Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Przygotuj się do egzaminów
Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Otrzymaj punkty, aby pobrać
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Społeczność
Odkryj najlepsze uniwersytety w twoim kraju, według użytkowników Docsity
Bezpłatne poradniki
Pobierz bezpłatnie nasze przewodniki na temat technik studiowania, metod panowania nad stresem, wskazówki do przygotowania do prac magisterskich opracowane przez wykładowców Docsity
Opracowanie konstrukcji i budowa prototypów form wtryskowych ... Etapy formowania wypraski, wybrane elementy budowy formy wtryskowej: 1 – wyrzutnik,.
Typologia: Ćwiczenia
1 / 108
Pobierz cały dokument
poprzez zakup abonamentu Premium
i zdobądź brakujące punkty w ciągu 48 godzin
Instytut Technologii Mechanicznej
mgr inż. Krzysztof MROZEK
Promotor: prof. dr hab. inż. Roman STANIEK
Promotor pomocniczy: dr inż. Magdalena MIERZWICZAK
Poznań, 2015
Praca dotyczy zagadnień związanych z konstrukcją i badaniem form wtryskowych nagrzewanych indukcyjnie. W dysertacji zamieszczono podstawy teoretyczne dotyczące produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych w technologii wtryskiwania. Przedstawiono przegląd wybranych metod produkcji wyprasek opartych na stałej temperaturze pracy formy wtryskowej i z wykorzystaniem technologii RTC (Rapid Temperature Cycling). Rozpoznano i scharakteryzowano powszechnie występujące wady wyprasek ze szczególnym uwzględnieniem wyrobów cienkościennych dla przemysłu elektrotechnicznego i elektronicznego. Na podstawie określonych wad opracowano modele trzech wyprasek badawczych, dla których opracowano nową, oryginalną koncepcję formy wtryskowej, wyposażoną w układ selektywnego nagrzewania indukcyjnego. W gniazdach formujących wyznaczono te powierzchnie, które odpowiedzialne są za formowanie obszarów wyprasek o wysokim ryzyku występowania wad i poddano je działaniu zewnętrznej cewki indukcyjnej. Przeprowadzono badania symulacyjne procesu wypełniania formy w technologii konwencjonalnej oraz z wykorzystaniem selektywnego nagrzewania wybranych powierzchni formujących. Wykonano badania symulacyjne i doświadczalne procesu nagrzewania dla wzbudników jednozwojnych i wyposażonych w koncentrator pola magnetycznego. Na podstawie otrzymanych wyników zbudowano trzy formy wtryskowe wyposażone w układ nagrzewania indukcyjnego, które poddano testom produkcyjnym, a wykonane wypraski ocenie jakościowej. Ostatnią część dysertacji stanowią protokoły z badań i wnioski końcowe. Efekt pracy stanowi nowa, zgłoszona do opatentowania technologia, która jest na etapie wdrażania w firmie Phoenix Contact Wielkopolska sp. z o. o.
The present study concerns issues related to the design and applied research of induction heated injection mold. The dissertation contains the theoretical basis of the injection molding technology. Selected methods of injection molding have been presented including conventional process and Rapid Temperature Cycling methods. Common defects of molded parts have been diagnosed and described with particular emphasis on thin-walled products for electrical industry. On the basis of specific defects three models of moldings have been created, for which the new conception of injection mold equipped with selective induction heating system have been developed. The surfaces shaping the areas of the moldings which are responsible for the formation of defects have been exposed to the external induction heating process. The simulation studies of the filling process in the conventional way and by means of selective induction heating process have been investigated. Simulation and experimental studies of the heating process for single-coil and equipped with the concentrator inductor have been investigated as well. The results were used to construct three injection molds equipped with the induction heating system, which were then subjected to the production tests. Produced parts were evaluated qualitatively. The last part of the dissertation are the research protocols and conclusions. As a result, the new patented technology have been developed, that is at the stage of implementation in Phoenix Contact Wielkopolska sp. z o. o.
