Izbor materijala za plastične kalupe

1. Radni uvjeti plastičnih kalupa
Zbog razvoja industrije plastike i plastičnog kalupljenja, zahtjevi za kvalitetom plastičnih kalupa postaju sve viši. Stoga su problem kvarova i čimbenici utjecaja plastičnih kalupa postali važna tema istraživanja. Glavni radni dijelovi plastičnih kalupa su oblikovani dijelovi, kao što su konveksni kalupi, konkavni kalupi itd. Oni tvore šupljinu plastičnih kalupa za oblikovanje različitih površina plastičnih dijelova i izravan kontakt s plastikom, podnoseći pritisak, temperaturu, trenje i koroziju .
2. Analiza uzroka kvarova plastičnih kalupnih materijala
Opći proces proizvodnje kalupa uključuje dizajn kalupa, odabir materijala, toplinsku obradu, mehaničku obradu, uklanjanje pogrešaka i instalaciju. Prema anketi, materijali i toplinska obrada korišteni u kalupima glavni su čimbenici koji utječu na njihov vijek trajanja. Iz perspektive cjelovitog upravljanja kvalitetom, čimbenici koji utječu na životni vijek kalupa ne mogu se mjeriti kao zbroj polinoma, već kao umnožak više faktora. Stoga je kvaliteta materijala kalupa i toplinske obrade posebno važna tijekom cijelog procesa proizvodnje kalupa.
Od uobičajenog fenomena analize kvara kalupa, plastični kalupi mogu doživjeti kvar zbog habanja, kvar lokalnog deformiranja i kvar tijekom rada. Važni načini kvara plastičnih kalupa mogu se podijeliti na kvar zbog trošenja, kvar lokalnom plastičnom deformacijom i kvar zbog loma.
3. S brzim razvojem proizvodne industrije, plastični kalupi nezamjenjivi su alati u preradi plastike, a njihov udio u ukupnoj proizvodnji kalupa raste iz godine u godinu. S razvojem i kontinuiranom proizvodnjom visokoučinkovite plastike, vrste plastičnih proizvoda se povećavaju, a njihova uporaba se širi. Proizvodi se razvijaju prema preciznosti, velikim razmjerima i složenosti. Razvoj brze proizvodnje kalupa doveo je do sve složenijih radnih uvjeta za kalupe.
1) Trošenje i korozija na površini šupljine kalupa
Plastična talina teče u kalupnoj šupljini pod određenim pritiskom, a skrutnuti plastični dijelovi izlaze iz kalupa, uzrokujući trenje i trošenje na kalupnoj površini kalupa. Temeljni razlog trošenja i kvara plastičnih kalupa je trenje između kalupa i materijala. Ali specifični oblik i proces trošenja povezani su s mnogim čimbenicima, kao što su tlak, temperatura, brzina deformacije materijala i stanje podmazivanja kalupa tijekom rada. Kada su materijali i toplinska obrada korišteni u plastičnim kalupima nerazumni, površinska tvrdoća šupljine kalupa je niska, a otpornost na trošenje je loša. To se očituje kao: dimenzionalna odstupanja uzrokovana trošenjem i deformacijom površine šupljine kalupa; Vrijednost hrapavosti se povećava zbog fuzzinga, a kvaliteta površine se pogoršava. Pogotovo kada se čvrsti materijali koriste za ulazak u šupljinu kalupa, to će pogoršati trošenje površine šupljine. Osim toga, obrada plastike sadrži klor, fluor i druge komponente koje se zagrijavanjem razgrađuju u korozivne plinove HC1 i HF, uzrokujući koroziju i trošenje na površini šupljine plastičnog kalupa, što dovodi do kvara. Ako istodobno postoji oštećenje od trošenja i habanja, što uzrokuje oštećenje premaza ili drugih zaštitnih slojeva na površini šupljine kalupa, to će pospješiti proces korozije. Međudjelovanje dviju vrsta oštećenja ubrzava koroziju i habanje.
2) Lom plastičnom deformacijom
Površina šupljine plastičnog kalupa pod pritiskom i toplinom može uzrokovati plastičnu deformaciju i kvar, osobito kada mali kalupi rade na opremi velike tonaže, oni su skloniji preopterećenju plastične deformacije. Materijali koji se koriste u plastičnim kalupima imaju nedovoljnu čvrstoću i žilavost i nisku otpornost na deformacije; Drugi razlog za neuspjeh plastične deformacije je taj što je otvrdnuti sloj na površini šupljine kalupa pretanak, otpornost na deformaciju je nedovoljna ili je radna temperatura viša od temperature kaljenja, što rezultira omekšavanjem fazne transformacije i ranim otkazivanjem kalupa. .
