Процесс аддитивного производства металлов 3D Systems и программное обеспечение Cimatron для проектирования пресс-форм позволяют значительно сократить циклы охлаждения вставок пресс-форм.

Если изменения температуры во время цикла охлаждения при литье под давлением велики, риск деформации деталей будет значительно увеличен. Испытания традиционно спроектированных и изготовленных литьем под давлением автомобильных воздуховодов привели к колебаниям температуры в 132˚C на протяжении всего испытания, что побудило B&J Specialty рекомендовать своим клиентам использование отлитых под давлением вставок с конформным охлаждением для достижения более равномерного охлаждения. .

Для достижения этой цели инженеры B&J Specialty использовали программное обеспечение Cimatron® от 3D Systems для проектирования формы, а внутренние контуры охлаждающей воды были спроектированы так, чтобы они соответствовали поверхности компонента. Для изготовления сложных и точных внутренних контуров охлаждающей воды они использовали для печати оборудование для аддитивного производства металлов ProX® DMP 300 от 3D Systems.

Новая вставка конформной охлаждающей формы снижает изменение температуры в процессе охлаждения до 18˚C и сокращает время цикла усадки формы с 1 минуты до 40 секунд, повышая общую эффективность производства на 30%.

По словам Джарода Рауха, ProX® DMP 300 может контролировать допуски от 1/3000 до 1/4000 дюйма.

Неоптимальный путь охлаждающей воды приводит к большим изменениям температуры.

В формах с конформным охлаждением используются современные технологии для решения давней проблемы. Многие детали, отлитые под давлением, имеют изогнутые поверхности, но отверстия, используемые для создания каналов охлаждения, можно сверлить только по прямым линиям. В большинстве случаев это означает, что контур охлаждения не может соответствовать геометрическим характеристикам компонента. Традиционно изготавливаемые линии охлаждения должны проходить вокруг самого внешнего слоя детали, чтобы избежать взаимодействия с полостью формы. Это означает, что детали, расположенные ближе к центру детали, обычно находятся дальше от ближайшего пути охлаждающей воды. Это часто приводит к значительным изменениям температуры компонента в самом начале процесса охлаждения.

B&J Specialty изменила конструкцию автомобильных воздуховодов, чтобы повысить эффективность охлаждения, и теперь имеет множество неровных изогнутых поверхностей. Во время первоначального процесса проектирования пресс-формы линии охлаждения были просверлены в центре и статорном блоке, чтобы отрегулировать геометрию формы и учесть определенную степень коробления. Для труб неправильной формы некоторые важные особенности трубы не имеют ничего общего с путем охлаждающей воды, поскольку существуют ограничения на прямые каналы. Результирующие изменения температуры создают остаточные напряжения, которые приводят к короблению деталей при охлаждении.

В прошлом производители деталей часто решали эту проблему, продлевая цикл охлаждения, чтобы гарантировать полное отверждение детали перед ее извлечением из формы, и регулируя вставку, чтобы обеспечить определенную степень коробления. Проблема этого метода заключается в том, что продление цикла охлаждения снизит эффективность производства и увеличит затраты на производство деталей.

По сравнению с традиционными линейными охлаждающими водяными каналами металлические конформные охлаждающие каналы, напечатанные на 3D-принтере, уменьшают перепады температуры на 86 %.

Улучшите формы с помощью конформных каналов охлаждения.

По словам Джарода Рауха, менеджера по информационным технологиям и 3D-печати в B&J Specialty, автомобильные воздуховоды являются хорошим примером улучшенной конструкции конформного охлаждения, которая может улучшить качество деталей, снизить процент брака и сократить циклы охлаждения. .

Компания B&J Specialty предложила это решение клиенту, поставщику автомобилей, который согласился протестировать новый подход. Получив файл САПР с исходными геометрическими данными, инженеры B&J Specialty приступили к проектированию с использованием программного обеспечения для проектирования пресс-форм Cimatron от 3D Systems.

Раух рассказал, что B&J Specialty познакомилась с программным обеспечением Cimatron во время исследования применения конформного охлаждения на 3D-принтерах по металлу. «Мы увидели, что компания 3D Systems предоставила комплексное решение, включая программное обеспечение для проектирования пресс-форм, программное обеспечение для подготовки моделирования к 3D-печати и 3D-принтер, и именно это меня очень порадовало этим решением», — сказал Раух.

