עובש ו הליהוק הם בין התהליכים הייצור הנפוצים ביותר לייצור חלקי פלסטיק ומתכת, ואת היעילות של פעולות אלה נשענים על ניהול תרמי של עובש.בלב של ניהול זה הוא מוליכות תרמית של חומר עובש - נכס ששולט כמה במהירות חום מתפוגגת חומרים דרמטיים של חומר מלוטש לתוך העמידות עובש.

מהי התנהגות תרמית?

מוליכות תרמית (לעתים קרובות מובהנת כ-FLT:0ákáráráveFLT) 1 או λ) מכמת את היכולת של חומר להעביר חום. Formally, הוא מוגדר ככמות החום זורם זמן ליחיד באמצעות שטח יחידה של חומר עם טמפרטורת יחידה ⁇ .היחידה הסטנדרטית היא וואט למטר-vin (W/mK).

איך העברה חמה עובדת במרת

במהלך מחזור עובש, חומר מלוט חם מוזר מוזרק או שפך לתוך משטח עובש קריר יותר.היר זורם מן ההיתוך לתוך קירות עובש, ולאחר מכן דרך חומר עובש אל ערוצי הקירור, שבו הוא נלקח על ידי קריר (בדרך כלל מים או שמן). שיעור זרימת חום זה נשלט על ידי חוק של Fourier:

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[[[1924]],

גורמים המשפיעים על התנהגותם של ה-Thermal ב- Metals

עבור חומרי עובש מתכתיים, מוליכות תרמית תלויה בתנועה אלקטרונית חופשית ורטטים (phonons) אלמנטים, מבנה דגנים, טיפול חום יכול לשנות את ההתנהלות.לדוגמה, נחושת טהורה יש מוליכות של כ 398 W / mK, אבל הוספת beryllium כדי ליצור beryllium נחושת טיפות אותו ל- 130-200 W/mK, עדיין סדר של גודל גבוה יותר מאשר כלי טיפוסי (15/K).

התפקיד של מוליכות תרמית בזריקת מוליד ו-Llock

מוליכות תרמית של חומר עובש משפיעה ישירות על שלושה תוצאות קריטיות: יעילות קירור, זמן מחזור ואיכות החלק הסופי.

Cooling Efficiency

יעילות קירור מתייחסת לאופן שבו החום היעיל והמדים מוסר מן החלק המפוספס.חומרים בעלי מוליכות גבוהה מאפשרים לתבנית לצייר חום מהר יותר, צמצום הזמן הדרוש לחלק כדי להגיע לטמפרטורת ההזרקה שלו. קירור יעיל גם מצמצם את ה ⁇ התרמית תרמית בתוך החלק, אשר יכול לגרום אחרת לכווץ, דף מלחמה, מתחים חי, ושקעים.

לעומת זאת, חומרים בעלי מוליכים נמוכה יוצרים צוואר בקבוק תרמי.היט מצטבר על פני השטח עובש, להאט את חזית ההחזקה ולהוביל פוטנציאל קירור עקבי מעבר להיקף, במיוחד בחלקים עמוקים או עבים. חוסר איזון טמפרטורה יכול להגדיל את שערי הגרדוזבת ודורש זמן פתוח יותר עבור ייצוב חלק.

זמן מחזור

זמן מחזור הוא סכום של עובש קרוב, הזריקה / היתוך חם למלא, קירור, עובש פתוח וחלק ejection. Cooling לעתים קרובות חשבונות עבור 50-80% מהזמן המחזור הכולל. לכן, כל צמצום בזמן קירור מניב מניב רווחים משמעותיים בפריון.

לדוגמה, החלפת תבנית פלדה סטנדרטית של P20 (מוליכים -29 W / mK) עם סגסוגת אלומיניום ברונזה (מוליכים -65 W / mK) עלולה להפחית את זמן הקירור ב -30-40% עבור אותה גיאומטריה.בייצור עשיר של חלקי קיר דק, שיכול לתרגם לאלפים נוספים ביום.

