Uzun Fiber Termoplastiklerin (LFT) Sıkıştırılarak Kalıplanması için Isıtma Plakası Nasıl Seçilir?

büyük bir otomobil parçasının sıcak, cam-fiber-takviyeli termoplastikten sıkıştırılarak kalıplanması. Sıcak, aşındırıcı bir battaniyeye basmak gibi. Malzeme tonlarca basınç altında akıyor ve sıcak plakalara çarpıyor. Normal bir çelik levha aşınacak ve düzlüğünü kaybedecek ve parça kalınlığında farklılıklar meydana gelecektir. Plaka zırhlı olacaktır. Uzun lifli termoplastik uygulamaları için doğru ısıtma plakası sıkıştırmalı kalıplama uygulamasını seçerken, özellikle derin-çekme geometrileri için yüzey sertliğini, yapısal sağlamlığı ve termal bütünlüğü göz önünde bulundurun.

Aşınma sorunu: Aşındırıcı olarak cam elyaflar
Uzun elyaflı termoplastikler (LFT) tipik olarak ağırlıkça %20-50 oranında cam elyafı içerir ve elyaf uzunluğu 6-25 mm aralığındadır. Sıkıştırma darbesinde, erimiş polimer matrisi bu sert, sivri uçlu elyafları 50-200 bar (5-20 MPa) basınçta plaka yüzeyi boyunca hareket ettirir. Lifler, malzemeyi merdane yüzeyinden yavaşça çıkaran küçük kazıyıcılardır. Üretimden haftalar veya aylar sonra, yumuşak veya işlenmemiş çelik levhada çizikler, oluklar ve lokal çöküntüler oluşacaktır. Bu, parçanın kalınlığında düzensizliğe yol açarak parçaların reddedilmesine ve takımın yeniden işlenmesine yol açar.

Yüzey Sertleştirme: İlk Savunma Hattı
Merdanenin yüzü örs, hiç dinlenmeyen çekiç ise akıcı, cam{0}}dolu polimerdir. Bu aşınmaya direnmek için merdane yüzeyinin en az 60 Rockwell C (HRC) veya yaklaşık 700-800 HV olması gerekir.

Temel Malzeme Seçimi
Merdane gövdesi normalde yüksek kaliteli takım çeliğinden üretilir, örneğin AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) veya önceden sertleştirilmiş AISI 4140. Bu çeliklerin ısıl iletkenliği, işlenebilirliği ve boyutsal stabilitesi, 150 ila 250 derece arasındaki olağan kalıplama sıcaklıklarında iyidir. Ancak çıplak çelik LFT uygulamaları için yeterli değildir.

Yüzey Sertleştirme İşlemleri
LFT için sıkıştırmalı kalıplama plakasının çalışma yüzeyini sertleştirmek için üç standart prosedürden biri kullanılır:

Sertlik (HRC) Tedavi Derinliğinin LFT'ye Uygunluğu
Gaz veya plazma nitrürleme0,3-0,5 mm 65-70Orta düzeyde cam miktarı için iyi (<=30%)
Sert krom kaplama 0,05 ila 0,2 mm 65 ila 70İyi, ancak yüksek nokta yükleri altında çatlayabilir
PVD seramik kaplama (TiN, CrN, AlTiN) 2–5 µm (0,002–0,005 mm) 80–85 (2000–3000 HV'ye kadar) Ağır yüklü bileşikler için idealdir (%40'a eşit veya daha fazla cam)
Nitrasyon, sert bileşik katmanından daha yumuşak çekirdeğe doğru kademeli olarak değişen bir difüzyon bölgesi oluşturur ve delaminasyonu önler. Orta hacimli üretim için en uygun maliyetli alternatiftir.

Sert krom kaplamanın aşınma direnci yüksektir ancak termal döngü nedeniyle soyulmayı önlemek için hassas kenar hazırlığı gerektirir.

Physical Vapour Deposition (PVD) coatings such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) offer the greatest surface hardness (usually >2000 HV) ve çok düşük sürtünme katsayısı. Kaplama oldukça ince olmasına rağmen (birkaç mikron), yapışma aşınmasını ve elyaf çizilmesini büyük ölçüde azaltır. En aşındırıcı ve ağır cam dolgulu malzemeler için (örneğin %50 cam), PVD kaplama en uygun çözümdür.

Yapısal Sertlik: Nervürlü Arka Taraf
LFT kalıplama için merdanenin genellikle 100-200 bar aralığındaki yüksek şekillendirme basınçlarında bükülmeye ve sapmaya karşı dayanıklı olması gerekir. Küçük bir dışbükey veya içbükey deformasyon (yaklaşık 0,1 mm) bile parça kalınlığının eşit olmamasına, basıncın en yüksek olduğu ince alanların ve kenarlarda kalın bölümlerin oluşmasına neden olur.

