Wybór materiałów z tworzyw sztucznych

1. Warunki pracy form plastikowych
Ze względu na rozwój przemysłu tworzyw sztucznych i formowania tworzyw sztucznych, wymagania jakościowe dotyczące form do tworzyw sztucznych stają się coraz wyższe. Dlatego problematyka uszkodzeń form plastycznych i czynników na nie wpływających stała się ważnym tematem badawczym. Głównymi częściami roboczymi form z tworzyw sztucznych są uformowane części, takie jak formy wypukłe i wklęsłe, które tworzą wnękę formy z tworzywa sztucznego, tworząc różne powierzchnie części z tworzyw sztucznych i bezpośrednio stykając się z tworzywem sztucznym, wytrzymując ciśnienie, temperaturę, tarcie, i korozji.
2. Analiza przyczyny awarii tworzywa sztucznego formy
Ogólny proces produkcji form obejmuje projektowanie form, dobór materiałów, obróbkę cieplną, obróbkę mechaniczną, debugowanie i instalację. Według badania zastosowane materiały i obróbka cieplna są głównymi czynnikami wpływającymi na żywotność formy wśród czynników powodujących awarię formy. Z punktu widzenia kompleksowego zarządzania jakością, czynniki wpływające na żywotność form nie mogą być mierzone jako suma wielomianów, ale powinny być iloczynem wielu czynników. Dlatego jakość materiałów form i obróbka cieplna są szczególnie ważne w całym procesie wytwarzania form.
Analizując powszechne zjawisko awarii formy, formy z tworzyw sztucznych mogą ulec zużyciu, miejscowej deformacji i pęknięciu podczas eksploatacji. Ważne formy uszkodzeń form z tworzyw sztucznych można podzielić na zużycie, uszkodzenie miejscowego odkształcenia plastycznego i pęknięcie.
3. Wymagania dotyczące wydajności stali na formy do tworzyw sztucznych Wraz z szybkim rozwojem przemysłu wytwórczego formy z tworzyw sztucznych są nieodzownym narzędziem w formowaniu i przetwarzaniu tworzyw sztucznych, stanowiąc z roku na rok coraz większą część całkowitej produkcji form. Wraz z rozwojem i ciągłą produkcją wysokowydajnych tworzyw sztucznych rośnie liczba rodzajów wyrobów z tworzyw sztucznych, rozszerzają się ich zastosowania, a produkty rozwijają się w kierunku precyzji, dużej skali i złożoności. Wraz z rozwojem szybkiej produkcji form, warunki pracy form stają się coraz bardziej złożone.
1) Zużycie i korozja na powierzchni wnęki formy
Stopione tworzywo sztuczne przepływa pod pewnym ciśnieniem we gnieździe formy, a zestalone części z tworzywa sztucznego odrywają się od formy, powodując tarcie i zużycie uformowanej powierzchni formy. Podstawową przyczyną zużycia i awarii form do tworzyw sztucznych jest tarcie między formą a materiałami. Jednak specyficzna forma i przebieg zużycia jest związana z wieloma czynnikami, takimi jak ciśnienie, temperatura, prędkość odkształcania się materiału oraz stan smarowania formy podczas pracy. Gdy materiały i obróbka cieplna stosowane w formach z tworzyw sztucznych są nieuzasadnione, twardość powierzchni wnęki formy z tworzywa sztucznego jest niska, a odporność na zużycie słaba, co objawia się jako: rozmiar powierzchni wnęki jest poza tolerancją z powodu zużycia i odkształcenia ; Wartość chropowatości wzrasta z powodu chropowatości, a jakość powierzchni pogarsza się. Zwłaszcza, gdy do wnęki formy zostaną użyte materiały stałe, pogorszy to zużycie powierzchni wnęki. Ponadto podczas przetwarzania tworzyw sztucznych składniki takie jak chlor i fluor są podgrzewane, aby rozłożyć się na korozyjne gazy HC1 i HF, powodując korozję i zużycie powierzchni wnęki formy z tworzywa sztucznego, co prowadzi do awarii. Jeśli jednocześnie ze zużyciem wystąpią uszkodzenia, które uszkadzają poszycie lub inne warstwy ochronne na powierzchni wnęki formy, będzie to sprzyjać procesowi korozji. Współdziałanie dwóch typów uszkodzeń przyspiesza korozję i zużycie.