איכות ויציבות ממדית

קירור אחיד הוא חיוני עבור ממדים חלקים חוזרים והופעת.תבנית מוליכות גבוהה נוטה לשמור יותר אפילו טמפרטורות משטח העקומה, צמצום ההסתברות של כתמים חמים שגורמים לדבוק, מבולג, או השפלה של פולימרים גבישיים. in Die Lie, התנהגות תרמית משופרת מסייעת לשלוט בחזקת המתכת של הטיל, צמצום הנפיחות ושיפור תכונות מכניות.

חומרים מוגמרים נפוצים והתנהלותם הרכה

בחירת חומר עובש דורש איזון ביצועים תרמיים נגד עלות, קשיחות, התנגדות ללבוש, עמידות קורוזיה, ו machinability. טבלאות הבאות רשימות חומרים עובש טיפוסי ואת התנהגות תרמית נומינלית שלהם בטמפרטורת החדר.

  • (FLT:0)P20 Toolve SteelFLT:1 (1.2311) - 29 W/mK. Common עבור עיצוב הזרקת מטרות כלליות.מדת מודראט, קשיחות טובה, וליטקטיבית.
  • (FLT:0)H13 ToolearFLT:1 (1.2344) - 25 W/mK. המשמש ליישומים עתיריים גבוהים יותר; קשיחות חמה טובה אך התנהגות נמוכה יותר.
  • (FLT:0) Stainless Steel (420/1.2083), ReveFLT) 1 - 15–25 W/mK. התנגדות קורוזיה טובה אך התנהגות תרמית ירודה; לעתים קרובות בשימוש לעיבוד PVC או חומרים קורוזיים אחרים.
  • (FLT:0) אלומיום 700675FLT:1 -130 W/mK. מאוד התנהגות גבוהה, משקל, יכולת טובה פחות עמיד פלדה, מוגבל לנפח נמוך עד בינוני רץ.
  • (FLT:0) Aluminum ברונזה (C95500) ⁇ 1) -65 W/mK. טוב קורוזיה ולבוש התנגדות בתוספת מוליכות בינונית עד גבוהה.
  • (FLT:0) ,Beryllium Copper (C17200) ,Reph 1:1 - - 130 W / mK (כ-cast), עד -200 W/mK (גילו) התנהגות גבוהה מאוד, התנגדות לביש מעולה, אך יקר ודורש טיפול מיוחד בשל רעילות Beryllium.
  • (FLT:0)Copper-Tungsten CompositesveFLT:1 - 180-210 W / mK. המשמש עבור יישומים חמים כמו נוודים חמים או ליבות מורכבות.
  • (FLT:0 AMPCO 940 (Copper-Nickel-Silicon-Chrome)FLT:1 - 50 W/mK. חוזק גבוה ו מוליכות תרמית עבור יישומים תובעניים.

איפה למצוא נתונים מפורטים

לערכים מדויקים, מומלץ להתייעץ עם נתוני היצרן.TheFLT:0 מ"מחומרי מ"ממבוא 1FIRLT" מספק נתונים מוליכים תרמיים עבור אלפי ⁇ .

סחר חליפין ב-Matleption

בחירת חומר מוליכים גבוה אינו תמיד פשוט.יש לנתח כמה בורסות בהקשר של תהליך עיצוב ספציפי, נפח הייצור ותקציב.

עלויות לעומת מוליכים

סגסוגת Copper ואלומיניום יקרים יותר לקילוגרם מאשר פלדה כלי, אבל ההבדל העלות יכול להיות מוקרן על ידי זמני מחזור קצרים יותר. עבור ייצור נמוך כרכים, ההשקעה לא יכול לשלם בחזרה.עבור ריצה גבוהה, אפילו ירידה של 10% בזמן מחזור יכול להניב חיסכון משמעותי.מהנדסים צריכים לבצע ניתוח עלות-תועלת עלות השוואת עלויות חומר מוקרן נגד שיפור מחזור לאורך החיים של עובש.

