随形冷却解决方案提升注塑成型效率 – 德国凯驰公司

德国Alfred Krcher公司（凯驰）通过在其注塑成型模具中使用具有随形冷却功能的模芯，将每个塑料外壳制品的冷却时间缩短了55%，极大地提高了公司的注塑成型生产效率。这种特殊模芯由雷尼绍设计，并采用金属增材制造技术生产。

德国AlfredKrcher公司（凯驰）生产的高压清洗机不仅已成为众多德国家庭必备的清洁设备，而且在国际市场上也备受用户青睐——这些清洗机的显着特征是其鲜艳醒目的黄色外壳。由于凯驰高压清洗机的强大功能和良好口碑，无论是室内还是室外，越来越多的人在家庭的日常清洁中使用了凯驰的产品。

制造中的K_rcher K2高压清洗机

为满足全球市场日益增长的需求，凯驰每年都要生产数以百万台紧凑型清洗机。每年单是Obersontheim一家工厂的K2标准型高压清洗机的出货量就超过两百万台。然而，即使已实现如此高的产量，凯驰仍无法满足全部市场需求。

凯驰清洗机最具辨识度的特征之一便是它的鲜黄色外壳，但外壳制造同时也是生产过程中的主要瓶颈之一。例如，K2系列清洗机的外壳由6台注塑成型机生产，每台机器每天可制造1,496个外壳，但这一数量对于凯驰来说远远不够，因为凯驰拥有4条装配生产线，工人分三班倒不间断生产，所以每日的K2高压清洗机组装量可达12,000台。

显然，一种选择是添置更多的注塑成型机。凯驰的Obersontheim工厂内注塑成型工序的负责人Leopold Hoffer指出，可以通过挖掘现有设备潜力来提高生产效率。我们的目标是将成型周期从原来的52s缩短为40-42s之间。为此他联系了总部位于Pliezhausen的LBCEngineering公司，寻求缩短模具冷却时间的方法。

凯驰的雷尼绍项目协调人CarloHüsken回忆说，项目的第一阶段是获取现有模具的数据，以此确定凯驰提出的目标是否可行。雷尼绍利用凯驰提供的数据绘制出现有注塑成型工序的热成像图，然后采用Cadmould 3D-F模拟软件进行分析。结果表明，塑材的熔化温度为220°C，脱模温度为100°C，而在52s的整个成型周期内，冷却时间就占到了22s。模具温度用冷却水进行控制，水流速度为10L/min、温度为35°C。为缩短成型周期，雷尼绍对热成像过程中检测到的热点进行重点建模，完成了一次含有20个成型周期的数据模拟，其中包括对模具壁温度的分析。

根据Hüsken先生的建议，在进行第二次模拟时，改进喷嘴侧的温度控制方式，即通过在喷嘴侧的模具板内加入两条传统的冷却水道，加大对模具板上的铍铜圆形螺纹接头的冷却效果。

随后，雷尼绍又进行了两次模拟，以此评估当应用随形冷却时可能获得的潜在改进。传统的模具冷却方式是在模具中钻孔，以形成网状冷却液通道。由钻孔方式形成的通道其几何形状会受到限制，对于比较简单的模具，这种冷却方式可以达到预期效果，但对于更为复杂的模具，冷却效果就会大打折扣。采用随形冷却方式的模芯，则使用了金属增材制造方法，即这类模芯是利用增材方式逐层加工出来的。增材制造方式十分灵活，这意味着模具中冷却液通道的复杂性几乎不受限制。一般情况下，模具内的随形冷却通道可保持与模具壁的距离均等，因此冷却效果更加均匀；或者在模具内热点集中的区域，可加大随形冷却通道的密集度，以此为这些区域提供更快速的冷却。

模拟过程显示，采用随形冷却后，实际上几乎所有热点区域的冷却效率均可得到有效提升，模具壁的温度降低多达70°C。

最后，在模具中一个没有足够空间来设置随形冷却通道的区域，凯驰巧妙地改进了产品设计，以此缓解成型冷却问题。

根据模拟结果，雷尼绍为凯驰提出了一个全面的改进方案，指出随形冷却可用于改进模具中热点区域的温度控制，从而使各个部分的冷却速率更加均匀，并减少整体冷却时间。修改后的模具设计加入了两个增材制造的模芯，可向确定的热点区域提供随形冷却功能。

雷尼绍使用热成像技术检查了修改后的模具设计的效果，确认模具壁的温度可降低40°C-70°C，冷却时间可从22s缩短至10s，减少了55%。凯驰注塑技术团队的负责人Volker Neu也通过实际生产证明，新的模具设计加上对一些外围工艺的重新调整（充料系统、处理系统等），可将成型周期从52s缩短至37s。现在，每台注塑成型机的外壳日产量可从1,496个增加至2,101个。随后，凯驰对其他模具的设计也进行了改进，实现了最佳生产效率。

雷尼绍始终在综合运用各种技术手段的基础上为客户提供专属解决方案。既涉及传统冷却技术，又涉及随形冷却技术，既包含传统方式加工的冷却液通道，又包含采用增材制造方式加工的模芯，同时还涉及模芯的真空钎焊技术，利用这些技术，制定出最合适的生产方案。

雷尼绍为凯驰公司提供了有效的支持，使公司在设计阶段就更加重视成型冷却效率，在凯驰，冷却效率计算将成为模具设计中的关键一环。利用这些信息，可以快速决定是使用传统冷却方案还是随形冷却方案。Hoffer先生表示双方的合作还会继续。