Apa itu Garis Pendingin?
Garis Pendingin dalam Aplikasi Cetakan Khusus
Saya telah melakukan pekerjaan cetakan selama 18 tahun sekarang. Menghabiskan dekade pertama di sebuah toko penangkaran di Michigan yang menjalankan otomotif. Delapan tahun terakhir konsultasi, sebagian besar adalah bidang medis dan elektronik konsumen. Jika ada satu hal yang membedakan toko-toko yang menghasilkan uang dan yang tidak, itu adalah pendinginan. Bukan hal-hal mewah yang Anda baca di majalah perdagangan. Hanya tata letak saluran pendingin yang mendasar dan bijaksana.
Sebagian besar pemasok alat cetakan injeksi akan memberi tahu Anda bahwa pendinginan menyumbang 60-70% dari siklus Anda. Angka itu beredar di industri seperti Injil. Angka sebenarnya bergantung pada ketebalan dinding, resin, dan sekitar lima belas variabel lainnya. Saya pernah melihat-cetakan kemasan dinding tipis yang siklus pendinginannya mencapai 80%. Menjalankan perumahan otomotif dengan bagian tebal yang mendekati 45%. Intinya adalah, persentase umum tidak banyak membantu Anda. Yang membantu adalah memahami aliran panas di bagian spesifik Anda.
Perkakas presisi memerlukan manajemen termal yang tepat.
Latihan-dan-Realitas Steker
Pendinginan konvensional dilakukan dengan bor-dan-steker. Anda mengambil balok cetakan, meletakkannya di gilingan atau bor senjata, dan membuat lubang lurus. Hubungkan dengan bor silang atau selang eksternal. Tancapkan ujung yang tidak diperlukan. Metode ini berhasil. Ini berhasil sejak ayah saya berkecimpung dalam bisnis ini. Perkakasnya murah, toko mana pun bisa melakukannya, dan jika ada sesuatu yang tersumbat, Anda bisa mengeluarkannya.
Masalahnya muncul ketika geometri menjadi rumit. Saya mengerjakan pekerjaan tahun lalu-penutup elektronik konsumen, banyak lekukan, dinding nominal 1,2 mm dengan bos turun menjadi 0,8 mm. Perancang industri tidak tertarik pada apa yang sebenarnya bisa saya kerenkan. Sisi inti mungkin memiliki baja 6 mm di belakang rongga di tiga zona berbeda. Anda tidak dapat memasang saluran 10mm di sana. Anda juga tidak dapat memasang saluran 6mm di sana, tidak dengan margin keamanan apa pun.
Apa yang akhirnya kami lakukan adalah pendekatan kombinasi. Bubbler di inti yang dalam, penyekat di mana kita memiliki cukup daging, dan satu sisipan konformal di titik panas terburuk. Potongan konformal menambahkan $11.000 ke biaya perkakas. Pelanggan tidak mau membayar pada awalnya. Kemudian kami menunjukkan kepada mereka perbedaan waktu siklus
-14 detik dengan konformal versus 22 detik tanpa konformal. Mereka membayar.
Pendinginan Konformal-Jika Masuk Akal
Pencetakan 3D logam mengubah bisnis ini. Sepuluh tahun yang lalu pendinginan konformal merupakan hal yang menarik, sesuatu yang Anda lihat di pameran dagang dan berpikir "itu bagus". Sekarang setiap produsen cetakan injeksi khusus menawarkannya, atau seharusnya. Teknologinya sudah matang. Harga turun. Waktu tunggu menjadi masuk akal.
Bahannya berfungsi. Saya telah menjalankan sisipan baja maraging MS1 melewati 400.000 tembakan tanpa masalah. Hasil cetakan H13 menjadi lebih baik tetapi metalurgi serbuk masih belum cukup untuk aplikasi-keausan tinggi menurut pengalaman saya. Untuk inti dan sisipan rongga yang tidak melihat benturan langsung dengan gerbang, baja cetak dapat bertahan dengan baik.