2) Awaria odkształcenia plastycznego
Ciśnienie i ciepło na powierzchni wnęki modelu z tworzywa sztucznego mogą spowodować uszkodzenie odkształcenia plastycznego, zwłaszcza gdy małe formy pracują na urządzeniach o dużym tonażu, co z większym prawdopodobieństwem spowoduje przeciążenie odkształcenia plastycznego. Materiały stosowane w formach do tworzyw sztucznych mają niewystarczającą wytrzymałość i udarność, co skutkuje niską odpornością na odkształcenia; Inną przyczyną niepowodzenia odkształcenia plastycznego jest głównie cienka warstwa utwardzająca na powierzchni wnęki formy, niewystarczająca odporność na odkształcenie lub zmiękczenie przemiany fazowej występujące, gdy temperatura pracy jest wyższa niż temperatura odpuszczania, co powoduje przedwczesne uszkodzenie formy.
3) Złamanie
Główną przyczyną pękania są naprężenia strukturalne i naprężenia termiczne spowodowane strukturą i różnicą temperatur lub naprężenia strukturalne powstające w formie w wyniku niedostatecznego odpuszczania, które przekształca austenit szczątkowy w martenzyt w temperaturze użytkowania, powodując lokalne rozszerzenie objętości.
Warunki pracy form plastikowych różnią się od warunków pracy form do tłoczenia na zimno. Ogólnie rzecz biorąc, muszą pracować w temperaturze 150 stopni -200 stopni , a oprócz tego, że są poddawane określonemu ciśnieniu, muszą również wytrzymywać wpływ temperatury. Ta sama forma może mieć wiele form awarii, a nawet na tej samej formie może wystąpić wiele uszkodzeń. Z form uszkodzeń form plastikowych widać, że bardzo ważny jest rozsądny dobór materiałów form plastikowych i obróbka cieplna, ponieważ bezpośrednio wpływają one na żywotność formy. Dlatego stal stosowana na formy do tworzyw sztucznych powinna spełniać następujące wymagania:
1) Odporność na ciepło
Wraz z pojawieniem się szybkich maszyn do formowania prędkość robocza wyrobów z tworzyw sztucznych przyspieszyła. Ze względu na temperaturę formowania w zakresie od 200 do 350 stopni, jeśli płynność tworzywa sztucznego jest słaba, a prędkość formowania jest duża, spowoduje to, że temperatura powierzchni formy przekroczy 400 stopni w bardzo krótkim czasie. Aby zapewnić dokładność i minimalne odkształcenie formy podczas użytkowania, stal na formę powinna mieć wysoką odporność na ciepło.
2) Odpowiednia odporność na zużycie
Wraz z rozwojem zastosowań wyrobów z tworzyw sztucznych często konieczne jest dodawanie materiałów nieorganicznych, takich jak włókna szklane, w celu zwiększenia plastyczności. Dzięki dodatkom płynność tworzywa jest znacznie zmniejszona, co prowadzi do zużycia formy. Dlatego wymagana jest dobra odporność na zużycie.
3) Doskonała wydajność cięcia
Oprócz obróbki elektroerozyjnej większość matryc do formowania tworzyw sztucznych wymaga również cięcia i naprawy montażowej. Aby wydłużyć żywotność narzędzi skrawających, podczas procesu skrawania minimalizuje się utwardzanie przez zgniot. Aby uniknąć deformacji formy i wpłynąć na dokładność, oczekuje się, że naprężenia szczątkowe podczas przetwarzania można będzie kontrolować do minimum.
4) Dobra stabilność termiczna
Kształt części form wtryskowych z tworzyw sztucznych jest często złożony i trudny do obróbki po hartowaniu, dlatego w miarę możliwości należy wybierać materiały o dobrej stabilności termicznej.
5) Wydajność przetwarzania lustrzanego
Powierzchnia ubytku jest gładka, a powierzchnia formująca wymaga wypolerowania do lustrzanej powierzchni, o chropowatości powierzchni mniejszej niż Ra0,4 μm. Aby zapewnić wygląd wyprasowanych części z tworzywa sztucznego i ułatwić wyjmowanie z formy.
6) Wydajność obróbki cieplnej
W przypadku awarii formy wypadki spowodowane obróbką cieplną wynoszą na ogół 52,3 procent, co sprawia, że ​​obróbka cieplna odgrywa ważną rolę w całym procesie produkcji formy. Jakość technologii obróbki cieplnej ma istotny wpływ na jakość formy. Generalnie obróbka cieplna wymaga niewielkich odkształceń, szerokiego zakresu temperatur hartowania, małej wrażliwości na przegrzanie, a szczególnie wysokiej hartowności i hartowności.
7) Odporność na korozję
Podczas procesu formowania gaz korozyjny może zostać uwolniony i rozłożony na gazy korozyjne, takie jak HC1, HF itp., które powodują korozję formy. Czasami forma jest skorodowana i uszkodzona w porcie przepływu powietrza, dlatego wymagane jest, aby stal formy miała dobrą odporność na korozję.
