Turnarea prin comprimare a unei piese auto mari dintr-o încărcătură de termoplastic fierbinte, armat cu fibră de sticlă, este ca presarea unei pături abrazive fierbinți. Pe măsură ce materialul curge sub tone de presiune, se macină împotriva plăcilor încălzite. O plată standard din oțel se va uza și își va pierde planeitatea, cauzând variații ale grosimii pieselor. Platoul trebuie să fie blindat. Selectarea corectăplaca de incalzire turnare prin compresie fibre lungi termoplasticecererea aplicațiilor necesită atenție la duritatea suprafeței, rigiditatea structurală și uniformitatea termică-mai ales atunci când sunt implicate geometrii de adâncime.
Provocarea uzurii: fibrele de sticlă ca agenți abrazivi
Materialele termoplastice cu fibre lungi (LFT) conțin de obicei 20-50% fibre de sticlă în greutate, cu lungimi ale fibrelor cuprinse între 6 și 25 mm. În timpul cursei de compresie, matricea polimerică topită poartă aceste fibre dure și ascuțite pe suprafața plăcii sub presiuni de 50-200 bar (5-20 MPa). Fibrele acționează ca niște răzuitoare microscopice, îndepărtând progresiv materialul de pe fața plăcii. Un platou din oțel moale sau netratat dezvoltă zgârieturi, caneluri și depresiuni localizate în câteva săptămâni sau luni de la producție. Neuniformitatea grosimii piesei care rezultă duce la respingerea componentelor și la reprelucrarea sculelor.
Întărirea suprafeței: Prima linie de apărare
Fața plăcii este nicovala, iar polimerul curgător, umplut cu sticlă este ciocanul necruțător. Pentru a rezista la această abraziune, suprafața plăcii trebuie să atingă o duritate de cel puțin 60 Rockwell C (HRC) sau aproximativ 700–800 HV.
Selectarea materialului de bază
Corpul platanului este fabricat de obicei dintr-un oțel pentru scule de înaltă calitate, cum ar fi AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) sau AISI 4140 precălit. Aceste oțeluri oferă o bună conductivitate termică, prelucrabilitate și stabilitate dimensională la temperaturi tipice de turnare de 150-250 de grade. Cu toate acestea, oțelul de bază singur este insuficient pentru aplicațiile LFT.
Tratamente de întărire a suprafeței
Sunt utilizate trei metode comune pentru a întări suprafața de lucru a unei plăci de turnare prin compresie pentru LFT:
| Tratament | Adâncime | Duritate (HRC) | Adecvarea pentru LFT |
|---|---|---|---|
| Nitrurare (gaz sau plasmă) | 0,3–0,5 mm | 65–70 | Bun pentru conținut moderat de sticlă (mai puțin sau egal cu 30%) |
| Placare cu crom dur | 0,05–0,2 mm | 65–70 | Bine, dar se poate fulgera la sarcini punctiforme mari |
| Acoperire ceramică PVD (TiN, CrN, AlTiN) | 2–5 µm (0,002–0,005 mm) | 80–85 (până la 2000–3000 HV) | Excelent pentru compuși foarte umpluți (mai mare sau egal cu 40% sticlă) |
Nitrurareproduce o zonă de difuzie care trece treptat de la stratul compus dur la miezul mai moale, prevenind delaminarea. Este cea mai rentabilă alegere pentru producția de volum mediu.
Placare cu crom duroferă o rezistență excelentă la uzură, dar necesită o pregătire atentă a marginilor pentru a evita decojirea sub ciclul termic.
Acoperiri cu depunere fizică în vapori (PVD). such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) provide the highest surface hardness (typically >2000 HV) și un coeficient de frecare foarte scăzut. Deși stratul de acoperire este extrem de subțire (câțiva microni), reduce drastic uzura adezivului și zgârierea fibrelor. Pentru cei mai abrazivi, compuși foarte umpluți cu sticlă (de exemplu, 50% sticlă), o acoperire PVD este soluția finală.
Rigiditate structurală: Design lateral cu nervuri
Sub presiunile de formare ridicate necesare pentru turnarea LFT-deseori 100–200 bar-placa trebuie să reziste la îndoire și deformare. Chiar și o ușoară deformare convexă sau concavă (de ordinul a 0,1 mm) are ca rezultat o grosime neuniformă a piesei, cu secțiuni subțiri unde presiunea este cea mai mare și secțiuni groase la margini.