Di sinilah orang salah paham: mereka mengira konformal berarti Anda bisa mendinginkan apa pun. Anda tidak bisa. Saluran masih memerlukan aliran. Saya melihat desain muncul di meja saya dengan saluran pendingin organik indah yang terlihat seperti pembuluh darah. Sangat cantik dalam CAD. Mustahil untuk melewati aliran turbulen. Penurunan tekanan membunuh Anda, atau aliran menjadi laminar dan tangki perpindahan panas Anda.
Aturan yang saya gunakan: pertahankan penampang-saluran Anda di atas diameter setara 5 mm, jangan melebihi rasio aspek 4:1 pada bagian non-lingkaran, dan batasi total panjang sirkuit sesuai kemampuan TCU Anda. Sebagian besar unit pengatur suhu lantai pabrik memiliki suhu sekitar 4-5 bar. Sirkuit konformal Anda ditambah manifold plus selang harus berfungsi di dalamnya.
Baffle dan Bubbler Masih Memiliki Tempatnya
Sebelum Anda menghubungi penyedia solusi pendingin cetakan injeksi tentang sisipan cetakan senilai $15.000, pertimbangkan opsi lama. Baffle mungkin berharga $30 per buah. Bubbler, $40-50. Pipa panas berharga $150-400 tergantung pada panjang dan diameter.
Baffle bekerja dengan baik pada inti persegi panjang. Pisau datar membagi lubang yang dibor menjadi suplai dan pengembalian. Air turun ke satu sisi, ke bawah, dan kembali ke atas di sisi lainnya. Anda kehilangan sejumlah kapasitas aliran-angka 60-65% dari apa yang diberikan saluran terbuka kepada Anda. Untuk sebagian besar aplikasi, itu sudah cukup.
Mode Kegagalan Umum
Mode kegagalan yang paling sering saya lihat pada baffle: orang mengebor terlalu dalam, baffle berada di bagian bawah, aliran menjadi terbatas di ujungnya. Sisakan jarak 3-4mm di bagian bawah. Terlebih lagi jika kualitas air Anda dipertanyakan dan Anda memperkirakan akan terjadi penumpukan kerak.
Bubbler lebih baik untuk inti bulat. Susunan tabung-dalam-tabung memberi Anda lebih banyak luas permukaan dibandingkan penyekat pada lubang berdiameter sama. Kelemahannya adalah mereka lebih sensitif terhadap toleransi dimensi. Celah melingkar antara ban dalam dan lubang luar mengontrol aliran balik Anda. Terlalu ketat dan Anda membuat sirkuit kelaparan. Terlalu longgar dan semua air Anda akan mengalami arus pendek-melalui celah tersebut tanpa mencapai ujungnya.
Pilihan Materi Tidak Ada yang Membicarakannya
Setiap brosur layanan pembuatan cetakan presisi menyebutkan pendinginan konformal. Tidak banyak yang membicarakan pemilihan material untuk performa pendinginan.
Sisipan BeCu telah ada selamanya. Konduktivitas termal sekitar 105 W/m·K versus 29 untuk H13. Itu angka yang besar. Di titik panas di mana Anda secara fisik tidak bisa mendapatkan air cukup dekat, sisipan paduan tembaga dapat menghemat pekerjaan. Saya telah menggunakannya di belakang rusuk tipis, di badan pengangkat, di inti kecil di mana bubbler tidak muat.
Hasil tangkapannya adalah keausan. BeCu berjalan mungkin 35-38 HRC setelah perlakuan panas. Anda tidak akan langsung menuju ke sana. Anda tidak akan menggunakan nilon berisi kaca di atasnya selama satu juta siklus. Namun di lokasi terlindung di mana Anda hanya perlu mengeluarkan panas, cara ini berhasil.
