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雷尼紹隨形冷卻解決方案（àn）提（tí）升注塑成型效率

2017-12-19 來（lái）源（yuán）：雷尼紹作者：-

德國Alfred Kärcher公司（凱馳）通過在其注塑成型模具中（zhōng）使用具（jù）有隨形冷卻功能的模芯，將每個塑料外殼製品的（de）冷卻時（shí）間縮短了55%，極大地提高了公（gōng）司的注塑（sù）成型生產效率。這種特殊模芯由雷尼紹設計，並采用金屬增材製（zhì）造技術生產。

背景

德國Alfred Kärcher公司（凱馳）生產的高壓清洗機不僅已成為眾多德國家庭必備的清潔設備，而且在國際市場上也備受用戶青睞（lài） — 這些清洗機的顯著特（tè）征是其（qí）鮮豔醒目的黃（huáng）色外殼。由於Kärcher高壓清洗機的強大（dà）功能和良好口碑，無論是室（shì）內還是室外（wài），越來越多的人在家庭的日常清潔中使用了Kärcher的產品。

K_rcher高（gāo）壓清洗機

為滿足全球市（shì）場日益增長的需求，Kärcher每年都要生產數以百萬台緊湊型清洗機。每年單是Obersontheim一家工廠的K2標準型高壓清洗機的（de）出（chū）貨量就超過兩百萬台。然而，即使已實現如此高的產量（liàng），Kärcher仍無法滿足全部市場需求。

挑戰

Kärcher清洗機最具辨識度的特征之一（yī）便是它的鮮黃色外殼，但外殼製造同時也是生產過程中的主要瓶頸之一。例如，K2係列清洗機的外殼由六台注塑成型機生產，每台機器（qì）每天可（kě）製造1,496個外殼，但這一數量對於Kärcher來說（shuō）遠遠不夠，因為Kärcher擁（yōng）有四條（tiáo）裝（zhuāng）配生產線，工（gōng）人（rén）分三班倒不間斷生產，所以每日的（de）K2高壓清洗機組裝量可達（dá）12,000台。

顯然，一種選擇是（shì）添置更多的注塑成型機。然而，在協調員（yuán）Leopold Hoffer看來 — 他是Kärcher的Obersontheim工廠內注塑成型工序的負責人 — 則可以（yǐ）通過挖掘現有設備（bèi）潛力來提高生產效率。“我們（men）的目標是將成型周期從原來的52秒縮短為40到42秒（miǎo）之間，”他解釋說。為此他聯（lián）係了總部位於Pliezhausen的LBC Engineering公司（該（gāi）公司（sī）已於2013年5月被雷尼紹收購），尋求縮短模具冷卻時間的方（fāng）法。

解決方案

“項目的第一階段是獲取現有模具的數據，以此確定Kärcher提出的目標（biāo）是否可行，”Kärcher的雷尼紹（shào）項目協調人Carlo Hüsken回憶說。雷尼紹利用Kärcher提供的數據繪製出現有注塑（sù）成型工（gōng）序的（de）熱成像圖，然後采用Cadmould® 3D-F模擬軟件進行分（fèn）析。結果表明，塑材的熔化溫（wēn）度為220°C，脫模溫（wēn）度為100°C，而在52秒的整個成型周期內，冷卻時間就占到了22秒。模具溫度用冷卻水進行控製，水流速度為10升/分鍾、溫度為35°C。接下來，雷尼紹對熱成像過程（chéng）中檢測到的熱點（diǎn）進行重點建模，因為這（zhè）些區域直接（jiē）導致成型周期的延長，需要對其進行進一步分析。利（lì）用這些數據，雷尼紹完成（chéng）了一次含有20個成型周期的數據模擬，其中包括對模（mó）具壁（bì）溫度的（de）分（fèn）析。

製造中的（de）K_rcher K2高壓清洗機1（圖片來源：Gogoll）

製造中（zhōng）的K_rcher K2高壓清洗機2（圖片來源：Gogoll）

使用中的K_rcher高壓清洗機

根據Hüsken先生的建議，在進行第二次（cì）模擬時，雷尼紹改進了噴嘴側的溫度控製方式，即通（tōng）過在噴嘴側的模具（jù）板內加入兩（liǎng）條傳統的冷卻水道，加（jiā）大對模具板上的鈹銅圓（yuán）形螺紋接（jiē）頭的冷卻效果。

