Cosa fanno?
I deflettori e i gorgogliatori sono sezioni delle linee di raffreddamento che deviano il flusso del refrigerante in aree che normalmente non sarebbero raffreddate. I canali di raffreddamento sono in genere praticati attraverso la cavità e l'anima dello stampo. Lo stampo, tuttavia, può essere costituito da aree troppo distanti per ospitare canali di raffreddamento regolari. I metodi alternativi per raffreddare queste aree in modo uniforme con il resto del pezzo prevedono l'uso di baffle, gorgogliatori o spine termiche, come illustrato di seguito.
FIGURA 1. Soffietto, gorgogliatore e pin termico
Soffietti
Un deflettore è in realtà un canale di raffreddamento praticato perpendicolarmente a una linea di raffreddamento principale, con una lama che separa un passaggio di raffreddamento in due canali semicircolari. Il refrigerante entra in un lato della lama dalla linea di raffreddamento principale, gira intorno alla punta fino all'altro lato del deflettore, quindi ritorna alla linea di raffreddamento principale.
Questo metodo fornisce la massima sezione trasversale per il refrigerante, ma è difficile montare il divisore esattamente al centro. L'effetto di raffreddamento e, di conseguenza, la distribuzione della temperatura su un lato del nucleo può essere diversa da quella sull'altro lato. Questo svantaggio di una soluzione altrimenti economica, per quanto riguarda la produzione, può essere eliminato se la lamiera che costituisce il deflettore viene ritorta. Ad esempio, il deflettore elicoidale, illustrato nella Figura 2, convoglia il refrigerante verso la punta e viceversa sotto forma di elica. È utile per diametri da 12 a 50 mm e consente una distribuzione della temperatura molto omogenea. Un altro sviluppo logico dei deflettori sono i nuclei a spirale a volo singolo o doppio, come mostrato nella Figura 2 qui sotto.
FIGURA 2. (A sinistra) Deflettore a elica. (A destra) Deflettore a spirale.
Gorgogliatori
Un gorgogliatore è simile a un deflettore, ma la lama è sostituita da un piccolo tubo. Il refrigerante scorre nella parte inferiore del tubo e "bolle" dalla parte superiore, come in una fontana. Il refrigerante scende poi all'esterno del tubo per continuare il suo flusso attraverso i canali di raffreddamento.
Il raffreddamento più efficace dei nuclei sottili si ottiene con i gorgogliatori. Il diametro di entrambi deve essere regolato in modo tale che la resistenza al flusso in entrambe le sezioni trasversali sia uguale. La condizione per ottenere questo risultato è:
Diametro interno / Diametro esterno = 0,707
I gorgogliatori sono disponibili in commercio e di solito vengono avvitati al nucleo, come mostrato nella Figura 3 qui sotto. Fino a un diametro di 4 mm, il tubo deve essere smussato all'estremità per ampliare la sezione trasversale dell'uscita; questa tecnica è illustrata nella Figura 3. I gorgogliatori possono essere utilizzati non solo per il raffreddamento delle anime, ma anche per il raffreddamento di sezioni di stampo piatte, che non possono essere dotate di canali forati o fresati.
FIGURA 3. (A sinistra) Gorgogliatori avvitati nel nucleo. (A destra) Gorgogliatore smussato per allargare l'uscita.
NOTA: Poiché sia i deflettori che i gorgogliatori hanno aree di flusso ridotte, la resistenza al flusso aumenta. Pertanto, è necessario prestare attenzione nella progettazione delle dimensioni di questi dispositivi. Il comportamento del flusso e del trasferimento di calore per i deflettori e i gorgogliatori può essere facilmente modellato e analizzato con l'analisi C-MOLD Cooling.
Pin termici
Il thermal pin è un'alternativa ai deflettori e ai gorgogliatori. Si tratta di un cilindro sigillato riempito con un fluido. Il fluido vaporizza quando assorbe il calore dall'acciaio dell'utensile e condensa quando cede il calore al refrigerante, come mostrato nella Figura 4. L'efficienza di trasferimento del calore di un perno termico è quasi dieci volte superiore a quella di un tubo di rame. L'efficienza di trasferimento del calore di un perno termico è quasi dieci volte superiore a quella di un tubo di rame. Per una buona conduzione del calore, è opportuno evitare un vuoto d'aria tra il perno termico e lo stampo, oppure riempirlo con un sigillante altamente conduttivo.