A m^2 pole powierzchnia
B T gęstość strumienia magnetycznego
𝐵̂ T amplituda indukcji pola magnetycznego
E Vm natężenie pola elektrycznego
f^1 s częstotliwość prądu elektrycznego
g mm grubość ścianki
H Am natężenie pola magnetycznego
Hc^ Am koercja magnetyczna
Hm^ Am maksymalne natężenie pola magnetycznego
Iw A natężenie prądu wirowego
J (^) mA 2 gęstość prądu elektrycznego
l mm szerokość szczeliny / odległość
𝑀⃗⃗ (^) mA 2 magnetyzacja
𝑀⃗⃗𝑠 m^ A 2 magnetyzacja nasycenia
p Pa ciśnienie
Pc J całkowite straty mocy
Ph J straty histerezy
Pw J straty związane z prądami wirowymi
R Ω opór elektryczny
t s czas
tc s czas cyklu
tch s czas chłodzenia
tn s czas nagrzewania
T °C temperatura
Tf °C temperatura ścian formujących (temperatura formy)
Ts °C temperatura stopu tworzywa
Uind V napięcie indukowane
V m^3 objętość
w - liczba zwojów cewki indukcyjnej
Wh m^ J 3 praca zewnętrznego pola magnetycznego
Ws^1 s wskaźnik ścinania tworzywa
𝛼𝑅 - stała Rayleigha
𝛾̇ (^1) s prędkość ścinania
𝛿 m głębokość dyfuzji magnetycznej
𝜀 V indukowana siła elektromotoryczna
𝜀𝑒 m^ F przenikalność elektryczna
η Pas lepkość dynamiczna
η 0 Pas lepkość strukturalna, dolna lepkość newtonowska
𝜂∞ Pas górna lepkość newtonowska
λ s czas relaksacji
𝜇 (^) AmVs przenikalność magnetyczna
𝜇𝑜 Am^ Vs stała magnetyczna (4π10−7)
𝜇𝑟 - przenikalność magnetyczna względna
𝜌 Ωm rezystywność
𝜌𝑒 m^ C 2 gęstość ładunku elektrycznego
𝜎 (^) mS konduktywność
τ (^) mN 2 naprężenie ścinające
𝛷𝐵 Wb strumień indukcji magnetycznej
nagrzewania indukcyjnego, które następnie poddano testom produkcyjnym, a wykonane wypraski ocenie jakościowej. Niniejsza praca ma charakter badawczo-wdrożeniowy i była realizowana w ramach projektu badawczego INNOTECH K2-IN2-60-182932-NCBR-13_15022013 i współfinansowana przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.
2.1. Podstawy teoretyczne wtryskiwania tworzyw sztucznych
Przemysł i produkcja związana z przetwórstwem tworzyw sztucznych stanowi duży wkład w tworzeniu globalnego wzrostu gospodarczego [112]. Świadczy o tym intensywne wprowadzanie innowacji w takich sektorach gospodarki jak budownictwo, motoryzacja, medycyna, przemysł elektrotechniczny i elektroniczny, lotnictwo i aeronautyka. W najbliższych latach prognozowany jest 4 % wzrost zużycia tworzyw sztucznych „per capita” [111]. Wynikiem ciągłego wzrostu zapotrzebowania na produkty wykonane z tworzyw sztucznych jest dynamiczny rozwój technologii ich przetwórstwa. Dąży się do poprawy jakości wyrobów przy równoczesnym ograniczeniu kosztów produkcji. Ważne jest utrzymanie wysokiej stabilności procesu, niskiego wskaźnika brakowości i skracanie czasu cyklu. Od lat wymagania te najlepiej spełnia technologia wtryskiwania, która dodatkowo umożliwia produkcję wyrobów o wysokim stopniu skomplikowania oraz nieosiągalnej dla innych metod powtarzalności. Wtryskiwanie tworzyw sztucznych to cykliczny proces, w którego skład wchodzą następujące fazy [90]: zamknięcie formy, dosunięcie układu plastyfikującego wtryskarki do matrycy, wypełnienie gniazda formującego roztopionym tworzywem, docisk, plastyfikacja granulatu (odsunięcie ślimaka wtryskarki pod wpływem uplastycznionego tworzywa gromadzącego się przed jego czołem), proces chłodzenia powierzchni formujących, odsunięcie układu plastyfikującego, otwarcie formy, usunięcie wypraski z wnęki formującej. Na końcowy efekt procesu wpływają: wyjściowe parametry wypraski (geometria, materiał, kolor), konstrukcja formy wtryskowej oraz parametry wtryskiwania (czas, temperatura wtryskiwanego tworzywa, ciśnienie, temperatura formy) [7, 19, 57, 67] (rys. 2.1).