Pentru a menține planeitatea, partea din spate a plăcii de încălzire (partea opusă suprafeței de formare) trebuie să fie cu nervuri puternice. Nervurile sunt turnate sau prelucrate ca model de grilă, crescând modulul secțiunii fără a adăuga o masă excesivă. Analiza cu elemente finite (FEA) este de obicei efectuată pentru a optimiza distanța și grosimea nervurilor pentru forța de strângere așteptată și geometria matriței. O plată cu nervuri bine cu o grosime totală de 50–100 mm poate realiza o deformare mai mică de 0,05 mm pe o deschidere de 1 metru sub sarcină maximă.
Uniformitate termică pentru turnarea prin ambutisare adâncă
Piesele LFT cu aspirație adâncă-cum ar fi carcasele scaunelor din spate ale autovehiculelor, modulele frontale sau carcasele bateriei-necesită un flux constant de material în pereții verticali sau aproape verticali. Dacă suprafața plăcii are zone calde sau reci, polimerul va curge neuniform: regiunile mai fierbinți permit o curgere mai rapidă, în timp ce regiunile mai reci provoacă solidificare prematură și umplere incompletă.
Elementele de încălzire, de obicei cartușele de încălzire, trebuie plasate cât mai aproape de suprafața de lucru practic posibil-de obicei, la 15–25 mm sub suprafață. Acest lucru minimizează întârzierea termică și permite un răspuns rapid la modificările temperaturii de referință. Cartușele de încălzire sunt aranjate în zig-zag sau în paralel, cu o distanță mai strânsă în zonele cu pierderi mari de căldură (de exemplu, lângă margini și în colțurile adânci). Ar trebui specificate mai multe zone independente de încălzire (de obicei 3–6 zone pe platan), fiecare cu propriul senzor de temperatură (termocuplu sau RTD) și controler în buclă închisă. Această configurație zonată compensează pierderile variabile de căldură de-a lungul platanului și asigură că întreaga zonă de formare-inclusiv cavitatea de aspirare adâncă-rămâne la ±2 grade față de temperatura țintă.
Finisare de suprafață pentru eliberarea piesei
Suprafața plăcii trebuie lustruită până la un finisaj fin (Ra 0,2–0,4 µm sau mai bine) pentru a îmbunătăți eliberarea piesei LFT turnate. O suprafață mai netedă reduce, de asemenea, rezistența fibrelor și acumularea de reziduuri degradate de polimer. Pentru plăcile acoperite cu PVD, acoperirea moștenește lustruirea de la bază, oferind atât rezistență la uzură, cât și eliberare ușoară.
Rezumatul criteriilor de selecție pentru turnarea prin compresie LFT
| Cerinţă | Specificație recomandată |
|---|---|
| Material de bază | Oțel pentru scule (H13, P20 sau 4140) |
| Duritatea suprafeței | Mai mare sau egal cu 60 HRC (mai mare sau egal cu 700 HV) |
| Metoda de întărire | Nitrurare (0,3–0,5 mm) pt<30% glass; PVD TiN/CrN for >30% sticla |
| Partea din spate a platanului | Cu nervuri puternice, optimizat FEA pentru deformare<0.05 mm/m |
| Elemente de încălzire | Cartuș de încălzire plasate la 15–25 mm de suprafață, control zonat (±2 grade) |
| Finisaj de suprafață | Lustruit la Ra Mai mic sau egal cu 0,4 µm |
Concluzie
Selectarea unei plăci pentru turnarea LFT este o luptă împotriva abraziunii și a deformarii, câștigată prin alegerea unui instrument dur, bine susținut, cu un profil termic perfect uniform. Theplaca de incalzire turnare prin compresie fibre lungi termoplasticeaplicațiile necesită o suprafață care poate rezista la acțiunea de șlefuire a fibrelor de sticlă-obținută prin nitrurare, crom dur sau acoperiri ceramice PVD-combinate cu un spate nervurat pentru a rezista la deformare la presiune ridicată. Cartușele de încălzire plasate aproape de suprafața de lucru, dispuse în zone independente, furnizează căldura uniformă necesară pentru turnarea prin ambutisare adâncă. Formarea pieselor auto ușoare și puternice de mâine necesită o unealtă care refuză să se uzeze, iar o plată selectată corespunzător oferă exact această durabilitate.
