制造中的K?rcher K2高壓清洗機(jī)

德國Alfred K?rcher公司（凱馳）通過在其注塑成型模具中使用具有隨形冷卻功能的模芯，將每個塑料外殼制品的冷卻時間縮短了55%，極大地提高了公司的注塑成型生產(chǎn)效率车崔。這種特殊模芯由雷尼紹設(shè)計，并采用金屬增材制造技術(shù)生產(chǎn)福吩。

使用中的K?rcher高壓清洗機(jī)述尊。圖片來源：K?rcher

背景

德國Alfred K?rcher公司（凱馳）生產(chǎn)的高壓清洗機(jī)不僅已成為眾多德國家庭必備的清潔設(shè)備，而且在國際市場上也備受用戶青睞 — 這些清洗機(jī)的顯著特征是其鮮艷醒目的黃色外殼扰褒。由于K?rcher高壓清洗機(jī)的強(qiáng)大功能和良好口碑赛羡，無論是室內(nèi)還是室外衍止，越來越多的人在家庭的日常清潔中使用了K?rcher的產(chǎn)品。

為滿足全球市場日益增長的需求词祝，K?rcher每年都要生產(chǎn)數(shù)以百萬臺緊湊型清洗機(jī)。每年單是 Obersontheim一家工廠的K2標(biāo)準(zhǔn)型高壓清洗機(jī)的出貨量就超過兩百萬臺届谈。然而枯夜，即使已實(shí)現(xiàn)如此高的產(chǎn)量，K?rcher仍無法滿足全部市場需求艰山。

挑戰(zhàn)

K?rcher清洗機(jī)最具辨識度的特征之一便是它的鮮黃色外殼湖雹，但外殼制造同時也是生產(chǎn)過程中的主要瓶頸之一。例如曙搬，K2系列清洗機(jī)的外殼由六臺注塑成型機(jī)生產(chǎn)摔吏，每臺機(jī)器每天可制造1,496個外殼，但這一數(shù)量對于K?rcher來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠纵装，因?yàn)镵?rcher擁有四條裝配生產(chǎn)線征讲，工人分三班倒不間斷生產(chǎn)，所以每日的K2高壓清洗機(jī)組裝量可達(dá)12,000臺橡娄。

顯然诗箍，一種選擇是添置更多的注塑成型機(jī)。然而挽唉，在協(xié)調(diào)員Leopold Hoffer看來 — 他是K?rcher的 Obersontheim工廠內(nèi)注塑成型工序的負(fù)責(zé)人 — 則可以通過挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力來提高生產(chǎn)效率滤祖。“我們的目標(biāo)是將成型周期從原來的52秒縮短為40到42秒之間片家，”他解釋說走木。為此他聯(lián)系了總部位于Pliezhausen的LBC Engineering公司（該公司已于2013年5月被雷尼紹收購），尋求縮短模具冷卻時間的方法肿兴。

解決方案

“項(xiàng)目的第一階段是獲取現(xiàn)有模具的數(shù)據(jù)荡减，以此確定K?rcher提出的目標(biāo)是否可行，”K?rcher的雷尼紹項(xiàng)目協(xié)調(diào)人Carlo Hüsken回憶說叁乍。雷尼紹利用K?rcher提供的數(shù)據(jù)繪制出現(xiàn)有注塑成型工序的熱成像圖季训，然后采用Cadmould? 3D-F模擬軟件進(jìn)行分析。結(jié)果表明则沃，塑材的熔化溫度為220°C肝庸，脫模溫度為 100°C，而在52秒的整個成型周期內(nèi)章迎，冷卻時間就占到了22秒吓死。模具溫度用冷卻水進(jìn)行控制，水流速度

為10升/分鐘焚寂、溫度為35°C普晌。接下來顶猜，雷尼紹對熱成像過程中檢測到的熱點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)建模，因?yàn)檫@些區(qū)域直接導(dǎo)致成型周期的延長痘括，需要對其進(jìn)行進(jìn)一步分析长窄。利用這些數(shù)據(jù)，雷尼紹完成了一次含有20個成型周期的數(shù)據(jù)模擬纲菌，其中包括對模具壁溫度的分析挠日。

傳統(tǒng)的鈹銅模芯

根據(jù)Hüsken先生的建議，在進(jìn)行第二次模擬時翰舌，雷尼紹改進(jìn)了噴嘴側(cè)的溫度控制方式嚣潜，即通過在噴嘴側(cè)的模具板內(nèi)加入兩條傳統(tǒng)的冷卻水道，加大對模具板上的鈹銅圓形螺紋接頭的冷卻效果椅贱。

隨后懂算，雷尼紹又進(jìn)行了兩次模擬，以此評估當(dāng)應(yīng)用隨形冷卻時可能獲得的潛在改進(jìn)庇麦。傳統(tǒng)的模具冷卻方式是在模具中鉆孔计技，以形成網(wǎng)狀冷卻液通道。由鉆孔方式形成的通道其幾何形狀會受到限制女器，對于比較簡單的模具口迟，這種冷卻方式可以達(dá)到預(yù)期效果，但對于更為復(fù)雜的模具巨脚，冷卻效果就會大打折扣保蒲。采用隨形冷卻方式的模芯，則使用了金屬增材制造方法敢弟，即這類模芯是利用增材方式逐層加工出來的贼卿。增材制造方式十分靈活，這意味著模具中冷卻液通道的復(fù)雜性幾乎不受限制捅振。一般情況下彬率，模具內(nèi)的隨形冷卻通道可保持與模具壁的距離均等，因此冷卻效果更加均勻怯糠；或者在模具內(nèi)熱點(diǎn)集中的區(qū)域署隔，可加大隨形冷卻通道的密集度，以此為這些區(qū)域提供更快速的冷卻瓦统。

