¿A qué se dedican?
Los deflectores y burbujeadores son secciones de los conductos de refrigeración que desvían el flujo de refrigerante hacia zonas que normalmente carecerían de refrigeración. Los canales de refrigeración suelen perforarse a través de la cavidad y el núcleo del molde. Sin embargo, el molde puede constar de zonas demasiado alejadas para alojar canales de refrigeración normales. Métodos alternativos para enfriar estas áreas uniformemente con el resto de la pieza implican el uso de Baffles, Bubblers, o Thermal pins, como se muestra a continuación.
FIGURA 1. Deflector, burbujeador y perno térmico
Baffles
Un deflector es en realidad un canal de refrigeración perforado perpendicularmente a una línea de refrigeración principal, con un aspa que separa un paso de refrigeración en dos canales semicirculares. El refrigerante fluye por un lado de la hoja desde la línea de refrigeración principal, gira alrededor de la punta hacia el otro lado del deflector y, a continuación, vuelve a fluir hacia la línea de refrigeración principal.
Este método proporciona secciones transversales máximas para el refrigerante, pero es difícil montar el divisor exactamente en el centro. El efecto de refrigeración y, con él, la distribución de la temperatura en un lado del núcleo puede diferir de la del otro lado. Esta desventaja de una solución por lo demás económica, en lo que se refiere a la fabricación, puede eliminarse si se retuerce la chapa metálica que forma el deflector. Por ejemplo, el deflector helicoidal, como se muestra en la figura 2 a continuación, transporta el refrigerante a la punta y de vuelta en forma de hélice. Es útil para diámetros de 12 a 50 mm y permite una distribución muy homogénea de la temperatura. Otra evolución lógica de los deflectores son los núcleos en espiral de uno o dos vuelos, como se muestra en la figura 2 siguiente.
FIGURA 2. (Izquierda) Deflector en hélice. (Derecha) Deflector en espiral.
Bubblers
Un burbujeador es similar a un deflector, salvo que la cuchilla se sustituye por un pequeño tubo. El refrigerante fluye hacia la parte inferior del tubo y "burbujea" por la parte superior, como lo hace una fuente. A continuación, el refrigerante desciende por el exterior del tubo para continuar su flujo a través de los canales de refrigeración.
La refrigeración más eficaz de los núcleos delgados se consigue con burbujeadores. El diámetro de ambos debe ajustarse de forma que la resistencia al flujo en ambas secciones transversales sea igual. La condición para ello es:
Diámetro interior / diámetro exterior = 0,707
Los burbujeadores están disponibles en el comercio y suelen enroscarse en el núcleo, como se muestra en la figura 3. Hasta un diámetro de 4 mm, el tubo debe biselarse en el extremo para ampliar la sección transversal de la salida; esta técnica se ilustra en la figura 3. Los burbujeadores pueden utilizarse no sólo para la refrigeración de machos, sino también para la refrigeración de secciones planas de moldes, que no pueden equiparse con canales taladrados o fresados.
FIGURA 3. (Izquierda) Burbujeadores atornillados al núcleo. (Derecha) Burbujeador biselado para agrandar la salida.
NOTA: Dado que tanto los deflectores como los burbujeadores tienen áreas de flujo reducidas, la resistencia al flujo aumenta. Por lo tanto, hay que tener cuidado al diseñar el tamaño de estos dispositivos. El comportamiento del flujo y de la transferencia de calor tanto de los deflectores como de los burbujeadores puede modelarse y analizarse fácilmente mediante el análisis C-MOLD Cooling.
Clavijas térmicas
Un perno térmico es una alternativa a los deflectores y burbujeadores. Se trata de un cilindro sellado lleno de un fluido. El fluido se vaporiza cuando extrae calor del acero para herramientas y se condensa cuando libera el calor al refrigerante, como se muestra en la figura 4. La eficacia de transferencia de calor de un perno térmico es casi diez veces mayor que la de un tubo de cobre. La eficacia de transferencia de calor de una espiga térmica es casi diez veces mayor que la de un tubo de cobre. Para una buena conducción del calor, evite que haya un espacio de aire entre el pasador térmico y el molde, o rellénelo con un sellante altamente conductor.