3) Prijelom
Glavni uzrok loma je strukturno naprezanje, toplinsko naprezanje ili nedovoljno kaljenje zbog razlike u strukturi i temperaturi. Na radnoj temperaturi zaostali austenit prelazi u martenzit, uzrokujući lokalno širenje volumena i naprezanje tkiva unutar kalupa.
Radni uvjeti plastičnih kalupa razlikuju se od onih za kalupe za hladno utiskivanje, općenito zahtijevaju rad na 150 stupnjeva -200 stupnjeva. Osim što su izloženi određenom pritisku, moraju izdržati i temperaturne utjecaje. Isti kalup može imati više načina kvara, a čak i na istom kalupu može doći do višestrukih oštećenja. Iz načina kvara plastičnih kalupa može se vidjeti da su razuman odabir materijala za plastični kalup i toplinska obrada vrlo važni, jer izravno utječu na životni vijek kalupa. Dakle, čelik koji se koristi za plastične kalupe treba ispunjavati sljedeće zahtjeve:
1) Izvedba otpornosti na toplinu
S pojavom strojeva za kalupljenje velikih brzina, radna brzina plastičnih proizvoda se povećala. Budući da je temperatura kalupljenja između 200-350 stupnjeva, ako plastika ima slabu tečnost, a brzina kalupljenja je velika, površinska temperatura oblikovanog dijela kalupa premašit će 400 stupnjeva u vrlo kratkom vremenskom razdoblju. Kako bi se osigurala točnost i minimalna deformacija kalupa tijekom uporabe, čelik za kalup mora imati visoku toplinsku otpornost.
2) Dovoljna otpornost na trošenje
Sa širenjem upotrebe plastičnih proizvoda, anorganski materijali poput staklenih vlakana često se dodaju plastici kako bi se poboljšala njena plastičnost. Zbog dodavanja aditiva, protočnost plastike je znatno smanjena, što dovodi do trošenja kalupa. Stoga je potrebno imati dobru otpornost na habanje.
3) Izvrsna obradivost
Većina plastičnih kalupa za kalupljenje zahtijeva određene popravke rezanja i montera uz strojnu obradu električnim pražnjenjem. Kako bi se produžio radni vijek alata za rezanje, manje je otvrdnjavanja tijekom procesa rezanja. Kako bi se izbjeglo da deformacija kalupa utječe na točnost, nadamo se da se zaostala naprezanja tijekom obrade mogu kontrolirati na minimum.
4) Dobra toplinska stabilnost
Oblik dijelova kalupa za injekcijsko prešanje plastike često je složen i težak za obradu nakon kaljenja, stoga treba odabrati materijale s dobrom toplinskom stabilnošću što je više moguće.
5) Performanse obrade zrcala
Površina šupljine kalupa je glatka, a površina kalupa mora biti polirana u površinu zrcala s površinskom hrapavošću manjom od Ra0.4 μm kako bi se osigurao izgled plastičnih dijelova za prešanje i olakšalo vađenje kalupa.
6) Učinak toplinske obrade
U nezgodama s kvarom kalupa, udio nezgoda uzrokovanih toplinskom obradom općenito je 52,3%, što toplinsku obradu čini važnim dijelom cjelokupnog procesa proizvodnje kalupa. Kvaliteta procesa toplinske obrade ima značajan utjecaj na kvalitetu kalupa. Općenito, zahtijeva se da deformacija toplinske obrade bude mala, raspon temperature kaljenja širok, osjetljivost na pregrijavanje niska, posebno s visokom tvrdoćom kaljenja i prokaljivošću.
7) Otpornost na koroziju
Tijekom procesa oblikovanja korozivni plinovi kao što su HC1 i HF mogu se osloboditi i termički razgraditi kako bi proizveli korozivne plinove koji nagrizaju kalup. Ponekad kalup može hrđati i oštetiti se na kanalu protoka zraka, stoga je potrebno da čelik kalupa ima dobru otpornost na koroziju.
