O que eles fazem?

Os defletores e borbulhadores são seções das linhas de resfriamento que desviam o fluxo de refrigerante para áreas que normalmente não teriam resfriamento. Normalmente, os canais de resfriamento são perfurados na cavidade e no núcleo do molde. O molde, no entanto, pode consistir em áreas muito distantes para acomodar canais de resfriamento regulares. Métodos alternativos para resfriar essas áreas de maneira uniforme com o restante da peça envolvem o uso de defletores, borbulhadores ou pinos térmicos, conforme mostrado abaixo.

FIGURA 1. Defletor, borbulhador e pino térmico

Defletores

Um defletor é, na verdade, um canal de resfriamento perfurado perpendicularmente a uma linha de resfriamento principal, com uma lâmina que separa uma passagem de resfriamento em dois canais semicirculares. O líquido de arrefecimento flui em um lado da lâmina a partir da linha de arrefecimento principal, gira em torno da ponta para o outro lado do defletor e, em seguida, flui de volta para a linha de arrefecimento principal.

Esse método fornece seções transversais máximas para o refrigerante, mas é difícil montar o divisor exatamente no centro. O efeito de resfriamento e, com ele, a distribuição de temperatura em um lado do núcleo pode ser diferente da do outro lado. Essa desvantagem de uma solução econômica, no que diz respeito à fabricação, pode ser eliminada se a folha de metal que forma o defletor for torcida. Por exemplo, o defletor em forma de hélice, como mostrado na Figura 2 abaixo, transporta o refrigerante para a ponta e de volta na forma de uma hélice. Ele é útil para diâmetros de 12 a 50 mm e proporciona uma distribuição de temperatura muito homogênea. Outro desenvolvimento lógico dos defletores são os núcleos espirais de voo simples ou duplo, conforme mostrado na Figura 2 abaixo.

FIGURA 2. (Esquerda) Defletor em hélice. (Direita) Defletor em espiral.

Borbulhadores

Um borbulhador é semelhante a um defletor, exceto pelo fato de que a lâmina é substituída por um pequeno tubo. O líquido de arrefecimento flui para a parte inferior do tubo e "borbulha" na parte superior, como em uma fonte. Em seguida, o refrigerante flui para baixo em torno da parte externa do tubo para continuar seu fluxo pelos canais de resfriamento.

O resfriamento mais eficaz de núcleos finos é obtido com borbulhadores. O diâmetro de ambos deve ser ajustado de forma que a resistência do fluxo em ambas as seções transversais seja igual. A condição para isso é:

Diâmetro interno / Diâmetro externo = 0,707

Os borbulhadores estão disponíveis comercialmente e geralmente são parafusados no núcleo, conforme mostrado na Figura 3 abaixo. Até um diâmetro de 4 mm, o tubo deve ser chanfrado na extremidade para aumentar a seção transversal da saída; essa técnica é ilustrada na Figura 3. Os borbulhadores podem ser usados não apenas para o resfriamento do núcleo, mas também para o resfriamento de seções planas do molde, que não podem ser equipadas com canais perfurados ou fresados.

FIGURA 3. (Esquerda) Borbulhadores parafusados no núcleo. (Direita) Borbulhador chanfrado para ampliar a saída

OBSERVAÇÃO: Como tanto os defletores quanto os borbulhadores têm áreas de fluxo reduzidas, a resistência do fluxo aumenta. Portanto, é preciso ter cuidado ao projetar o tamanho desses dispositivos. O comportamento do fluxo e da transferência de calor para defletores e borbulhadores pode ser facilmente modelado e analisado pela análise C-MOLD Cooling.

Pinos térmicos

Um pino térmico é uma alternativa aos defletores e borbulhadores. É um cilindro vedado preenchido com um fluido. O fluido vaporiza à medida que retira o calor do aço da ferramenta e condensa ao liberar o calor para o refrigerante, conforme mostrado na Figura 4. A eficiência de transferência de calor de um pino térmico é quase dez vezes maior do que a de um tubo de cobre. Para obter uma boa condução de calor, evite um espaço de ar entre o pino térmico e o molde ou preencha-o com um selante altamente condutor.

FIGURA 4. Eficiência de transferência de calor do pino térmico

Resfriamento de núcleos finos

Se o diâmetro ou a largura forem muito pequenos (menos de 3 mm), somente o resfriamento a ar será viável. O ar é soprado nos núcleos pelo lado de fora durante a abertura do molde ou flui por um orifício central pelo lado de dentro, conforme mostrado na Figura 5. Esse procedimento, é claro, não permite manter uma temperatura exata do molde.

FIGURA 5. Resfriamento a ar de um núcleo delgado

Um melhor resfriamento de núcleos finos (com menos de 5 mm) é obtido com o uso de inserções feitas de materiais com alta condutividade térmica, como cobre ou materiais de cobre-berílio. Essa técnica é ilustrada na Figura 6 abaixo. Esses insertos são encaixados por pressão no núcleo e se estendem com sua base, que tem uma seção transversal tão grande quanto possível, em um canal de resfriamento.

FIGURA 6. Uso de material de alta condutividade térmica para resfriar um núcleo fino

Resfriamento de núcleos grandes

Para diâmetros de núcleo grandes (40 mm ou mais), é necessário garantir o transporte positivo do líquido de arrefecimento. Isso pode ser feito com insertos nos quais o refrigerante chega à ponta do núcleo por meio de um furo central e é conduzido por uma espiral até sua circunferência, e entre o núcleo e o inserto helicoidalmente até a saída, conforme mostrado na Figura 7. Esse projeto enfraquece significativamente o núcleo.

FIGURA 7. Uso de defletor helicoidal para resfriar um núcleo grande

Resfriamento de núcleos de cilindros

O resfriamento de núcleos de cilindros e outras peças redondas deve ser feito com uma hélice dupla, conforme mostrado abaixo. O líquido de arrefecimento flui para a ponta do núcleo em uma hélice e retorna em outra hélice. Por motivos de projeto, a espessura da parede do núcleo deve ser de pelo menos 3 mm nesse caso.

FIGURA 8. Hélice dupla com borbulhador central