Rys. 2.1. Wybrane etapy powstawania wypraski w procesie wtryskiwania
Temperatura tworzywa oraz ciśnienie muszą być na tyle wysokie, aby spadek jego lepkości umożliwił całkowite wypełnienie wnęki formującej. Temperatura formy, w zależności od technologii produkcji, ustawiana jest na stałym poziomie lub dynamicznie zmienia się zgodnie z założonym przez
Dobór tworzywa
Konstruktor
Technolog
Wtryskarka Forma wtryskowa Ustawienie procesu wtrysku
Proces wtrysku
Wyrób końcowy
wtłaczany jest pod dużym ciśnieniem przez końcówkę dyszy do gniazda (wlewka, kanałów rozdzielających oraz gniazda właściwego). W momencie zetknięcia się strugi tworzywa z relatywnie zimną ścianą formującą, tworzywo przekazuje ciepło do formy, a następnie przez kanały chłodzące odprowadza się je poza układ formowania [7]. W konwencjonalnym przebiegu procesu stop tworzywa ma dużo wyższą temperaturę niż ściany gniazda formującego (rys. 2.3a).
Rys. 2.3. Przebieg izotermicznego procesu formowania: a) przebieg zmian temperatury na powierzchniach formujących, b) odwzorowanie kształtów formujących, c) łączenie płynących strug tworzywa
Różnica temperatur między płynącą strugą tworzywa a powierzchnią formującą powoduje, że wraz z przebytą drogą stop wychładza się i wzrasta jego lepkość. Powstawanie przymarzniętych warstw redukuje przekrój gniazda, co uniemożliwia wypełnienie najbardziej oddalonych od punktu wtrysku obszarów formowania. Problemy związane z niecałkowitym wypełnieniem gniazda formującego pojawiają się w szczególności podczas przetwórstwa tworzyw o podwyższonej lepkości lub uzupełnionych o różnego rodzaju środki wypełniające (uniepalniacze, włókna wzmacniające, proszki magnetyczne itp.) [86]. Bardzo często temu zjawisku towarzyszą błędy odwzorowania mikrostruktur (rys. 2.3b) oraz wady związane z niewłaściwym ukształtowaniem linii łączenia płynących strug tworzywa (rys. 2.3c) [25]. Wady będące efektem zastosowania zbyt niskiej temperatury formy oraz podwyższonego ciśnienia wtrysku mogą zostać usunięte w dodatkowych procesach technologicznych. Należy jednak wziąć pod uwagę, że z punktu widzenia ekonomii oraz ekologii wytwarzania, korzystniejsze jest prowadzenie produkcji kompleksowej zawartej w jednej operacji wtryskiwania.