FIGURA 4. Eficacia de la transferencia de calor de la clavija térmica
Refrigeración de núcleos delgados
Si el diámetro o la anchura son muy pequeños (menos de 3 mm), sólo es viable la refrigeración por aire. El aire se insufla en los machos desde el exterior durante la apertura del molde o fluye a través de un orificio central desde el interior, como se muestra en la figura 5. Naturalmente, este procedimiento no permite mantener una temperatura exacta del molde.
FIGURA 5. Refrigeración por aire de un núcleo delgado
Una mejor refrigeración de los núcleos delgados (los que miden menos de 5 mm) se consigue utilizando insertos fabricados con materiales de alta conductividad térmica, como el cobre o los materiales de berilio-cobre. La figura 6 ilustra esta técnica. Estos insertos se colocan a presión en el núcleo y se extienden con su base, que tiene una sección transversal tan grande como sea factible, en un canal de refrigeración.
FIGURA 6. Utilización de material de alta conductividad térmica para refrigerar un núcleo delgado
Refrigeración de núcleos grandes
En el caso de núcleos de gran diámetro (40 mm o más), debe garantizarse un transporte positivo del refrigerante. Esto puede hacerse con insertos en los que el refrigerante llega a la punta del núcleo a través de un orificio central y es conducido a través de una espiral hasta su circunferencia, y entre el núcleo y el inserto helicoidalmente hasta la salida, como se muestra en la figura 7. Este diseño debilita considerablemente el núcleo.
FIGURA 7. Uso de un deflector helicoidal para refrigerar un núcleo grande
Núcleos de cilindros de refrigeración
La refrigeración de núcleos de cilindros y otras piezas redondas debe realizarse con una doble hélice, como se muestra a continuación. El refrigerante fluye hacia la punta del núcleo en una hélice y regresa en otra hélice. Por razones de diseño, el grosor de la pared del núcleo debe ser de al menos 3 mm en este caso.
FIGURA 8. Doble hélice con burbujeador central
¿A qué se dedican?
Los deflectores y burbujeadores son secciones de los conductos de refrigeración que desvían el flujo de refrigerante hacia zonas que normalmente carecerían de refrigeración. Los canales de refrigeración suelen perforarse a través de la cavidad y el núcleo del molde. Sin embargo, el molde puede constar de zonas demasiado alejadas para alojar canales de refrigeración normales. Métodos alternativos para enfriar estas áreas uniformemente con el resto de la pieza implican el uso de Baffles, Bubblers, o Thermal pins, como se muestra a continuación.
FIGURA 1. Deflector, burbujeador y perno térmico
Baffles
Un deflector es en realidad un canal de refrigeración perforado perpendicularmente a una línea de refrigeración principal, con un aspa que separa un paso de refrigeración en dos canales semicirculares. El refrigerante fluye por un lado de la hoja desde la línea de refrigeración principal, gira alrededor de la punta hacia el otro lado del deflector y, a continuación, vuelve a fluir hacia la línea de refrigeración principal.
Este método proporciona secciones transversales máximas para el refrigerante, pero es difícil montar el divisor exactamente en el centro. El efecto de refrigeración y, con él, la distribución de la temperatura en un lado del núcleo puede diferir de la del otro lado. Esta desventaja de una solución por lo demás económica, en lo que se refiere a la fabricación, puede eliminarse si se retuerce la chapa metálica que forma el deflector. Por ejemplo, el deflector helicoidal, como se muestra en la figura 2 a continuación, transporta el refrigerante a la punta y de vuelta en forma de hélice. Es útil para diámetros de 12 a 50 mm y permite una distribución muy homogénea de la temperatura. Otra evolución lógica de los deflectores son los núcleos en espiral de uno o dos vuelos, como se muestra en la figura 2 siguiente.
FIGURA 2. (Izquierda) Deflector en hélice. (Derecha) Deflector en espiral.
