Jak wybrać płytę grzejną do formowania tłocznego tworzyw termoplastycznych o długich włóknach (LFT)?

formowanie tłoczne dużej części samochodu z wsadu gorącego tworzywa termoplastycznego-wzmocnionego włóknem szklanym-. To jakby prasowanie gorącego, szorstkiego koca. Materiał przepływa pod tonowym ciśnieniem, ocierając się o gorące płyty. Normalna stalowa płyta dociskowa będzie się zużywać i tracić swoją płaskość, powodując różnice w grubości części. Płyta będzie pancerna. Przy wyborze odpowiednich materiałów termoplastycznych z długimi włóknami do formowania tłocznego z płytą grzejną należy wziąć pod uwagę twardość powierzchni, sztywność strukturalną i równomierność termiczną – szczególnie w przypadku-geometrii głębokiego tłoczenia.

Wyzwanie związane ze zużyciem: włókna szklane jako materiały ścierne
Tworzywa termoplastyczne o długich włóknach (LFT) zazwyczaj zawierają 20-50% wagowych włókien szklanych, a długość włókien mieści się w zakresie 6–25 mm. Podczas suwu sprężania stopiona matryca polimerowa przesuwa te twarde, spiczaste włókna po powierzchni płyty pod ciśnieniem 50–200 barów (5–20 MPa). Włókna to małe skrobaki, które powoli usuwają materiał z powierzchni płyty dociskowej. W ciągu tygodni lub miesięcy produkcji na miękkiej lub nieobrobionej stalowej płycie dociskowej będą widoczne zadrapania, rowki i zlokalizowane wgłębienia. Powoduje to niejednolitość grubości części, co prowadzi do odrzucenia części i ponownej obróbki narzędzi.

Hartowanie powierzchniowe: pierwsza linia obrony
Powierzchnia płyty dociskowej to kowadło, a młotek, który nigdy nie odpoczywa, to płynny,-wypełniony szkłem polimer. Aby wytrzymać to ścieranie, powierzchnia płyty musi mieć co najmniej 60 Rockwell C (HRC) lub około 700–800 HV.

Wybór materiału podstawowego
Korpus płyty jest zwykle produkowany z wysokiej jakości stali narzędziowej, np. AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) lub wstępnie hartowanej AISI 4140. Przewodność cieplna, obrabialność i stabilność wymiarowa tych stali są dobre w zwykłych temperaturach formowania od 150 do 250 stopni. Jednak goła stal nie jest odpowiednia do zastosowań LFT.

Procesy hartowania powierzchniowego
Do utwardzania powierzchni roboczej płyty do formowania tłocznego w przypadku LFT stosowana jest jedna z trzech standardowych procedur:

Twardość (HRC) Głębokość obróbki Przydatność dla LFT
Azotowanie gazowe lub plazmowe 0,3-0,5 mm 65-70Dobre przy umiarkowanej ilości szkła (<=30%)
Twarde chromowanie 0,05 do 0,2 mm 65 do 70Dobra, ale może pękać pod dużymi obciążeniami punktowymi
Powłoka ceramiczna PVD (TiN, CrN, AlTiN) 2–5 µm (0,002–0,005 mm) 80–85 (do 2000–3000 HV) Doskonała do mocno obciążonych związków (większych lub równych 40% szkła)
Azotowanie tworzy strefę dyfuzyjną, która stopniowo zmienia się z warstwy twardej mieszanki w bardziej miękki rdzeń, unikając rozwarstwiania. Jest to najbardziej opłacalna alternatywa dla produkcji średniej wielkości.

Twarde chromowanie ma dużą odporność na zużycie, ale wymaga precyzyjnego przygotowania krawędzi, aby zapobiec łuszczeniu się pod wpływem cykli termicznych.

Physical Vapour Deposition (PVD) coatings such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) offer the greatest surface hardness (usually >2000 HV) i bardzo niskim współczynnikiem tarcia. Chociaż powłoka jest dość cienka (kilka mikronów), znacznie zmniejsza zużycie adhezyjne i zarysowanie włókien. W przypadku najbardziej ściernych i mocno wypełnionych szkłem materiałów (na przykład 50% szkła) optymalną odpowiedzią jest powłoka PVD.

Sztywność strukturalna: tylna strona ze ściągaczem
W przypadku formowania LFT płyta dociskowa musi być odporna na zginanie i odkształcenia przy wysokich ciśnieniach formowania, które zazwyczaj mieszczą się w zakresie 100-200 barów. Nawet niewielkie odkształcenie wypukłe lub wklęsłe (około 0,1 mm) prowadzi do nierównomiernej grubości części, z cienkimi obszarami, w których nacisk jest największy i grubymi przekrojami na krawędziach.

