การเลือกใช้วัสดุสำหรับแม่พิมพ์พลาสติก

1. สภาพการทำงานของแม่พิมพ์พลาสติก
เนื่องจากการพัฒนาของอุตสาหกรรมพลาสติกและแม่พิมพ์พลาสติก ข้อกำหนดด้านคุณภาพสำหรับแม่พิมพ์พลาสติกจึงสูงขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นปัญหาความล้มเหลวและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อแม่พิมพ์พลาสติกจึงกลายเป็นหัวข้อวิจัยที่สำคัญ ชิ้นส่วนทำงานหลักของแม่พิมพ์พลาสติกคือชิ้นส่วนที่ขึ้นรูป เช่น แม่พิมพ์นูน แม่พิมพ์เว้า ฯลฯ ขึ้นรูปเป็นโพรงของแม่พิมพ์พลาสติกเพื่อสร้างรูปร่างพื้นผิวต่างๆ ของชิ้นส่วนพลาสติก และสัมผัสกับพลาสติกโดยตรง ทนทานต่อแรงกด อุณหภูมิ แรงเสียดทาน และการกัดกร่อน .
2. การวิเคราะห์สาเหตุความล้มเหลวของวัสดุแม่พิมพ์พลาสติก
กระบวนการผลิตแม่พิมพ์ทั่วไปประกอบด้วยการออกแบบแม่พิมพ์ การเลือกวัสดุ การอบชุบ การประมวลผลทางกล การแก้จุดบกพร่อง และการติดตั้ง จากการสำรวจ วัสดุและการบำบัดความร้อนที่ใช้ในแม่พิมพ์เป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่ออายุการใช้งาน จากมุมมองของการจัดการคุณภาพโดยรวม ปัจจัยที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์ไม่สามารถวัดเป็นผลรวมของพหุนามได้ แต่เป็นผลคูณของปัจจัยหลายประการ ดังนั้นคุณภาพของวัสดุแม่พิมพ์และการบำบัดความร้อนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งตลอดกระบวนการผลิตแม่พิมพ์ทั้งหมด
จากปรากฏการณ์ทั่วไปของการวิเคราะห์ความล้มเหลวของแม่พิมพ์ แม่พิมพ์พลาสติกอาจประสบกับความล้มเหลวจากการสึกหรอ ความล้มเหลวในการเสียรูปเฉพาะที่ และความล้มเหลวในการแตกหักระหว่างการบริการ โหมดความล้มเหลวที่สำคัญของแม่พิมพ์พลาสติกสามารถแบ่งออกเป็นความล้มเหลวจากการสึกหรอ ความล้มเหลวในการเปลี่ยนรูปพลาสติกในท้องถิ่น และความล้มเหลวในการแตกหัก
3. ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมการผลิต แม่พิมพ์พลาสติกเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในการแปรรูปแม่พิมพ์พลาสติก และสัดส่วนของการผลิตแม่พิมพ์ทั้งหมดก็เพิ่มขึ้นทุกปี ด้วยการพัฒนาและการผลิตพลาสติกประสิทธิภาพสูงอย่างต่อเนื่อง ประเภทของผลิตภัณฑ์พลาสติกจึงเพิ่มขึ้นและการใช้งานก็ขยายตัวมากขึ้น ผลิตภัณฑ์กำลังพัฒนาไปสู่ความแม่นยำ ขนาดใหญ่ และซับซ้อน การพัฒนาการผลิตแม่พิมพ์ด้วยความเร็วสูงส่งผลให้สภาพการทำงานของแม่พิมพ์มีความซับซ้อนมากขึ้น
1) การสึกหรอและการกัดกร่อนบนพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์
พลาสติกหลอมละลายจะไหลเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ภายใต้ความกดดัน และชิ้นส่วนพลาสติกที่แข็งตัวจะออกมาจากแม่พิมพ์ ทำให้เกิดการเสียดสีและการสึกหรอบนพื้นผิวการขึ้นรูปของแม่พิมพ์ สาเหตุพื้นฐานสำหรับการสึกหรอและความล้มเหลวของแม่พิมพ์พลาสติกคือการเสียดสีระหว่างแม่พิมพ์กับวัสดุ แต่รูปแบบและกระบวนการสึกหรอที่เฉพาะเจาะจงนั้นเกี่ยวข้องกับหลายปัจจัย เช่น ความดัน อุณหภูมิ ความเร็วการเปลี่ยนรูปของวัสดุ และสภาพการหล่อลื่นของแม่พิมพ์ระหว่างการทำงาน เมื่อวัสดุและการรักษาความร้อนที่ใช้ในแม่พิมพ์พลาสติกไม่สมเหตุสมผล ความแข็งผิวของโพรงแม่พิมพ์จะต่ำและความต้านทานการสึกหรอไม่ดี สิ่งนี้แสดงให้เห็นเป็น: การเบี่ยงเบนมิติที่เกิดจากการสึกหรอและการเสียรูปของพื้นผิวโพรงแม่พิมพ์; ค่าความหยาบเพิ่มขึ้นเนื่องจากการฟัซซิ่ง และคุณภาพพื้นผิวลดลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้วัสดุแข็งเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ จะทำให้การสึกหรอของพื้นผิวโพรงรุนแรงขึ้น นอกจากนี้ การแปรรูปพลาสติกยังประกอบด้วยคลอรีน ฟลูออรีน และส่วนประกอบอื่นๆ ที่สลายตัวเป็นก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน HC1 และ HF เมื่อถูกความร้อน ทำให้เกิดการกัดกร่อนและการสึกหรอบนพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์พลาสติก นำไปสู่ความล้มเหลว หากมีความเสียหายจากการสึกหรอในเวลาเดียวกัน ทำให้เกิดความเสียหายต่อการเคลือบหรือชั้นป้องกันอื่น ๆ บนพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์ มันจะส่งเสริมกระบวนการกัดกร่อน อันตรกิริยาของความเสียหายสองประเภทจะเร่งให้เกิดการกัดกร่อนและการสึกหรอ
2) ความล้มเหลวในการเสียรูปพลาสติก
พื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์พลาสติกภายใต้ความดันและความร้อนอาจทำให้เกิดการเสียรูปและความล้มเหลวของพลาสติกได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแม่พิมพ์ขนาดเล็กทำงานกับอุปกรณ์ที่มีน้ำหนักมาก แม่พิมพ์เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูปพลาสติกมากเกินไป วัสดุที่ใช้ในแม่พิมพ์พลาสติกมีความแข็งแรงและความเหนียวไม่เพียงพอ และมีความต้านทานการเสียรูปต่ำ อีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดความล้มเหลวในการเสียรูปพลาสติกก็คือชั้นแข็งบนพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์บางเกินไป ความต้านทานการเสียรูปไม่เพียงพอ หรืออุณหภูมิในการทำงานสูงกว่าอุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทา ส่งผลให้การเปลี่ยนแปลงเฟสอ่อนตัวลงและความล้มเหลวของแม่พิมพ์ตั้งแต่เนิ่นๆ .
3) การแตกหัก
สาเหตุหลักของการแตกหักคือความเค้นของโครงสร้าง ความเครียดจากความร้อน หรือการแบ่งเบาบรรเทาไม่เพียงพอเนื่องจากความแตกต่างของโครงสร้างและอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิใช้งาน ออสเทนไนต์ที่ตกค้างจะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์ ทำให้เกิดการขยายตัวของปริมาตรเฉพาะจุดและความเครียดของเนื้อเยื่อภายในแม่พิมพ์
สภาพการทำงานของแม่พิมพ์พลาสติกแตกต่างจากแม่พิมพ์ปั๊มเย็น โดยทั่วไปต้องดำเนินการที่ 150 องศา -200 องศา นอกจากจะต้องทนแรงกดดันบางอย่างแล้ว พวกเขายังต้องทนต่อผลกระทบของอุณหภูมิอีกด้วย แม่พิมพ์เดียวกันสามารถมีโหมดความล้มเหลวได้หลายโหมด และแม้แต่ในแม่พิมพ์เดียวกัน ก็อาจเกิดความเสียหายได้หลายอย่าง จากรูปแบบความล้มเหลวของแม่พิมพ์พลาสติก จะเห็นได้ว่าการเลือกวัสดุแม่พิมพ์พลาสติกและการอบชุบด้วยความร้อนอย่างเหมาะสมมีความสำคัญมาก เนื่องจากส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์ ดังนั้นเหล็กที่ใช้สำหรับแม่พิมพ์พลาสติกควรเป็นไปตามข้อกำหนดดังต่อไปนี้:
1) ประสิทธิภาพการต้านทานความร้อน
ด้วยการเกิดขึ้นของเครื่องจักรขึ้นรูปความเร็วสูง ความเร็วในการทำงานของผลิตภัณฑ์พลาสติกจึงเพิ่มขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิการขึ้นรูปอยู่ระหว่าง 200-350 องศา ถ้าพลาสติกมีการไหลไม่ดีและความเร็วในการขึ้นรูปเร็ว อุณหภูมิพื้นผิวของส่วนที่ขึ้นรูปของแม่พิมพ์จะเกิน 400 องศาในระยะเวลาอันสั้นมาก เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำและการเสียรูปของแม่พิมพ์น้อยที่สุดระหว่างการใช้งาน เหล็กแม่พิมพ์ควรมีความต้านทานความร้อนสูง
2) ความต้านทานการสึกหรอเพียงพอ