FIGURA 4. Efficienza di trasferimento del calore dello spinotto termico
Raffreddamento di nuclei sottili
Se il diametro o la larghezza sono molto piccoli (meno di 3 mm), è possibile solo il raffreddamento ad aria. L'aria viene soffiata sulle anime dall'esterno durante l'apertura dello stampo o fluisce attraverso un foro centrale dall'interno, come mostrato nella Figura 5. Questa procedura, ovviamente, non consente di mantenere una temperatura esatta dello stampo. Questa procedura, ovviamente, non consente di mantenere una temperatura esatta dello stampo.
FIGURA 5. Raffreddamento ad aria di un nucleo sottile
Per migliorare il raffreddamento dei nuclei sottili (quelli di dimensioni inferiori a 5 mm) si possono utilizzare inserti realizzati con materiali ad alta conducibilità termica, come il rame o il berillio-rame. Questa tecnica è illustrata nella Figura 6. Tali inserti vengono inseriti a pressione nel nucleo e si estendono con la loro base, che ha una sezione trasversale quanto più ampia possibile, in un canale di raffreddamento.
FIGURA 6. Utilizzo di un materiale ad alta conducibilità termica per raffreddare un nucleo sottile
Raffreddamento di grandi nuclei
Per i grandi diametri del nucleo (40 mm e oltre), è necessario garantire un trasporto positivo del refrigerante. Questo può essere ottenuto con inserti in cui il refrigerante raggiunge la punta del nucleo attraverso un foro centrale e viene condotto attraverso una spirale alla sua circonferenza, e tra nucleo e inserto in modo elicoidale fino all'uscita, come mostrato nella Figura 7. Questo design indebolisce notevolmente il nucleo. Questo design indebolisce notevolmente il nucleo.
FIGURA 7. Uso di un deflettore elicoidale per raffreddare un nucleo di grandi dimensioni
Raffreddamento delle anime dei cilindri
Il raffreddamento delle anime dei cilindri e di altri pezzi rotondi deve essere effettuato con una doppia elica, come mostrato di seguito. Il refrigerante scorre verso la punta dell'anima in un'elica e ritorna in un'altra elica. Per motivi di progettazione, in questo caso lo spessore della parete dell'anima deve essere di almeno 3 mm.
FIGURA 8. Doppia elica con gorgogliatore centrale
Cosa fanno?
I deflettori e i gorgogliatori sono sezioni delle linee di raffreddamento che deviano il flusso del refrigerante in aree che normalmente non sarebbero raffreddate. I canali di raffreddamento sono in genere praticati attraverso la cavità e l'anima dello stampo. Lo stampo, tuttavia, può essere costituito da aree troppo distanti per ospitare canali di raffreddamento regolari. I metodi alternativi per raffreddare queste aree in modo uniforme con il resto del pezzo prevedono l'uso di baffle, gorgogliatori o spine termiche, come illustrato di seguito.
FIGURA 1. Soffietto, gorgogliatore e pin termico
Soffietti
Un deflettore è in realtà un canale di raffreddamento praticato perpendicolarmente a una linea di raffreddamento principale, con una lama che separa un passaggio di raffreddamento in due canali semicircolari. Il refrigerante entra in un lato della lama dalla linea di raffreddamento principale, gira intorno alla punta fino all'altro lato del deflettore, quindi ritorna alla linea di raffreddamento principale.
Questo metodo fornisce la massima sezione trasversale per il refrigerante, ma è difficile montare il divisore esattamente al centro. L'effetto di raffreddamento e, di conseguenza, la distribuzione della temperatura su un lato del nucleo può essere diversa da quella sull'altro lato. Questo svantaggio di una soluzione altrimenti economica, per quanto riguarda la produzione, può essere eliminato se la lamiera che costituisce il deflettore viene ritorta. Ad esempio, il deflettore elicoidale, illustrato nella Figura 2, convoglia il refrigerante verso la punta e viceversa sotto forma di elica. È utile per diametri da 12 a 50 mm e consente una distribuzione della temperatura molto omogenea. Un altro sviluppo logico dei deflettori sono i nuclei a spirale a volo singolo o doppio, come mostrato nella Figura 2 qui sotto.
FIGURA 2. (A sinistra) Deflettore a elica. (A destra) Deflettore a spirale.
Gorgogliatori
Un gorgogliatore è simile a un deflettore, ma la lama è sostituita da un piccolo tubo. Il refrigerante scorre nella parte inferiore del tubo e "bolle" dalla parte superiore, come in una fontana. Il refrigerante scende poi all'esterno del tubo per continuare il suo flusso attraverso i canali di raffreddamento.