金屬3D打印鋼制模芯

模擬過程顯示贿妹，采用隨形冷卻后，實(shí)際上幾乎所有熱點(diǎn)區(qū)域的冷卻效率均可得到有效提升金矛，模具壁的溫度降低多達(dá)70°C芯急。

最后，在模具中一個沒有足夠空間來設(shè)置隨形冷卻通道的區(qū)域驶俊，K?rcher巧妙地改進(jìn)了產(chǎn)品設(shè)計娶耍，以此緩解成型冷卻問題免姿。

根據(jù)模擬結(jié)果，雷尼紹為K?rcher提出了一個全面的改進(jìn)方案榕酒，指出隨形冷卻可用于改進(jìn)模具中熱點(diǎn)區(qū)域的溫度控制胚膊，從而使各個部分的冷卻速率更加均勻，并減少整體冷卻時間想鹰。修改后的模具設(shè)計加入了兩個增材制造的模芯澜掩，可向確定的熱點(diǎn)區(qū)域提供隨形冷卻功能。

制造中的K?rcher K2高壓清洗機(jī)

結(jié)果

雷尼紹使用熱成像技術(shù)檢查了修改后的模具設(shè)計的效果杖挣，確認(rèn)模具壁的溫度可降低40°C至70°C，冷卻時間可從22秒縮短至10秒刚陡，減少了55%惩妇。K?rcher注塑技術(shù)團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人Volker Neu也通過實(shí)際生產(chǎn)證明，新的模具設(shè)計加上對一些外圍工藝的重新調(diào)整（充料系統(tǒng)筐乳、處理系統(tǒng)等）撤掀，可將成型周期從52秒縮短至37秒。現(xiàn)在涨给，每臺注塑成型機(jī)的外殼日產(chǎn)量可從1,496個增加至2,101個拂谆。

隨后，K?rcher對其他模具的設(shè)計也進(jìn)行了改進(jìn)念肆。雷尼紹使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)了這些具有隨形冷卻功能的模芯姓纲，Hüsken先生在制造過程中為雷尼紹提供了積極的支持。

Hoffer先生最初曾對該項(xiàng)目持懷疑態(tài)度徊疆，現(xiàn)在他說道：“結(jié)果比預(yù)想的要好愕啰，雷尼紹銷售給我們一套完整的改進(jìn)方案，他們對我們使用的模具進(jìn)行了全面考察與分析棉莹，幫助我們實(shí)現(xiàn)最佳生產(chǎn)效率温盅。”

K2黃色后殼生產(chǎn)模具的原始設(shè)計

K2黃色后殼生產(chǎn)模具的全新設(shè)計梢拜，具有隨形冷卻功能

雷尼紹始終在綜合運(yùn)用各種技術(shù)手段的基礎(chǔ)上為客戶提供專屬解決方案改耽。“就我們的案例而言叁巨，它既涉及傳統(tǒng)冷卻技術(shù)斑匪，又涉及隨形冷卻技術(shù)，既包含傳統(tǒng)方式加工的冷卻液通道俘种，又包含采用增材制造方式加工的模芯秤标，同時還涉及模芯的真空釬焊技術(shù)，”他補(bǔ)充道宙刘，“利用所有這些技術(shù)苍姜，我們才能制定出最合適的生產(chǎn)方案牢酵。”

通過這個項(xiàng)目衙猪，Hoffer先生收獲了重要的知識和經(jīng)驗(yàn)馍乙。“將來垫释，我們在設(shè)計階段就會更加重視成型冷卻效率丝格，”他說，“在K?rcher棵譬，冷卻效率計算將成為模具設(shè)計中的關(guān)鍵一環(huán)显蝌。利用這些信息，我們可以決定是使用傳統(tǒng)冷卻方案還是隨形冷卻方案唠俄〔液疲”

K?rcher高壓清洗機(jī)。圖片來源：K?rcher

“雷尼紹為我們提供了完美的支持杜戈。在這次的項(xiàng)目中赫窄，雷尼紹是我們正確的選擇；將來拉拨，當(dāng)我們需要設(shè)計閉合輪廓溫度控制方案時臭脯，相信它也會成為我們最合適的合作伙伴，”Hoffer先生總結(jié)道旦坷。

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關(guān)于雷尼紹

雷尼紹是世界領(lǐng)先的工程科技公司之一谒娩，在精密測量和醫(yī)療保健領(lǐng)域擁有專業(yè)技術(shù)。公司向眾多行業(yè)和領(lǐng)域提供產(chǎn)品和服務(wù) — 從飛機(jī)引擎宽缴、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)制造迎反，到口腔和腦外科醫(yī)療設(shè)備等。此外趾迈，它還在全球增材制造（也稱3D打涌跛啤）領(lǐng)域居領(lǐng)導(dǎo)地位，是英國唯一一家設(shè)計和制造工業(yè)用增材制造設(shè)備（通過金屬粉末“打印”零件）的公司乔煞。

雷尼紹集團(tuán)目前在35個國家/地區(qū)設(shè)有70多個分支機(jī)構(gòu)吁朦，員工逾4,000人，其中2,700余名員工在英國本土工作渡贾。公司的大部分研發(fā)和制造均在英國本土進(jìn)行逗宜，在截至2016年6月的2016財年，雷尼紹實(shí)現(xiàn)了 4.366億英鎊的銷售額空骚，其中95%來自出口業(yè)務(wù)纺讲。公司最大的市場為中國、美國囤屹、德國和日本熬甚。

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