Kunststof krat spuitgiet koelontwerp

Bij thermoplastisch spuitgieten zijn de kwaliteit van de onderdelen en de cyclustijd sterk afhankelijk van de afkoelfase. in dit geval bestuderen we enkele alternatieve koelapparaten voor het spuitgietkoelontwerp voor de kern. Het verwachte resultaat is een verbetering van de onderdeelkwaliteit in termen van krimp en kromtrekken.

Schotten

Een schot is eigenlijk een koelkanaal dat loodrecht op een hoofdkoellijn is geboord, met een blad dat één koelkanaal in twee halfronde kanalen scheidt. Het koelmiddel stroomt vanaf de hoofdkoelleiding aan de ene kant van het blad, draait rond de punt naar de andere kant van het keerschot en stroomt vervolgens terug naar de hoofdkoelleiding.

Deze methode zorgt voor maximale doorsneden voor de koelvloeistof, maar het is lastig om de verdeler precies in het midden te monteren. Het koeleffect en daarmee de temperatuurverdeling aan de ene kant van de kern kan verschillen van die aan de andere kant. Dit nadeel van een anderszins economische oplossing, voor zover het de fabricage betreft, kan worden geëlimineerd als de metalen plaat die het keerschot vormt, wordt gedraaid. Het spiraalschot, zoals hierboven weergegeven, transporteert bijvoorbeeld het koelmiddel naar de punt en terug in de vorm van een spiraal. Het is bruikbaar voor diameters van 12 tot 50 mm en zorgt voor een zeer homogene temperatuurverdeling. Een andere logische ontwikkeling van schotten zijn spiraalvormige kernen met enkele of dubbele vlucht, zoals hierboven weergegeven.

Bubbels

Een bubbler lijkt op een schot, behalve dat het mes is vervangen door een buisje. Het koelmiddel stroomt in de onderkant van de buis en ‘borrelt’ er bovenaan uit, net als een fontein. Het koelmiddel stroomt vervolgens langs de buitenkant van de buis naar beneden en blijft door de koelkanalen stromen.

De meest effectieve koeling van dunne kernen wordt bereikt met bubblers. De diameter van beide moet zo worden afgesteld dat de stromingsweerstand in beide doorsneden gelijk is. De voorwaarde hiervoor is:

Binnendiameter / buitendiameter = 0,707

Bubbels zijn in de handel verkrijgbaar en worden meestal in de kern geschroefd, zoals hierboven weergegeven. Tot een diameter van 4 mm moet de slang aan het uiteinde afgeschuind zijn om de doorsnede van de uitlaat te vergroten; deze techniek wordt geïllustreerd in figuur 3. Bubblers kunnen niet alleen worden gebruikt voor kernkoeling, maar ook voor het koelen van vlakke matrijsdelen, die niet kunnen worden uitgerust met geboorde of gefreesde kanalen.

OPMERKING: Omdat zowel schotten als bubblers een kleiner stroomgebied hebben, neemt de stroomweerstand toe. Daarom moet voorzichtigheid worden betracht bij het ontwerpen van de grootte van deze apparaten. Het stromings- en warmteoverdrachtsgedrag van zowel schotten als bubblers kan eenvoudig worden gemodelleerd en geanalyseerd met behulp van Upmold Cooling-analyse.

Thermische pinnen

Een thermische pin is een alternatief voor schotten en bubblers. Het is een afgesloten cilinder gevuld met vloeistof. De vloeistof verdampt terwijl het warmte aan het gereedschapsstaal onttrekt en condenseert terwijl het de warmte aan het koelmiddel afgeeft, zoals hierboven weergegeven. De warmteoverdrachtsefficiëntie van een thermische pin is bijna tien keer zo groot als die van een koperen buis. Voor een goede warmtegeleiding dient u een luchtspleet tussen de thermische pin en de mal te vermijden, of deze op te vullen met een goed geleidende kit.

Koeling voor slanke kernen

Als de diameter of breedte zeer klein is (minder dan 3 mm), is alleen luchtkoeling mogelijk. Tijdens het openen van de mal wordt lucht van buitenaf naar de kernen geblazen of stroomt van binnenuit door een centraal gat, zoals hierboven weergegeven. Deze procedure maakt het uiteraard niet mogelijk een exacte matrijstemperatuur te handhaven.

Een betere koeling van dunne kernen (die kleiner zijn dan 5 mm) wordt bereikt door inzetstukken te gebruiken die zijn gemaakt van materialen met een hoge thermische geleidbaarheid, zoals koper of beryllium-kopermaterialen. Deze techniek wordt hierboven geïllustreerd. Dergelijke inzetstukken worden in de kern geperst en strekken zich met hun basis, die een zo groot mogelijke dwarsdoorsnede heeft, uit in een koelkanaal.

Koeling voor grote kernen

Bij grote kerndiameters (40 mm en groter) moet een positief koelmiddeltransport worden gegarandeerd. Dit kan worden gedaan met inzetstukken waarbij het koelmiddel via een centrale boring de punt van de kern bereikt en via een spiraal naar de omtrek ervan wordt geleid, en tussen een kern en inzetstuk spiraalvormig naar de uitlaat, zoals hierboven weergegeven. Dit ontwerp verzwakt de kern aanzienlijk.

Koeling voor cilinderkernen

Het koelen van cilinderkernen en andere ronde onderdelen dient te gebeuren met een dubbele helix, zoals hierboven weergegeven. Het koelmiddel stroomt in de ene spiraal naar de kernpunt en keert in een andere spiraal terug. Om constructieve redenen moet de wanddikte van de kern in dit geval minimaal 3 mm bedragen.