После работы с Cimatron инженеры B&J Specialty отказались от первоначального прямолинейного канала охлаждающей воды и заменили его конформным каналом охлаждающей воды, который поддерживает постоянное расстояние от поверхности компонента. Использование технологии 3D-печати металлом для окончательного изготовления пресс-форм позволило инженерам проектировать сложные контуры охлаждающей воды, при этом было улучшено качество поперечных сечений и поверхностей сопряжения.

Такие особенности обеспечивают турбулентный поток, дополнительно увеличивая передачу тепла от формы к охлаждающей жидкости, делая охлаждение более эффективным. Возможность более эффективного охлаждения формы снижает количество дефектов деталей (таких как коробление и вмятины) и обеспечивает качество деталей. Такой подход сокращает количество корректировок, проб и ошибок и выборки, позволяет производить детали более высокого качества и экономит изготовителям пресс-форм и операторам значительное время и деньги.

Установите ожидания с помощью точного моделирования

Затем инженеры B&J Specialty импортировали файлы пресс-форм из программного обеспечения Cimatron в Moldex3D (программное обеспечение для моделирования литья под давлением) для общего моделирования охлаждения. «Cimatron полностью совместим с Moldex3D, что позволяет нам легко моделировать весь процесс литья под давлением, отображать изменения температуры формы и деталей, определять горячие точки и точки охлаждения, а также моделировать эффекты различного времени охлаждения. ", - сказал Раух.

Процесс моделирования также выявил некоторые ключевые области для улучшения, и стратегия охлаждения для таких ключевых областей может быть переработана до фактического производства. Сравнение исходной конструкции пресс-формы и новой конструкции конформного охлаждающего канала показывает, что распределение температуры в новых деталях значительно улучшилось, при этом изменение температуры уменьшилось на 86%.

Cimatron полностью совместим с Moldex3D, что позволяет нам легко моделировать процесс литья под давлением и оценивать дизайн в цифровом виде.

Вставки для пресс-форм, напечатанные на 3D-принтере, с конформными каналами охлаждения

Затем инженеры B&J Specialty использовали программное обеспечение 3D Systems 3DXpert™ для аддитивного производства металлов для проектирования вставок пресс-формы при подготовке к производству. Они импортировали данные детали, оптимизировали данные геометрических характеристик, рассчитали пути сканирования, спланировали платформу для 3D-печати и отправили данные непосредственно из программного обеспечения 3DXpert на 3D-принтер по металлу 3D Systems ProX DMP 300.

В ProX DMP 300 используется высокоточная лазерная головка, изготовленная из материала 3D Systems LaserForm®. Для форм автомобильных труб компания B&J Specialty использует мартенситностареющую сталь.

B&J Specialty использует конформные каналы охлаждающей воды для повышения эффективности производства на 30 % за счет прямой 3D-печати металлом.

«ProX DMP 300 отлично подходит для создания конформных каналов охлаждения, поскольку он очень точен», — сказал Раух. «Мы можем допустить допуск от одной части из трех тысяч до одной части из четырех тысяч». Запатентованная технология прямой металлической печати (DMP) 3D Systems позволяет нам создавать мельчайшие детали и тончайшие стенки, используя частицы материала меньшей толщины. Окончательная шероховатость поверхности деталей может составлять 5 мкм (200 Ra микродюймов) без особой постобработки.

Эффективность производства значительно повышается

После завершения печати компания B&J Specialty использовала 3D-сканер с синим светом для сканирования вставки в программное обеспечение для проверки и метрологии 3D Systems Geomagic® Control X™, наложения сетки на спроектированную геометрию и проверки металлической вставки формы, напечатанной на 3D-принтере. Затем вставки отправляются поставщику автомобилей, который затем устанавливает их на формовочную машину.

Раух сказал: «Результаты испытаний Benchmark показывают, что конформный водяной путь делает процесс охлаждения более сбалансированным, тем самым сокращая время цикла охлаждения и повышая эффективность производства на 30%. Поскольку конформное охлаждение сокращает время цикла охлаждения, оно снижает давление впрыска, что приводит к снижению давления впрыска. Срок службы пресс-формы значительно увеличивается, что, в свою очередь, снижает износ линии разъема и уменьшает количество сложных деталей пресс-формы».