Perkakas aluminium diremehkan untuk aplikasi yang tepat. Seorang pelanggan medis datang kepada saya menginginkan cetakan prototipe, perkiraan volume sekitar 50.000 buah per tahun, masa pakai produk tiga-tahun. Harga yang mereka berikan untuk alat P20 sangat-waktu pengerjaan yang lama, biaya tinggi, dan alat tersebut akan menjadi usang sebelum habis masa pakainya. Kami mengerjakan inti dan rongga pada aluminium QC-10 dengan harga sekitar 40% dari harga baja. Waktu siklus terjadi dalam 12 detik dibandingkan 18-20 yang kami perkirakan untuk baja. Tiga tahun kemudian, alat tersebut masih berfungsi. Sedikit keausan pada garis perpisahan, tidak ada yang mempengaruhi kualitas bagian.
Kontrol Suhu Menjadi Rumit
Cetakan sederhana menjalankan satu sirkuit pendingin per setengahnya. Air masuk, air keluar, selesai. Cetakan khusus-dan saya akan meletakkan sebagian besar benda yang ada di meja saya saat ini dalam kategori tersebut-membutuhkan banyak zona.
Konsultan teknik cetakan injeksi tempat saya bekerja memiliki pepatah: setiap titik panas memerlukan jawabannya sendiri. Terkadang jawaban itu lebih mengalir. Terkadang airnya lebih dingin. Terkadang itu adalah perubahan material. Terkadang ia menerima siklus yang lebih panjang dan terus maju. Intinya adalah Anda tidak bisa memperlakukan cetakan sebagai satu massa termal yang seragam.
Kontrol kaskade membantu. TCU Anda memantau suhu cetakan melalui termokopel dan menyesuaikan aliran atau posisi katup pencampur untuk mempertahankan tekanan yang dikehendaki. Berfungsi dengan baik untuk kondisi-stabil. Tidak banyak membantu dalam hal-semburan panas sementara ketika plastik bersuhu 300 derajat menyentuh rongga, lalu pendinginan bertahap-turun, lalu pecah lagi. Massa termal baja melakukan sebagian besar pekerjaan untuk menghaluskannya.
Variotermal itu nyata tetapi mahal. Bersepeda suhu permukaan cetakan tinggi sebelum diisi, lalu turunkan dengan cepat untuk pendinginan. Saya pernah melihatnya menghilangkan garis las pada-bagian yang sangat mengkilap. Saya juga melihatnya menambahkan $80.000 ke program alat dan waktu pengembangan enam bulan. Untuk aplikasi yang tepat-Interior otomotif Kelas A, perangkat medis dengan-persyaratan kosmetik tanpa cacat-mungkin akan gagal. Untuk sebagian besar pekerjaan, hal ini tidak terjadi.
Apa yang Sebenarnya Penting
Setelah bertahun-tahun, inilah yang saya katakan kepada para insinyur muda: pahami dasar-dasarnya terlebih dahulu. Pertahankan garis air Anda dalam jarak 2D dari permukaan jika Anda bisa. Jalankan aliran yang cukup agar tetap bergejolak. Jangan biarkan sirkuit terlalu lama hingga kenaikan suhu membunuh Anda-10 derajat delta max dari saluran masuk ke saluran keluar adalah target yang baik. Seimbangkan sirkuit Anda sehingga semuanya melihat batasan yang sama.
Lakukan hal-hal tersebut dan Anda akan menyelesaikan 80% masalah pendinginan Anda. 20% lainnya adalah tempat terjadinya pekerjaan menarik. Di situlah Anda mungkin memerlukan konformal, atau tembaga, atau variotermal, atau kombinasi yang belum pernah dicoba sebelumnya.
Alatnya ada. Pemasoknya ada. Pengetahuan itu ada. Apa yang membuat perbedaan adalah meluangkan waktu untuk memikirkan aliran panas di bagian spesifik Anda, cetakan spesifik Anda, proses spesifik Anda. Tidak ada simulasi yang menggantikan itu. Tidak ada aturan praktis yang mencakup setiap kasus. Anda harus melakukan pekerjaan itu.
Dua-tiga tahun di bidang ini dan saya masih belajar. Itu bagian terbaik atau terburuk, tergantung harinya.