Как выбрать нагревательную плиту для компрессионного формования длинноволокнистых термопластов (LFT)?

прессование крупной автомобильной детали из заготовки горячего термопласта, армированного-волокном-. Как будто прижимаешь горячее абразивное одеяло. Материал течет под огромным давлением, измельчаясь о горячие плиты. Обычная стальная плита изнашивается и теряет плоскостность, создавая различия в толщине детали. Плита должна быть бронированной. При выборе подходящей нагревательной плиты для компрессионного формования длинноволокнистых термопластов учитывайте твердость поверхности, структурную жесткость и термическую однородность, особенно для геометрии глубокой -вытяжки.

Проблема износа: стекловолокно в качестве абразива
Длинноволокнистые термопласты (LFT) обычно содержат 20-50 мас.% стеклянных волокон, а длина волокон находится в диапазоне 6–25 мм. В ходе сжатия расплавленная полимерная матрица перемещает эти твердые заостренные волокна по поверхности плиты под давлением 50–200 бар (5–20 МПа). Волокна представляют собой маленькие скребки, которые медленно удаляют материал с поверхности валика. Через несколько недель или месяцев изготовления на мягкой или необработанной стальной плите появятся царапины, канавки и локальные впадины. Это приводит к неравномерности толщины детали, что приводит к браковке деталей и переделке инструмента.

Поверхностная закалка: первая линия защиты
Лицевая сторона валика – это наковальня, а молот, который никогда не останавливается — это текучий-полимер, наполненный стеклом. Чтобы противостоять этому истиранию, поверхность плиты должна иметь твердость не менее 60 по шкале Роквелла (HRC) или около 700–800 HV.

Выбор основного материала
Корпус плиты обычно изготавливается из высококачественной инструментальной стали, например, AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) или предварительно закаленной AISI 4140. Теплопроводность, обрабатываемость и стабильность размеров этих сталей хороши при обычных температурах формования от 150 до 250 градусов. Но голая сталь не подходит для применения LFT.

Процессы поверхностного упрочнения
Для упрочнения рабочей поверхности пресс-формы для LFT используется одна из трех стандартных процедур:

Твердость (HRC) Глубина обработки Пригодность для LFT
Газовое или плазменное азотирование0,3-0,5 мм 65-70Хорошо для умеренного количества стекла (<=30%)
Твердое хромирование 0,05–0,2 мм 65–70 Хорошо, но может треснуть при высоких точечных нагрузках
Керамическое покрытие PVD (TiN, CrN, AlTiN) 2–5 мкм (0,002–0,005 мм) 80–85 (до 2000–3000 HV) Отлично подходит для сильнонагруженных компаундов (более или равное 40 % стекла)
Азотирование образует диффузионную зону, которая постепенно меняется от твердого слоя компаунда к более мягкой сердцевине, избегая расслоения. Это наиболее экономически эффективная альтернатива для производства средних объемов.

Твердое хромирование обладает высокой износостойкостью, но требует точной подготовки кромок для предотвращения отслаивания при термоциклировании.

Physical Vapour Deposition (PVD) coatings such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) offer the greatest surface hardness (usually >2000 HV) и очень низким коэффициентом трения. Хотя покрытие довольно тонкое (несколько микрон), оно значительно снижает адгезионный износ и царапание волокна. Для наиболее абразивных и плотно набитых стеклом материалов (например, 50% стекла) PVD-покрытие является оптимальным решением.

Структурная жесткость: задняя сторона с оребрением
Для формования LFT плита должна противостоять изгибу и отклонению при высоком давлении формования, которое обычно находится в диапазоне 100-200 бар. Даже небольшая выпуклая или вогнутая деформация (около 0,1 мм) приводит к неоднородной толщине детали с тонкими участками, где давление максимально, и толстыми участками по краям.

Для достижения плоскостности необходимо использовать сильно ребристую заднюю сторону нагревательной плиты (противоположную сторону формующей поверхности). Ребра отлиты или обработаны в виде сетки, которая увеличивает момент сопротивления без увеличения массы. Расстояние между ребрами и их толщина часто оптимизируются с помощью анализа методом конечных элементов (FEA) для определения ожидаемой силы зажима и геометрии формы. Ребристая плита общей толщиной от 50 до 100 мм может иметь прогиб менее 0,05 мм на расстоянии 1 метра при полной нагрузке.

Литье с глубокой вытяжкой: однородность температуры
Предметы LFT с глубокой-вытяжкой, такие как корпуса задних сидений транспортных средств, передние-модули или корпуса аккумуляторов, требуют постоянного потока материала к вертикальным или почти-вертикальным стенам. Если на поверхности валика имеются горячие или холодные зоны, полимер не будет течь равномерно. Более горячие зоны обеспечивают более быстрый поток, а более холодные зоны затвердевают преждевременно и не заполняются полностью.

Нагревательные элементы, которые обычно представляют собой картриджные нагреватели, следует устанавливать как можно ближе к рабочей поверхности, обычно на расстоянии 15-25 мм ниже поверхности. Это уменьшает тепловую задержку и позволяет быстро реагировать на изменения заданного значения температуры. В местах с высокими потерями тепла (например, вблизи краев и в углах глубокой вытяжки) картриджные нагреватели укладываются зигзагом или параллельно с меньшим расстоянием между ними. Укажите несколько отдельных зон нагрева (обычно 3–6 зон на плиту), каждая со своим собственным датчиком температуры (термопарой или термометром сопротивления) и контроллером с замкнутым контуром. Такая зональная структура устраняет потери тепла в различных областях плиты и гарантирует, что во всей области формования, включая полость глубокой вытяжки, поддерживается температура в пределах ±2 градусов от желаемой температуры.

Отделка поверхности детали
Чтобы оптимизировать высвобождение формованной части LFT, поверхность валика должна быть тщательно отполирована (Ra 0,2–0,4 мкм или лучше). Более гладкая поверхность сводит к минимуму сопротивление волокна и образование испорченных остатков полимера. Покрытие повторяет полировку валиков с PVD-покрытием, обеспечивая одновременно износостойкость и простоту снятия.

Критерии выбора компрессионного формования LFT Сводные требованияПредлагаемая спецификация
Основной материал Инструментальная сталь (H13, P20 или 4140)
Твердость поверхности Больше или равна 60HRC (Более или равна 700HV)
Метод закалки Азотирование (0,3-0,5 мм) для<30% glass; PVD TiN/CrN for >30% стекло
Задняя сторона опорной плиты с сильными ребрами, оптимизированная по методу FEA-для прогиба<0.05 mm/m
Картриджные нагреватели 15–25 мм от поверхности, зональное управление (±2 градуса) Нагревательные элементы
Чистота поверхности Полировка до Ra Менее или равна 0,4 микрона
Заключение
Выбор плиты для формования LFT — это война с истиранием и прогибом; Чтобы победить, нужно использовать надежный,-инструмент с хорошей поддержкой и точно равномерным тепловым профилем. Компрессионное формование длинноволокнистых термопластов с нагревательной плитой требует поверхности, способной выдерживать шлифование стеклянных волокон (что достигается путем азотирования, твердого хромирования или керамического покрытия PVD), а также ребристой задней стороны для предотвращения прогиба под высоким давлением. Картриджные нагреватели в отдельных зонах, прилегающих к рабочей поверхности, производят равномерное тепло, необходимое для глубокой-формовки. Чтобы подготовить легкие и высокопрочные автомобильные детали завтрашнего дня, вам нужен инструмент, который не изнашивается, а правильно выбранный стол обеспечивает именно это.