Que font-ils ?

Les chicanes et les bulles sont des sections des lignes de refroidissement qui détournent le flux de liquide de refroidissement vers des zones qui seraient normalement dépourvues de refroidissement. Les canaux de refroidissement sont généralement percés dans la cavité et le noyau du moule. Toutefois, le moule peut comporter des zones trop éloignées pour accueillir des canaux de refroidissement réguliers. D'autres méthodes pour refroidir ces zones uniformément avec le reste de la pièce impliquent l'utilisation de chicanes, de bulles ou d'épingles thermiques, comme indiqué ci-dessous.

FIGURE 1. Chicane, bulleur et broche thermique

Baffles

Un déflecteur est en fait un canal de refroidissement percé perpendiculairement à une ligne de refroidissement principale, avec une lame qui sépare un passage de refroidissement en deux canaux semi-circulaires. Le liquide de refroidissement s'écoule d'un côté de la lame à partir de la ligne de refroidissement principale, fait le tour de l'extrémité jusqu'à l'autre côté de la chicane, puis retourne à la ligne de refroidissement principale.

Cette méthode permet d'obtenir des sections transversales maximales pour le liquide de refroidissement, mais il est difficile de monter le diviseur exactement au centre. L'effet de refroidissement et, par conséquent, la répartition de la température d'un côté du noyau peuvent différer de ceux de l'autre côté. Cet inconvénient d'une solution par ailleurs économique du point de vue de la fabrication peut être éliminé si la tôle formant le déflecteur est torsadée. Par exemple, le déflecteur en hélice, tel qu'il est illustré à la figure 2 ci-dessous, achemine le liquide de refroidissement vers la pointe et vice-versa sous la forme d'une hélice. Il est utile pour les diamètres de 12 à 50 mm et permet une distribution très homogène de la température. Une autre évolution logique des déflecteurs sont les noyaux en spirale à une ou deux volées, comme le montre la figure 2 ci-dessous.

FIGURE 2 : (Gauche) Déflecteur hélicoïdal. (Droite) Déflecteur en spirale.

Bulles

Un bubbler est similaire à un baffle, sauf que la lame est remplacée par un petit tube. Le liquide de refroidissement s'écoule par le bas du tube et "bouillonne" par le haut, comme dans une fontaine. Le liquide de refroidissement s'écoule ensuite autour de l'extérieur du tube pour continuer à circuler dans les canaux de refroidissement.

Le refroidissement le plus efficace des noyaux minces est obtenu à l'aide de bulleurs. Le diamètre des deux doit être ajusté de manière à ce que la résistance à l'écoulement dans les deux sections transversales soit égale. La condition pour cela est la suivante :

Diamètre intérieur / diamètre extérieur = 0,707

Les barboteurs sont disponibles dans le commerce et sont généralement vissés dans le noyau, comme le montre la figure 3 ci-dessous. Jusqu'à un diamètre de 4 mm, le tube doit être biseauté à l'extrémité pour élargir la section de la sortie ; cette technique est illustrée à la figure 3. Les barboteurs peuvent être utilisés non seulement pour le refroidissement du noyau, mais aussi pour le refroidissement de sections de moules plates, qui ne peuvent pas être équipées de canaux percés ou fraisés.

FIGURE 3 : (Gauche) Bulleurs vissés dans le noyau. (Droite) Bulleur biseauté pour agrandir la sortie.

NOTE : Étant donné que les chicanes et les bulleurs ont des zones d'écoulement réduites, la résistance à l'écoulement augmente. Il convient donc d'être prudent lors de la conception de la taille de ces dispositifs. Le comportement de l'écoulement et du transfert de chaleur pour les chicanes et les barboteurs peut être facilement modélisé et analysé par l'analyse C-MOLD Cooling.

Broches thermiques

Une goupille thermique est une alternative aux chicanes et aux bulles. Il s'agit d'un cylindre scellé rempli d'un fluide. Le fluide se vaporise lorsqu'il absorbe la chaleur de l'acier de l'outil et se condense lorsqu'il libère la chaleur dans le liquide de refroidissement, comme le montre la figure 4. L'efficacité du transfert de chaleur d'une broche thermique est presque dix fois supérieure à celle d'un tube de cuivre. Pour une bonne conduction de la chaleur, évitez de laisser un espace d'air entre la tige thermique et le moule, ou remplissez-le d'un produit d'étanchéité hautement conducteur.

FIGURE 4. Efficacité du transfert de chaleur de la broche thermique

Refroidissement des noyaux minces

Si le diamètre ou la largeur est très faible (moins de 3 mm), seul le refroidissement par air est possible. L'air est soufflé sur les noyaux depuis l'extérieur pendant l'ouverture du moule ou circule à travers un trou central depuis l'intérieur, comme le montre la figure 5. Cette procédure ne permet évidemment pas de maintenir une température exacte dans le moule.

FIGURE 5. Refroidissement par air d'un noyau élancé

Un meilleur refroidissement des noyaux minces (ceux qui mesurent moins de 5 mm) est possible en utilisant des inserts fabriqués dans des matériaux à forte conductivité thermique, tels que le cuivre ou le béryllium-cuivre. Cette technique est illustrée dans la figure 6 ci-dessous. Ces inserts sont insérés à la presse dans le noyau et s'étendent avec leur base, qui a une section transversale aussi grande que possible, dans un canal de refroidissement.

FIGURE 6 : Utilisation d'un matériau à haute conductivité thermique pour refroidir un noyau élancé

Refroidissement des grands noyaux

Pour les noyaux de grand diamètre (40 mm et plus), il faut assurer un transport positif du liquide de refroidissement. Cela peut se faire avec des inserts dans lesquels le liquide de refroidissement atteint l'extrémité du noyau par un alésage central et est conduit par une spirale jusqu'à sa circonférence, et entre le noyau et l'insert de manière hélicoïdale jusqu'à la sortie, comme le montre la figure 7. Cette conception affaiblit considérablement le noyau.

FIGURE 7. Utilisation d'un déflecteur hélicoïdal pour refroidir un gros noyau

Refroidissement des noyaux de cylindres

Le refroidissement des noyaux de cylindres et d'autres pièces rondes doit être effectué à l'aide d'une double hélice, comme illustré ci-dessous. Le liquide de refroidissement s'écoule vers la pointe du noyau dans une hélice et revient dans une autre hélice. Pour des raisons de conception, l'épaisseur de la paroi du noyau doit être d'au moins 3 mm dans ce cas.

FIGURE 8. Double hélice avec bulleur central