Staal Geventileerd Koellichaam Fabricage

Een koellichaam is een onderdeel dat wordt gebruikt voor thermisch beheer. Ze voorkomen dat warmteproducerende onderdelen van een machine oververhit raken. Hoogwaardige koellichamen kunnen worden gemaakt van koper, aluminium en staal.

Geventileerde stalen koellichamen bewerken is het proces van het perforeren van de staalplaat om luchtstroming door het metaal mogelijk te maken en zo de warmteoverdracht door convectie te verbeteren. Roestvrijstalen koellichamen worden meestal gebruikt in veeleisende omgevingen, zoals:

• Omgevingen met hoge temperaturen - Roestvrij staal is beter bestand tegen hogere temperaturen dan aluminium zonder de structurele integriteit aan te tasten.
• Omgevingen met corrosieve materialen - Wanneer chemicaliën of vocht in een omgeving aluminium kunnen aantasten, kan roestvrij staal als alternatief worden gebruikt.
• Industriële vermogenselektronica - Roestvrijstalen koellichamen worden gebruikt in toepassingen met een hoog vermogen, zoals DC-DC stenen, motorbesturingen en elektrische lassers, die tijdens bedrijf heet worden.
• Structurele rol - Een roestvrij stalen koellichaam kan ook de dubbele rol vervullen van koeling en een structureel onderdeel van de behuizing zijn.

Eisen van de klant

Een fabrikant van koellichamen benaderde First Mold voor rapid prototyping van koellichamen. De klant verduidelijkte dat het materiaal voor het project staal was omdat het naast koeling ook een structurele rol moest spelen.

Tijdens het eerste gesprek over de blauwdruk van het project legde de klant uit dat de tolerantie van het prototype van het koellichaam niet meer dan 0,01 mm mocht zijn. Volgens hen was het project bedoeld voor een toepassing met hoge prestaties.

“De hoge tolerantie is nodig voor maximale thermische efficiëntie, consistente prestaties over batches heen en betrouwbare structurele montage,” legde de klant uit.

Na de besprekingen nam de projectmanager van First Mold, Bowen Huang, de klant mee door de fabriek om een aantal van de geavanceerde machines te laten zien, zodat de klant zeker wist dat First Mold in staat was om het project effectief uit te voeren.

“We hebben enkele van de meest geavanceerde 5-assige CNC-machines in de industrie voor rapid prototyping”, aldus Huang. “Ons team van ingenieurs heeft samen meer dan honderd jaar ervaring in CNC-verspaning. Het is altijd een genoegen om projecten aan te nemen waarmee we onze schat aan ervaring kunnen laten zien.”

Uitdagingen en oplossingen

Het bewerken van koellichamen met staal brengt unieke uitdagingen met zich mee, voornamelijk vanwege de aard van het materiaal. Staal heeft een slechte warmtegeleiding en een hoge hardingssnelheid, waardoor het moeilijker te bewerken is. Enkele van de belangrijkste uitdagingen bij de productie van stalen koellichamen zijn:

• Overmatige slijtage van het gereedschap: Staal is abrasief en hard, waardoor het gereedschap sneller slijt. Overmatige gereedschapsslijtage verhoogt de gereedschapskosten en de stilstandtijd tussen gereedschapswissels. Dit kan de bewerkingstijd verlengen.
• Trillingen kunnen de structurele stabiliteit beïnvloeden: De hoge snijkracht kan leiden tot trillingen, wat kan leiden tot vervorming van dunne, kwetsbare structuren en een slechte oppervlakteafwerking.
• Vervorming door hoge thermische spanning: Staal houdt warmte vast in plaats van het af te voeren tijdens het zagen. Als deze warmteconcentratie niet goed gekoeld wordt, kan dit leiden tot kromtrekken van het werkstuk.
• Moeite met chipbeheer: Bij het bewerken van staal ontstaan grote hoeveelheden hete spanen. Als dit niet goed onder controle wordt gehouden, kan dit gereedschap beschadigen en leiden tot een slechte oppervlakteafwerking.

Voor een succesvolle bewerking van stalen koellichamen moesten de technici van First Mold manieren vinden om deze unieke uitdagingen te overwinnen.

Het overwinnen van werkharding en lage thermische geleidbaarheid van staal

De hoge taaiheid en sterkte van staal vereisen een verhoogde snijkracht om te bewerken. Het verhogen van de snijkracht kan echter leiden tot trillingen. Naast trillingen kan het oppervlak tijdens het snijden snel verharden, waardoor volgende sneden moeilijker worden. Hierdoor kan het snijgereedschap sneller slijten.

De lage thermische geleidbaarheid van staal betekent ook dat tijdens de productie van het koellichaam bij CNC-verspaning, de warmte die wordt gegenereerd op het snijoppervlak niet wordt afgevoerd of afgevoerd door de spanen. Het concentreert zich rond de punt van het snijgereedschap, waardoor de slijtage en het falen ervan versneld worden.

