Lựa chọn vật liệu cho khuôn nhựa

1. Điều kiện làm việc của khuôn nhựa
Do sự phát triển của ngành nhựa và khuôn nhựa, yêu cầu về chất lượng đối với khuôn nhựa ngày càng cao. Vì vậy, vấn đề hư hỏng và các yếu tố ảnh hưởng của khuôn nhựa đã trở thành một chủ đề nghiên cứu quan trọng. Bộ phận làm việc chính của khuôn nhựa là các bộ phận đúc, chẳng hạn như khuôn lồi, khuôn lõm, v.v. Chúng tạo thành khoang của khuôn nhựa để định hình các bề mặt khác nhau của bộ phận nhựa và tiếp xúc trực tiếp với nhựa, chịu được áp suất, nhiệt độ, ma sát và ăn mòn .
2. Phân tích nguyên nhân hư hỏng của vật liệu khuôn nhựa
Quy trình sản xuất khuôn mẫu chung bao gồm thiết kế khuôn, lựa chọn vật liệu, xử lý nhiệt, gia công cơ khí, gỡ lỗi và lắp đặt. Theo khảo sát, vật liệu và xử lý nhiệt được sử dụng trong khuôn là những yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng của chúng. Từ góc độ Quản lý chất lượng toàn diện, các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn không thể được đo lường bằng tổng của các đa thức mà là tích của nhiều yếu tố. Vì vậy, chất lượng vật liệu khuôn và xử lý nhiệt đặc biệt quan trọng trong toàn bộ quá trình sản xuất khuôn.
Từ hiện tượng phổ biến của phân tích lỗi khuôn, khuôn nhựa có thể gặp lỗi mài mòn, lỗi biến dạng cục bộ và lỗi gãy trong quá trình sử dụng. Các dạng hư hỏng quan trọng của khuôn nhựa có thể được chia thành hư hỏng do mài mòn, hư hỏng do biến dạng dẻo cục bộ và hư hỏng do đứt gãy.
3. Với sự phát triển nhanh chóng của ngành sản xuất, khuôn nhựa là công cụ không thể thiếu trong chế biến khuôn nhựa và tỷ trọng của chúng trong tổng sản lượng khuôn ngày càng tăng lên hàng năm. Với sự phát triển và sản xuất liên tục của nhựa hiệu suất cao, các loại sản phẩm nhựa ngày càng tăng và phạm vi sử dụng của chúng ngày càng mở rộng. Sản phẩm đang phát triển theo hướng chính xác, quy mô lớn và phức tạp. Sự phát triển của sản xuất khuôn tốc độ cao đã dẫn đến điều kiện làm việc của khuôn ngày càng phức tạp.
1) Sự mài mòn và ăn mòn trên bề mặt khoang khuôn
Nhựa nóng chảy chảy trong khoang khuôn dưới một áp suất nhất định, và các bộ phận nhựa đông đặc thoát ra khỏi khuôn, gây ra ma sát và mài mòn trên bề mặt đúc của khuôn. Nguyên nhân cơ bản khiến khuôn nhựa bị hao mòn là do ma sát giữa khuôn và vật liệu. Nhưng hình thức và quá trình mài mòn cụ thể có liên quan đến nhiều yếu tố, chẳng hạn như áp suất, nhiệt độ, tốc độ biến dạng vật liệu và tình trạng bôi trơn của khuôn trong quá trình vận hành. Khi vật liệu và xử lý nhiệt được sử dụng trong khuôn nhựa không hợp lý, độ cứng bề mặt của khoang khuôn thấp và khả năng chống mài mòn kém. Điều này được biểu hiện như: sai lệch kích thước do mài mòn và biến dạng bề mặt khoang khuôn; Giá trị độ nhám tăng do mờ và chất lượng bề mặt xấu đi. Đặc biệt khi vật liệu rắn được sử dụng để đi vào khoang khuôn sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng mài mòn của bề mặt khoang khuôn. Ngoài ra, trong quá trình gia công nhựa có chứa clo, flo và các thành phần khác khi đun nóng sẽ phân hủy thành khí ăn mòn HC1 và HF, gây ăn mòn, mài mòn bề mặt khoang khuôn nhựa, dẫn đến hỏng hóc. Nếu đồng thời có hiện tượng hao mòn, hư hỏng lớp sơn phủ hoặc các lớp bảo vệ khác trên bề mặt khoang khuôn sẽ thúc đẩy quá trình ăn mòn. Sự tương tác của hai loại hư hỏng làm tăng tốc độ ăn mòn và hư hỏng do mài mòn.
