Part cooling analysis by conformal cooling channels in injection molding

Abstract

Plastik enjeksiyon prosesinde, düz soğutma kanalları parçanın sıcaklığını kontrol etmekte kullanılan en yaygın metoddur. Fakat, düz soğutma kanallarının kompleks parçalarda düzgün bir soğuma sağlaması zordur. Bu çalışmada, parçanın çevrim süresi ve maliyetini düşürmek için parçanın dış kontürünü izleyen kanalları kullanarak sayısal bir çalışma yapıldı. Bunun için Moldflow adlı ticari simülasyon programı kullanıldı.Plastik enjeksiyon için genel fiziksel denklemler çıkarıldı ve sunuldu. Modelin varsayımları basit geometriler üzerinde analitik sonuçlarla Moldflow'un sayısal çözümleri karşılaştırılarak kontrol edildi. Sonra, parça yüzeyini izleyen soğutma kanallarının etkisi, yarım silindir kabuk parçasının plastik enjeksiyonunda incelendi. Parça yüzeyini izleyen soğutma kanallarının düz soğutma kanallarına göre, parça yüzeyinin görünüşünde bir bozulma olmadan, parçayı daha hızlı ve daha dengeli bir biçimde soğuttuğu gözlendi. Son olarak gerçek yaşamdan bir örnek sunuldu. Bunun için, Arçelik firması tarafından üretilen buzdolaba kapağı çalışıldı. Proses gerçek üretimden alınan datalar ile simüle edildi ve gerçek üretim sonuçları ile karşılaştırıldı. Proses daha sonra yüzeyi takip eden soğutma kanalları ile simüle edildi ve gerçek üretim sonuçları ile karşılaştırıldı. Buzdolabı kapağının çevrim süresinin yüzey görünüşünde bir bozulma olmadan önemli ölçüde düştüğü görüldü.

Straight cooling channels are the most common method of controlling part temperature in injection molding process. However, straight cooling channels are not enough to manage temperature uniformity of the parts. In this work, a numerical study is conducted to decrease cycle time and cost of the injection molded parts by using conformal cooling channels. For this purpose, the commercial injection molding simulation program Moldflow is used. The governing physical equations for injection molding were derived and presented. The assumptions of the model were checked for simple geometries by comparing analytical results and numerical results of Moldflow. Then, the effect of conformal cooling channels is investigated for injection molding of a half cylinder shell part. It was seen that conformal cooling channels cools part faster and more uniform than straight cooling channels without corruption on the surface appearance.Finally, a real life case study was presented. For this purpose, a refrigerator shelf that is manufactured by the Arçelik Company was studied. The process was simulated using actual process parameters and simulation results were compared with production results. Then, the process was simulated using conformal cooling channels and compared with production results. It is seen that the cycle time of the refrigerator shelf was decreased considerably while preserving surface quality appearance.