Bendrosios pelėsio medžiagos ir terminio apdorojimo procesai
Gamybos pramonė labai priklauso nuo pelėsių, kad gamtų daugybę produktų, kuriuos naudojame kasdien. Nuo automobilių komponentų iki vartotojos elektronikos, pelėsių kokybė daro tiesioginę įtaką galutinio produkto tikslumui, ilgaamžiškumui ir išvaizdai. Pelėsių medžiagų ir jų terminio apdorojimo procesų supratimas yra labai svarbus inžinieriams, gamintojams ir visiems, dalyvaujantiems gamyboje.
Tinkamų liejimo medžiagų pasirinkimas vaidina pagrindinį vaidmenį nustatant bendrą gamybos operacijų sėkmę, darant įtaką viskam, pradedant gamybos efektyvumu ir baigiant produkto kokybe. Įpurškimo liejimo medžiagos turi būti kruopščiai suderintos su pelėsio medžiagomis, kad būtų užtikrintas optimalus našumas ir ilgaamžiškumas.
Pelėsių medžiagų veiklos reikalavimai
Mechaninės savybės
Pelėsio medžiagos turi turėti išskirtines mechanines savybes, kad atlaikytų reiklus pramoninės gamybos sąlygas. Pagrindiniai reikalavimai apima didelį kietumą, puikų atsparumą dėvėjimui ir pakankamą tvirtumą.
Dirbdama su injekcijų liejimo medžiagomis, pelėsiai turi išlaikyti matmenų stabilumą pakartotiniais įtempių ciklais. Kietumas paprastai svyruoja nuo 48–65 HRC, atsižvelgiant į taikymą, užtikrinant, kad pelėsio paviršius gali atsispirti deformacijai nuo nuolatinio kontakto su tekančiais plastikais ar metalais.
Stiprumas yra dar vienas kritinis veiksnys, nes pelėsiai turi ištverti reikšmingas spaustuko jėgas. Pavyzdžiui, apdorojant aukštą - našumo įpurškimo liejimo medžiagas, ertmės slėgis gali viršyti 1000 barų. Pelėsio medžiaga turi turėti pakankamą gniuždymo stiprumą, kad būtų išvengta plastinės deformacijos tokiomis ekstremaliomis sąlygomis.
Be to, atsparumas nuovargiui yra būtinas, nes per visą jų tarnavimo laiką pelėsiai patiria tūkstančius ar net milijonus ciklų. Tai ypač svarbu dirbant su abrazyvinių injekcijų liejimo medžiagomis, kurios laikui bėgant gali pagreitinti susidėvėjimą.
Šiluminės savybės
Temperatūros valdymas yra svarbiausias pelėsių operacijose. Pelėsio medžiagos turi pasižymėti puikiu šilumos laidumu, kad būtų užtikrintas vienodas temperatūros pasiskirstymas visoje ertmėje. Ši savybė yra ypač svarbi apdorojant temperatūrą - jautrios injekcijos liejimo medžiagos, kurioms reikia tikslios šilumos kontrolės.
Prastas šilumos laidumas gali sukelti karštus taškus, sukeldami tokius defektus kaip deformacija, kriauklių žymės ar neišsamus užpildymas. Šios problemos gali būti paaštrinamos dirbant su tam tikromis įpurškimo liejimo medžiagomis, turinčiomis specifines srauto charakteristikas.
Šiluminio išsiplėtimo koeficientas turi būti atidžiai apsvarstytas, kad būtų išlaikytas matmenų tikslumas per temperatūros pokyčius. Rinkdamiesi injekcijų liejimo medžiagas gamybai, inžinieriai turi užtikrinti, kad pelėsio medžiagos šiluminis išsiplėtimas būtų suderinamas su darbo temperatūra. Medžiagos, turinčios mažą šiluminio išsiplėtimo koeficientą, padeda išlaikyti griežtus tolerancijas net ir temperatūros svyravimų metu, o tai yra labai svarbi nuosekliam gamybos kokybei su įvairiomis injekcijų liejimo medžiagomis.