2.1.2. Wpływ dynamicznej zmiany temperatury formy na jakość wyprasek
W przypadku technologii dynamicznych zmian temperatury formy gniazdo formujące nie ma jednej stałej temperatury pracy. Temperatura w formie zmieniana jest celowo w sposób zsynchronizowany z pracą wtryskarki, zgodnie z założonym przez technologa profilem. W momencie wtrysku powierzchnie formujące są nagrzane do temperatury bliskiej wartościom wtryskiwanego stopu tworzywa. Po wtrysku rozpoczyna się proces intensywnego schładzania formy (rys. 2.5a). Dzięki temu możliwa jest produkcja części o wysokim stopniu połysku pozbawionych deformacji i widocznych linii płynięcia tworzywa [82]. Reologia tworzyw sztucznych, z powodu ich nienewtonowskiego charakteru, bezpośrednio wiąże się z temperaturą przetwórstwa [89]. W przeciwieństwie do płynów newtonowskich, lepkość płynącego stopu nie jest wartością stałą w warunkach izobarycznych, lecz zmienia się wraz ze zmianą prędkości ścinania i naprężenia ścinającego [93]:
𝜂 = 𝜏𝛾̇. (2.1)
Ts
Tw
tc
t [s] ściany formujące^ stop tworzywa zastygnięte tworzywo
a)^ b)^ c)
T [°C]
Tf
Tf << Ts
Tf << Ts
Tf << Ts
Tf << Ts
Ts
Tw
tc
t ściany formujące^ stop tworzywa zastygnięte tworzywo
a)^ b)^ c)
T
Tf
Tf << Ts
Tf ≈ Ts
Tf << Ts
Tf ≈ Ts
tn tch
Jeżeli wziąć pod uwagę zależność logarytmiczną lepkości dynamicznej i prędkości ścinania przy stałej temperaturze, wówczas jej przebieg dla polimerów można przedstawić nastepująco (rys. 2.4) [42]:
Rys. 2.4. Uogólniony przebieg dynamicznej lepkości w zależności od prędkości ścinania dla polimerów [42]
Taką charakterystykę o zbliżonej do przebiegu stałej lepkości dla zakresu niskich prędkości ścinania można wyznaczyć przy pomocy modelu Carreau-Yasuda [91]:
𝜂 − 𝜂∞ 𝜂 0 − 𝜂∞^ = 𝜂^0 (1 + (𝜆𝛾̇)
lub jego wybranej wersji uogólnionej [65], gdzie α, n, λ to parametry wyznaczane doświadczalnie (stałe materiałowe). Model Carreau-Yasuda to jedna z najdokładniejszych metod wyznaczania lepkości polimerów [18]. Należy zwrócić uwagę, że lepkość dynamiczna zależy nie tylko od wartości prędkości ścinania, ale od:
𝜂(𝛾̇, 𝑇, 𝑝). (2.3)
Prędkość ścinania 𝛾̇ jest uzależniona od prędkości wtrysku i może być regulowana przez technologa lub operatora maszyny. W celu zwiększenia wpływu na lepkość płynącej strugi tworzywa wykorzystuje się dynamiczną zmianę temperatury formy [25]. Wzrost temperatury powierzchni formujących redukuje lepkość i zwiększa lejność materiału [93].
Rys. 2.5. Przesunięcie przebiegu dynamicznej lepkości dla polimerów w zależności od zmiany temperatury [42]
Poprzez zwiększoną temperaturę ścian formujących zatrzymuje się proces przedwczesnego wychładzania tworzywa, co umożliwia całkowite wypełnienie gniazda (rys. 2.6c) oraz zapewnia wysoką jakość odwzorowania mikrostruktur (rys. 2.6b) [29, 68, 81]. Dzięki temu uzyskuje się w procesie wtrysku lepsze odwzorowanie powierzchni (poprawa estetyki) przy znacząco niższym oporze
log η
log γ.
η 0 log η 0 (T)
1 𝜆
log η
log γ.
log η 0 (T 1 )
1 𝜆
log η 0 (T 2 )
T 1 < T 2
η 0 (T 2 )
η 0 (T 1 )
log η
log γ.
η 0 log η 0 (T)
1 𝜆
log η
log γ.
log η 0 (T 1 )
1 𝜆
log η 0 (T 2 )
T 1 < T 2
η 0 (T 2 )
η 0 (T 1 )
ukryte karby, niewidoczne, nie w pełni wykształcone połączenia płynących strug tworzywa; wypaczenia, odstępstwo kształtu wypraski od kształtu zadanego wynikające z nadmiernych naprężeń wewnętrznych.