Ze względu na płaskość należy zastosować mocno żebrowaną tylną stronę płyty grzewczej (przeciwna strona powierzchni formującej). Żebra są odlane lub obrobione maszynowo według wzoru siatki, który zwiększa moduł przekroju bez dodawania zbyt dużej masy. Rozstaw żeber i grubość żeber są często optymalizowane za pomocą analizy elementów skończonych (FEA) pod kątem oczekiwanej siły mocowania i geometrii formy. Ładnie żebrowana płyta dociskowa o całkowitej grubości od 50 do 100 mm może mieć ugięcie mniejsze niż 0,05 mm na rozpiętości 1 metra pod pełnym obciążeniem.

Formowanie z głębokim tłoczeniem: Jednolitość temperatury
Elementy LFT o głębokim-ciągu, takie jak skorupy tylnych siedzeń pojazdów,-moduły przednie lub obudowy akumulatorów, wymagają stałego przepływu materiału do ścian pionowych lub prawie-pionowych. Jeśli na powierzchni płyty znajdują się gorące lub zimne strefy, polimer nie będzie płynął równomiernie. Cieplejsze strefy umożliwią szybszy przepływ, podczas gdy chłodniejsze strefy zestali się przedwcześnie i nie wypełnią się całkowicie.

Elementy grzejne, którymi zwykle są grzejniki kasetowe, należy zamontować jak najbliżej powierzchni roboczej, zwykle 15-25 mm pod powierzchnią. Zmniejsza to opóźnienie termiczne i umożliwia szybką reakcję na zmiany nastawy temperatury. W miejscach o dużych stratach ciepła (np. w pobliżu krawędzi i w głębokich narożnikach) grzejniki kasetowe są ułożone w sposób zygzakowaty lub równoległy, w mniejszych odstępach. Określ wiele oddzielnych stref grzewczych (zwykle 3–6 stref na płytę), każda z własnym czujnikiem temperatury (termoparą lub czujnikiem rezystancyjnym) i sterownikiem w pętli zamkniętej. Ta strefowa struktura równoważy straty ciepła w różnych obszarach płyty dociskowej i gwarantuje, że cały obszar formowania, łącznie z wnęką głębokiego tłoczenia, pozostaje w zakresie ± 2 stopni pożądanej temperatury.

Wykończenie powierzchni wydania części
Aby zoptymalizować uwalnianie uformowanej części LFT, powierzchnia płyty powinna być wykończona na delikatny połysk (Ra 0,2–0,4 µm lub lepszy). Gładsza powierzchnia minimalizuje opór włókien i tworzenie się zniszczonych pozostałości polimeru. Powłoka wykorzystuje podstawowy połysk płyt powlekanych metodą PVD, zapewniając zarówno odporność na zużycie, jak i łatwe uwalnianie.

Kryteria wyboru formowania tłocznego LFT Podsumowanie wymagań Sugerowana specyfikacja
Materiał podstawowy Stal narzędziowa (H13, P20 lub 4140)
Twardość powierzchni Większa lub równa 60HRC (Większa lub równa 700HV)
Metoda hartowania Azotowanie (0,3-0,5 mm) dla<30% glass; PVD TiN/CrN for >30% szkła
Tylna strona płyty Mocno żebrowana,-zoptymalizowana metodą FEA pod kątem ugięcia<0.05 mm/m
Grzejniki kasetowe 15–25 mm od powierzchni, sterowanie strefowe (±2 stopnie) Elementy grzejne
Wykończenie powierzchni Polerowane do Ra Mniej niż lub równe 0,4 mikrona
Wniosek
Wybór płyty do formowania LFT to wojna przeciwko ścieraniu i ugięciu; sposobem na zwycięstwo jest użycie solidnego,-dobrze obsługiwanego narzędzia o precyzyjnie jednolitym profilu cieplnym. Formowanie tłoczne tworzyw termoplastycznych z długimi włóknami za pomocą płyty grzewczej wymaga powierzchni, która wytrzymuje działanie ścierne włókien szklanych – co można osiągnąć poprzez azotowanie, twarde powłoki chromowe lub ceramiczne PVD – oraz żebrowanej tylnej części, aby zapobiec uginaniu się pod wysokim ciśnieniem. Grzejniki kasetowe w poszczególnych strefach przylegających do powierzchni roboczej wytwarzają równomierne ciepło wymagane do formowania metodą głębokiego-tłoczenia. Aby przygotować lekkie i wytrzymałe części samochodowe jutra, potrzebujesz narzędzia, które się nie zużywa, a dobrze dobrana płyta dociskowa właśnie to zapewnia.