El moldeo por inyección permite que los productos plásticos se produzcan con detalles complejos e intrincados, a menudo en series de producción considerables, con tolerancias repetibles y alta calidad de superficie. Las herramientas de molde deben estar diseñadas para replicar perfectamente el diseño 3D en el tiempo de ciclo mínimo. El enfriamiento de la pieza de plástico a medida que se solidifica dentro de la herramienta de moldeo es un factor crítico, que afecta tanto el tiempo de ciclo como la calidad de la pieza.
Recapitulemos los principios del enfriamiento conforme y analicemos el impacto beneficioso de Deep Mold en el diseño de herramientas de moldes.
¿Por qué usar Deep Mould para el enfriamiento de herramientas de moldeo?
El objetivo del enfriamiento conforme es reducir la temperatura de la pieza de plástico dentro de la herramienta de molde de manera rápida y uniforme. La pieza no puede retirarse de la herramienta hasta que se haya enfriado lo suficiente como para separarla de su molde. Cualquier punto caliente retrasará la liberación de la pieza, puede provocar marcas de deformación y hundimiento en la pieza después de la extracción y puede comprometer la calidad de la superficie del componente.
El enfriamiento se logra al pasar un fluido a través de los canales dentro de la herramienta de molde para que el calor se conduzca fuera de la pieza de plástico, a través de la herramienta de metal, y fuera en el fluido. La velocidad y la uniformidad de este efecto de enfriamiento se deben a la forma en que el canal del fluido rastrea la superficie de la herramienta y la velocidad a la que pasa el fluido de enfriamiento a través de ella. También debemos asegurarnos de que nuestras herramientas de molde sean confiables, evitando puntos muertos en el flujo de refrigerante donde los sedimentos pueden acumularse y crear obstrucciones.
Imagen de arriba: los canales de enfriamiento convencionales producidos por la perforación cruzada requieren tapones adicionales para evitar puntos muertos. La esquina afilada también crea turbulencia y limita el caudal de refrigerante a través del canal.
Deep Mould brinda a los diseñadores de herramientas de moldes la libertad de diseñar canales de enfriamiento complejos que siguen de cerca la superficie de los componentes, al tiempo que maximizan el flujo laminar y eliminan los puntos muertos que de otra forma podrían obstruirse con el tiempo.
En los moldes convencionales tenemos canales de enfriamiento perforados y taponados en regiones limitadas de la pieza como esta:
Por el contrario, con Deep Mold podemos diseñar canales contorneados que siguen de cerca la superficie de la herramienta de esta manera:
So Deep Mold nos ayuda a diseñar herramientas que no solo proporcionan un enfriamiento más eficaz, sino que también son más fáciles de fabricar y ensamblar.
Reducción del tiempo de enfriamiento del 55%.
La compañía necesitaba aumentar la productividad de estos moldes para mantenerse al día con la creciente demanda. Usando enfriamiento convencional, el tiempo total del ciclo fue de 52 segundos, de los cuales se requirieron 22 segundos para enfriar la parte desde su temperatura de fusión de 220 ° C hasta la temperatura de desmoldeo de 100 ° C.
El moldeo de estas piezas es sustancial y complejo, y comprende una gran cavidad y numerosos insertos refrigerados. El diseño original se muestra a continuación.
El sistema de refrigeración original para las inserciones contiene varios circuitos de refrigeración separados, como se muestra en la siguiente imagen. Se utiliza un total de 10 litros por minuto de agua de refrigeración.
La termografía del lado del eyector de la herramienta de molde original muestra la temperatura de la pared al final del ciclo de enfriamiento de 22 segundos. Podemos ver una variación significativa en la temperatura a través del molde, con puntos calientes que pueden comprometer el componente a medida que se retira del molde:
El primer paso para acelerar las cosas es simular el comportamiento de la herramienta de moldeo. En particular, los hotspots necesitan un análisis adicional, ya que son responsables del largo tiempo de enfriamiento. Se realizó una simulación de 20 ciclos, incluido un análisis de la temperatura de la pared. Las temperaturas modeladas muestran buena correlación con la termografía.
Ahora que tenemos un modelo del diseño de enfriamiento actual, podemos hacer cambios de diseño para mejorar las cosas, enfocándonos en los puntos calientes. En este caso, una parte de la solución es agregar canales de enfriamiento convencionales adicionales en la placa de molde de berilio-cobre en el lado de la boquilla.
A continuación, desarrollamos nuevos insertos AM para el lado de expulsión de la herramienta, que cuentan con enfriamiento conforme para eliminar el exceso de calor. La imagen de abajo muestra estos canales de enfriamiento adicionales de 4 mm de diámetro aplicados a las regiones problemáticas:
En una región donde no había espacio suficiente para incluir más canales de refrigeración, Kärcher realizó mejoras en el diseño del producto para aliviar el problema.
Cuando simulamos el comportamiento térmico con estos nuevos sistemas de enfriamiento, observamos una mejora significativa en la uniformidad de la temperatura en toda la pieza, después de un ciclo de enfriamiento mucho más corto:
Estas mejoras simuladas se confirman en la imagen térmica del nuevo molde después de un ciclo de enfriamiento reducido de solo 10 segundos:
Las nuevas inserciones se realizan utilizando Deep Mold para crear los canales complejos. Algunos se construyen de forma totalmente aditiva, mientras que otros son componentes "híbridos" que construyen regiones aditivas sobre los espacios en blanco mecanizados. El nuevo conjunto del lado del eyector se muestra a continuación:
El tiempo de enfriamiento se redujo en un 55% de 22 segundos a solo 10 segundos. Combinado con un mayor ahorro de tiempo en la alimentación y el manejo de materiales, el enfriamiento más rápido ayudó a aumentar el rendimiento de producción de cada herramienta en un 40%, de 1.500 a 2.100 piezas por día.
Imagen de arriba: diseños originales (izquierda) y nuevos (derecha) de herramientas de moldeo.
Resumen
El enfriamiento conforme permite que las herramientas de moldeo funcionen más rápido y produzcan piezas más consistentes. Deep Mould aumenta esto aún más al optimizar la transferencia de calor para que el enfriamiento sea más rápido y más uniforme.