Cheminės ir paviršiaus savybės
Atsparumas korozijai yra gyvybiškai svarbus, ypač apdorojant chemiškai agresyvias injekcines liejimo medžiagas arba veikia drėgnoje aplinkoje. Kai kurie plastikai perdirbimo metu išskiria ėsdinančias dujas, kurios laikui bėgant gali pabloginti pelėsio paviršių. Pelėsio medžiaga turėtų atsispirti cheminėms atakoms išlaikant paviršiaus apdailą.
Paviršiaus kokybė daro tiesioginę įtaką galutinio produkto išvaizdai. Gebėjimas pasiekti ir išlaikyti aukštą laką yra labai svarbus norint gaminti dalis, turinčias puikų paviršiaus apdailą. Dirbant su skaidriomis injekcijų liejimo medžiagomis, net nedideli paviršiaus trūkumai ant pelėsio gali sukelti matomų gatavos produkto trūkumų.
Medicininėms ar maistui - pažymių taikymui tam tikroms įpurškimo liejimo medžiagoms reikalingos formos, turinčios specifines paviršiaus savybes, kad būtų užtikrinta reguliavimo standartų laikymasis. Pelėsio paviršius neturi reaguoti su liejimo medžiagomis, o prireikus turi būti lengva valyti ir palaikyti sterilumą.
Tipiški pelėsio plienai ir jų klasifikacijos
Pre - sukietėti plienai
Pre - sukietėti plienai, tokie kaip P20 (1.2311) ir 718H, pasižymi puikia mašinų ir našumo balansu. Šie plienai tiekiami esant 28 - 35 HRC, todėl jie yra tinkami vidutiniams - gamybos darbams su įvairiomis liejimo medžiagomis. Pagrindinis pranašumas yra tas, kad jie gali būti apdirbti sukietėjusioje būsenoje, pašalinant terminio apdorojimo poreikį ir sumažinant iškraipymo riziką.
P20 pliene yra maždaug 0,35% anglies, pridedant chromo ir molibdeno, kad padidėtų sukietėjimas. Tai ypač populiaru dideliamįpurškimo liejimo formosProgramos, kuriose kritinis matmenų stabilumas. Medžiaga siūlo gerą šlifavimą ir gali būti toliau paviršius -, apdorota siekiant pagerinti atsparumą dilimui apdorojant abrazyvinės injekcijos liejimo medžiagas.
718H yra modifikuota P20 versija, turinti didesnį nikelio kiekį, užtikrinantį geresnį tvirtumą ir šlifavimą. Tai daro puikų pasirinkimą formoms, gaminančioms dalis, turinčias didelius kosmetikos reikalavimus, naudojant įvairias įpurškimo liejimo medžiagas. Medžiagos vienodas kietumas visoje jos skyriuje leidžia pastoviai našumą net dideliuose pelėsių blokuose.
Pasirinkus iš šių pre - sukietėjusių plienų, skirtų specifinėms įpurškimo liejimo medžiagoms, reikėtų atsižvelgti į tokius veiksnius kaip gamybos tūris, dalinių sudėtingumo ir paviršiaus apdailos reikalavimai. Pavyzdžiui, dirbant su injekcinėmis liejimo medžiagomis, kurioms reikalingas aukštesnis pelėsio lakas, arba gaminant dalis su sudėtingomis detalėmis, gali būti teikiama pirmenybė 718H.
Per - grūdinančius plienas
Per - grūdinančius plienus, tokius kaip H13 (1.2344) ir D2 (1.2379), yra teikiami aukštai - tūrio gamybai ir reikalaujančioms programoms. H13, karštas - darbo įrankio plienas, išsiskiria į aukštesnę temperatūrą ir šiluminį ciklą. Kai apdorojant inžineriją - laipsnio įpurškimo liejimo medžiagos, kurioms reikalinga aukšta pelėsių temperatūra, H13 puikus karšto kietumo ir šiluminio nuovargio atsparumas daro jį idealiu pasirinkimu.
D2, aukštas - anglies, aukštas - chromo šaltis - darbo plienas, siūlo išskirtinį atsparumą susidėvėjimui, o kietumas siekia 58 - 62 HRC po terminio apdorojimo. Tai ypač tinka formoms, apdorojančioms stiklo užpildytus liejimo medžiagas ar kitus abrazyvinius junginius. Didelis chromo kiekis (maždaug 12%) suteikia gerą atsparumą korozijai, prailgindamas pelėsio tarnavimo laiką sudėtingoje aplinkoje.