יציבות ולבוש התנגדות

מתכות בעלות גבוהה כמו אלומיניום הם רכים יותר ופרו יותר ללבוש, מרה, ונזק ממילויים חודרניים או פעולה חוזרת של סלייד. Tool פלדה מציעים קשיחות גבוהה ללבוש התנגדות.ביישומים עם סיבים מונעים פלסטיק, פלדה או beryllium נחושת עובש עשוי להיות הכרחי כדי להשיג חיים עובש מקובל.

התנגדות קורוזיה

מלדס באמצעות לולאות קירור מים יכול לסבול מקורטוזיון וסקאלה בתוך ערוצי קירור, אשר מפחיתה את העברת החום לאורך זמן. פלדות סטאאין מתנגדות לקורוזיון אבל יש התנהגות גרועה. לחלופין, יצרני עובש יכולים ליישם ניקל או Teflon ציפויים כדי לשפר את עמידות קורוזיה ללא הקרבה כמו הרבה.

עייפות תרמית וסדקים

מחזורי חימום מהירים וקירור כפופים משטחים עובש לעייפות תרמית.אלומיניום יש מקדם התפשטות תרמי גבוה יותר מאשר פלדה, אשר יכול להאיץ סדק תחת רכיבה תרמית חמורה על אופניים.כלי עם ⁇ s תרמיים גבוהים נהנה חומרים עם שילוב של מוליכות גבוהה והתרחבות מתונה, כגון ⁇ . מסטיקה כמו chromium nitride (CrN) או titanium אלומיניום niride (TiN) יכול להפחית את העייפות תרמית כדי להיות מסוגל ללבוש גבוה.

היברידית Molds ו-Kings

גישה מעשית היא להשתמש בחומרים מוליכים גבוהים רק כאשר העברת חום היא קריטית ביותר, כגון סיכות ליבה, תערובות חלל, או ליד ערוצי קירור.בסיס עובש יכול להיות עשוי פלדה קונבנציונלית עבור קשיחות ועלות נמוכה. בנייה היברידית זו אופטימיזציה ביצועים תרמיים תוך ניהול הוצאות. ציפוי תרסיסים תרמית תרמית (למשל, נחושת מקודמת) יכול גם להיות מיושם על גבי פלדה לאחור של תבניות קירור כדי לשפר את קווי קירור.

למד עוד על עיצוב עובש היברידי מ-FLT:0 ,Plastics Today מאמר על עיצוב עובש היברידית עיצוב עובש 1.

טכניקות קירור מתקדמות כדי למקסם את היתרונות של התנהגותיות

גם עם חומר עובש גבוה, עיצוב מערכת הקירור חייב להיות מותאם כדי לממש את הפוטנציאל המלא.קונפוררפורציה קונפורמנטלי - שבו ערוצי קירור לעקוב אחר הצורה של העשב - מבטיח הסרת חום אחידה ומפחית כתמים חמים.הוספת baffles, בועות, או צינורות חום יכולים לשפר עוד החילוץ חום באזורים קשים לקוטב.

ערוצים מגניבים

קירור קונפורמי, המיוצר לעתים קרובות באמצעות ייצור תוספים (3D הדפסה של תבניות), מאפשר ערוצים לרוץ ממילימטרים משטח עובש.זה מפחית באופן דרסטי את החום מרחק חייב לנסוע דרך חומר עובש ( ⁇ x בחוק של Fourier) בשילוב עם חומר דיו גבוה כמו מריגה פלדה או נחושת-ניקל ⁇ , קירור תואם יכול לחתוך מחזורי עד 20-50% בהשוואה לערוצים רגילים בערוצי ברזל.

שילובים עם התנהגות משתנה

כמה יישומים נהנים משימוש בתכונות שונות בתוך אותו מקום כדי לשלוט ברצף ההאצה.לדוגמה, שילוב גבוה-תרמי-התנהגותי מתחת לחלק עבה של החלק שואב חום מהר יותר, מונע מהירויות מכווץ. A מוליכים נמוך יותר להוסיף באזורים דקים מאט קירור כדי לשמור על זרימה ולמנוע היסוס.

