Alegerea materialelor pentru matrițe din plastic

1. Condițiile de lucru ale matrițelor din plastic
Datorită dezvoltării industriei materialelor plastice și turnării materialelor plastice, cerințele de calitate pentru matrițele din plastic devin din ce în ce mai ridicate. Prin urmare, problema eșecului și factorii de influență ai matrițelor din plastic au devenit un subiect important de cercetare. Principalele părți de lucru ale matrițelor din plastic sunt piese turnate, cum ar fi matrițe convexe, matrițe concave etc. Ele formează cavitatea matrițelor din plastic pentru a modela diferite suprafețe ale pieselor din plastic și contact direct cu plasticul, rezistând la presiune, temperatură, frecare și coroziune. .
2. Analiza cauzelor de eșec ale materialelor de matriță din plastic
Procesul general de fabricare a matriței include proiectarea matriței, selecția materialului, tratamentul termic, prelucrarea mecanică, depanarea și instalarea. Potrivit sondajului, materialele și tratamentul termic utilizat în matrițe sunt principalii factori care afectează durata de viață a acestora. Din perspectiva managementului calității totale, factorii care afectează durata de viață a matrițelor nu pot fi măsurați ca sumă de polinoame, ci mai degrabă ca produs al mai multor factori. Prin urmare, calitatea materialelor de matriță și a tratamentului termic este deosebit de importantă pe parcursul întregului proces de fabricare a matriței.
Din fenomenul obișnuit al analizei defectării matrițelor, matrițele din plastic pot suferi defecțiuni de uzură, deformare locală și defecțiuni de fractură în timpul serviciului. Modurile de defectare importante ale matrițelor din plastic pot fi împărțite în defecțiune la uzură, deformare plastică locală și defectare a ruperii.
3. Odată cu dezvoltarea rapidă a industriei de producție, matrițele din plastic sunt instrumente indispensabile în prelucrarea turnării plasticului, iar proporția lor în producția totală de matrițe crește de la an la an. Odată cu dezvoltarea și producția continuă de materiale plastice de înaltă performanță, tipurile de produse din plastic cresc, iar utilizările lor se extind. Produsele se dezvoltă către precizie, scară largă și complexitate. Dezvoltarea producției de turnare de mare viteză a dus la condiții de lucru din ce în ce mai complexe pentru matrițe.
1) Uzură și coroziune pe suprafața cavității matriței
Topitura de plastic curge în cavitatea matriței sub o anumită presiune, iar piesele din plastic solidificate ies din matriță, provocând frecare și uzură pe suprafața de turnare a matriței. Motivul fundamental pentru uzura și defectarea matrițelor din plastic este frecarea dintre matriță și material. Dar forma și procesul specific de uzură sunt legate de mulți factori, cum ar fi presiunea, temperatura, viteza de deformare a materialului și starea de lubrifiere a matriței în timpul funcționării. Când materialele și tratamentul termic utilizat în matrițele din plastic sunt nerezonabile, duritatea suprafeței cavității matriței este scăzută și rezistența la uzură este slabă. Aceasta se manifesta prin: abateri dimensionale cauzate de uzura si deformarea suprafetei cavitatii matritei; Valoarea rugozității crește din cauza fuzzing, iar calitatea suprafeței se deteriorează. În special atunci când sunt folosite materiale solide pentru a intra în cavitatea matriței, aceasta va exacerba uzura suprafeței cavității. În plus, prelucrarea plasticului conține clor, fluor și alte componente care se descompun în gaze corozive HC1 și HF atunci când sunt încălzite, provocând coroziune și uzură pe suprafața cavității matriței de plastic, ducând la defecțiune. Dacă există uzură și deteriorare în același timp, provocând deteriorarea acoperirii sau a altor straturi de protecție de pe suprafața cavității matriței, va promova procesul de coroziune. Interacțiunea a două tipuri de daune accelerează coroziunea și deteriorarea uzurii.
2) Eșecul deformarii plastice
Suprafața cavității matriței din plastic sub presiune și căldură poate provoca deformarea plastică și defecțiunea, mai ales atunci când matrițele mici lucrează pe echipamente cu un tonaj mare, acestea sunt mai predispuse la supraîncărcare deformare plastică. Materialele utilizate în matrițele din plastic au rezistență și tenacitate insuficiente și rezistență scăzută la deformare; Un alt motiv pentru eșecul deformarii plastice este că stratul de întărire de pe suprafața cavității matriței este prea subțire, rezistența la deformare este insuficientă sau temperatura de lucru este mai mare decât temperatura de revenire, ceea ce duce la înmuierea transformării de fază și la defecțiunea timpurie a matriței. .
