Пластиковая форма: выбор стали и термообработка

Выбор стали и термообработка

Выбор стали для завод пластиковых форм Конструкция напрямую определяет долговечность формы, производственную мощность и качество поверхности. Стали для пресс-форм выбираются исходя из объема производства, типа перерабатываемого пластика, требуемой чистоты поверхности и условий эксплуатации пресс-формы. Различные марки стали предлагают различные комбинации твердости, износостойкости, коррозионной стойкости и обрабатываемости.

Предварительно закаленные стали являются распространенным выбором для форм для производства средних объемов. Эти стали, такие как P20 (DIN 1.2311), поставляются с твердостью от 28 до 32 HRC, готовые к механической обработке без последующей термообработки. P20 обеспечивает хорошую обрабатываемость, достаточную износостойкость для полипропилена и полиэтилена, а также возможность достижения высокой полируемости. Для форм, требующих более тщательной полировки, таких как формы для оптических линз или косметические детали, P20 с более высокой чистотой (P20 или P21) обеспечивает улучшенную чистоту поверхности. Предварительно закаленные стали подходят для производственных циклов примерно от 500 000 до 1 000 000 циклов, в зависимости от обрабатываемого материала и сложности детали.

Бериллиевая медь используется для изготовления компонентов пресс-форм, требующих высокой теплопроводности. Вставки для полостей или сердечники из бериллиевой меди отводят тепло от детали более эффективно, чем сталь, сокращая время цикла на 15–40 процентов в приложениях с ограниченным охлаждением. Бериллиевая медь также используется в тех местах, где геометрия детали ограничивает размещение каналов охлаждения. Однако бериллиевая медь имеет меньшую твердость, чем сталь, и может потребоваться поддержка стальными опорными пластинами, чтобы выдерживать давление впрыска.

Термическая обработка и обработка поверхности расширяют эксплуатационные характеристики пресс-формы за пределы свойств основного материала:

Азотирование: процесс цементации, который создает твердый поверхностный слой (от 65 до 70 HRC) на стальных компонентах, не влияя на прочность сердцевины. Азотированные полости противостоят абразивному износу стеклонаполненных материалов.

Покрытие PVD. При физическом осаждении из паровой фазы на поверхности полостей наносятся тонкие покрытия, такие как нитрид титана (TiN) или нитрид хрома (CrN). Эти покрытия обеспечивают износостойкость, антиадгезивные свойства и защиту от коррозии.

Полировка и текстурирование. Поверхности полостей полируются для достижения определенной отделки: от зеркальной полировки (SPI A-1) для прозрачных деталей до матовой отделки (SPI C-3) для текстуры. Текстурирование, достигаемое посредством химического травления или электроэрозионной обработки (EDM), обеспечивает эстетику поверхности и может помочь скрыть следы выброса.

Проектирование системы охлаждения и управление температурным режимом

Система охлаждения пластиковой формы имеет решающее значение для продолжительности цикла и качества детали. Во время каждого цикла расплавленный пластик передает тепло полости формы; это тепло необходимо эффективно отводить, чтобы затвердеть деталь до температуры, при которой ее можно будет выбросить без деформации. На охлаждение обычно приходится от 50 до 70 процентов общего времени цикла, поэтому проектирование системы охлаждения является основным фактором эффективности производства.

Конфигурация каналов охлаждения определяет эффективность теплопередачи. Каналы с прямыми отверстиями представляют собой самую простую и распространенную конфигурацию, проходящую через пластины формы по прямым линиям. Однако прямые каналы могут не следовать контуру детали, создавая колебания температуры по поверхности полости. Расстояние от охлаждающего канала до поверхности полости — обычно от 10 до 15 миллиметров — должно быть постоянным для обеспечения равномерного охлаждения. Изменения температуры всего на 5°C по всей полости могут вызвать дифференциальную усадку, приводящую к короблению детали.

Конформное охлаждение представляет собой усовершенствованный подход, при котором каналы охлаждения повторяют контур детали. Конформное охлаждение, изготовленное с помощью аддитивного производства (3D-печати) или с использованием литых каналов, обеспечивает постоянное расстояние от поверхности полости даже в изделиях сложной геометрии. Преимущества включают в себя:

Сокращение времени цикла (от 15 до 40 процентов по сравнению с каналами с прямым бурением)

• Улучшенная стабильность размеров детали благодаря равномерному охлаждению
• Устранение горячих точек, вызывающих раковины или пустоты
• Возможность охлаждать области, недоступные для обычных каналов.

Конформное охлаждение особенно ценно для деталей с толстым сечением, сложной геометрией или жесткими требованиями к размерам. Более высокая первоначальная стоимость инструментов с конформным охлаждением обычно окупается за счет сокращения времени цикла и улучшения качества деталей при крупносерийном производстве.

Выбор охлаждающей жидкости и управление потоком влияют на эффективность охлаждения. Обычной охлаждающей жидкостью является вода с добавками, такими как ингибиторы коррозии и антифриз, в зависимости от применения. Расход теплоносителя должен быть достаточным для поддержания турбулентного течения (число Рейнольдса более 4000), обеспечивающего в 3–4 раза большую теплоотдачу, чем ламинарное течение. Расходы рассчитываются на основе диаметра канала, температуры охлаждающей жидкости и перепада давления. Перегородки, барботеры и термоштифты используются для охлаждения областей, недоступных для обычных каналов, например, сердечников и деталей глубоких полостей.

Термический анализ во время проектирования пресс-формы позволяет прогнозировать эффективность охлаждения. Программное обеспечение для компьютерного проектирования (CAE) моделирует передачу тепла от пластика через стальную форму к каналам охлаждения. Анализ выявляет горячие точки, прогнозирует время цикла и позволяет оптимизировать размещение каналов перед резкой стали. Для пресс-форм с высокой кавитацией термический анализ обеспечивает равномерное охлаждение всех полостей, обеспечивая одинаковые размеры деталей во всем наборе.