אסטרטגיות מעשיות עבור אופטימיזציה של זמן מחזור באמצעות בחירת חומרים ישנים

מהנדסים יכולים לעקוב אחר תהליך שיטתי כדי להעריך וליישם אפשרויות חומר המפחיתות את זמן המחזור ללא שילוב איכות או חיי כלי חלק.

שלב 1: סימולציה תרמית

השתמש בניתוח זרימת עובש (למשל, Autodesk Moldflow, Moldex3D, SigmaSoft) כדי מודל העברת חום באמצעות חומרים עובש שונים.סיים את השלב הקירור עם חומרים מועמדים ולהשוות זמני מחזוריים, התפלגות טמפרטורה, וחלק דף מלחמה. Simulation הוא הרבה יותר זול ומהיר יותר מאשר ניסוי וטעייה על כלים אמיתיים.

שלב 2: אפיון סביבת הייצור

שקול את טמפרטורת העיבוד של resin, טמפרטורת הזרקת הרצויה, גיאומטריה חלקית (עמוד עובי, הליבה / כוח), עיצוב ערוץ קירור עובש, וטמפרטורה קרירה. עבור חלקים דקים (<1 מ"מ), מוליכות של חומר עובש יש השפעה יחסית חזקה יותר מאשר עבור חלקים עבים חומה שבו תוכן חום רב שליטה.

שלב 3: הערכת מועמדים חומריים

עבור נפח בינוני-גבוה (ראהFLT:000,000 מחזורים) או ריבסיבי, נחושת beryllium או נחושת-tungsten להכניס בבסיס פלדה לספק איזון טוב. עבור ריבאוקרינים קורוזיים, לשקול ניקל-plated נחושת או נירוסטה עם קירור תואם.

שלב 4: איזון התכונות המילוניות והמכניות

עובש חייב לעמוד בלחץ ההזרקה (לעתים קרובות בטווח של 50-150 MPa) חומרים מוליכות גבוהה כמו נחושת ואלומיניום יש כוח תשואות נמוכות יותר מאשר פלדה כלי, כל כך חלקים עבה או שילובים מתחזקים עשויים להיות נחוץ.

שלב 5: בדיקות טייס ומדיעה

לאחר בניית תבנית אב-טיפוס, למדוד את זמני הקירור בפועל באמצעות thermocouples משובצים ליד משטח העקרבה. השוו נתונים לסימולציה ולתאם את זרימת הקרירה או הטמפרטורה. Documentcycle timeשיפורים כדי להצדיק השקעות חומריות עתידיות.

מחקר אמיתי של צמצום זמן מחזורי באמצעות ⁇ נחושת זמין מדיווח הניהול התרמית של ברית קופר:0 (Copper Alliance's תרמית Management ReportFLT:1).

מגמות עתידיות בחומרים ישנים והניהול הירומלי

החוקרים ממשיכים לפתח ⁇ חדשות ורכיבים שדוחפים את הגבולות של מוליכות תרמית תוך שמירה על התנגדות ללבוש וכוח. copper-diamond מורכב, למשל, יכול להשיג התנהגויות מעל 400 W / mK אבל נשאר יקר. ייצור תוספתי מאפשר חומרים ⁇ - שינוי הרכב מ-k גבוה על פני השטח כדי צמיחה גבוהה במגסטרציה מתכת עם יהלומים או חלקיקים גמישים עלולים מתים בתבניות קירור גבוהות.

מסקנה

מוליכות תרמית של חומר עובש היא גורם מכריע יעילות קירור וזמן מחזורי הכולל. על ידי בחירת חומר עם תכונות תרמיות מתאימות - וצירוף זה עם עיצוב ערוץ קירור אופטימיזציה - מיצרנים יכולים להשיג זמני מחזור מהירים יותר, גבוה יותר דרךput, נמוך יותר עלות חלקית, באיכות חלקית מעולה.עם זאת, מוליכות תרמית לא יכול להיחשב בידוד.