Rys. 2.7. Wypraska o masie 1 g i grubości ścianki 0,45 mm: a) obszary występowania wad, b) widoczne wady w postaci niedolewu oraz linii łączenia strug tworzywa, c) widoczne linie łączenia strug tworzywa oraz przypalenia powstałe w wyniku efektu diesla
W pewnym stopniu możliwa jest eliminacja wad wyprasek cienkościennych poprzez zwiększenie ciśnienia wtrysku oraz podwyższenie temperatury formy [54, 64, 87]. Ułatwia to wypełnienie gniazda. Ograniczenie w podnoszeniu temperatury gniazda stanowi medium chłodzące – najczęściej wykorzystuje się wodę lub olej. Należy podkreślić, że taki zabieg wpływa na wydłużenie czasu cyklu, wzrost stopnia krystaliczności wyrobu i wzrost skurczu - nie zawsze pożądane.
Wady elastycznych zawiasów filmowych Zawias filmowy to cienka (0,15 - 0,5 mm) błona pomiędzy przynajmniej dwiema częściami jednej wypraski. Przepływ stopionego tworzywa przez tak cienki obszar powoduje orientację cząsteczek polimeru wzdłuż drogi płynięcia. Orientacja ta zostaje zachowana w wyrobie w wyniku szybkiego ochłodzenia. Dla tworzyw częściowo krystalicznych wzrost orientacji cząsteczek powoduje powstanie obszaru o wysokim stopniu krystaliczności i bardzo dużej wytrzymałości. Warunkiem prawidłowego działania zawiasu jest jego odpowiednia geometria. Zawias nie może być zbyt gruby, długi ani szeroki – tworzywo powinno przepływać przez obszar zawiasu prostopadle do jego osi działania. Ponieważ zawias filmowy redukuje przekrój, przez który przepływa tworzywo, a prędkość przepływu jest uwarunkowana wytrzymałością termiczną tworzywa, łącznie ogranicza to objętość gniazda formy za zawiasem. Przy łączeniu zawiasem części o większej objętości rozwiązaniem jest zastosowanie dodatkowych punktów wtrysku. W tym przypadku linia łączenia strug tworzywa z różnych punktów wtrysku nie może przebiegać w obszarze formowania zawiasu filmowego. Trwałość zawiasów filmowych (rys. 2.8a) zależy od użytego tworzywa, kształtu wypraski, konstrukcji formy oraz parametrów procesu wtrysku zadanych przez technologa [5]. Dla tworzyw częściowo krystalicznych może być bardzo wysoka (dla PP sięga 1mln cykli), dla tworzyw amorficznych bardzo niska – zawiasy są jednorazowe, stosowane tylko na potrzeby montażu (zamknięcie obu połówek wypraski). Obserwowana w wyrobach niska trwałość zawiasów stanowi duży problem jakościowy. Wypaczenia, osłabiona struktura w obszarze łączenia strug tworzywa, pękanie zawiasów (rys. 2.8b) oraz smugi i przypalenia (rys. 2.8c) to podstawowe wady spotykane w wypraskach o różnej charakterystyce geometrycznej.