3) Fractură
Cauza principală a fracturii este stresul structural, stresul termic sau revenirea insuficientă din cauza structurii și diferenței de temperatură. La temperatura de funcționare, austenita reziduală se transformă în martensită, determinând expansiunea locală a volumului și stresul tisular în interiorul matriței.
Condițiile de lucru ale matrițelor din plastic sunt diferite de cele ale matrițelor de ștanțare la rece, necesitând în general funcționarea la 150 de grade -200 grade . Pe lângă faptul că sunt supuse unei anumite presiuni, trebuie să reziste și la efectele temperaturii. Aceeași matriță poate avea mai multe moduri de defecțiune și chiar și pe aceeași matriță pot apărea mai multe daune. Din modurile de defecțiune ale matrițelor din plastic, se poate observa că selecția rezonabilă a materialelor de matriță din plastic și tratamentul termic sunt foarte importante, deoarece afectează direct durata de viață a matriței. Deci, oțelul folosit pentru matrițe din plastic ar trebui să îndeplinească următoarele cerințe:
1) Performanță de rezistență la căldură
Odată cu apariția mașinilor de turnare de mare viteză, viteza de operare a produselor din plastic a crescut. Datorită temperaturii de turnare între 200-350 grade , dacă plasticul are o curgere slabă și viteza de turnare este rapidă, temperatura suprafeței părții turnate a matriței va depăși 400 de grade într-o perioadă foarte scurtă de timp. Pentru a asigura acuratețea și deformarea minimă a matriței în timpul utilizării, oțelul matriței trebuie să aibă o rezistență ridicată la căldură.
2) Rezistență suficientă la uzură
Odată cu extinderea utilizării produselor din plastic, materialele anorganice, cum ar fi fibra de sticlă, sunt adesea adăugate materialelor plastice pentru a le spori plasticitatea. Datorită adăugării de aditivi, fluiditatea materialelor plastice este mult redusă, ducând la uzura mucegaiului. Prin urmare, este necesar să aibă o rezistență bună la uzură.
3) Prelucrabilitate excelentă
Majoritatea matrițelor de turnare din plastic necesită anumite reparații de tăiere și montaj, în plus față de prelucrarea cu descărcare electrică. Pentru a prelungi durata de viață a uneltelor de tăiere, există mai puțină întărire prin muncă în timpul procesului de tăiere. Pentru a evita deformarea matriței care afectează precizia, se speră că tensiunile reziduale în timpul procesării pot fi controlate la minimum.
4) Stabilitate termică bună
Forma pieselor de matriță prin injecție din plastic este adesea complexă și dificil de prelucrat după călire, astfel încât materialele cu stabilitate termică bună trebuie selectate cât mai mult posibil.
5) Performanța procesării în oglindă
Suprafața cavității matriței este netedă, iar suprafața de turnare trebuie să fie lustruită într-o suprafață oglindă cu o rugozitate a suprafeței mai mică de Ra0.4 μm pentru a asigura aspectul pieselor de presare din plastic și pentru a facilita demulare.
6) Performanța tratamentului termic
În accidentele de defectare a matriței, proporția accidentelor cauzate de tratamentul termic este în general de 52,3%, făcând tratamentul termic o parte importantă a întregului proces de fabricare a matriței. Calitatea procesului de tratare termică are un impact semnificativ asupra calității matriței. În general, este necesar ca deformarea tratamentului termic să fie mică, intervalul de temperatură de călire să fie larg, sensibilitatea la supraîncălzire să fie scăzută, în special cu duritate ridicată la călire și călire.
7) Rezistenta la coroziune
În timpul procesului de formare, gazele corozive precum HC1 și HF pot fi eliberate și descompuse termic pentru a produce gaze corozive care corodează matrița. Uneori, matrița poate rugini și poate fi deteriorată la canalul de flux de aer, așa că este necesar ca oțelul matriței să aibă o rezistență bună la coroziune.
