冷却时间缩短55%，注塑成型破“瓶颈”

德国Alfred Kärcher公司（凯驰）生产的高压清洗机已成为德国家庭必备的清洁设备，在国际市场也备受用户青睐，越来越多的人在家庭的日常清洁中使用了Kärcher产品。

Kärcher清洗机最具辨识度的特征之一是它的鲜黄色外壳，但外壳制造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六台注塑成型机生产，每台每天可制造1,496个，但远远不够。因为Kärcher拥有四条装配生产线，每日的K2高压清洗机组装量可达12,000台。

Kärcher高压清洗机

添置更多的注塑成型机显然是一种选择，但在协调员LeopoldHoffer看来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52秒缩短为40到42秒之间。”为此他联系了LBC Engineering公司（已被雷尼绍收购），寻求缩短模具冷却时间的方法。

解决方案

“项目第一阶段是获取现有模具数据，以确定目标是否可行，”Kärcher的雷尼绍项目协调人Carlo Hüsken回忆。利用Kärcher提供的数据绘制出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，在52秒的整个成型周期内，冷却时间就占到22秒。接下来，雷尼绍对热成像过程中检测到的热点进行重点建模。利用这些数据，雷尼绍完成了一次含有20个成型周期的数据模拟。

第二次模拟时，改进了喷嘴侧的温度控制方式，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，又进行两次模拟，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，形成网状冷却液通道，但其几何形状会受到限制，对复杂模具，冷却效果会大打折扣。采用随形冷却方式的模芯，使用金属增材制造方法，这类模芯是利用增材方式逐层加工出，冷却液通道的复杂性几乎不受限制。一般，模具内的随形冷却通道可保持与模具壁的距离均等，冷却效果更均匀；或在模具内热点集中的区域，加大随形冷却通道的密集度，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，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。

根据模拟结果，雷尼绍为Kärcher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。

结果

制造中的K2高压清洗机外壳，图片来源:Gogoll

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至70°C，冷却时间可从22秒缩短至10秒，减少了55%。Kärcher注塑技术团队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，可将成型周期从52秒缩短至37秒。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，Kärcher对其他模具的设计也进行了改进。雷尼绍使用增材制造技术生产了这些具有随形冷却功能的模芯。

就我们的案例而言，它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，”Hoffer先生道，“利用所有这些技术，我们才能制定出最合适的生产方案。”

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