b)
c)
a) b) c)
Rys. 2.8. Wypraska wyposażona w zawiasy błonowe o grubości 0,5 mm: a) obszary występowania wad, b) pęknięcia zawiasu w trakcie procesu montażu, c) smugi i przypalenia wynikające ze wzrostu ciśnienia wtrysku
Wypraski wielofunkcyjne Głównym celem wdrażania wyprasek wielofunkcyjnych jest ograniczenie komponentów montażowych wchodzących w skład budowy gotowego wyrobu. Integracja funkcji spełnianych uprzednio przez kilka podzespołów pozwala na zredukowanie liczby operacji (w szczególności podczas procesu montażu). Podstawowe cechy konstrukcyjne spotykane w wypraskach wielofunkcyjnych to: elastyczne zawiasy filmowe, obszary podatne sprężyście, zatrzaski i zamki. Typowym rozwiązaniem stosowanym w przemyśle są wypraski wyposażone w zawiasy filmowe. Poszczególne części wypraski są zorientowane względem siebie, co znacząco usprawnia proces montażu oraz umożliwia jego automatyzację. Właściwości mechaniczne tworzyw sztucznych pozwalają na wykonanie z nich elementów sprężystych. Części takie mogą stanowić jedną całość z przedmiotem typu przycisk, zamek, obudowa, itp. Należy przy tym pamiętać, że elementy z tworzyw sztucznych nie mogą pracować pod naprężeniem ciągłym z uwagi na relaksację naprężeń i procesy zmęczeniowe. Połączenia za pomocą zatrzasków można projektować zarówno jako rozłączne jak i nierozłączne. Integracja sprężyn i zatrzasków w jednym przedmiocie, poprzez zmniejszenie liczby podzespołów, ułatwia logistykę i montaż wyrobów. Ponadto, odpowiednia konstrukcja wyprasek eliminuje konieczność używania dodatkowych elementów złącznych i narzędzi do ich montażu. Na rysunku 2.9 przedstawiono proces montażu (rys. 2.9a) oraz demontażu złącza elektrycznego na szynie. Obudowa złącza została wyposażona w zamknięty zaczep elastyczno-sprężysty, który powszechnie wykorzystywany jest w przemyśle elektrotechnicznym. Dociśnięcie obudowy do szyny powoduje chwilowe odkształcenie sprężyste stopy. Demontaż odbywa się poprzez odciągnięcie zaczepu śrubokrętem lub innym narzędziem. Jak można zaobserwować (rys. 2.9c) największe naprężenia gromadzą się w obszarze stopy. Problem stanowi fakt, iż miejscem koncentracji naprężeń staje się obszar łączenia płynących strug tworzywa. W przypadku, gdy czoła płynącego stopu są zbyt przechłodzone, wytworzenie wystarczająco mocnych wiązań polimerowych jest niemożliwe. Skutkuje to pękaniem stopy, co w efekcie dyskwalifikuje wyrób z dalszego użytku.
a) b) c)
b) c)
Rys. 2.10. Rozkład kanałów wewnątrz formy: a) klasyczny kanał wiercony, b) kanał uzupełniony w dodatkowe obejście, 1 – powierzchnia formująca, 2 – kanał chłodzący, 3 – dodatkowy kanał o zwiększonej średnicy, 4 - przegroda
W celu poprawy efektywności działania układu często wykorzystuje się dodatkowe otwory z przegrodami kierunkowymi (rys. 2.10b) o przekroju prostokątnym, pierścieniowym lub śrubowym (omywającym kanał poprzeczny) [48]. W takim rozwiązaniu należy jednak zwrócić uwagę, aby średnica otworu poprzecznego umożliwiła uzyskanie stałej wartości przepływu (2.4):
2 𝜋 +^
8𝑎𝑏 𝜋.^ (2.4)
Badania w zakresie efektywności działania tej metody przeprowadził G. Wang i inni [70, 71]. W ramach prac autorzy skupili się nad optymalnym rozkładem kanałów grzejnych/chłodzących. Jako zmienne przyjęto średnicę kanałów, odległość powierzchni nagrzewania/chłodzenia od powierzchni formującej oraz odległość między poszczególnymi kanałami. Autorzy, poprzez wykorzystanie eksperymentu Box-Behnkena oraz zastosowanie badań symulacyjnych udowodnili, że rozkład kanałów ma znaczący wpływ na efektywność i równomierność procesu nagrzewania. W ramach pracy przedstawili również koncepcję systemu nagrzewania form, którego głównym atutem jest