Výběr materiálu pro plastové formy

1. Pracovní podmínky plastových forem
Vzhledem k rozvoji plastikářského průmyslu a lisování plastů jsou požadavky na kvalitu plastových forem stále vyšší. Proto se problém poruch a ovlivňující faktory plastových forem staly důležitým tématem výzkumu. Hlavní pracovní částí plastových forem jsou lisované díly, jako jsou konvexní formy, konkávní formy atd. Tvoří dutinu plastových forem pro tvarování různých povrchů plastových dílů a přímý kontakt s plastem, odolávají tlaku, teplotě, tření a korozi .
2. Analýza příčin poruch materiálů plastových forem
Obecný proces výroby formy zahrnuje návrh formy, výběr materiálu, tepelné zpracování, mechanické zpracování, ladění a instalaci. Na životnost forem mají podle průzkumu vliv především použité materiály a tepelné zpracování. Z pohledu Total Quality Management nelze faktory, které ovlivňují životnost forem, měřit jako součet polynomů, ale spíše jako součin více faktorů. Proto je během celého procesu výroby formy obzvláště důležitá kvalita materiálů forem a tepelné zpracování.
Z běžného jevu analýzy selhání formy, plastové formy mohou během provozu zaznamenat selhání opotřebení, lokální deformační selhání a lomové selhání. Důležité způsoby porušení plastových forem lze rozdělit na porušení opotřebením, místní porušení plastickou deformací a porušení lomem.
3. S rychlým rozvojem zpracovatelského průmyslu jsou plastové formy nepostradatelným nástrojem při zpracování plastových výlisků a jejich podíl na celkové výrobě forem rok od roku stoupá. S rozvojem a kontinuální výrobou vysoce výkonných plastů přibývá typů plastových výrobků a jejich použití se rozšiřuje. Produkty se vyvíjejí směrem k přesnosti, velkému měřítku a složitosti. Rozvoj výroby vysokorychlostních výlisků vedl ke stále složitějším pracovním podmínkám forem.
1) Opotřebení a koroze na povrchu dutiny formy
Tavenina plastu proudí v dutině formy pod určitým tlakem a ztuhlé plastové díly vycházejí z formy, což způsobuje tření a opotřebení na formovacím povrchu formy. Základním důvodem opotřebení a selhání plastových forem je tření mezi formou a materiálem. Konkrétní forma a proces opotřebení však souvisí s mnoha faktory, jako je tlak, teplota, rychlost deformace materiálu a stav mazání formy během provozu. Když jsou materiály a tepelné zpracování používané v plastových formách nepřiměřené, povrchová tvrdost dutiny formy je nízká a odolnost proti opotřebení je špatná. To se projevuje jako: rozměrové odchylky způsobené opotřebením a deformací povrchu dutiny formy; Hodnota drsnosti se v důsledku fuzzingu zvyšuje a kvalita povrchu se zhoršuje. Zejména když se pro vstup do dutiny formy použijí pevné materiály, bude to zhoršovat opotřebení povrchu dutiny. Zpracování plastů navíc obsahuje chlór, fluor a další složky, které se při zahřívání rozkládají na korozivní plyny HC1 a HF, což způsobuje korozi a opotřebení na povrchu dutiny plastové formy, což vede k selhání. Pokud současně dojde k poškození opotřebením, které způsobí poškození povlaku nebo jiných ochranných vrstev na povrchu dutiny formy, podpoří to proces koroze. Interakce dvou typů poškození urychluje korozi a selhání opotřebení.
2) Porušení plastické deformace
Povrch dutiny plastové formy pod tlakem a teplem může způsobit plastickou deformaci a poruchu, zvláště když malé formy pracují na zařízení s velkou tonáží, jsou náchylnější k přetížení plastické deformace. Materiály používané v plastových formách mají nedostatečnou pevnost a houževnatost a nízkou odolnost proti deformaci; Dalším důvodem selhání plastické deformace je, že vytvrzovací vrstva na povrchu dutiny formy je příliš tenká, deformační odolnost je nedostatečná nebo pracovní teplota je vyšší než teplota popouštění, což má za následek změkčení fázové transformace a brzké selhání formy. .
