Kühldesign für Kunststoffkisten-Spritzgussformen

Beim thermoplastischen Spritzgießen hängen Teilequalität und Zykluszeit stark von der Abkühlphase ab. In diesem Fall untersuchen wir einige alternative Kühlgeräte für das Kühldesign der Spritzgussform für den Kern. Das erwartete Ergebnis ist eine Verbesserung der Teilequalität in Bezug auf Schrumpfung und Verzug.

Schallwände

Ein Leitblech ist eigentlich ein Kühlkanal, der senkrecht zur Hauptkühlleitung gebohrt ist und über eine Klinge verfügt, die einen Kühlkanal in zwei halbkreisförmige Kanäle unterteilt. Das Kühlmittel fließt von der Hauptkühlleitung auf einer Seite der Schaufel, dreht sich um die Spitze zur anderen Seite des Leitblechs und fließt dann zurück zur Hauptkühlleitung.

Diese Methode bietet maximale Querschnitte für das Kühlmittel, es ist jedoch schwierig, den Verteiler genau in der Mitte zu montieren. Die Kühlwirkung und damit die Temperaturverteilung auf der einen Seite des Kerns kann von der auf der anderen Seite abweichen. Dieser fertigungstechnische Nachteil einer ansonsten wirtschaftlichen Lösung kann dadurch behoben werden, dass das die Schallwand bildende Blech verdreht wird. Beispielsweise transportiert die Helix-Leitwand, wie oben gezeigt, das Kühlmittel in Form einer Helix zur Spitze und zurück. Es eignet sich für Durchmesser von 12 bis 50 mm und sorgt für eine sehr homogene Temperaturverteilung. Eine weitere logische Weiterentwicklung von Leitblechen sind ein- oder zweigängige Spiralkerne, wie oben dargestellt.

Bubbler

Ein Bubbler ähnelt einer Prallwand, außer dass die Klinge durch ein kleines Röhrchen ersetzt ist. Das Kühlmittel fließt unten in das Rohr und „sprudelt“ oben heraus, wie bei einer Fontäne. Das Kühlmittel fließt dann um die Außenseite des Rohrs herum nach unten, um seinen Fluss durch die Kühlkanäle fortzusetzen.

Die effektivste Kühlung schlanker Kerne wird mit Bubblern erreicht. Der Durchmesser beider muss so angepasst sein, dass der Strömungswiderstand in beiden Querschnitten gleich ist. Die Bedingung hierfür ist:

Innendurchmesser / Außendurchmesser = 0,707

Bubbler sind im Handel erhältlich und werden meist, wie oben dargestellt, in den Kern eingeschraubt. Bis zu einem Durchmesser von 4 mm sollte der Schlauch am Ende abgeschrägt sein, um den Querschnitt des Auslaufs zu vergrößern; Diese Technik ist in Abbildung 3 dargestellt. Bubbler können nicht nur zur Kernkühlung, sondern auch zur Kühlung flacher Formabschnitte verwendet werden, die nicht mit gebohrten oder gefrästen Kanälen ausgestattet werden können.

HINWEIS: Da sowohl Leitbleche als auch Bubbler einen engeren Strömungsbereich haben, erhöht sich der Strömungswiderstand. Daher sollte bei der Auslegung dieser Geräte auf die Größe geachtet werden. Das Strömungs- und Wärmeübertragungsverhalten sowohl für Leitbleche als auch für Blasenvorrichtungen kann durch die Upmold-Kühlungsanalyse leicht modelliert und analysiert werden.

Thermostifte

Ein Thermostift ist eine Alternative zu Leitblechen und Bubblern. Es handelt sich um einen versiegelten, mit Flüssigkeit gefüllten Zylinder. Die Flüssigkeit verdampft, während sie dem Werkzeugstahl Wärme entzieht, und kondensiert, während sie die Wärme an das Kühlmittel abgibt, wie oben gezeigt. Die Wärmeübertragungseffizienz eines Thermostifts ist fast zehnmal so hoch wie die eines Kupferrohrs. Vermeiden Sie für eine gute Wärmeleitung einen Luftspalt zwischen dem Thermostift und der Form oder füllen Sie ihn mit einem gut leitenden Dichtmittel.

Kühlung für schlanke Kerne

Bei sehr kleinen Durchmessern bzw. Breiten (weniger als 3 mm) kommt nur eine Luftkühlung in Frage. Luft wird beim Öffnen der Form von außen auf die Kerne geblasen oder strömt von innen durch ein zentrales Loch, wie oben gezeigt. Dieses Verfahren ermöglicht natürlich nicht die Einhaltung einer exakten Formtemperatur.

Eine bessere Kühlung schlanker Kerne (weniger als 5 mm) wird durch den Einsatz von Einsätzen aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Beryllium-Kupfer-Materialien, erreicht. Diese Technik ist oben dargestellt. Solche Einsätze werden in den Kern eingepresst und ragen mit ihrer möglichst großen Querschnittsfläche in einen Kühlkanal hinein.

Kühlung für große Kerne

Bei großen Kerndurchmessern (40 mm und größer) muss ein positiver Kühlmitteltransport gewährleistet sein. Dies kann mit Einsätzen erfolgen, bei denen das Kühlmittel durch eine zentrale Bohrung an die Spitze des Kerns gelangt und durch eine Spirale zu dessen Umfang und zwischen Kern und Einsatz spiralförmig zum Auslass geleitet wird, wie oben gezeigt. Dieses Design schwächt den Kern erheblich.

Kühlung für Zylinderkerne

Die Kühlung von Zylinderkernen und anderen runden Teilen sollte wie oben gezeigt mit einer Doppelhelix erfolgen. Das Kühlmittel fließt in einer Helix zur Kernspitze und in einer anderen Helix zurück. Aus konstruktiven Gründen sollte die Wandstärke des Kerns in diesem Fall mindestens 3 mm betragen.