leicht zu einem Wasseraustritt führen. Zum Beispiel platzierte eine Fabrik den Wasserweg nur 10 mm von der Hohlraumfläche entfernt, was zu einem Formaustritt und einem Produktionsstillstand führte.
Vergessen Sie nicht die Luftentlüftung!
Wenn sich Luft im Wasserweg befindet, ist es wie Blasen in einem Wasserrohr, die die Wärmeableitung beeinträchtigen können. Installieren Sie ein Entlüftungsventil an der höchsten Stelle des Wasserwegs und entlüften Sie die Luft jedes Mal, wenn die Maschine gestartet wird, was genauso wichtig ist wie die Entlüftung eines Autokühlers.
Effizienzverbesserung: Nach der Optimierung der Kühlung einer elektronischen Steckverbinderform wurde der Zyklus von 35 Sekunden auf 22 Sekunden verkürzt. Die jährliche Produktionskapazität einer Spritzgießmaschine stieg von 120.000 Stück auf 190.000 Stück, was zu einem zusätzlichen Gewinn von 300.000 Yuan führte.
Qualitätsverbesserung: Nach der Verwendung von konformem Kühlverfahren für eine medizinische Spritzeform wurde die Verwerfung des Teils von 0,3 mm auf 0,1 mm reduziert und eine medizinische Genauigkeit erreicht.
Das Kühlsystem einer Präzisionsform ist wie die Blutzirkulation im menschlichen Körper. Obwohl es komplex erscheint, folgt es bestimmten Regeln. Durch eine sinnvolle Anordnung der Wasserwege, die Auswahl des richtigen Mediums und die Ausstattung mit Technologie können wir nicht nur die Spritzgießproduktion „schnell laufen“ lassen, sondern auch sicherstellen, dass die Teile „genau wachsen“. Es ist eine sehr kosteneffektive Optimierungsrichtung im Präzisionsspritzgießen.
