Επιλογή υλικού για πλαστικά καλούπια

1. Συνθήκες εργασίας πλαστικών καλουπιών
Λόγω της ανάπτυξης της βιομηχανίας πλαστικών και χύτευσης πλαστικών, οι απαιτήσεις ποιότητας για πλαστικά καλούπια γίνονται όλο και πιο υψηλές. Ως εκ τούτου, το πρόβλημα αστοχίας και οι παράγοντες που επηρεάζουν τα πλαστικά καλούπια έχουν γίνει ένα σημαντικό ερευνητικό θέμα. Τα κύρια μέρη εργασίας των πλαστικών καλουπιών είναι χυτευμένα μέρη, όπως κυρτά καλούπια, κοίλα καλούπια κ.λπ. Σχηματίζουν την κοιλότητα πλαστικών καλουπιών για να διαμορφώσουν διάφορες επιφάνειες πλαστικών εξαρτημάτων και να έρχονται σε άμεση επαφή με πλαστικό, αντοχή στην πίεση, τη θερμοκρασία, την τριβή και τη διάβρωση .
2. Ανάλυση αιτιών αστοχίας πλαστικών υλικών μούχλας
Η γενική διαδικασία κατασκευής καλουπιών περιλαμβάνει σχεδιασμό καλουπιού, επιλογή υλικού, θερμική επεξεργασία, μηχανική επεξεργασία, αποσφαλμάτωση και εγκατάσταση. Σύμφωνα με την έρευνα, τα υλικά και η θερμική επεξεργασία που χρησιμοποιούνται στα καλούπια είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής τους. Από τη σκοπιά της Διαχείρισης Ολικής Ποιότητας, οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής των καλουπιών δεν μπορούν να μετρηθούν ως άθροισμα πολυωνύμων, αλλά ως γινόμενο πολλαπλών παραγόντων. Ως εκ τούτου, η ποιότητα των υλικών καλουπιών και η θερμική επεξεργασία είναι ιδιαίτερα σημαντική σε όλη τη διαδικασία κατασκευής καλουπιών.
Από το κοινό φαινόμενο της ανάλυσης αστοχίας καλουπιού, τα πλαστικά καλούπια μπορεί να παρουσιάσουν αστοχία φθοράς, αποτυχία τοπικής παραμόρφωσης και αστοχία θραύσης κατά τη διάρκεια της συντήρησης. Οι σημαντικοί τρόποι αστοχίας των πλαστικών καλουπιών μπορούν να χωριστούν σε αστοχία φθοράς, τοπική αστοχία πλαστικής παραμόρφωσης και αστοχία θραύσης.
3. Με την ταχεία ανάπτυξη της μεταποιητικής βιομηχανίας, τα πλαστικά καλούπια είναι απαραίτητα εργαλεία στην επεξεργασία πλαστικών καλουπιών και η αναλογία τους στη συνολική παραγωγή καλουπιών αυξάνεται χρόνο με το χρόνο. Με την ανάπτυξη και τη συνεχή παραγωγή πλαστικών υψηλής απόδοσης, οι τύποι πλαστικών προϊόντων αυξάνονται και οι χρήσεις τους επεκτείνονται. Τα προϊόντα εξελίσσονται προς την ακρίβεια, τη μεγάλη κλίμακα και την πολυπλοκότητα. Η ανάπτυξη της παραγωγής καλουπιών υψηλής ταχύτητας έχει οδηγήσει σε όλο και πιο περίπλοκες συνθήκες εργασίας για καλούπια.