4. Oțel de turnare din plastic nou
În general, matrițele din plastic sunt realizate din oțel normalizat 45 sau oțel 40Cr prin călire și revenire. Formele din plastic cu cerințe de duritate ridicate sunt realizate din oțel, cum ar fi CrWMn sau Crl2MoV. Pentru matrițe din plastic cu temperaturi ridicate de lucru, se poate alege oțel de matriță pentru prelucrare la cald de înaltă duritate. Pentru a îndeplini cerințele mai mari de precizie dimensională și calitatea suprafeței cavităților matriței din plastic, au fost dezvoltate recent o serie de noi oțeluri pentru matriță.
1) Oțel de matriță din plastic carbonizat
Oțelul de matriță din plastic carbonizat este utilizat în principal pentru turnarea prin extrudare la rece a formelor complexe de plastic cu cavități. Acest tip de oțel are un conținut scăzut de carbon și este adesea adăugat cu elementul Cr, adăugând în același timp cantități adecvate de Ni, Mo și V pentru a îmbunătăți întărirea și capacitatea de cementare. Pentru a facilita turnarea prin extrudare la rece, acest tip de oțel trebuie să aibă plasticitate mare și rezistență scăzută la deformare în stare recoaptă, cu o duritate recoaptă mai mică sau egală cu 100HBS. După formarea prin extrudare la rece, se efectuează un tratament de temperare cu cementare și călire, iar duritatea suprafeței poate atinge 58-62HRC. Există clase de oțel specializate pentru acest tip de oțel în străinătate, cum ar fi 8416 din Suedia, P2 și P4 din Statele Unite etc. Oțelul 12CrNi3A și 12Cr2Ni4A, precum și 20Cr2Ni4A, sunt utilizate în mod obișnuit pe plan intern. Au o rezistență bună la uzură, nu se prăbușește sau nu se decojește și îmbunătățesc durata de viață a matrițelor. Elementele Cr, Ni, Mo și V din oțel măresc duritatea și rezistența la uzură a stratului carburat, precum și rezistența și tenacitatea miezului.
2) Oțel din plastic preîntărit
Conținutul de carbon al acestui tip de oțel este de 0,3% - O,55%, iar elementele de aliere utilizate în mod obișnuit includ Cr, Ni, Mn, V etc. Pentru a-și îmbunătăți prelucrabilitatea, elemente precum s si ca au fost adaugate. Au fost dezvoltate și introduse mai multe oțeluri tipice din plastic, Y55CrNiMn MoVS (SMI). SMI este un oțel de matriță din plastic din seria S fabricat în China, cu tăiere ușoară, caracterizat printr-o duritate de livrare preîntărită de 35-40 HRC, procesabilitate bună la tăiere și fără tratament termic după procesare, care poate fi utilizat direct. Adăugarea de soluție solidă de Ni pentru întărirea și creșterea tenacității și adăugarea de Mn și S pentru a forma o fază de tăiere liberă MnS; Adăugând Cr, Mo și V pentru a crește întăribilitatea oțelului, oțelul 8Cr2S este suficient pentru tăierea ușoară a oțelului de matriță de precizie.
3) Oțel de matriță din plastic cu întărire în timp
Oțel de îmbătrânire martensitic cu conținut scăzut de cobalt, fără cobalt și cu conținut scăzut de nichel, MASI este un oțel de îmbătrânire martensitic tipic. După tratarea cu soluție 8150C, duritatea este 28-32HRC. După procesare mecanică și îmbătrânire la 4800C, compușii intermetalici precum Ni3Mo și Ni3Ti sunt sparți în timpul îmbătrânirii, rezultând o duritate de 48-52 HRC. Oțelul are rezistență și tenacitate ridicate, dimensiuni mici în timpul îmbătrânirii și performanțe bune de sudare, dar este scump și nu foarte popular în China.
4) Oțel din plastic rezistent la coroziune
Produsele din plastic fabricate din clorură de polivinil (PVC) și ABS cu rășină rezistentă la foc ca materie primă se descompun și produc gaze corozive în timpul procesului de formare, care pot coroda matrița. Prin urmare, este necesar ca oțelul din plastic să aibă o rezistență bună la coroziune. Există două tipuri de oțeluri de formare rezistente la coroziune utilizate în mod obișnuit în străinătate: oțel inoxidabil martensitic și oțel inoxidabil cu întărire prin precipitare. Există companii străine precum STVAX (4Crl3) și A SSAB-8407 de la ASSAB în Suedia.