Kako odabrati grijaću ploču za kompresijsko oblikovanje termoplasta od dugih vlakana (LFT)?

kompresijsko oblikovanje velikog automobilskog dijela od punjenja vrućeg termoplasta ojačanog staklenim-vlaknima-. Kao pritiskanje vrućeg, abrazivnog ćebeta. Materijal teče pod tonama pritiska, meljujući se o vruće ploče. Normalna čelična ploča će se istrošiti i izgubiti svoju ravnost stvarajući varijacije u debljini dijela. Ploča mora biti oklopljena. Prilikom odabira prave primjene za termoplastiku dugih vlakana za kompresiono presovanje, uzmite u obzir površinsku tvrdoću, strukturnu krutost i termičku uniformnost – posebno za geometrije dubokog vučenja.

Izazov habanja: Staklena vlakna kao abrazivi
Termoplasti dugih vlakana (LFT) obično sadrže 20-50 tež% staklenih vlakana, a dužina vlakana je u rasponu od 6-25 mm. U taktu kompresije, rastopljena polimerna matrica pomiče ova tvrda, šiljasta vlakna po površini ploče pod pritiscima od 50-200 bara (5-20 MPa). Vlakna su mali strugači koji polako uklanjaju materijal sa površine ploče. U tjednima ili mjesecima proizvodnje, mekana ili neobrađena čelična ploča će imati ogrebotine, žljebove i lokalizirana udubljenja. To uzrokuje neujednačenost u debljini dijela, što dovodi do odbačenih dijelova i dorade alata.

Površinsko očvršćavanje: prva linija odbrane
Lice ploče je nakovanj, a čekić koji nikad ne miruje je tekući polimer{0}}punjen staklom. Da bi se oduprla ovom habanju, površina ploče mora biti najmanje 60 Rockwell C (HRC) ili oko 700–800 HV.

Izbor osnovnog materijala
Tijelo ploče se obično proizvodi od visokokvalitetnog alatnog čelika, npr. AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) ili AISI 4140 prethodno kaljenog. Toplotna provodljivost, obradivost i stabilnost dimenzija ovih čelika su dobri na uobičajenim temperaturama oblikovanja od 150 do 250 stepeni. Ali goli čelik nije adekvatan za LFT aplikacije.

Procesi površinskog očvršćavanja
Jedan od tri standardna postupka se koristi za očvršćavanje radne površine ploče za kompresijsko oblikovanje za LFT:

Tvrdoća (HRC) Dubina obrade Pogodnost za LFT
Gasno ili plazma nitriranje0,3-0,5 mm 65-70Dobro za umjerenu količinu stakla (<=30%)
Tvrdi hrom 0,05 do 0,2 mm 65 do 70 Dobro, ali može popucati pod visokim opterećenjima
PVD keramički premaz (TiN, CrN, AlTiN) 2–5 µm (0,002–0,005 mm) 80–85 (do 2000–3000 HV) Odličan za teško opterećena jedinjenja (veće ili jednako 40% stakla)
Nitriranje formira zonu difuzije koja se progresivno mijenja od sloja tvrdog spoja do mekšeg jezgra, izbjegavajući delaminaciju. To je najisplativija alternativa za proizvodnju srednjeg obima.

Tvrda hromirana ploča ima veliku otpornost na habanje, ali zahtijeva preciznu pripremu rubova kako bi se spriječilo ljuštenje pod termičkim ciklusom.

Physical Vapour Deposition (PVD) coatings such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) offer the greatest surface hardness (usually >2000 HV) i vrlo nizak koeficijent trenja. Iako je premaz prilično tanak (nekoliko mikrona), uvelike smanjuje trošenje ljepila i grebanje vlakana. Za najabrazivnije i jako staklene materijale (50% stakla na primjer), PVD premaz je optimalan odgovor.

Strukturna krutost: stražnja strana sa rebrima
Za LFT oblikovanje ploča mora biti otporna na savijanje i skretanje pri visokim pritiscima oblikovanja koji su općenito u rasponu od 100-200 bara. Čak i mala konveksna ili konkavna deformacija (oko 0,1 mm) dovodi do neujednačene debljine dijela, sa tankim područjima gdje je pritisak najveći i debelim dijelovima na rubovima.