1) Φθορά και διάβρωση στην επιφάνεια της κοιλότητας του καλουπιού
Το πλαστικό τήγμα ρέει στην κοιλότητα του καλουπιού υπό μια ορισμένη πίεση και τα στερεοποιημένα πλαστικά μέρη βγαίνουν από το καλούπι, προκαλώντας τριβή και φθορά στην επιφάνεια χύτευσης του καλουπιού. Ο θεμελιώδης λόγος για τη φθορά και την αστοχία των πλαστικών καλουπιών είναι η τριβή μεταξύ του καλουπιού και του υλικού. Αλλά η συγκεκριμένη μορφή και η διαδικασία φθοράς σχετίζονται με πολλούς παράγοντες, όπως η πίεση, η θερμοκρασία, η ταχύτητα παραμόρφωσης του υλικού και η κατάσταση λίπανσης του καλουπιού κατά τη λειτουργία. Όταν τα υλικά και η θερμική επεξεργασία που χρησιμοποιούνται στα πλαστικά καλούπια είναι παράλογα, η επιφανειακή σκληρότητα της κοιλότητας του καλουπιού είναι χαμηλή και η αντίσταση στη φθορά είναι χαμηλή. Αυτό εκδηλώνεται ως: αποκλίσεις διαστάσεων που προκαλούνται από φθορά και παραμόρφωση της επιφάνειας της κοιλότητας του καλουπιού. Η τιμή της τραχύτητας αυξάνεται λόγω θολώματος και η ποιότητα της επιφάνειας υποβαθμίζεται. Ειδικά όταν χρησιμοποιούνται στερεά υλικά για την είσοδο στην κοιλότητα του καλουπιού, θα επιδεινώσει τη φθορά της επιφάνειας της κοιλότητας. Επιπλέον, η πλαστική επεξεργασία περιέχει χλώριο, φθόριο και άλλα συστατικά που αποσυντίθενται σε διαβρωτικά αέρια HC1 και HF όταν θερμαίνονται, προκαλώντας διάβρωση και φθορά στην επιφάνεια της κοιλότητας του πλαστικού καλουπιού, οδηγώντας σε αστοχία. Εάν υπάρχει ταυτόχρονα φθορά και φθορές, προκαλώντας ζημιά στην επικάλυψη ή σε άλλα προστατευτικά στρώματα στην επιφάνεια της κοιλότητας του καλουπιού, θα προωθήσει τη διαδικασία διάβρωσης. Η αλληλεπίδραση δύο τύπων ζημιών επιταχύνει τη διάβρωση και την αστοχία φθοράς.
2) Αστοχία πλαστικής παραμόρφωσης
Η επιφάνεια της κοιλότητας του πλαστικού καλουπιού υπό πίεση και θερμότητα μπορεί να προκαλέσει πλαστική παραμόρφωση και αστοχία, ειδικά όταν τα μικρά καλούπια λειτουργούν σε εξοπλισμό μεγάλης χωρητικότητας, είναι πιο επιρρεπή σε υπερφόρτωση πλαστικής παραμόρφωσης. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε πλαστικά καλούπια έχουν ανεπαρκή αντοχή και σκληρότητα και χαμηλή αντοχή στην παραμόρφωση. Ένας άλλος λόγος για την αποτυχία πλαστικής παραμόρφωσης είναι ότι το στρώμα σκλήρυνσης στην επιφάνεια της κοιλότητας του καλουπιού είναι πολύ λεπτό, η αντίσταση παραμόρφωσης είναι ανεπαρκής ή η θερμοκρασία εργασίας είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία σκλήρυνσης, με αποτέλεσμα τη μαλάκυνση του μετασχηματισμού φάσης και την πρώιμη αστοχία του καλουπιού .
3) Κάταγμα
Η κύρια αιτία της θραύσης είναι η δομική καταπόνηση, η θερμική καταπόνηση ή η ανεπαρκής σκλήρυνση λόγω δομής και διαφοράς θερμοκρασίας. Στη θερμοκρασία λειτουργίας, ο υπολειπόμενος ωστενίτης μετατρέπεται σε μαρτενσίτη, προκαλώντας τοπική διόγκωση του όγκου και πίεση των ιστών μέσα στο καλούπι.