4. Nowy rodzaj stali na formy do tworzyw sztucznych
Zasadniczo formy z tworzyw sztucznych są wykonane ze stali normalizowanej 45 lub stali 40Cr poprzez hartowanie i odpuszczanie. Formy do tworzyw sztucznych o wysokich wymaganiach twardości wykonuje się ze stali takich jak CrWMn czy Crl2MoV. W przypadku form z tworzyw sztucznych o wysokich temperaturach roboczych można wybrać stal na formy do pracy na gorąco o wysokiej ciągliwości. Aby spełnić wyższe wymagania dotyczące dokładności wymiarowej i jakości powierzchni wnęk plastikowych, opracowano ostatnio serię nowych stali na formy.
1) Nawęglana stal na formy z tworzyw sztucznych
Nawęglana stal na formy do tworzyw sztucznych jest stosowana głównie do form do tworzyw sztucznych ze złożonymi wnękami utworzonymi przez wytłaczanie na zimno. Ten rodzaj stali ma niską zawartość węgla i jest często dodawany z pierwiastkiem Cr. Jednocześnie dodaje się odpowiednią ilość Ni, Mo i v, aby poprawić hartowność i zdolność nawęglania. Aby ułatwić formowanie przez wytłaczanie na zimno, ten rodzaj stali musi mieć wysoką plastyczność i małą odporność na odkształcenia w stanie wyżarzonym, przy twardości po wyżarzaniu mniejszej lub równej 1 00HBS. Po formowaniu przez wytłaczanie na zimno przeprowadza się nawęglanie i hartowanie, a twardość powierzchni może osiągnąć 58-62 HRC. Za granicą istnieją wyspecjalizowane gatunki stali dla tego rodzaju stali, takie jak szwedzka 8416 oraz amerykańskie P2 i P4. Stale 12CrNi3A i 12Cr2Ni4A, a także stal 20Cr2Ni4A są powszechnie stosowane w Chinach, charakteryzują się dobrą odpornością na zużycie, brakiem zapadania się lub łuszczenia powierzchni oraz lepszą trwałością formy. Pierwiastki cr, Ni, Mo i V w stali zwiększają twardość i odporność na ścieranie warstwy nawęglonej, a także wytrzymałość i udarność rdzenia.
2) Wstępnie utwardzona stal na formy do tworzyw sztucznych
Ten rodzaj stali ma zawartość węgla na poziomie 0,3 procent -0,55 procent , a powszechnie stosowane pierwiastki stopowe obejmują Cr, Ni, Mn, v itd. Aby poprawić jej skrawalność, dodano elementy takie jak s i ca. Kilka typowych stali na formy do tworzyw sztucznych Y55CrNiMn MoVS (SMI) opracowano w drodze badań, wprowadzenia i rozwoju. Jest to opracowana przez Chińczyków stal automatowa do formowania tworzyw sztucznych serii S o twardości wstępnej 35_ 40 HRC, o dobrej skrawalności, może być stosowana bezpośrednio bez obróbki cieplnej po obróbce. Dodanie Ni Stałego roztworu wzmacniającego i zwiększającego ciągliwość, dodanie Mn i S w celu utworzenia fazy swobodnego skrawania MnS; Dodanie Cr, Mo i V w celu zwiększenia hartowności stali, stal 8Cr2S jest wystarczająca do łatwego cięcia precyzyjnej stali na formy.
3) Utwardzona w czasie stal na formy z tworzyw sztucznych
Opracowano niskokobaltową, bezkobaltową i niskoniklową stal Maraging. MASI to typowa stal maraging. Po obróbce roztworem stałym w temperaturze 815°C twardość wynosi 28-32HRC. Przeprowadzana jest obróbka mechaniczna, a następnie starzenie w temperaturze 480°C w celu wytworzenia związków międzymetalicznych, takich jak Ni3Mo i Ni3Ti, co daje twardość 48-52 HRC. Stal ma wysoką wytrzymałość i wytrzymałość, małe zmiany rozmiaru podczas starzenia i dobrą wydajność napraw spawalniczych, ale jest droga i niezbyt popularna w Chinach.
4) Odporna na korozję stalowa forma do tworzyw sztucznych
Produkty z tworzyw sztucznych wykonane z polichlorku winylu (PVC), ABS i żywicy ognioodpornej rozkładają się podczas procesu formowania, tworząc korozyjne gazy, które mogą powodować korozję formy. Dlatego stal na formy do tworzyw sztucznych musi mieć dobrą odporność na korozję. Odporne na korozję stale do form z tworzyw sztucznych, powszechnie stosowane za granicą, obejmują martenzytyczną stal nierdzewną i utwardzaną wydzieleniowo stal nierdzewną. Firmy zagraniczne, takie jak STSAX (4Crl3) i A SSAB-8407 z ASSAB w Szwecji.