Radi ravnosti mora se koristiti jako rebrasta stražnja strana ploče za grijanje (suprotna strana površine za oblikovanje). Rebra su livena ili obrađena u obliku mreže koja dodaje modulu presjeka bez dodavanja previše mase. Razmak rebara i debljina rebara se često optimizuju pomoću analize konačnih elemenata (FEA) za očekivanu silu stezanja i geometriju kalupa. Lijepo rebrasta ploča ukupne debljine od 50 do 100 mm može imati otklon manji od 0,05 mm u rasponu od 1 metar pod punim opterećenjem.

Duboko izvlačenje kalupa: ujednačenost temperature
LFT predmeti duboko-izvlačenja, kao što su školjke stražnjih sjedišta vozila, prednji-moduli ili kućišta baterija, trebaju stalan protok materijala u vertikalne ili blizu-vertikalne zidove. Ako na površini ploče postoje tople ili hladne zone, polimer neće teći ravnomjerno. Toplije zone će omogućiti brži protok, dok će se hladnije zone prerano očvrsnuti i neće se potpuno popuniti.

Grijaći elementi, koji su obično grijači s patronom, trebaju biti postavljeni što je moguće bliže radnoj površini, općenito 15-25 mm ispod površine. Ovo smanjuje termičko kašnjenje i omogućava brzu reakciju na podešavanje temperature. Na mestima sa velikim gubitkom toplote (npr. blizu ivica i u uglovima dubokog izvlačenja) kertridž grejači su složeni u cik-cak ili paralelnom uzorku sa bližim razmakom. Odredite više zasebnih zona grijanja (obično 3-6 zona po ploči), svaka sa svojim senzorom temperature (termopar ili RTD) i kontrolerom zatvorene petlje. Ova zonalna struktura prevazilazi gubitke toplote u različitim delovima ploče i garantuje da ceo region formiranja, uključujući šupljinu dubokog izvlačenja, ostane unutar ±2 stepena od željene temperature.

Završna obrada dijela za oslobađanje
Da bi se optimiziralo oslobađanje oblikovanog LFT dijela, površina ploče treba biti fino polirana (Ra 0,2–0,4 µm ili bolje). Glatka površina minimizira povlačenje vlakana i stvaranje oštećenih polimernih ostataka. Premaz usvaja temeljni lak PVD obloženih ploča dajući otpornost na habanje i jednostavno otpuštanje.

Kriterij odabira LFT kompresijskog kalupa Sažetak zahtjeva Predložena specifikacija
Osnovni materijal alatni čelik (H13, P20 ili 4140)
Površinska tvrdoća veća ili jednaka 60HRC (veća ili jednaka 700HV)
Metoda stvrdnjavanja Nitriranje (0,3-0,5 mm) za<30% glass; PVD TiN/CrN for >30% staklo
Stražnja strana ploče Visoko rebrasta, FEA-optimizirana za skretanje<0.05 mm/m
Kartridž grijači 15–25 mm od površine, zonska kontrola (±2 stepena) Grijači elementi
Završna obrada Polirana do Ra Manje od ili jednako 0,4 mikrona
Zaključak
Izbor ploče za LFT kalupljenje je rat protiv abrazije i progiba; način da pobijedite je da težite čvrstom, dobro-podržanom alatu sa precizno ujednačenim profilom topline. Kompresijsko oblikovanje termoplasta dugih vlakana zahtijeva površinu koja može izdržati brušenje staklenih vlakana – što se postiže nitriranjem, tvrdim kromom ili PVD keramičkim premazima – i rebrastu stražnju stranu kako bi se spriječilo skretanje pod visokim pritiskom. Kertridž grijači u pojedinačnim zonama uz radnu površinu proizvode ujednačenu toplinu potrebnu za duboko-lijevanje. Za pripremu lakih i jakih autodijelova sutrašnjice potreban vam je alat koji se ne haba, a dobro odabrana ploča upravo to pruža.