Οι συνθήκες εργασίας των πλαστικών καλουπιών είναι διαφορετικές από εκείνες των καλουπιών ψυχρής σφράγισης, που γενικά απαιτούν λειτουργία στους 150 βαθμούς -200 μοίρες . Εκτός από το ότι υπόκεινται σε κάποια πίεση, πρέπει επίσης να αντέχουν τις επιδράσεις της θερμοκρασίας. Το ίδιο καλούπι μπορεί να έχει πολλαπλούς τρόπους αστοχίας και ακόμη και στο ίδιο καλούπι μπορεί να προκληθούν πολλαπλές ζημιές. Από τους τρόπους αστοχίας των πλαστικών καλουπιών, μπορεί να φανεί ότι η λογική επιλογή πλαστικών υλικών καλουπιού και η θερμική επεξεργασία είναι πολύ σημαντικές, καθώς επηρεάζουν άμεσα τη διάρκεια ζωής του καλουπιού. Έτσι, ο χάλυβας που χρησιμοποιείται για πλαστικά καλούπια θα πρέπει να πληροί τις ακόλουθες απαιτήσεις:
1) Απόδοση αντίστασης στη θερμότητα
Με την εμφάνιση των μηχανημάτων χύτευσης υψηλής ταχύτητας, η ταχύτητα λειτουργίας των πλαστικών προϊόντων έχει αυξηθεί. Λόγω του ότι η θερμοκρασία καλουπώματος είναι μεταξύ 200-350 βαθμών, εάν το πλαστικό έχει κακή ροή και η ταχύτητα χύτευσης είναι γρήγορη, η θερμοκρασία επιφάνειας του χυτευμένου τμήματος του καλουπιού θα υπερβεί τους 400 βαθμούς σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια και η ελάχιστη παραμόρφωση του καλουπιού κατά τη χρήση, ο χάλυβας καλουπιού πρέπει να έχει υψηλή αντοχή στη θερμότητα.
2) Επαρκής αντοχή στη φθορά
Με την επέκταση της χρήσης πλαστικών προϊόντων, ανόργανα υλικά όπως οι ίνες γυαλιού προστίθενται συχνά στα πλαστικά για να ενισχυθεί η πλαστικότητά τους. Λόγω της προσθήκης προσθέτων, η ρευστότητα των πλαστικών μειώνεται σημαντικά, οδηγώντας σε φθορά μούχλας. Ως εκ τούτου, απαιτείται να έχει καλή αντοχή στη φθορά.
3) Εξαιρετική μηχανική ικανότητα
Τα περισσότερα καλούπια πλαστικών καλουπιών απαιτούν ορισμένες επισκευές κοπής και προσαρμογής εκτός από την κατεργασία ηλεκτρικής εκκένωσης. Για να παραταθεί η διάρκεια ζωής των εργαλείων κοπής, υπάρχει λιγότερη σκλήρυνση κατά τη διαδικασία κοπής. Για να αποφευχθεί η παραμόρφωση του καλουπιού που επηρεάζει την ακρίβεια, ελπίζεται ότι οι υπολειπόμενες τάσεις κατά την επεξεργασία μπορούν να ελεγχθούν στο ελάχιστο.
4) Καλή θερμική σταθερότητα
Το σχήμα των εξαρτημάτων του καλουπιού πλαστικού έγχυσης είναι συχνά πολύπλοκο και δύσκολο να επεξεργαστεί μετά το σβήσιμο, επομένως τα υλικά με καλή θερμική σταθερότητα θα πρέπει να επιλέγονται όσο το δυνατόν περισσότερο.
5) Απόδοση επεξεργασίας καθρέφτη
Η επιφάνεια της κοιλότητας του καλουπιού είναι λεία και η επιφάνεια καλουπώματος πρέπει να γυαλιστεί σε επιφάνεια καθρέφτη με τραχύτητα επιφάνειας μικρότερη από Ra{0}}.4 μ m για να διασφαλιστεί η εμφάνιση των πλαστικών εξαρτημάτων συμπίεσης και να διευκολυνθεί ξεκαλουπώματος.
