Konforme Kühlung:Steigerung der Teilequalität und Verkürzung der Zykluszeiten beim Spritzgießen

Veröffentlicht am 23. März 2023

Eine häufige Herausforderung bei der Konstruktion von Teilen für das Spritzgießen besteht darin, die Abkühlraten für bestimmte Bereiche innerhalb der Konstruktion eines Teils zu berücksichtigen. Damit die Form das Teil richtig auswerfen kann, muss es natürlich gekühlt werden. Bei großvolumigen oder geometrisch komplexen Teilen können jedoch bestimmte Bereiche des Teils unterschiedlich schnell abkühlen, was zu längeren Zykluszeiten und der Gefahr von Verzug führt. Um diese Probleme zu vermeiden und die Produktivität der Form zu steigern, können Teile mit integrierten konformen Kühlkanälen konstruiert werden, die es Wasser ermöglichen, in die tieferen Bereiche innerhalb des Teils zu gelangen, was für eine gleichmäßigere Kühlung sorgt, die Zykluszeit reduziert und das Auftreten von Fehlern reduziert. Diese Ansätze gibt es schon seit einiger Zeit, aber Fortschritte im Metall-3D-Druck haben neue konforme Kühlgeometrien und daraus resultierende Lösungen für Werkzeughersteller ermöglicht. 

Abb. 1:Konforme Kühlkanäle, die in die Konstruktion von Spritzgusswerkzeugen integriert sind.

Reduziertes Risiko eines Teileverzugs

Während des Formvorgangs kühlt ein Teil von der Außenfläche bis zum inneren Kern des Kunststoffs ab, idealerweise mit der gleichen Geschwindigkeit für alle Bereiche des Teils, wenn es mit einer gleichmäßigen Wandstärke konstruiert ist. Beim Spritzgießen einfacher, gleichmäßiger Teile stellt die herkömmliche Kühlung normalerweise keine Herausforderungen dar, da alle Bereiche des Teils im Allgemeinen mit einer ähnlichen Geschwindigkeit abkühlen.

Wenn das Design eines Teils jedoch geometrisch komplex ist, kann es sein, dass das Teil nicht in allen Bereichen gleichmäßig abkühlt, was möglicherweise zu Verformungen oder längeren Abkühlzyklen führt, um sicherzustellen, dass die Teile vor dem Auswerfen erstarrt sind. Die Wahrheit ist, dass es in der heutigen Welt mit immer komplexeren Teilegeometrien schwierig ist, perfekt gleichmäßige Abkühlraten zu erreichen. Bei Kleinserien können die Ineffizienzen etwas längerer Kühlzyklen vernachlässigbar und für Spritzgießer tolerierbar sein. Bei großen Auflagen können diese Effizienzsteigerungen jedoch eine Chance zur Produktivitätssteigerung oder zur Abfallreduzierung sein. Die resultierende Effizienz der konformen Kühlung hängt von vielen Faktoren ab, von der Gestaltung der Kühlkanäle, der Gestaltung des Teils, der Formgestaltung und sogar der Formrezeptur. Bei richtiger Anwendung können konforme Kühllösungen die Werkzeugleistung um 50 % oder mehr steigern. 

Konventionelle Kühlung

Abb. 2:Beachten Sie den hohen Wärmegradienten und die markanten Hotspots in Rot.Abb. 3:In den Bereichen mit Hot Spots kommt es zu einem starken Verzug, der wahrscheinlich zu einem fehlerhaften Produkt führt.

Konforme Kühlung

Die Einbindung konformer Kühlkanäle in die Formwerkzeuge hilft dabei, Hotspots zu bekämpfen, die zu Verzug führen, was zu qualitativ besseren Teilen mit weniger Materialabfall und weniger Defekten führt. 

Abb. 4:Mit konformen Kühlkanälen im Kern (L) und Hohlraum (R) der Spritzgussform kann Luft in die Innenbereiche der Form gelangen und das Teil/Produkt gleichmäßig kühlen.Abb. 5:Beachten Sie die gleichmäßige Temperaturverteilung und den geringen Wärmegradienten.Abb. 6:Durch die gleichmäßige Kühlung weist das resultierende Teil/Produkt einen minimalen Verzug auf.

Schnellere Zykluszeiten

Neben der Erzielung eines qualitativ besseren Endergebnisses bei geringerem Fehlerrisiko sind konforme Kühlkanäle oft erheblich Verkürzung der Werkzeugzykluszeiten. Im folgenden Beispiel wurde die konforme Kühlung verwendet, um die Zykluszeit dieser großvolumigen Kunststoffkomponente um fast 40 % zu reduzieren und die Formproduktivität um fast 50 % zu steigern.

Abb. 7:Beachten Sie die konformen Kühlkanäle (mehrere Farben), die für dieses Großserienteil in das Werkzeug integriert wurden.Abb. 8:Die konforme Kühlung führte zu einer Verkürzung der Zykluszeit um 40 % für das abgebildete Teil.

Ist konforme Kühlung das Richtige für Ihre Anforderungen?

Die Einbeziehung konformer Kühlkanäle in Spritzgusswerkzeuge ist in allen Branchen und Produkttypen beliebt, insbesondere in den Biowissenschaften und Konsumgüterbereichen, wo Teile mit komplexen Geometrien oder großen Formvolumina üblich sind. Wenn Sie vorhaben, eine große Menge an Teilen im Spritzgussverfahren herzustellen und sich Sorgen über Verformungen machen, kann die Konstruktion Ihrer Spritzgusswerkzeuge mit konformer Kühlung die richtige Lösung sein, um die Zykluszeiten zu verkürzen und die Teilekosten zu senken. Um sicherzustellen, dass die Kanäle richtig für die Geometrie Ihres Teils und die spezifische Anwendung ausgelegt sind, ist es unbedingt erforderlich, mit einem erfahrenen Werkzeugkonstrukteur zusammenzuarbeiten, der sich mit der Integration dieser neuartigen Ansätze in Hochpräzisionswerkzeuge auskennt.

Bei SyBridge sind unsere Ingenieure Experten für Spritzguss- und Werkzeugkonstruktionsprozesse und haben mit Unternehmen aus verschiedenen Branchen zusammengearbeitet, um ihnen dabei zu helfen, unglaubliche Ergebnisse zu erzielen, wenn es um die Verbesserung der Formenproduktivität, die Reduzierung von Fehlern und die Herstellung leistungsstärkerer Teile geht. Ganz gleich, ob Sie bereits über ein Formdesign verfügen, von dem Sie glauben, dass es von der Hinzufügung konformer Kühlkanäle profitieren würde, oder ob Sie am Design für ein neues Teil oder Produkt arbeiten, unser Team hilft Ihnen gerne weiter.

Kontaktieren Sie uns, um mit einem Experten für die Konstruktion von Spritzgusswerkzeugen zu sprechen und herauszufinden, ob konforme Kühlung für Ihre Anforderungen an Spritzgusswerkzeuge das Richtige ist.