Šiems plienams reikia kruopštaus terminio apdorojimo, kad būtų pasiektas visas jų potencialas. Per - sukietėjimo procesą užtikrinamos vienodos savybės visame kryžiuje - skyriuje, todėl jos yra tinkamos didelėms formoms, kuriose reikia pastovaus našumo. Sujungus su tinkamomis liejimo medžiagomis, per - grūdinančius plienus gali užtikrinti tarnavimo laiką, išmatuotą milijonais ciklų.
Taikant tam tikras injekcijų liejimo medžiagas, miltelių metalurgijos įrankių plienai, tokie kaip ASP-60, siūlo puikų atsparumą dilimui, išlaikant būtiną tvirtumą. Šios patobulintos medžiagos atspindi tradicinio grūdinto plieno atnaujinimą ir yra ypač tinkamos sunkiausiems įpurškimo liejimo programoms.
Nerūdijantis plienas
Nerūdijančio pelėsio plienai, tokie kaip 420 (1.2083) ir 420ESR, sujungia atsparumą korozijai su tinkamu kietumu liejimo pritaikymui. Šios medžiagos yra būtinos apdorojant PVC ar kitas įpurškimo liejimo medžiagas, kurios išskiria ėsdinančius šalutinius produktus. Chromo kiekis, viršijantis 13%, užtikrina puikų atsparumą korozijai, išlaikant 50–54 HRC kietumą.
„420ESR“ variantas, pagamintas per „Electroslag“ perdarymą, siūlo puikų švarą ir vienodumą. Tai lemia geresnį šlifavimą, todėl jis idealiai tinka optiniam - kokybiškoms dalims arba medicininiams prietaisams, kuriuose kritinis paviršiaus apdaila. Apskaičiuojantinjekcijos liejimo pelėsio kaina, didesnės pradinės investicijos į nerūdijantį plieną dažnai moka dividendus per ilgesnį aptarnavimo laiką ir sumažintą priežiūrą.
Labai ėsdinančiai aplinkai arba apdorojant ypač reaktyvias įpurškimo liejimo medžiagas, gali būti nurodyti aukštesni - legiruoti nerūdijantys plienai, tokie kaip 316. Šios medžiagos padidina atsparumą korozijai, tačiau paprastai mažesnio kietumo ir padidintų išlaidų sąskaita.
Dėl atsparumo korozijai ir priimtino kietumo nerūdijantis plienas tampa universaliu pasirinkimu daugeliui specializuotų programų. Dirbdami su injekcinėmis liejimo medžiagomis, kurios kitaip skaidytų standartinius įrankių plienelius, nerūdijančio plieno formos suteikia patikimą, ilgą - ilgalaikį tirpalą, palaikantį dalį kokybės visuose išplėstiniuose gamybos etapuose.
Pelėsių plienų terminio apdorojimo procesai
Tikslus terminis apdorojimas
Pelėsio veikimo pagrindas yra tinkamas terminis apdorojimas, optimizuojant medžiagų savybes konkrečioms reikmėms ir liejimo medžiagoms.
Atkaitinimo procesai
Atkaitinimas yra esminis ruošiant pelėsio plieną apdirbti ir palengvinti vidinius įtempius. Visas atkaitinimas apima plieno kaitinimą virš jo viršutinės kritinės temperatūros (paprastai 830–870 laipsnių daugumai įrankių plieno), po to lėtai aušinant krosnyje. Šis procesas sukuria minkštą, mechaninę struktūrą, idealiai tinkančią sudėtingam ertmės apdirbimui.
Atkaitinimas stresu, atliktas žemesnėje temperatūroje (550–650 laipsnių), pašalina likusius įtempius nuo apdirbimo, nedarant reikšmingos įtakos kietumui. Šis procesas yra labai svarbus po grubaus apdirbimo ir prieš apdirbant apdirbimą, kad būtų išvengta iškraipymų. Dirbant su brangiomis liejimo medžiagomis, matmenų tikslumas yra svarbiausia, todėl streso reljefas tampa svarbiu žingsniu.