2) Lỗi biến dạng dẻo
Bề mặt của khoang khuôn nhựa dưới áp suất và nhiệt có thể gây biến dạng và hỏng hóc, đặc biệt khi khuôn nhỏ làm việc trên thiết bị có trọng tải lớn thì dễ bị biến dạng dẻo quá tải. Vật liệu dùng làm khuôn nhựa không đủ độ bền và độ dẻo dai, khả năng chống biến dạng thấp; Một nguyên nhân khác dẫn đến hư hỏng biến dạng dẻo là do lớp đông cứng trên bề mặt khoang khuôn quá mỏng, khả năng chống biến dạng không đủ hoặc nhiệt độ làm việc cao hơn nhiệt độ ủ, dẫn đến mềm chuyển pha và khuôn bị hỏng sớm. .
3) Gãy xương
Nguyên nhân chính gây ra gãy xương là do ứng suất cấu trúc, ứng suất nhiệt hoặc ủ không đủ do chênh lệch cấu trúc và nhiệt độ. Ở nhiệt độ vận hành, austenite dư biến thành martensite, gây ra sự giãn nở thể tích cục bộ và căng thẳng mô bên trong khuôn.
Điều kiện làm việc của khuôn nhựa khác với điều kiện làm việc của khuôn dập nguội, thường yêu cầu vận hành ở nhiệt độ 150 độ -200 độ. Ngoài việc phải chịu áp lực nhất định, chúng còn phải chịu được tác động của nhiệt độ. Cùng một khuôn có thể có nhiều kiểu hư hỏng, thậm chí trên cùng một khuôn cũng có thể xảy ra nhiều hư hỏng. Từ các dạng hư hỏng của khuôn nhựa, có thể thấy rằng việc lựa chọn hợp lý vật liệu khuôn nhựa và xử lý nhiệt là rất quan trọng vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của khuôn. Vì vậy, thép dùng làm khuôn nhựa phải đáp ứng các yêu cầu sau:
1) Hiệu suất chịu nhiệt
Với sự xuất hiện của máy đúc tốc độ cao, tốc độ vận hành của các sản phẩm nhựa đã tăng lên. Do nhiệt độ đúc nằm trong khoảng 200-350 độ, nếu nhựa có khả năng chảy kém và tốc độ đúc nhanh thì nhiệt độ bề mặt của phần đúc của khuôn sẽ vượt quá 400 độ trong một khoảng thời gian rất ngắn. Để đảm bảo độ chính xác và giảm thiểu biến dạng của khuôn trong quá trình sử dụng, thép làm khuôn phải có khả năng chịu nhiệt cao.
2) Chống mài mòn đủ
Với việc mở rộng sử dụng các sản phẩm nhựa, các vật liệu vô cơ như sợi thủy tinh thường được thêm vào nhựa để tăng cường độ dẻo của chúng. Do việc bổ sung các chất phụ gia, khả năng chảy của nhựa bị giảm đi rất nhiều, dẫn đến hao mòn khuôn. Vì vậy cần có khả năng chống mài mòn tốt.
3) Khả năng gia công tuyệt vời
Hầu hết các khuôn đúc nhựa đều yêu cầu sửa chữa cắt và lắp ráp nhất định ngoài gia công phóng điện. Để kéo dài tuổi thọ sử dụng của dụng cụ cắt, quá trình cắt sẽ ít bị cứng hơn. Để tránh biến dạng khuôn ảnh hưởng đến độ chính xác, hy vọng rằng ứng suất dư trong quá trình xử lý có thể được kiểm soát ở mức tối thiểu.
4) Ổn định nhiệt tốt
Hình dạng của các bộ phận khuôn ép nhựa thường phức tạp và khó xử lý sau khi dập tắt, vì vậy nên lựa chọn càng nhiều vật liệu có độ ổn định nhiệt tốt càng tốt.
5) Hiệu suất xử lý gương
Bề mặt của khoang khuôn nhẵn, bề mặt đúc cần được đánh bóng thành bề mặt gương có độ nhám bề mặt nhỏ hơn Ra{0}}.4 μm để đảm bảo hình dáng bên ngoài của các bộ phận ép nhựa và tạo điều kiện thuận lợi tháo khuôn.
6) Hiệu suất xử lý nhiệt
Trong các vụ tai nạn do khuôn bị hỏng, tỷ lệ tai nạn do xử lý nhiệt nói chung là 52,3%, khiến việc xử lý nhiệt trở thành một phần quan trọng trong toàn bộ quá trình sản xuất khuôn. Chất lượng của quá trình xử lý nhiệt có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của khuôn. Nói chung, yêu cầu biến dạng xử lý nhiệt phải nhỏ, phạm vi nhiệt độ làm nguội rộng, độ nhạy quá nhiệt thấp, đặc biệt là độ cứng và độ cứng khi làm nguội cao.
7) Chống ăn mòn
Trong quá trình tạo hình, các khí ăn mòn như HC1, HF có thể thoát ra và bị phân hủy nhiệt tạo ra các khí ăn mòn ăn mòn khuôn. Đôi khi, khuôn có thể bị rỉ sét và hư hỏng ở đường dẫn khí nên đòi hỏi thép khuôn phải có khả năng chống ăn mòn tốt.