4. Novi plastični čelični kalup
Općenito, plastični kalupi izrađuju se od normaliziranog čelika 45 ili 40Cr kroz kaljenje i kaljenje. Plastični kalupi s visokim zahtjevima tvrdoće izrađeni su od čelika kao što je CrWMn ili Crl2MoV. Za plastične kalupe s visokim radnim temperaturama može se odabrati čelik za kalupe visoke žilavosti. Kako bi se zadovoljili viši zahtjevi za točnost dimenzija i kvalitetu površine šupljina plastičnih kalupa, nedavno je razvijen niz novih čelika za kalupe.
1) Karbonizirani plastični kalupni čelik
Karbonizirani plastični kalupni čelik uglavnom se koristi za hladno ekstruzijsko oblikovanje složenih plastičnih kalupa sa šupljinama. Ova vrsta čelika ima nizak udio ugljika i često mu se dodaje element Cr, dok se dodaju odgovarajuće količine Ni, Mo i V za poboljšanje očvrsljivosti i sposobnosti naugljičavanja. Kako bi se olakšalo hladno prešanje, ova vrsta čelika mora imati visoku plastičnost i nisku otpornost na deformaciju u žarenom stanju, s žarenom tvrdoćom manjom ili jednakom 100HBS. Nakon hladnog ekstruzijskog oblikovanja, pougljičenje i kaljenje se provode, a površinska tvrdoća može doseći 58-62HRC. Postoje specijalizirane klase čelika za ovu vrstu čelika u inozemstvu, kao što je 8416 iz Švedske, P2 i P4 iz Sjedinjenih Država, itd. Čelik 12CrNi3A i 12Cr2Ni4A, kao i 20Cr2Ni4A, obično se koriste u zemlji. Imaju dobru otpornost na habanje, nemaju kolaps ili površinsko ljuštenje i produljuju životni vijek kalupa. Elementi Cr, Ni, Mo i V u čeliku povećavaju tvrdoću i otpornost na habanje karburiziranog sloja, kao i čvrstoću i žilavost jezgre.
2) Prethodno kaljeni čelik za plastične kalupe
Sadržaj ugljika u ovoj vrsti čelika je 0,3% - O,55%, a obično korišteni legirajući elementi uključuju Cr, Ni, Mn, V, itd. Kako bi se poboljšala njegova obradivost, elementi kao što su s i dodani su ca. Razvijeno je i uvedeno nekoliko tipičnih čelika za plastične kalupe, Y55CrNiMn MoVS (SMI). SMI je čelik za plastične kalupe za jednostavno rezanje proizveden u Kini S-serije, karakteriziran prethodno očvrslom tvrdoćom od 35-40 HRC, dobrom obradivošću rezanja i bez toplinske obrade nakon obrade, koji se može koristiti izravno. Dodavanje čvrste otopine Ni za ojačavanje i povećanje žilavosti, te dodavanje Mn i S da se formira slobodna rezna faza MnS; Dodavanjem Cr, Mo i V za povećanje prokaljivosti čelika, čelik 8Cr2S dovoljan je za jednostavno rezanje čelika za precizne kalupe.
3) Vremenski otvrdnjavajući čelik za plastične kalupe
Razvijen čelik za martenzitno starenje s niskim sadržajem kobalta, bez kobalta i niskim sadržajem nikla, MASI je tipičan čelik za martenzitno starenje. Nakon tretmana otopinom 8150C, tvrdoća je 28-32HRC. Nakon mehaničke obrade i starenja na 4800C, intermetalni spojevi kao što su Ni3Mo i Ni3Ti izbijaju tijekom starenja, što rezultira tvrdoćom od 48-52 HRC. Čelik ima visoku čvrstoću i žilavost, male promjene veličine tijekom starenja i dobre performanse zavarivanja, ali je skup i nije baš popularan u Kini.
4) Plastični kalupni čelik otporan na koroziju
Plastični proizvodi izrađeni od polivinil klorida (PVC) i ABS sa smolom otpornom na vatru kao sirovinama se razgrađuju i proizvode korozivne plinove tijekom procesa oblikovanja, koji mogu nagrizati kalup. Stoga je potrebno da čelik za plastične kalupe ima dobru otpornost na koroziju. U inozemstvu postoje dvije vrste čelika za kalupe koji su otporni na koroziju i koji se često koriste: martenzitni nehrđajući čelik i nehrđajući čelik koji otvrdnjava taloženjem. Postoje strane tvrtke kao što su STVAX (4Crl3) i A SSAB-8407 iz ASSAB-a u Švedskoj.