Remiantis tyrimais, paskelbtais Tarptautiniame pažengusiųjų gamybos technologijos žurnale, „tinkamas streso mažinimo atkaitinimas gali sumažinti matmenų pokyčius vėlesnio terminio apdorojimo metu iki 70%, žymiai pagerindamas galutinių pelėsių matmenų nuspėjamumą. Tai ypač labai svarbu daugialypėms -} ertmių formoms, kai nuoseklumas tarp ertmių tiesiogiai paveikia kokybę ir sumažina bendrąsias gamybos išlaidas“ (Zhang ir kt. https://doi.org/). Ši išvada pabrėžia tinkamų terminio apdorojimo žingsnių įtraukimo į pelėsių gamybos procesą svarbą.
Grūdinimas ir gesinimas
Kietėjimo procesas paverčia plieno mikrostruktūrą, kad pasiektų norimas mechanines savybes. Daugeliui įrankių plieno tai apima kaitinimą iki austenitizuojančios temperatūros (paprastai 980–1050 laipsnių), laikant pakankamai laiko, kad būtų užtikrinta vienoda temperatūra ir baigtųsi austenito susidarymo, tada greitai atvėsinant.
Medijos atrankos numalšinimas daro didelę įtaką galutinėms savybėms ir iškraipymams. Alyvos gesinimas suteikia gerą pusiausvyrą tarp aušinimo greičio ir iškraipymo kontrolės, todėl jis tinka sudėtingoms pelėsių geometrijoms. Apdorojant aukštą - našumo įpurškimo liejimo medžiagas, kurioms reikalingi tikslūs tolerancijos, vakuuminis sukietėjimas dujų gesinimo metu suteikia puikų matmenų valdymą ir paviršiaus kokybę.
Šildymo greitis turi būti kruopščiai kontroliuojamas, kad būtų išvengta šiluminio smūgio, ypač didelėms formoms. Įkaitinimas etapais (pvz., 650 laipsnių, tada 850 laipsnių, pagaliau iki austenitizuojančios temperatūros) padeda užtikrinti vienodą kaitinimą ir sumažina įtrūkimo riziką.
Šiuolaikinės vakuuminės krosnys su keliomis zonomis užtikrina tikslią temperatūros kontrolę, būtiną norint pasiekti nuoseklius rezultatus visoje pelėsyje. Šis kontrolės lygis yra ypač svarbus, kai pelėsis bus naudojamas su aukštais - našumo įpurškimo liejimo medžiagomis, kurios patiria dideles pelėsio mechaninės savybes.
Grūdinimo operacijos
Grūdinimas seka sukietėjimu, kad sumažintų trapumą išlaikant tinkamą kietumą. Procesas apima sukietėjusio plieno pašildymą iki 150–650 laipsnių temperatūros, atsižvelgiant į norimą galutinį kietumą ir kietumo pusiausvyrą. Pelėsių apdorojimo standartinėms liejimo medžiagoms apdorojant, dvigubas grūdinimas esant 550–600 laipsniams, paprastai suteikia optimalias savybes.
Grūdinimo temperatūra daro tiesioginę įtaką galutiniam kietumui ir tvirtumui. Žemesnė temperatūra (150–250 laipsnių) palaiko maksimalų kietumą, tačiau ribotas kietumas, tinkamas formoms, kurioms reikalingas didelis atsparumas susidėvėjimui. Aukštesnė temperatūra (500–600 laipsnių) suteikia geresnį tvirtumą esant šiek tiek sumažėjusiam kietumui, idealiai tinka pelėstoms, kurioms taikoma įtaka apkrovai ar šiluminis ciklas, kai apdorojant inžinerines injekcijų liejimo medžiagas.
Keli grūdinimo ciklai užtikrina visišką išsaugoto austenito ir streso palengvinimo transformaciją. Standartinė praktika apima du ar tris grūdinimo ciklus, kurių kiekvienas trunka 2–4 valandas, o kambario temperatūra vėsina iki ciklų. Šis požiūris maksimaliai padidina matmenų stabilumą, labai svarbų palaikant griežtus tolerantus per visą pelėsio tarnavimo laiką, ypač dirbant su injekcijų liejimo medžiagomis, kurioms reikalingi tikslūs dalies matmenys.