niski koszt wykonania. Otrzymane wyniki pokazują jednak, że analizowana metoda nie należy do najbardziej efektywnych rozwiązań, które wykorzystywane są obecnie w przemyśle. Podobne zagadnienie, o charakterze aplikacyjnym, zostało szeroko opisane przez C. L. Xiao i H. X. Huanga [79]. W ramach pracy autorzy podjęli się optymalizacji układu nagrzewania formy wtryskowej z wykorzystaniem narzędzi PSO (Particle Swarm Optimization) oraz FEM (Finite Element Method). Celem badań było uzyskanie maksymalnej efektywności procesu nagrzewania powierzchni formujących spoiler samochodowy, co miało wyeliminować wady oraz poprawić jakość powierzchni wyrobu. Wyniki analiz symulacyjnych zweryfikowano badaniami eksperymentalnymi przeprowadzonymi na zbudowanej formie wtryskowej. Otrzymane wyniki pokazały, że dynamiczna zmiana temperatury pozwoliła na eliminację wad oraz znacząco poprawiła jakość powierzchni spoilera. Wyższa temperatura gniazda formującego przyczyniła się do redukcji występowania wciągów oraz linii łączenia. Wykorzystanie technologii przełożyło się na spadek chropowatości powierzchni wyrobu, co w efekcie umożliwiło uzyskanie połysku. We wnioskach autorzy wskazują jednak, że przedstawiona metoda wymaga stosowania długiego czasu nagrzewania, co bezpośrednio wpływa na długość cyklu produkcyjnego. Potwierdzają to wyniki przedstawione w pracach [70, 71]. Równocześnie, w pracy pojawia się stwierdzenie, że zastosowanie kanałów konformalnych umożliwia znaczącą poprawę efektywności procesu nagrzewania.
domena 1 (^) ściana domenowa domena 2
1 2
3
4
a) b)
d^ d
ab
D
(^1 )
a)
d^1 b)
d^2
3
d 1 > d 2
Rys. 2.13. Przebieg kanałów grzejnych/chłodzących: a) klasyczne rozwiązanie wykorzystujące technologię wiercenia, b) kanał konformalny poprowadzony zgodnie z powierzchnią formowania, 1 – powierzchnia formująca, 2 – kanał wiercony o klasycznym kształcie, 3 – kanał konformalny
Kanały konformalne charakteryzują się tym, że swoim przebiegiem odpowiadają kształtom powierzchni formujących [19]. Prowadzi się je blisko konturu, skracając przy tym drogę przepływu strumienia ciepła [3] (rys. 2.13). Przebieg odwzorowujący kształt powierzchni formujących pozwala na równomierny transfer ciepła do lub z całego gniazda (w zależności od procesu grzania lub chłodzenia), zapewniając przy tym zbliżone parametry temperaturowe w poszczególnych obszarach formowania. Bardzo często zwiększa się liczbę kanałów kosztem redukcji ich średnicy celem zwiększenia równomierności procesu nagrzewania i chłodzenia.
Rys. 2.14. Przykładowe zastosowanie kanałów konformalnych do chłodzenia rdzenia formującego: a) model 3D wygenerowany na potrzeby procesu technologicznego DLMS (Direct Laser Metal Sintering), b) przecięty rdzeń formujący z widocznymi kanałami konformalnymi [3]
Wadą metody jest wciąż wysoki koszt wykonania i eksploatacji wkładów formujących. Ich produkcja wymaga zastosowania nowych technologii formowania przyrostowego (np. spiekanie proszków metali) [20]. Metoda wytwarzania elementów formujących wyposażonych w kanały konformalne, mimo iż badana i wdrażana od końca ubiegłego wieku [62], nadal stanowi obszar innowacyjny, czego dowodem są najnowsze publikacje [1, 3]. Badania w obszarze wdrażania technologii nagrzewania i chłodzenia konformalnego są również prowadzone przez czołowe instytuty niemieckie [21, 27, 35]. W celu zrównoważenia warunków cieplnych w całej objętości formowania wypraski w praktyce często wykorzystuje się kilka niezależnych układów nagrzewania lub chłodzenia. W obszarach formowania pogrubionych ścianek wyrobu, tam gdzie nie występują problemy z procesem płynięcia
a) b)
1 2
a)
d^1 b)
d^2
3
d 1 > d 2
1 2
3
t 1 t 1
t 2
t 1 < t 2
a) b)
