3K DÍL VYROBENÝ S POMOCÍ KONFORMNÍHO CHLAZENÍ
I pro domácí spotřebiče je dnes klíčovým parametrem z hlediska prodeje design. Proto také firma Rowenta aplikuje již delší dobu tříkomponentní vstřikování pro výrobu žehliček. Aby bylo možné dosáhnout dílu bez deformací a vysoké efektivity výroby, používá technologii konformního chlazení. Design tohoto chlazení byl navržen s pomocí simulačního softwaru Moldex3D.
Žehlička se skládá ze 150 jednotlivých dílů. Jeden z největších dílů je tepelný štít vyrobený z vlákny vyztuženého BMC materiálu (vstřikovatelný termoset), jehož výrobu lze simulovat pomocí softwaru Moldex3D. Rukojeť s nádržkou na vodu je vyráběna převážně z polypropylenu (PP), otočná kolečka a vypínače jsou často z polykarbonátu (PC). „Je to rukojeť, která hraje hlavní roli při prodeji,“ říká Klaus Maier, projektový manažer ve firmě Rowenta v německém Erbachu. „Dojem kvality při uchopení žehličky je dosažen měkčí rukojetí, než je materiál těla žehličky, což je hlavním cílem vícekomponentního vstřikování.“
VÝROBNÍ STRATEGIE A JEDNOKROKOVÉ PROCESY
Žehličky byly dříve složitě kompletovány z mnoha plastových dílů, což mělo za následek např. velké spáry na spojích dílů. V roce 2004 firma Rowenta přešla na tříkomponentní vstřikování s použitím technologie konformního chlazení. Nová technologie měla od začátku několik hlavních výhod: méně montážní práce, lepší integraci všech funkcí, kratší výrobní cykly, lepší kvalitu výrobků a díky zefektivnění výrobního procesu – nižší cenu dílů.
FORMY S KONFORMNÍM CHLAZENÍM
Moduly výrobku s komplexní geometrií nebo několik funkčních dílů může být jednoduše sloučeno na malém prostoru zejména díky konformnímu chlazení vstřikovacích forem. V konstrukci formy je obvyklá kombinace konformně chlazených vložek s klasicky chlazeným povrchem. Měřítkem kvality konstrukce formy jsou i správně navržené tvary a průřezy chladicích kanálů zejména v kritických oblastech, aby bylo dosaženo maximálního chladicího výkonu na povrchu dutiny formy.
MOLDEX3D SOFTWAROVÁ PODPORA PŘI NÁVRHU CHLAZENÍ
Chlazení může být konvenční (s vrtanými chladicími kanály, které se nedostávají tak blízko k povrchu dutiny formy), konformní (kanály vedou v rovnoměrné vzdálenosti od povrchu dutiny formy), s použitím vysoce tepelně vodivých materiálů a vzduchem. Pro výběr nejvhodnější metody chlazení pro daný výrobní proces výrobce formy použil výsledky analýzy chlazení ze simulačního softwaru Moldex3D (výrobce firma CoreTech System, zástupce pro ČR a SK SimulPlast, s. r. o.) již v nejranějších fázích projektu. Software umožnil konstruktérovi skutečný náhled dovnitř formy a poskytl informace o proudění temperačního média, rozložení teplot v jednotlivých kanálech, tlakových ztrátách a hodnotách průtoku. „To je nezbytné zvláště v případě laserem sintrovaných temperačních kanálů, které mohou být tak složité, že jednoduše ztratíte přehled o celkových průtocích v temperačním systému,“ vysvětluje Stefan Hofmann z firmy Hofmann Innovation (dodavatel forem pro Rowentu). „V takovýchto případech se vždy obracíme k simulacím, které nám pomáhají s konstrukcí a kontrolou chladicích kanálů.“
V případě těla žehličky je hlavním požadavkem snížení tendence k deformaci v její přední části. Toho bylo dosaženo co nejrovnoměrnějším rozložením teplot během celého vstřikovacího cyklu. 3D vizualizace výsledků a animace názorně ilustrují tendence finálního produktu k deformacím a tak pomáhají optimalizovat design konformního chlazení. Dále software Moldex3D umožnil analyzovat vzájemné ovlivňování jednotlivých komponent formy: geometrií i typu použitých materiálů. V zásadě platí, že díl složený ze tří částí – nádržky na vodu, rukojeti a měkké části – musí být vyroben v jednom kroku. Zvláštní výzvou je pak současný obstřik skeletu žehličky dvěma odlišnými komponenty – nádržky a měkké části na rukojeti. Technologie multikomponentního vstřikování a proces bi-injection jsou tímto kombinovány do jednoho výrobního procesu. Vhled do tohoto komplexního procesu pomocí Moldex3D simulace umožňuje optimalizaci výroby i kvality tohoto tříkomponentního dílu.
KRATŠÍ VÝVOJOVÝ PROCES, NIŽŠÍ NÁKLADY
Jedině transparentnost výrobního procesu a optimalizace designu dílu a formy ještě před výrobou může vést k vysoce kvalitnímu výrobku. Výrazně dříve, než jsou vyrobeny první díly i prototypy, umožňuje simulační software Moldex3D konstruktérům získat detailní porozumění komplexnímu výrobnímu procesu. Celkové výrobní časy jsou zkráceny, výrobní náklady sníženy a následné úpravy forem jsou minimalizovány. To činí vývojový proces výrazně kratším. Konstrukce a funkce těla žehličky je ideálně vhodná pro použití konformního chlazení, zvláště kvůli prodlouženým žebrům v přední části. V případě tříkomponentního dílu jsou jasně měřitelná zlepšení v délce výrobního cyklu v porovnání s formami vyrobenými před 10 lety. Během tohoto období firma Hofmann dodala mnoho forem s touto technologií, z čehož velká většina z nich je stále používána ve firmě Rowenta. Rozhodujícím faktorem jejich použití je eliminace deformací dílů. Jednoduchost montáže vyžaduje vysokou rozměrovou přesnost, aby díly přesně seděly v zástavbě. Během náběhu výroby pak lze dosáhnout velmi rychle požadovaných rozměrů v oblasti vložek s konformním chlazením a následně doladěním ostatních technologických parametrů všech kritických rozměrů a stabilizovat výrobní proces.
Nový model žehličky je připraven na začátek výroby. „U standardní výroby to znamená okolo 12 měsíců projektové přípravy od designových studií přes tvorbu modelů až po výrobu sériových forem. V případě výrobku s novými elektronickými funkcemi může takový projekt trvat až 16 měsíců,“ vysvětluje Klaus Maier. Takto krátké časy jsou dosažitelné pouze v případě, že produktový management úzce spolupracuje s designéry, konstruktéry a výrobci forem již od rané fáze projektu. Pak lze získat v krátké době kvalitní sériové nástroje.
ZÁVĚR
Pouze v případě, že výrobce formy je zaangažován do vývoje nového dílu již v raných fázích vývoje a že jsou také použity přesné simulační metody pro analýzu nástroje a výrobního procesu, může dojít k výraznému zkrácení vývojového času a nákladů potřebných k přípravě sériové výroby. Také výrobci forem mohou využitím kvalitních simulačních softwarů eliminovat část prostředků určených k ladění nástroje.
Příspěvek vznikl ve spolupráci s firmou SimpaTec GmbH (publikováno v časopisu Kunststoffe).
Bližší informace o CAE simulačním softwaru pro vstřikování Moldex3D vám poskytne firma SimulPlast, s. r. o.
V České republice tel.: +420 603 172 451, simulplast@simulplast.cz,
na Slovensku tel.: +421 911 427 019, simulplast@simulplast.sk.