Il raffreddamento più efficace dei nuclei sottili si ottiene con i gorgogliatori. Il diametro di entrambi deve essere regolato in modo tale che la resistenza al flusso in entrambe le sezioni trasversali sia uguale. La condizione per ottenere questo risultato è:
Diametro interno / Diametro esterno = 0,707
I gorgogliatori sono disponibili in commercio e di solito vengono avvitati al nucleo, come mostrato nella Figura 3 qui sotto. Fino a un diametro di 4 mm, il tubo deve essere smussato all'estremità per ampliare la sezione trasversale dell'uscita; questa tecnica è illustrata nella Figura 3. I gorgogliatori possono essere utilizzati non solo per il raffreddamento delle anime, ma anche per il raffreddamento di sezioni di stampo piatte, che non possono essere dotate di canali forati o fresati.
FIGURA 3. (A sinistra) Gorgogliatori avvitati nel nucleo. (A destra) Gorgogliatore smussato per allargare l'uscita.
NOTA: Poiché sia i deflettori che i gorgogliatori hanno aree di flusso ridotte, la resistenza al flusso aumenta. Pertanto, è necessario prestare attenzione nella progettazione delle dimensioni di questi dispositivi. Il comportamento del flusso e del trasferimento di calore per i deflettori e i gorgogliatori può essere facilmente modellato e analizzato con l'analisi C-MOLD Cooling.
Pin termici
Il thermal pin è un'alternativa ai deflettori e ai gorgogliatori. Si tratta di un cilindro sigillato riempito con un fluido. Il fluido vaporizza quando assorbe il calore dall'acciaio dell'utensile e condensa quando cede il calore al refrigerante, come mostrato nella Figura 4. L'efficienza di trasferimento del calore di un perno termico è quasi dieci volte superiore a quella di un tubo di rame. L'efficienza di trasferimento del calore di un perno termico è quasi dieci volte superiore a quella di un tubo di rame. Per una buona conduzione del calore, è opportuno evitare un vuoto d'aria tra il perno termico e lo stampo, oppure riempirlo con un sigillante altamente conduttivo.
FIGURA 4. Efficienza di trasferimento del calore dello spinotto termico
Raffreddamento di nuclei sottili
Se il diametro o la larghezza sono molto piccoli (meno di 3 mm), è possibile solo il raffreddamento ad aria. L'aria viene soffiata sulle anime dall'esterno durante l'apertura dello stampo o fluisce attraverso un foro centrale dall'interno, come mostrato nella Figura 5. Questa procedura, ovviamente, non consente di mantenere una temperatura esatta dello stampo. Questa procedura, ovviamente, non consente di mantenere una temperatura esatta dello stampo.
FIGURA 5. Raffreddamento ad aria di un nucleo sottile
Per migliorare il raffreddamento dei nuclei sottili (quelli di dimensioni inferiori a 5 mm) si possono utilizzare inserti realizzati con materiali ad alta conducibilità termica, come il rame o il berillio-rame. Questa tecnica è illustrata nella Figura 6. Tali inserti vengono inseriti a pressione nel nucleo e si estendono con la loro base, che ha una sezione trasversale quanto più ampia possibile, in un canale di raffreddamento.
FIGURA 6. Utilizzo di un materiale ad alta conducibilità termica per raffreddare un nucleo sottile
Raffreddamento di grandi nuclei
Per i grandi diametri del nucleo (40 mm e oltre), è necessario garantire un trasporto positivo del refrigerante. Questo può essere ottenuto con inserti in cui il refrigerante raggiunge la punta del nucleo attraverso un foro centrale e viene condotto attraverso una spirale alla sua circonferenza, e tra nucleo e inserto in modo elicoidale fino all'uscita, come mostrato nella Figura 7. Questo design indebolisce notevolmente il nucleo. Questo design indebolisce notevolmente il nucleo.
FIGURA 7. Uso di un deflettore elicoidale per raffreddare un nucleo di grandi dimensioni
Raffreddamento delle anime dei cilindri
Il raffreddamento delle anime dei cilindri e di altri pezzi rotondi deve essere effettuato con una doppia elica, come mostrato di seguito. Il refrigerante scorre verso la punta dell'anima in un'elica e ritorna in un'altra elica. Per motivi di progettazione, in questo caso lo spessore della parete dell'anima deve essere di almeno 3 mm.
FIGURA 8. Doppia elica con gorgogliatore centrale
Stampo Prodotto
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