K2黃色後殼生產（chǎn）模具的原始（shǐ）設計

K2黃色後（hòu）殼（ké）生產模具的全新設計，具有隨形冷卻功（gōng）能

隨後，雷尼紹（shào）又進行了兩（liǎng）次模擬，以此評估當應用隨形冷卻時（shí）可能獲（huò）得的潛在改進。傳統的模具冷卻方式是在模具中鑽孔，以形成網狀冷卻液通（tōng）道。由鑽孔（kǒng）方式形成的通道其幾何形（xíng）狀會受到限製，對（duì）於比（bǐ）較簡單的模具，這種冷卻方式可以達（dá）到預期效果，但對於（yú）更為複雜的模具，冷卻效果就會大打折扣。采用隨（suí）形冷卻方式的模芯，則使用了金屬增材製造（zào）方（fāng）法，即這類模芯是（shì）利用增材方式逐層加工出來的。增材（cái）製造方式十分靈活，這意味著模（mó）具中（zhōng）冷卻液通道的複雜性幾乎不受限製（zhì）。一（yī）般情（qíng）況下，模具內的（de）隨形冷卻通道可保（bǎo）持與模具壁的距離均等，因此冷卻效果更加均勻；或者在模具內熱（rè）點集中的區域，可加（jiā）大（dà）隨形冷（lěng）卻通道的（de）密集度，以此為這些區域提供更快速的冷卻。

模擬過程顯示，采用隨形冷卻後，實際上幾乎所有熱點（diǎn）區域的冷卻效率均（jun1）可得到有效提升，模（mó）具壁的溫度降低多達70°C。

最後，在模具中一個沒有足夠空間來設置隨形冷（lěng）卻通道的區域，Kärcher巧妙地改進了（le）產品設計，以此緩解成型（xíng）冷卻問題。

根據模擬結果，雷（léi）尼紹為Kärcher提（tí）出（chū）了一個全麵的改進方案，指出隨形冷卻可用於改進模具中熱點（diǎn）區域的溫度控製，從（cóng）而使各個部分的冷卻速率更加均勻，並減少整體冷卻時間。修改後的模具設計加入了兩個增材製（zhì）造的模芯，可向確定（dìng）的熱點區域提供（gòng）隨形冷卻功能。

傳（chuán）統的鈹銅模芯

金屬3D打印鋼製模芯（xīn）

結果

雷尼紹使用熱成像技術檢查了修改（gǎi）後的模具設計的效果，確認模具壁的溫度（dù）可降低40°C至70°C，冷卻時間（jiān）可從22秒縮（suō）短（duǎn）至（zhì）10秒，減少了55%。Kärcher注塑技術團隊的負責（zé）人Volker Neu也通過實際生產證明，新的模具設計加（jiā）上對一些外圍工（gōng）藝的重（chóng）新調（diào）整（充料係統、處理係統等），可將成型（xíng）周期從52秒縮短至37秒。現在，每（měi）台注塑成（chéng）型機的外殼日（rì）產量可從1,496個增加至2,101個。

隨後，Kärcher對其他模具的設計（jì）也進行了改進。雷尼紹使用增材製（zhì）造技術生產了這（zhè）些具有隨形冷卻功能（néng）的模芯，Hüsken先生在製造過程（chéng）中為雷尼紹提供了積極的（de）支持。

Hoffer先生最初曾對該項目持懷疑態度，現在他說道（dào）：“結果比（bǐ）預想的要好，雷尼紹（shào）銷售給我們一套完整的改進方案，他們對我們使用的模具進行了全麵考察與分析，幫（bāng）助我們實現最佳生產效率。”

雷尼紹始終在綜合運用（yòng）各種技術（shù）手（shǒu）段的基礎上為客戶提（tí）供（gòng）專屬解決方案。“就我們的案例而言，它既涉及傳統冷卻技術，又涉及隨形冷卻技術，既包含傳統方式（shì）加工的（de）冷卻液通道（dào），又包含采用增材製造方式加（jiā）工的模芯，同時還涉及模芯（xīn）的真空釺焊技術，”他補充道，“利用（yòng）所有這些技術，我們才能（néng）製定出最合適的生（shēng）產（chǎn）方案。”

通過這個項目，Hoffer先生收獲了重要的知識和經驗。“將來，我們在設計階段就會更加重視成型冷卻效（xiào）率，”他說，“在Kärcher，冷（lěng）卻效率計算將成為模具設計中的關鍵一環。利用這些信息，我們可以決（jué）定（dìng）是使（shǐ）用傳統冷卻方案還是隨形冷卻方案（àn）。”

“雷尼（ní）紹為我們提供了（le）完美的支（zhī）持。在這次的（de）項目中，雷尼紹是（shì）我們正確的選擇；將來，當我們需要設計閉合輪（lún）廓（kuò）溫度控製（zhì）方案時，相信它也會（huì）成為我們最合適的合作夥伴，”Hoffer先生總結道。

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