6) Απόδοση θερμικής επεξεργασίας
Σε ατυχήματα αστοχίας καλουπιού, το ποσοστό των ατυχημάτων που προκαλούνται από θερμική επεξεργασία είναι γενικά 52,3%, καθιστώντας τη θερμική επεξεργασία σημαντικό μέρος ολόκληρης της διαδικασίας κατασκευής καλουπιού. Η ποιότητα της διαδικασίας θερμικής επεξεργασίας έχει σημαντικό αντίκτυπο στην ποιότητα του καλουπιού. Γενικά, απαιτείται η παραμόρφωση της θερμικής επεξεργασίας να είναι μικρή, το εύρος θερμοκρασίας σβέσης να είναι ευρύ, η ευαισθησία υπερθέρμανσης να είναι χαμηλή, ειδικά με υψηλή σκληρότητα σβέσης και σκληρυνσιμότητα.
7) Αντοχή στη διάβρωση
Κατά τη διαδικασία διαμόρφωσης, διαβρωτικά αέρια όπως HC1 και HF μπορεί να απελευθερωθούν και να αποσυντεθούν θερμικά για να παραχθούν διαβρωτικά αέρια που διαβρώνουν το καλούπι. Μερικές φορές, το καλούπι μπορεί να σκουριάσει και να καταστραφεί στο κανάλι ροής αέρα, επομένως απαιτείται ο χάλυβας του καλουπιού να έχει καλή αντοχή στη διάβρωση.
4. Νέο πλαστικό καλούπι χάλυβα
Γενικά, τα πλαστικά καλούπια κατασκευάζονται από κανονικοποιημένο χάλυβα 45 ή 40Cr μέσω σβέσης και σκλήρυνσης. Τα πλαστικά καλούπια με υψηλές απαιτήσεις σκληρότητας είναι κατασκευασμένα από χάλυβα όπως CrWMn ή Crl2MoV. Για πλαστικά καλούπια με υψηλές θερμοκρασίες εργασίας, μπορεί να επιλεγεί χάλυβας καλουπιού υψηλής αντοχής. Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι υψηλότερες απαιτήσεις για ακρίβεια διαστάσεων και ποιότητα επιφάνειας των πλαστικών κοιλοτήτων καλουπιού, αναπτύχθηκε πρόσφατα μια σειρά από νέους χάλυβες καλουπιού.
1) Απανθρακωμένο πλαστικό καλούπι χάλυβα
Ο ανθρακούχος πλαστικός χάλυβας καλουπιού χρησιμοποιείται κυρίως για τη χύτευση με ψυχρή εξώθηση σύνθετων πλαστικών καλουπιών με κοιλότητες. Αυτός ο τύπος χάλυβα έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα και συχνά προστίθεται με το στοιχείο Cr, ενώ προσθέτει κατάλληλες ποσότητες Ni, Mo και V για τη βελτίωση της σκληρυνσιμότητας και της ικανότητας ενανθράκωσης. Προκειμένου να διευκολυνθεί η χύτευση με ψυχρή εξώθηση, αυτός ο τύπος χάλυβα πρέπει να έχει υψηλή πλαστικότητα και χαμηλή αντίσταση παραμόρφωσης στην κατάσταση ανόπτησης, με σκληρότητα ανόπτησης μικρότερη ή ίση με 100HBS. Μετά το σχηματισμό ψυχρής εξώθησης, εκτελείται επεξεργασία σκλήρυνσης με ενανθράκωση και απόσβεση και η σκληρότητα της επιφάνειας μπορεί να φτάσει το 58-62HRC. Υπάρχουν εξειδικευμένες ποιότητες χάλυβα για αυτόν τον τύπο χάλυβα στο εξωτερικό, όπως 8416 από τη Σουηδία, P2 και P4 από τις Ηνωμένες Πολιτείες κ.λπ. Ο χάλυβας 12CrNi3A και 12Cr2Ni4A, καθώς και ο χάλυβας 20Cr2Ni4A, χρησιμοποιούνται συνήθως στο εσωτερικό. Έχουν καλή αντοχή στη φθορά, χωρίς κατάρρευση ή ξεφλούδισμα της επιφάνειας και βελτιώνουν τη διάρκεια ζωής των καλουπιών. Τα στοιχεία Cr, Ni, Mo και V στον χάλυβα αυξάνουν τη σκληρότητα και την αντίσταση στη φθορά του ενανθρακωμένου στρώματος, καθώς και την αντοχή και τη σκληρότητα του πυρήνα.