4. Thép khuôn nhựa mới
Thông thường, khuôn nhựa được làm bằng thép 45 hoặc thép 40Cr thông thường thông qua quá trình làm nguội và ủ. Khuôn nhựa có yêu cầu độ cứng cao được làm bằng thép như CrWMn hoặc Crl2MoV. Đối với khuôn nhựa có nhiệt độ làm việc cao, có thể chọn thép làm khuôn nóng có độ bền cao. Để đáp ứng các yêu cầu cao hơn về độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt của khoang khuôn nhựa, một loạt thép khuôn mới gần đây đã được phát triển.
1) Thép khuôn nhựa cacbon hóa
Thép khuôn nhựa cacbon hóa chủ yếu được sử dụng để ép đùn nguội các khuôn nhựa phức tạp có khoang. Loại thép này có hàm lượng cacbon thấp và thường được bổ sung thêm nguyên tố Cr, đồng thời bổ sung lượng Ni, Mo, V thích hợp để nâng cao độ cứng và khả năng thấm cacbon. Để thuận tiện cho việc ép đùn nguội, loại thép này phải có độ dẻo cao và khả năng chống biến dạng thấp ở trạng thái ủ, có độ cứng ủ nhỏ hơn hoặc bằng 100HBS. Sau khi tạo hình ép đùn nguội, quá trình xử lý cacbon hóa và tôi luyện được thực hiện và độ cứng bề mặt có thể đạt tới 58-62HRC. Ở nước ngoài có các loại thép chuyên dụng cho loại thép này, chẳng hạn như 8416 của Thụy Điển, P2 và P4 của Hoa Kỳ, v.v. Thép 12CrNi3A và 12Cr2Ni4A, cũng như 20Cr2Ni4A, được sử dụng phổ biến trong nước. Chúng có khả năng chống mài mòn tốt, không bị xẹp hay bong tróc bề mặt và nâng cao tuổi thọ của khuôn. Các nguyên tố Cr, Ni, Mo và V trong thép làm tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn của lớp cacbon hóa cũng như độ bền và độ dẻo dai của lõi.
2) Thép khuôn nhựa cứng trước
Hàm lượng carbon của loại thép này là 0,3% - O,55% và các nguyên tố hợp kim thường được sử dụng bao gồm Cr, Ni, Mn, V, v.v. Để cải thiện khả năng gia công của nó, các nguyên tố như s và ca đã được thêm vào. Một số loại thép khuôn nhựa điển hình Y55CrNiMn MoVS (SMI) đã được phát triển và giới thiệu. SMI là thép khuôn nhựa dễ cắt dòng S do Trung Quốc sản xuất, được đặc trưng bởi độ cứng phân phối được làm cứng trước là 35-40 HRC, khả năng xử lý cắt tốt và không xử lý nhiệt sau khi xử lý, có thể sử dụng trực tiếp. Thêm dung dịch rắn Ni để tăng cường và tăng độ dẻo dai, đồng thời thêm Mn và S để tạo thành MnS pha cắt tự do; Thêm Cr, Mo, V để tăng độ cứng của thép, thép 8Cr2S đủ để dễ dàng cắt thép khuôn chính xác.
3) Thép khuôn nhựa cứng theo thời gian
Đã phát triển thép lão hóa martensitic có hàm lượng coban thấp, không chứa coban và niken thấp, MASI là loại thép lão hóa martensitic điển hình. Sau khi xử lý bằng dung dịch 8150C, độ cứng là 28-32HRC. Sau khi xử lý cơ học và lão hóa ở 4800C, các hợp chất liên kim loại như Ni3Mo và Ni3Ti bị phá vỡ trong quá trình lão hóa, dẫn đến độ cứng 48-52 HRC. Thép có độ bền và độ dẻo dai cao, thay đổi kích thước nhỏ trong quá trình lão hóa và hiệu suất hàn tốt, nhưng đắt tiền và không phổ biến ở Trung Quốc.
4) Thép khuôn nhựa chống ăn mòn
Các sản phẩm nhựa làm từ polyvinyl clorua (PVC) và ABS có chứa nhựa chống cháy làm nguyên liệu thô bị phân hủy và tạo ra khí ăn mòn trong quá trình tạo hình, có thể ăn mòn khuôn. Vì vậy đòi hỏi thép làm khuôn nhựa phải có khả năng chống ăn mòn tốt. Có hai loại thép khuôn chống ăn mòn thường được sử dụng ở nước ngoài: thép không gỉ martensitic và thép không gỉ cứng kết tủa. Có các công ty nước ngoài như STVAX (4Crl3) và A SSAB-8407 từ ASSAB ở Thụy Điển.