彼らは何をしているのか？

バッフルやバブラーは、冷却ラインの一部で、通常は冷却が不足する領域に冷却流を迂回させるものです。冷却管は通常、金型のキャビティとコアに穴を開けます。しかし、金型には、通常の冷却流路では対応できないほど離れた領域が存在する場合があります。このような部分を他の部分と均一に冷却するための代替方法として、以下に示すようなバッフル、バブラー、またはサーマルピンを使用します。

図1.バッフル、バブラー、サーマルピン

バッフル

バッフルとは、主冷却ラインに対して垂直に開けられた冷却流路のことで、1つの冷却通路を2つの半円形の流路に分けるブレードが付いている。冷却水は、主冷却ラインからブレードの片側に流れ込み、先端を回ってバッフルの反対側に回り、主冷却ラインに戻る。

この方法では冷却水の断面積は最大になるが、仕切り板を正確に中央に取り付けるのは難しい。冷却効果とそれに伴う温度分布は、コアの片側ともう片側で異なる可能性がある。バッフルを形成する金属板にねじりを加えれば、製造に関する限り、経済的な解決策のこの欠点は解消される。例えば、図2に示すような螺旋状バッフルは、冷却水を螺旋状に先端まで往復させます。直径12～50mmに有効で、非常に均質な温度分布が得られます。バッフルのもう一つの論理的発展形は、下の図2に示すようなシングルフライトまたはダブルフライトのスパイラルコアです。

図2 （左）ヘリックスバッフル。(右）スパイラルバッフル。

バブラー

バブラーは、ブレードが小さな管に置き換えられている点を除けば、バッフルに似ている。冷却水はチューブの底に流れ込み、噴水のように上部から「泡」となって出てきます。その後、冷却水はチューブの外側を流れ落ち、冷却チャネルを通過します。

細長いコアを最も効果的に冷却するには、バブラーを使用する。両方の断面の流路抵抗が等しくなるように、両方の直径を調整しなければならない。そのための条件は

内径／外径＝0.707

バブラーは市販されており、通常は以下の図3に示すようにコアにねじ込んで使用する。直径4mmまでは、チューブの先端を面取りして排出口の断面を大きくする。この手法を図3に示す。バブラーはコアの冷却だけでなく、ドリルやフライス加工を施せない平らな金型部分の冷却にも使用できる。

図3 （左）コアにねじ込まれたバブラー。(右）出口を拡大するために面取りされたバブラー。

注： バッフルもバブラーも流路面積が狭くなるため、流路抵抗が増加する。そのため、これらの装置のサイズ設計には注意が必要です。バッフルとバブラーの両方の流れおよび熱伝達挙動は、C-MOLD Cooling解析によって容易にモデル化し、解析することができます。

サーマル・ピン

サーマルピンは、バッフルやバブラーに代わるものです。これは、流体で満たされた密閉シリンダーです。図4に示すように、流体は工具鋼から熱を奪うと気化し、クーラントに熱を放出すると凝縮します。サーマルピンの熱伝導効率は、銅管のほぼ10倍です。熱伝導を良くするには、サーマルピンと金型の間にエアギャップを作らないようにするか、導電性の高いシール材で埋めてください。

図4.サーマルピンの伝熱効率

細長いコアの冷却

直径や幅が非常に小さい（3mm以下）場合は、空冷のみが可能である。図5に示すように、型開きの際に外側から中子に空気を吹き付けるか、内側から中央の穴を通して空気を流します。もちろん、この方法では金型温度を正確に保つことはできない。

図5.細長いコアの空冷

細長いコア（寸法が5mm未満）の冷却を改善するには、銅やベリリウム銅のような熱伝導率の高い材料で作られたインサートを使用します。この技術を図6に示す。このようなインサートは、コアに圧入され、可能な限り大きな断面を持つ基部とともに冷却チャネルに延びる。

図6 細長いコアを冷却するための高熱伝導性材料の使用

大型コアの冷却

コアの直径が大きい場合（40mm以上）、クーラントの積極的な輸送を確保する必要がある。これには、図7に示すように、冷却材が中央のボアを通ってコアの先端に到達し、螺旋状を通ってコアの外周に導かれ、コアとインサートの間で出口まで螺旋状に導かれるインサートを使用することができる。この設計では、コアが著しく弱くなる。

図7.大型コアの冷却にヘリカルバッフルを使用

冷却シリンダーコア

シリンダー・コアやその他の円形部品の冷却は、下図のように二重らせんで行う。冷却水は、一方の螺旋でコア先端まで流れ、もう一方の螺旋で戻る。設計上の理由から、この場合、コアの肉厚は少なくとも3mmにする必要がある。

図8.センターバブラー付き二重らせん