Düzlük adına, ısıtma plakasının güçlü nervürlü arka tarafı (şekillendirme yüzeyinin karşı tarafı) kullanılmalıdır. Kaburgalar, çok fazla kütle eklemeden bölüm modülüne katkıda bulunan bir ızgara deseninde dökülür veya işlenir. Diş aralığı ve diş kalınlığı genellikle beklenen sıkma kuvveti ve kalıp geometrisi için sonlu elemanlar analizi (FEA) kullanılarak optimize edilir. 50 ila 100 mm genel kalınlığa sahip güzel nervürlü bir merdane, tam yük altında 1 metrelik bir açıklıkta 0,05 mm'den daha az bir sapmaya sahip olabilir.

Derin Çekme Kalıplama: Sıcaklık Eşitliği
Araç arka koltuk kabukları, ön-uç modülleri veya akü muhafazaları gibi derin-çekilmiş LFT öğeleri, dikey veya dikeye yakın duvarlara-sabit bir malzeme akışı gerektirir. Plaka yüzeyinde sıcak veya soğuk bölgeler varsa polimer düzgün şekilde akmayacaktır. Daha sıcak bölgeler daha hızlı bir akışa izin verirken, daha soğuk bölgeler zamanından önce katılaşacak ve tamamen dolmayacaktır.

Normalde kartuş ısıtıcıları olan ısıtma elemanları, çalışma yüzeyine mümkün olduğu kadar yakın, genellikle yüzeyin 15-25 mm altına yerleştirilmelidir. Bu, termal gecikmeyi azaltır ve sıcaklık ayar noktası ayarlamalarına hızlı yanıt verilmesini sağlar. Isı kaybının yüksek olduğu yerlerde (örneğin, kenarlara yakın ve derin çekme köşeleri), kartuş ısıtıcıları daha yakın aralıklarla zikzak veya paralel düzende istiflenir. Her biri kendi sıcaklık sensörüne (termokupl veya RTD) ve kapalı döngü denetleyiciye sahip olan birden fazla ayrı ısıtma bölgesi (genellikle plaka başına 3-6 bölge) belirtin. Bu bölgesel yapı, plakanın farklı alanlarındaki ısı kayıplarının üstesinden gelir ve derin çekme boşluğu da dahil olmak üzere tüm şekillendirme bölgesinin istenen sıcaklığın ±2 derece dahilinde kalmasını garanti eder.

Parça Ayırma Yüzey İşlemi
Kalıplanmış LFT kısmının salınımını optimize etmek için merdane yüzeyinin ince bir cilayla (Ra 0,2–0,4 µm veya daha iyisi) bitirilmesi gerekir. Daha pürüzsüz bir yüzey, elyafın sürüklenmesini ve bozulmuş polimer kalıntılarının oluşumunu en aza indirir. Kaplama, hem aşınma direnci hem de kolay ayrılma sağlayan PVD kaplı plakaların altında yatan cilayı benimser.

LFT Sıkıştırma Kalıplama Seçim Kriteri Özeti GereksinimiÖnerilen spesifikasyon
Temel Malzeme Takım Çeliği (H13, P20 veya 4140)
Yüzey sertliği 60HRC'den büyük veya eşit (700HV'den büyük veya eşit)
Sertleştirme yöntemi Nitrürleme (0,3-0,5 mm)<30% glass; PVD TiN/CrN for >%30 cam
Merdanenin arka tarafı Oldukça nervürlü, FEA-sapma için optimize edilmiştir<0.05 mm/m
Kartuş ısıtıcılar yüzeyden 15–25 mm, bölgesel kontrol (±2 derece) Isıtma elemanları
Yüzey cilası Ra'ya kadar parlatılmış 0,4 mikrona eşit veya daha az
Çözüm
LFT kalıplama için merdane seçimi, aşınma ve sapmaya karşı bir savaştır; Kazanmanın yolu, tam anlamıyla tekdüze bir ısı profiline sahip, sağlam, iyi-desteklenen bir aletin peşinden gitmektir. Uzun elyaflı termoplastiklerin ısıtma plakalı sıkıştırmalı kalıplaması, nitrürleme, sert krom veya PVD seramik kaplamalarla elde edilebilen cam elyaflarının öğütme etkisine dayanabilecek bir yüzey ve yüksek basınç altında sapmayı önlemek için nervürlü bir arka taraf gerektirir. Çalışma yüzeyine bitişik ayrı bölgelerdeki kartuş ısıtıcıları, derin çekmeli kalıplama için gereken eşit ısıyı üretir-. Yarının hafif ve yüksek mukavemetli otomobil parçalarını hazırlamak için yıpranmayan bir alete ihtiyacınız var; iyi seçilmiş bir merdane tam da bunu sağlıyor.