2) Προσκληρυμένος πλαστικός χάλυβας καλουπιού
Η περιεκτικότητα σε άνθρακα αυτού του τύπου χάλυβα είναι 0,3% - O,55%, και τα κοινά χρησιμοποιούμενα κράματα περιλαμβάνουν Cr, Ni, Mn, V κ.λπ. Προκειμένου να βελτιωθεί η μηχανική του ικανότητα, στοιχεία όπως s και προστέθηκαν ca. Αρκετοί τυπικοί πλαστικοί χάλυβες καλουπιών, Y55CrNiMn MoVS (SMI), αναπτύχθηκαν και εισήχθησαν. Το SMI είναι ένας χάλυβας πλαστικού καλουπιού για εύκολη κοπή της σειράς S κινεζικής κατασκευής, που χαρακτηρίζεται από προσκληρυνόμενη σκληρότητα παράδοσης 35-40 HRC, καλή δυνατότητα επεξεργασίας κοπής και χωρίς θερμική επεξεργασία μετά την επεξεργασία, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας. Προσθήκη στερεού διαλύματος Ni για ενίσχυση και αύξηση της σκληρότητας και προσθήκη Mn και S για να σχηματιστεί μια φάση ελεύθερης κοπής MnS. Προσθέτοντας Cr, Mo και V για την αύξηση της σκληρυνσιμότητας του χάλυβα, ο χάλυβας 8Cr2S είναι αρκετός για εύκολη κοπή χάλυβα ακριβείας καλουπιού.
3) Χρονική σκλήρυνση πλαστικού καλουπιού χάλυβα
Αναπτύχθηκε χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε κοβάλτιο, χωρίς κοβάλτιο και χαμηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο μαρτενσιτικού χάλυβα γήρανσης, ο MASI είναι ένας τυπικός μαρτενσιτικός χάλυβας γήρανσης. Μετά την επεξεργασία διαλύματος 8150C, η σκληρότητα είναι 28-32HRC. Μετά από μηχανική επεξεργασία και γήρανση στους 4800 C, διαμεταλλικές ενώσεις όπως Ni3Mo και Ni3Ti διασπώνται κατά τη γήρανση, με αποτέλεσμα σκληρότητα 48-52 HRC. Ο χάλυβας έχει υψηλή αντοχή και σκληρότητα, μικρές αλλαγές μεγέθους κατά τη γήρανση και καλή απόδοση συγκόλλησης, αλλά είναι ακριβό και δεν είναι πολύ δημοφιλές στην Κίνα.
4) Ανθεκτικό στη διάβρωση πλαστικό καλούπι χάλυβα
Πλαστικά προϊόντα από πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) και ABS με πυρίμαχη ρητίνη ως πρώτες ύλες αποσυντίθενται και παράγουν διαβρωτικά αέρια κατά τη διαδικασία διαμόρφωσης, τα οποία μπορούν να διαβρώσουν το καλούπι. Επομένως, απαιτείται ο πλαστικός χάλυβας καλουπιού να έχει καλή αντοχή στη διάβρωση. Υπάρχουν δύο τύποι ευρέως χρησιμοποιούμενων ανθεκτικών στη διάβρωση χάλυβων καλουπιών στο εξωτερικό: ο μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας και ο ανοξείδωτος χάλυβας που σκληραίνει την καθίζηση. Υπάρχουν ξένες εταιρείες όπως η STVAX (4Crl3) και η A SSAB-8407 από την ASSAB στη Σουηδία.