Paviršiaus apdorojimo technologijos
Paviršiaus apdorojimas pagerina specifines savybes, nepaveikdamas pagrindinių medžiagų charakteristikų, prailgindama pelėsio tarnavimo laiką ir gerinant našumą įvairiomis įpurškimo liejimo medžiagomis.
Nitridavimas
Nitrizavimas sukuria kietą, dėvėtą - atsparų paviršiaus sluoksnį (iki 1000 HV), išlaikant pagrindinį tvirtumą. Dujų nitrizavimas esant 500–550 laipsniui 24–96 valandas, susidaro sudėtinis sluoksnis, idealus formoms, apdorojančioms abrazyvinių įpurškimo liejimo medžiagas.
Nitridinimas plazmoje siūlo tikslesnę proceso kontrolę, leidžiančią selektyviai valdyti konkrečias sritis. Ši technika sukuria sunkesnį, vienodesnį paviršiaus sluoksnį su minimaliais iškraipymais.
Dėl santykinai žemos apdorojimo temperatūros nitridinimas tinka formoms, kurios jau buvo termiškai apdorotos ir baigtos, nes tai nepakenkia matmenų tikslumui.
PVD dangos
Fizinio garų nusėdimo (PVD) dangos, tokios kaip alavo, tialn ir CRN, suteikia išskirtinį atsparumą dilimui ir sumažėjusią trintį. Šios dangos, paprastai 2–5 mikrometrų storio, gali prailginti pelėsio tarnavimo laiką 300–500%, kai apdorojant sudėtingas įpurškimo liejimo medžiagas.
Žemos nusėdimo temperatūra (žemesnė nei 500 laipsnių) apsaugo nuo iškraipymų, todėl PVD yra tinkama gatavoms formoms. „Tialn“ dangos puikiai tinka aukštai - temperatūrai, todėl jos yra idealios formoms, apdorojant aukštą - našumo inžinerijos įpurškimo liejimo medžiagas.
PVD dangos taip pat pagerina išsiskyrimo savybes, sumažindamos pelėsių atpalaidavimo agentų poreikį ir pagerina dalies kokybę, naudojant lipnias įpurškimo liejimo medžiagas.
Chromo danga
Chromo padavimas išlieka populiarus dėl atsparumo nusidėvėjimo, apsaugos nuo korozijos ir puikių išsiskyrimo savybių. Kietas chromo danga (10-50 mikrometrų storis) yra ypač efektyvus formoms, apdorojant lipnias įpurškimo liejimo medžiagas, tokias kaip TPE ar PVC.
Lygus, ne - porėtas paviršius sumažina medžiagos sukibimą ir palengvina dalių išmetimą. „Chrome“ dengimas taip pat gali būti šlifuotas iki veidrodinio apdailos, todėl jis tinka formoms, gaminančioms dalis, turinčias didelius kosmetikos reikalavimus.
Nors „Chrome“ pritaikymui reikalingas tinkamas aplinkos kontrolė, naudojant naudojimą, ir gali prireikti periodinio pakartotinio pakartotinio pakartotinio pakartotinio pakartotinio pakartojimo po ilgesnio naudojimo su abrazyvinės įpurškimo liejimo medžiagomis.
"Pažangios paviršiaus procedūros sukėlė revoliuciją pelėsių veikimą. Tinkamai pritaikytos PVD dangos rodo puikius rezultatus, kai reikia išplėsti įrankio tarnavimo laiką apdorojant stiklą - užpildytus ir kitas abrazyvių įpurškimo liejimo medžiagas. Aukšto kietumo ir mažos trinties koeficientų derinys mažina dilimo mechanizmus, išlaikant dalies kokybę visose išplėstiniuose gamybos etapuose."
- Tarptautinis medžiagų inžinerijos ir technologijos žurnalas, 2022 https://doi.org/ijmet.2022.
Išplėstiniai pelėsių medžiagų pasirinkimo aspektai
Kaina - naudos analizė
Vertinant injekcijų liejimo pelėsio kainą, medžiagų pasirinkimas daro didelę įtaką pradinėms investicijoms ir ilgoms - terminams eksploatavimo išlaidoms. Nors „Premium“ plienai, tokie kaip H13 ar nerūdijantys klasės, nurodo aukštesnes kainas, jų prailgintas aptarnavimo laikas ir sumažintos priežiūros reikalavimai dažnai pateisina investicijas į aukštą - tūrio gamybą.