Bubblers
Un burbujeador es similar a un deflector, salvo que la cuchilla se sustituye por un pequeño tubo. El refrigerante fluye hacia la parte inferior del tubo y "burbujea" por la parte superior, como lo hace una fuente. A continuación, el refrigerante desciende por el exterior del tubo para continuar su flujo a través de los canales de refrigeración.
La refrigeración más eficaz de los núcleos delgados se consigue con burbujeadores. El diámetro de ambos debe ajustarse de forma que la resistencia al flujo en ambas secciones transversales sea igual. La condición para ello es:
Diámetro interior / diámetro exterior = 0,707
Los burbujeadores están disponibles en el comercio y suelen enroscarse en el núcleo, como se muestra en la figura 3. Hasta un diámetro de 4 mm, el tubo debe biselarse en el extremo para ampliar la sección transversal de la salida; esta técnica se ilustra en la figura 3. Los burbujeadores pueden utilizarse no sólo para la refrigeración de machos, sino también para la refrigeración de secciones planas de moldes, que no pueden equiparse con canales taladrados o fresados.
FIGURA 3. (Izquierda) Burbujeadores atornillados al núcleo. (Derecha) Burbujeador biselado para agrandar la salida.
NOTA: Dado que tanto los deflectores como los burbujeadores tienen áreas de flujo reducidas, la resistencia al flujo aumenta. Por lo tanto, hay que tener cuidado al diseñar el tamaño de estos dispositivos. El comportamiento del flujo y de la transferencia de calor tanto de los deflectores como de los burbujeadores puede modelarse y analizarse fácilmente mediante el análisis C-MOLD Cooling.
Clavijas térmicas
Un perno térmico es una alternativa a los deflectores y burbujeadores. Se trata de un cilindro sellado lleno de un fluido. El fluido se vaporiza cuando extrae calor del acero para herramientas y se condensa cuando libera el calor al refrigerante, como se muestra en la figura 4. La eficacia de transferencia de calor de un perno térmico es casi diez veces mayor que la de un tubo de cobre. La eficacia de transferencia de calor de una espiga térmica es casi diez veces mayor que la de un tubo de cobre. Para una buena conducción del calor, evite que haya un espacio de aire entre el pasador térmico y el molde, o rellénelo con un sellante altamente conductor.
FIGURA 4. Eficacia de la transferencia de calor de la clavija térmica
Refrigeración de núcleos delgados
Si el diámetro o la anchura son muy pequeños (menos de 3 mm), sólo es viable la refrigeración por aire. El aire se insufla en los machos desde el exterior durante la apertura del molde o fluye a través de un orificio central desde el interior, como se muestra en la figura 5. Naturalmente, este procedimiento no permite mantener una temperatura exacta del molde.
FIGURA 5. Refrigeración por aire de un núcleo delgado
Una mejor refrigeración de los núcleos delgados (los que miden menos de 5 mm) se consigue utilizando insertos fabricados con materiales de alta conductividad térmica, como el cobre o los materiales de berilio-cobre. La figura 6 ilustra esta técnica. Estos insertos se colocan a presión en el núcleo y se extienden con su base, que tiene una sección transversal tan grande como sea factible, en un canal de refrigeración.
FIGURA 6. Utilización de material de alta conductividad térmica para refrigerar un núcleo delgado
Refrigeración de núcleos grandes
En el caso de núcleos de gran diámetro (40 mm o más), debe garantizarse un transporte positivo del refrigerante. Esto puede hacerse con insertos en los que el refrigerante llega a la punta del núcleo a través de un orificio central y es conducido a través de una espiral hasta su circunferencia, y entre el núcleo y el inserto helicoidalmente hasta la salida, como se muestra en la figura 7. Este diseño debilita considerablemente el núcleo.
FIGURA 7. Uso de un deflector helicoidal para refrigerar un núcleo grande
Núcleos de cilindros de refrigeración
La refrigeración de núcleos de cilindros y otras piezas redondas debe realizarse con una doble hélice, como se muestra a continuación. El refrigerante fluye hacia la punta del núcleo en una hélice y regresa en otra hélice. Por razones de diseño, el grosor de la pared del núcleo debe ser de al menos 3 mm en este caso.
FIGURA 8. Doble hélice con burbujeador central
Producto moldeado
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