De 5-assige CNC machine die First Mold gebruikt, is speciaal uitgerust met vier nozzle koelsystemen die koelvloeistof onder hoge druk (1000+ psi) op het snijoppervlak spuiten. Deze koelsystemen zijn niet alleen effectief in het afvoeren van de hitte die wordt gegenereerd door de snijpunt, maar ze breken en verwijderen ook spanen om vervorming van het oppervlak van het koellichaamprototype te voorkomen.

Bewerking van gebogen staal koellichaam prototype oppervlak

De blauwdruk van het gebogen koellichaam van de klant vormde een speciale bewerkingsuitdaging. Bij vlakke oppervlakken zijn eenvoudige freesbanen mogelijk, maar voor een gebogen oppervlak zijn speciale freesbanen nodig. De belangrijkste uitdagingen bij het bewerken van gebogen staal zijn onder andere:

• Complexe CAM-programmering: Voor de productie van koellichamen met gebogen staal is geavanceerde software nodig om de gereedschapsoriëntatie en voedingssnelheden langs veranderende contouren te regelen.
• De behoefte aan een meerassige machine: Gebogen oppervlakken vereisen complexe, multi-motion met precieze nabewerkingsbewerkingen. De 5-assige CNC-machine van First Mold helpt het voortdurend handmatig herpositioneren van het werkstuk, dat fouten kan introduceren, te elimineren.

Het team van First Mold-ingenieurs gebruikte trochoïdaal frezen, een strategie waarbij de hogesnelheids CNC-machine een cirkelvormig, spiraalvormig gereedschapspad gebruikt om sleuven te snijden. Door de radiale betrokkenheid en de grote axiale diepte te behouden, vermindert deze beweging de snijkrachten, warmte en trillingen. Hierdoor kan er sneller materiaal worden verwijderd en gaat het gereedschap langer mee. Deze techniek helpt ook om de prototypingtijd van het koellichaam te versnellen.

De bewerkingsefficiëntie van koellichamen optimaliseren

De combinatie van hoge materiaaltaaiheid, lage snelheid en gespecialiseerde gereedschappen maakt het machinaal bewerken van staal langzaam en tijdrovend.

Om deze tekortkomingen te verhelpen, paste het team van ingenieurs van First Mold de principes van design for manufacturability (DFM) toe. We gebruikten bijvoorbeeld gecoate gereedschappen met een hoge hittebestendigheid en positieve hoeken om de snijkrachten te verminderen.

De vindikte werd iets vergroot en de vindiepte werd beperkt om de stijfheid tijdens het bewerken te verbeteren. Het team gebruikte ook speciale gereedschapspaden in de CAM-programmering en gebruikte onbuigzame machines om trillingen en vervormingen te minimaliseren.

Het belang van het handhaven van 0,01 mm tolerantie voor het productieproject van het koellichaam

Tijdens de bewerking van het koellichaam besteedden de technici van First Mold extra aandacht aan de CAM-programmering om de vereiste tolerantie van 0,01 mm te halen. Het bereiken van de gewenste tolerantie was om verschillende redenen cruciaal:

• Nauwkeurige montage: Het bereiken van de juiste precisie leidt tot een perfecte uitlijning tussen de schroeven en gaten op de montageoppervlakken. Dit voorkomt structurele spanning op de componenten.
• Verbeter de structurele integriteit: Dankzij een tolerantie van 0,01 mm kan het koellichaamprototype ook als structurele ondersteuning dienen. Vanwege de sterkte van staal kan het worden gebruikt in omgevingen met hoge druk, hoge temperaturen en veel trillingen zonder de thermische prestaties te ondermijnen.
• Consistente prestaties over batches heen: Bij de productie van grote volumes koellichamen zorgt het handhaven van een tolerantie van 0,01 mm ervoor dat elk product identiek presteert. Dit is cruciaal voor gespecialiseerde industrieën zoals medische beeldvorming en ruimtevaart.

Wat de klant heeft gewonnen met de oplossingen van First Mold

Het prototype van het koellichaam in staal werd een week eerder dan gepland geleverd, wat de klant zeer op prijs stelde. Door gebruik te maken van een innovatieve verspaningstechniek kon First Mold het prototype verspanen tegen een budget dat beter was dan de offerte van andere verspaners die de klant eerder had ontmoet.

“We hebben onze verwachtingen voor de tijdlijn gematigd gehouden op basis van onze eerdere ervaringen,” zei de klant nadat hij de nauwkeurigheid van het prototype van het koellichaam ten opzichte van de blauwdruk had geïnspecteerd. “We verwachtten het prototype pas over een week te ontvangen”.

Door met First Mold in zee te gaan, verzekerde de klant zich van een vertrouwde leverancier die hen zal helpen bij het schalen op aanvraag wanneer de behoefte zich voordoet. “We zetten het succes en het geluk van onze klanten altijd op de eerste plaats,” zei Huang.  

FAQ

Deze klant was zo enthousiast over onze promotie-inspanningen dat hij voorstelde om een video te laten zien van het CNC-frezen van het werkstuk.