3) Zlomenina
Hlavní příčinou lomu je konstrukční namáhání, tepelné namáhání, případně nedostatečné popouštění vlivem struktury a rozdílu teplot. Při provozní teplotě se zbytkový austenit přeměňuje na martenzit, což způsobuje místní objemovou expanzi a napětí tkáně uvnitř formy.
Pracovní podmínky plastových forem se liší od podmínek pro lisování za studena a obecně vyžadují provoz při 150 stupních -200 stupňů. Kromě toho, že jsou vystaveny určitému tlaku, musí odolávat i teplotním vlivům. Stejná forma může mít více způsobů selhání a dokonce i na stejné formě může dojít k vícenásobnému poškození. Z poruchových režimů plastových forem je vidět, že rozumný výběr materiálů plastových forem a tepelné zpracování jsou velmi důležité, protože přímo ovlivňují životnost formy. Ocel použitá pro plastové formy by tedy měla splňovat následující požadavky:
1) Tepelná odolnost
Se vznikem vysokorychlostních lisovacích strojů se provozní rychlost plastových výrobků zvýšila. Vzhledem k tomu, že teplota lisování je mezi 200-350 stupni, pokud má plast špatnou tekutost a rychlost lisování je vysoká, povrchová teplota lisované části formy překročí ve velmi krátké době 400 stupňů. Aby byla zajištěna přesnost a minimální deformace formy během používání, měla by mít formovací ocel vysokou tepelnou odolnost.
2) Dostatečná odolnost proti opotřebení
S rozšířením používání plastových výrobků se do plastů často přidávají anorganické materiály, jako je skleněná vlákna, aby se zvýšila jejich plasticita. Díky přidání aditiv se značně snižuje tekutost plastů, což vede k opotřebení formy. Proto je vyžadována dobrá odolnost proti opotřebení.
3) Výborná obrobitelnost
Většina forem na tvarování plastů vyžaduje kromě obrábění elektrickým výbojem určité opravy řezání a montéra. Pro prodloužení životnosti řezných nástrojů dochází během procesu řezání k menšímu mechanickému zpevnění. Aby se zabránilo deformaci formy ovlivňující přesnost, doufáme, že zbytková napětí během zpracování mohou být řízena na minimum.
4) Dobrá tepelná stabilita
Tvar dílů vstřikovacích forem na plasty je často složitý a obtížně zpracovatelný po kalení, takže by měly být co nejvíce voleny materiály s dobrou tepelnou stabilitou.
5) Výkon zrcadlového zpracování
Povrch dutiny formy je hladký a povrch formy musí být vyleštěn do zrcadlového povrchu s drsností povrchu menší než Ra0,4 μm, aby byl zajištěn vzhled plastových lisovacích dílů a usnadněno odformování.
6) Výkon tepelného zpracování
U nehod způsobených selháním formy je podíl nehod způsobených tepelným zpracováním obecně 52,3 %, takže tepelné zpracování je důležitou součástí celého procesu výroby formy. Kvalita procesu tepelného zpracování má významný vliv na kvalitu formy. Obecně se požaduje, aby deformace tepelného zpracování byla malá, rozsah kalících teplot široký, citlivost na přehřátí nízká, zejména při vysoké kalicí tvrdosti a kalitelnosti.
7) Odolnost proti korozi
Během procesu tváření se mohou uvolňovat a tepelně rozkládat korozivní plyny, jako je HC1 a HF, za vzniku korozivních plynů, které korodují formu. Někdy může forma zrezivět a poškodit se v kanálu proudění vzduchu, takže je nutné, aby ocel formy měla dobrou odolnost proti korozi.
