Mitä he tekevät?

Läpiviennit ja paisuttimet ovat jäähdytyslinjojen osia, jotka ohjaavat jäähdytysnesteen virtauksen alueille, jotka eivät normaalisti jäähdytyisi. Jäähdytyskanavat porataan yleensä muottipesän ja -ytimen läpi. Muotti voi kuitenkin koostua liian kaukana sijaitsevista alueista, jotta sinne mahtuisi tavanomaisia jäähdytyskanavia. Vaihtoehtoisia menetelmiä näiden alueiden jäähdyttämiseksi tasaisesti muun osan kanssa on käyttää läpivientikanavia, puhallusrakoja tai lämpötappeja, kuten alla on esitetty.

KUVA 1. Läpivienti, kuplamalja ja lämpötappi.

Baffles

Jäähdytyskanava on itse asiassa jäähdytyskanava, joka on porattu kohtisuoraan pääjäähdytyslinjaan nähden ja jossa on terä, joka jakaa yhden jäähdytyskanavan kahdeksi puoliympyrän muotoiseksi kanavaksi. Jäähdytysneste virtaa terän toiselle puolelle pääjäähdytysputkesta, kiertää kärjen ympäri ohjauslevyn toiselle puolelle ja virtaa sitten takaisin pääjäähdytysputkeen.

Tällä menetelmällä saadaan jäähdytysnesteelle mahdollisimman suuri poikkileikkaus, mutta jakajan asentaminen täsmälleen keskelle on vaikeaa. Jäähdytysvaikutus ja sen myötä lämpötilan jakautuminen ytimen toisella puolella voi poiketa toisen puolen lämpötilasta. Tämä valmistuksen kannalta muuten edullisen ratkaisun haittapuoli voidaan poistaa, jos ohjauslevyn muodostava metallilevy kierretään. Esimerkiksi kuvassa 2 esitetty kierreohjain kuljettaa jäähdytysnesteen kärkeen ja takaisin kierteen muodossa. Se on käyttökelpoinen 12-50 mm:n halkaisijoille, ja sen ansiosta lämpötila jakautuu hyvin tasaisesti. Toinen looginen kehitysaskel ohjauslevyissä ovat yksi- tai kaksikierroksiset kierreytimet, kuten kuvassa 2 on esitetty.

KUVA 2. (Vasemmalla) Helix-ohjauspelti. (Oikea) Spiraalinen ohjauslevy.

Bubblers

Bubbler on samankaltainen kuin baffle, paitsi että terä on korvattu pienellä putkella. Jäähdytysneste virtaa putken alaosaan ja "kuplii" ulos yläosasta, kuten suihkulähde. Tämän jälkeen jäähdytysneste virtaa alas putken ulkopinnan ympäri jatkaakseen virtaustaan jäähdytyskanavien läpi.

Ohuiden ytimien tehokkain jäähdytys saadaan aikaan puhalluspuhaltimilla. Molempien halkaisija on säädettävä siten, että virtausvastus molemmissa poikkileikkauksissa on sama. Tämän edellytyksenä on:

Sisähalkaisija / ulkohalkaisija = 0,707

Puhalluslaitteita on kaupallisesti saatavilla, ja ne ruuvataan yleensä ytimeen, kuten alla olevassa kuvassa 3 on esitetty. Halkaisijaltaan 4 mm:n putkiin asti putken pää on viistettävä ulostuloaukon poikkileikkauksen suurentamiseksi; tätä tekniikkaa on havainnollistettu kuvassa 3. Bubblereja voidaan käyttää paitsi ytimen jäähdyttämiseen, myös litteiden muotin osien jäähdyttämiseen, joita ei voida varustaa poratuilla tai jyrsityillä kanavilla.

KUVA 3. (Vasemmalla) Ytimeen ruuvatut puhallusputket. (Oikea) Kuplari viistetty ulostuloaukon suurentamiseksi.

HUOM: Koska sekä läpivienneissä että puhallusputkissa virtausalueet ovat kapeammat, virtausvastus kasvaa. Siksi näiden laitteiden kokoa suunniteltaessa on noudatettava huolellisuutta. Sekä läpivientien että bubblereiden virtaus ja lämmönsiirtokäyttäytyminen voidaan helposti mallintaa ja analysoida C-MOLD Cooling -analyysillä.

Lämpötapit

Lämpötappi on vaihtoehto ohjauslevyille ja puhalluslaitteille. Se on nesteellä täytetty suljettu sylinteri. Neste höyrystyy, kun se imee lämpöä työkaluteräksestä, ja tiivistyy, kun se luovuttaa lämpöä jäähdytysnesteeseen, kuten kuvassa 4 on esitetty. Lämpötapin lämmönsiirtotehokkuus on lähes kymmenkertainen kupariputkeen verrattuna. Hyvän lämmönjohtokyvyn saavuttamiseksi vältä ilmarakoa lämpötapin ja muotin välissä tai täytä se hyvin johtavalla tiivisteellä.

KUVIO 4. Lämmönsiirron tehokkuus

Jäähdytys hoikat ytimet

Jos halkaisija tai leveys on hyvin pieni (alle 3 mm), vain ilmajäähdytys on mahdollista. Ilma puhalletaan ytimiin ulkopuolelta muotin avaamisen aikana tai se virtaa keskireiän kautta sisäpuolelta, kuten kuvassa 5 on esitetty. Tällä menettelyllä ei tietenkään voida pitää yllä tarkkaa muotin lämpötilaa.

KUVIO 5. Ohuen ytimen ilmajäähdytys

Ohuiden (alle 5 mm:n mittaisten) ydinten jäähdytystä voidaan parantaa käyttämällä sisäkkeitä, jotka on valmistettu hyvin lämpöä johtavista materiaaleista, kuten kuparista tai beryllium-kuparista. Tätä tekniikkaa havainnollistetaan jäljempänä olevassa kuvassa 6. Tällaiset insertit asennetaan puristamalla ytimeen, ja ne ulottuvat pohjallaan, jonka poikkileikkaus on niin suuri kuin mahdollista, jäähdytyskanavaan.

KUVA 6. Korkean lämmönjohtavuuden omaavan materiaalin käyttö hoikan ytimen jäähdyttämiseen.

Suurten ytimien jäähdytys

Suurten ydinhalkaisijoiden (40 mm ja suuremmat) osalta on varmistettava jäähdytysnesteen positiivinen kuljetus. Tämä voidaan toteuttaa inserttien avulla, joissa jäähdytysneste pääsee ytimen kärkeen keskireiän kautta ja johdetaan spiraalin kautta ytimen kehälle ja ytimen ja insertin välillä spiraalimaisesti ulostuloon, kuten kuvassa 7 on esitetty. Tämä rakenne heikentää ydintä merkittävästi.

KUVIO 7. Kierukkapellin käyttö suuren ytimen jäähdyttämiseen

Sylinterisydämen jäähdytys

Sylinterisydämen ja muiden pyöreiden osien jäähdytys olisi tehtävä kaksoiskierukalla, kuten alla on esitetty. Jäähdytysneste virtaa ytimen kärkeen yhdessä kierteessä ja palaa takaisin toisessa kierteessä. Suunnittelusyistä ytimen seinämäpaksuuden on tässä tapauksessa oltava vähintään 3 mm.

KUVIO 8. Kaksoiskierre, jossa on keskimmäinen kuplija