Компресијско обликовање великог аутомобилског дела из пуњења врућег термопласта ојачаног стакленим влакнима је попут притискања врућег, абразивног покривача. Како материјал тече под тонама притиска, он меље о загрејане плоче. Стандардна челична плоча ће се истрошити и изгубити своју равност, узрокујући варијације у дебљини дела. Плоча мора бити оклопљена. Одабир исправноггрејна плоча од термопласта са дугим влакнимаЗахтеви за апликације захтевају пажњу на површинску тврдоћу, структурну крутост и термичку униформност-нарочито када се ради о геометријама дубоког извлачења.
Изазов хабања: стаклена влакна као абразивни агенси
Термопласти дугих влакана (ЛФТ) обично садрже 20-50% стаклених влакана по тежини, са дужином влакана у распону од 6 до 25 мм. Током такта компресије, растопљена полимерна матрица носи ова тврда, оштра влакна преко површине плоче под притисцима од 50–200 бара (5–20 МПа). Влакна делују као микроскопски стругачи, прогресивно уклањајући материјал са површине плоче. Мекана или необрађена челична плоча развија огреботине, жљебове и локализоване удубљења у року од неколико недеља или месеци од производње. Настала неуједначеност дебљине дела доводи до одбачених компоненти и прераде алата.
Површинско очвршћавање: прва линија одбране
Лице плоче је наковањ, а текући полимер испуњен стаклом је немилосрдни чекић. Да би издржала ову абразију, површина плоче мора да постигне тврдоћу од најмање 60 Роцквелл Ц (ХРЦ) или приближно 700–800 ХВ.
Избор основног материјала
Тело плоче се обично производи од висококвалитетног алатног челика, као што је АИСИ Х13 (1.2344), АИСИ П20 (1.2311) или АИСИ 4140 претходно каљен. Ови челици пружају добру топлотну проводљивост, обрадивост и стабилност димензија при типичним температурама калупа од 150–250 степени. Међутим, сам основни челик није довољан за ЛФТ апликације.
Третмани површинског очвршћавања
Три уобичајене методе се користе за очвршћавање радне површине плоче за пресовање за ЛФТ:
| Третман | Дубина | Тврдоћа (ХРЦ) | Погодност за ЛФТ |
|---|---|---|---|
| Нитрирање (гас или плазма) | 0,3–0,5 мм | 65–70 | Добро за умерени садржај стакла (мањи или једнак 30%) |
| Тврди хром | 0,05–0,2 мм | 65–70 | Добро, али може се љуштити под високим оптерећењем |
| ПВД керамички премаз (ТиН, ЦрН, АлТиН) | 2–5 µм (0,002–0,005 мм) | 80–85 (до 2000–3000 ХВ) | Одлично за високо пуњена једињења (веће или једнако 40% стакла) |
Нитрирањествара зону дифузије која постепено прелази из слоја тврдог језгра у мекше језгро, спречавајући раслојавање. То је најисплативији избор за производњу средњег обима.
Тврди хромнуди одличну отпорност на хабање, али захтева пажљиву припрему ивица како би се избегло љуштење под термичким циклусом.
Превлаке за физичко таложење паре (ПВД). such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) provide the highest surface hardness (typically >2000 ХВ) и веома низак коефицијент трења. Иако је премаз изузетно танак (неколико микрона), драстично смањује хабање лепка и гребање влакана. За најабразивнија једињења са високим степеном испуњености стаклом (нпр. 50% стакла), ПВД премаз је врхунско решење.
Структурна крутост: ребрасти дизајн са задње стране
Под високим притисцима формирања који су потребни за ЛФТ калуповање-често 100–200 бара-плоча мора да се одупре савијању и скретању. Чак и мала конвексна или конкавна деформација (реда од 0,1 мм) резултира неуједначеном дебљином дела, са танким деловима где је притисак највећи и дебелим деловима на ивицама.
Да би се одржала равност, задња страна грејне плоче (страна супротна површини за формирање) мора бити јако ребраста. Ребра се ливеју или обрађују као решеткасти узорак, повећавајући модул пресека без додавања превелике масе. Анализа коначних елемената (ФЕА) се обично изводи ради оптимизације размака и дебљине ребара за очекивану силу стезања и геометрију калупа. Добро ребраста плоча укупне дебљине 50–100 мм може постићи угиб мањи од 0,05 мм на распону од 1 метра под пуним оптерећењем.
Термичка униформност за дубоко извлачење калупа
ЛФТ делови са дубоким извлачењем-као што су шкољке задњих седишта аутомобила, предњи модули или кућишта батерија{1}}захтевају доследан проток материјала у вертикалне или скоро вертикалне зидове. Ако површина плоче има топле или хладне зоне, полимер ће тећи неравномерно: топлији делови омогућавају бржи проток, док хладнији проузрокују прерано очвршћавање и непотпуно пуњење.
Грејни елементи, обично кертриџ грејачи, морају бити постављени што ближе радној површини што је практично могуће-обично 15–25 мм испод површине. Ово минимизира термичко кашњење и омогућава брз одговор на промене подешене температуре. Грејачи са кертриџима су распоређени у цик-цак или паралелном облику са мањим размаком у областима са великим губитком топлоте (нпр. близу ивица и у дубоко извученим угловима). Треба навести више независних зона грејања (обично 3-6 зона по плочици), свака са сопственим сензором температуре (термопар или РТД) и контролером затворене петље. Ова зонска конфигурација компензује различите губитке топлоте преко плоче и обезбеђује да цела област формирања-укључујући шупљину за дубоко извлачење-остане унутар ±2 степена од циљне температуре.
Завршна обрада за отпуштање делова
Површину плоче треба полирати до финог завршног слоја (Ра 0,2–0,4 µм или боље) да би се побољшало ослобађање обликованог ЛФТ дела. Глатка површина такође смањује отпор влакана и накупљање остатака деградираних полимера. За плоче обложене ПВД-ом, премаз наслеђује основни лак, обезбеђујући отпорност на хабање и лако отпуштање.
Резиме критеријума избора за ЛФТ компресијско пресовање
| Рекуиремент | Препоручена спецификација |
|---|---|
| Основни материјал | Челик за алат (Х13, П20 или 4140) |
| Површинска тврдоћа | Веће или једнако 60 ХРЦ (веће или једнако 700 ХВ) |
| Метода очвршћавања | Нитрирање (0,3–0,5 мм) за<30% glass; PVD TiN/CrN for >30% стакло |
| Платен бацксиде | Јако ребраста, ФЕА-оптимизована за скретање<0.05 mm/m |
| Грејни елементи | Кертриџ грејачи постављени 15–25 мм од површине, зонска контрола (±2 степена) |
| Завршна обрада | Полирано до Ра Мање од или једнако 0,4 µм |
Закључак
Одабир плоче за ЛФТ калупљење је борба против хабања и угиба, добијена одабиром тврдог, добро ослоњеног алата са савршено уједначеним топлотним профилом. Тхегрејна плоча од термопласта са дугим влакнимаапликације захтевају површину која може да издржи дејство брушења стаклених влакана-које се постиже нитрирањем, тврдим хромом или ПВД керамичким премазима-у комбинацији са ребрастом задњом страном да би се одупрло скретању под високим притиском. Кертриџ грејачи постављени близу радне површине, распоређени у независним зонама, испоручују уједначену топлоту потребну за ливење дубоког извлачења. Формирање сутрашњих лаких, јаких делова аутомобила захтева алат који одбија да се хаба, а правилно одабрана плоча пружа управо ту издржљивост.