4. Nová plastová formovací ocel
Obecně jsou plastové formy vyrobeny z normalizované oceli 45 nebo oceli 40Cr prostřednictvím kalení a temperování. Plastové formy s vysokými požadavky na tvrdost jsou vyrobeny z oceli jako je CrWMn nebo Crl2MoV. Pro plastové formy s vysokými pracovními teplotami lze zvolit vysoce houževnatou ocel pro tváření za tepla. Aby byly splněny vyšší požadavky na rozměrovou přesnost a kvalitu povrchu dutin plastových forem, byla nedávno vyvinuta řada nových formovacích ocelí.
1) Karbonizovaná plastová formovací ocel
Karbonizovaná plastová formovací ocel se používá hlavně pro lisování za studena složitých plastových forem s dutinami. Tento typ oceli má nízký obsah uhlíku a často se přidává s prvkem Cr, přičemž se přidává vhodná množství Ni, Mo a V pro zlepšení prokalitelnosti a schopnosti nauhličování. Aby se usnadnilo lisování za studena, musí mít tento typ oceli vysokou plasticitu a nízkou odolnost proti deformaci v žíhaném stavu, s tvrdostí po žíhání menší nebo rovnou 100 HBS. Po tváření vytlačováním za studena se provádí nauhličování a kalení, přičemž povrchová tvrdost může dosáhnout 58-62HRC. V zahraničí existují specializované třídy oceli pro tento typ oceli, např. 8416 ze Švédska, P2 a P4 ze Spojených států atd. Ocel 12CrNi3A a 12Cr2Ni4A a také 20Cr2Ni4A se běžně používají v tuzemsku. Mají dobrou odolnost proti opotřebení, nedochází ke zborcení nebo odlupování povrchu a zlepšují životnost forem. Prvky Cr, Ni, Mo a V v oceli zvyšují tvrdost a odolnost proti opotřebení nauhličované vrstvy a také pevnost a houževnatost jádra.
2) Předtvrzená plastová formovací ocel
Obsah uhlíku v tomto typu oceli je 0,3 % - 0,55 % a běžně používané legující prvky zahrnují Cr, Ni, Mn, V atd. Aby se zlepšila její obrobitelnost, prvky jako s a byly přidány ca. Bylo vyvinuto a představeno několik typických ocelí pro plastové formy, Y55CrNiMn MoVS (SMI). SMI je čínská snadno řezatelná plastová formovací ocel řady S, která se vyznačuje předkalenou dodací tvrdostí 35-40 HRC, dobrou zpracovatelností řezání a bez tepelného zpracování po zpracování, kterou lze použít přímo. Přidání tuhého roztoku Ni pro zpevnění a zvýšení houževnatosti a přidání Mn a S pro vytvoření volné řezné fáze MnS; Přidáním Cr, Mo a V pro zvýšení prokalitelnosti oceli je ocel 8Cr2S dostatečná pro snadné řezání přesné formové oceli.
3) Časově kalená plastová formovací ocel
Vyvinutá martenzitická ocel s nízkým obsahem kobaltu, bez kobaltu a s nízkým obsahem niklu, MASI je typická martenzitická ocel stárnoucí. Po úpravě roztokem 8150C je tvrdost 28-32HRC. Po mechanickém zpracování a stárnutí při 4800C se během stárnutí rozbijí intermetalické sloučeniny, jako je Ni3Mo a Ni3Ti, což má za následek tvrdost 48-52 HRC. Ocel má vysokou pevnost a houževnatost, malé změny velikosti během stárnutí a dobrý svařovací výkon, ale je drahá a v Číně není příliš populární.
4) Plastová formovací ocel odolná proti korozi
Plastové výrobky vyrobené z polyvinylchloridu (PVC) a ABS s ohnivzdornou pryskyřicí jako surovinou se během procesu tváření rozkládají a produkují korozivní plyny, které mohou korodovat formu. Proto je požadováno, aby plastová formovací ocel měla dobrou odolnost proti korozi. V zahraničí existují dva typy běžně používaných korozivzdorných ocelí na formy: martenzitická nerezová ocel a precipitačně kalená nerezová ocel. Existují zahraniční společnosti jako STVAX (4Crl3) a A SSAB-8407 od společnosti ASSAB ve Švédsku.