Bendros nuosavybės išlaidos apima medžiagų sąnaudas, apdirbimo sudėtingumą, terminio apdorojimo reikalavimus ir numatomus priežiūros intervalus. Pre - sukietėję plienai gali sumažinti pradines sąnaudas, pašalindami po - apdirbimo terminį apdorojimą, tačiau apdorojant abrazyvinių injekcijų liejimo medžiagas, gali reikėti dažniau pakeisti.
Ir atvirkščiai, per - grūdinančius plienas apima didesnes apdorojimo išlaidas, tačiau siūlo puikų ilgaamžiškumą. Specializuotoms programoms, turinčioms unikalių injekcijų liejimo medžiagų, didesnes išankstines aukščiausios kokybės medžiagų ir procedūrų išlaidas dažnai kompensuoja geresnis našumas ir sumažėja prastovos.
Taikymas - konkretūs reikalavimai
Skirtingos injekcijos liejimo medžiagos kelia įvairius pelėsių medžiagų poreikius. Pavyzdžiui, stiklui - užpildyti polimerai reikalauja išskirtinio atsparumo nusidėvėjimui, todėl būtina aukšta - kietumo plienais, tokiais kaip D2 ar miltelių metalurgijos rūšys. Priešingai, neužpildytos prekių plastikai gali gerai veikti naudojant standartinį P20 plieną, optimizuodama kainą - efektyvumą.
Temperatūros reikalavimai labai skiriasi įvairiose liejimo medžiagose. Nors standartinei termoplastikai paprastai reikalauja 20 - 80 laipsnių pelėsių temperatūros, inžinerinė plastikai, pavyzdžiui, PEEK, gali reikalauti, kad temperatūra būtų virš 200 laipsnių. Tam reikia karšto darbo įrankio plienų, turinčių puikų karštą kietumą ir šiluminį stabilumą.
Gamybos apimtis daro tiesioginę įtaką medžiagų atrankos strategijai. Prototipui arba žemai - tūrio gamybai (mažesnės nei 10 000 dalių), aliuminio arba pre - sukietėjusio plieno siūlo greitą posūkio ir mažesnes pradines išlaidas. Aukštas - tūrio gamyba (milijonai dalių) pateisina investicijas į aukščiausios kokybės įrankių plienus su sudėtingesniais paviršiaus procedūromis, kad būtų sumažintas prastovos laikas ir išlaikyta nuosekli kokybė.
Kokybės kontrolė ir patvirtinimas
Atliekant griežtą kokybės kontrolę visame terminio apdorojimo procese, užtikrinamas nuoseklus pelėsio našumas. Kietumo tyrimai keliose vietose patikrina vienodą gydymą, o metalografinis tyrimas patvirtina tinkamą mikrostruktūrą. Apdorojant kritines įpurškimo liejimo medžiagas medicininėms ar kosmoso vietoms pritaikyti, visapusiška dokumentacija ir atsekamumas tampa privalomi.
Non - destruktyvūs bandymo metodai, tokie kaip ultragarsinis patikrinimas, nustatykite vidinius defektus prieš jiems pakenkdami pelėsių vientisumui. Matmenų patikrinimas po terminio apdorojimo patvirtina, kad iškraipymai išlieka priimtinų ribų. Sudėtingoms formoms, apdorojantiems kelių įpurškimo liejinių medžiagų apdorojimą, išsamių terminio apdorojimo įrašų palaikymas leidžia proceso optimizavimui ir trikčių šalinimui.
Statistinio proceso kontrolės (SPC) metodai gali būti taikomi terminio apdorojimo operacijoms, kad būtų galima stebėti pagrindinius parametrus ir užtikrinti nuoseklumą. Tai ypač svarbu gaminant formas, skirtas aukštam - tūrio pritaikymui, kai nedideli variantai gali sukelti didelių kokybės problemų, kai jie suporuoti su jautriomis injekcijų liejimo medžiagomis.