ด้วยการขยายการใช้ผลิตภัณฑ์พลาสติก วัสดุอนินทรีย์ เช่น ใยแก้ว มักถูกเติมลงในพลาสติกเพื่อเพิ่มความเป็นพลาสติก เนื่องจากการเติมสารเติมแต่ง ความสามารถในการไหลของพลาสติกจึงลดลงอย่างมาก ส่งผลให้แม่พิมพ์สึกหรอ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีความต้านทานต่อการสึกหรอที่ดี
3) ความสามารถในการแปรรูปที่ดีเยี่ยม
แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกส่วนใหญ่จำเป็นต้องมีการตัดและซ่อมแซมช่างประกอบเพิ่มเติม นอกเหนือจากการตัดเฉือนด้วยการปล่อยกระแสไฟฟ้า เพื่อยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือตัด งานชุบแข็งน้อยลงในระหว่างกระบวนการตัด เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูปของแม่พิมพ์ที่ส่งผลต่อความแม่นยำ เราหวังว่าจะสามารถควบคุมความเค้นตกค้างระหว่างการประมวลผลให้น้อยที่สุดได้
4) เสถียรภาพทางความร้อนที่ดี
รูปร่างของชิ้นส่วนแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกมักจะซับซ้อนและยากต่อการประมวลผลหลังจากการชุบแข็ง ดังนั้นควรเลือกวัสดุที่มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีให้มากที่สุด
5) ประสิทธิภาพการประมวลผลกระจก
พื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์นั้นเรียบ และพื้นผิวการขึ้นรูปจะต้องได้รับการขัดให้เป็นพื้นผิวกระจกที่มีความหยาบของพื้นผิวน้อยกว่า Ra0.4 μ m เพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนพลาสติกจะมีลักษณะที่ปรากฏและอำนวยความสะดวก การรื้อถอน
6) ประสิทธิภาพการรักษาความร้อน
ในอุบัติเหตุแม่พิมพ์ล้มเหลว สัดส่วนของอุบัติเหตุที่เกิดจากการบำบัดความร้อนโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 52.3% ทำให้การรักษาความร้อนเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการผลิตแม่พิมพ์ทั้งหมด คุณภาพของกระบวนการบำบัดความร้อนมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของแม่พิมพ์ โดยทั่วไป การเปลี่ยนรูปการรักษาความร้อนจะต้องมีน้อย ช่วงอุณหภูมิในการดับจะกว้าง ความไวต่อความร้อนสูงเกินไปจะต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีความแข็งในการชุบแข็งและความสามารถในการชุบแข็งสูง
7) ความต้านทานการกัดกร่อน
ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น HC1 และ HF อาจถูกปล่อยออกมาและสลายตัวด้วยความร้อนเพื่อผลิตก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่กัดกร่อนแม่พิมพ์ บางครั้งแม่พิมพ์อาจขึ้นสนิมและเสียหายที่ช่องลม ดังนั้นเหล็กแม่พิมพ์จึงต้องมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี
4. เหล็กแม่พิมพ์พลาสติกใหม่
โดยทั่วไป แม่พิมพ์พลาสติกทำจากเหล็ก 45 ปกติหรือเหล็ก 40Cr ผ่านการชุบแข็งและการอบคืนตัว แม่พิมพ์พลาสติกที่ต้องการความแข็งสูงทำจากเหล็ก เช่น CrWMn หรือ Crl2MoV สำหรับแม่พิมพ์พลาสติกที่มีอุณหภูมิการทำงานสูง สามารถเลือกเหล็กแม่พิมพ์งานร้อนที่มีความเหนียวสูงได้ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับความแม่นยำของขนาดและคุณภาพพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์พลาสติก จึงได้มีการพัฒนาชุดเหล็กแม่พิมพ์ใหม่ชุดหนึ่ง
1) เหล็กแม่พิมพ์พลาสติกคาร์บอน
เหล็กแม่พิมพ์พลาสติกคาร์บอนไนซ์ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการขึ้นรูปแบบอัดขึ้นรูปเย็นของแม่พิมพ์พลาสติกที่ซับซ้อนที่มีโพรง เหล็กประเภทนี้มีปริมาณคาร์บอนต่ำ และมักเติมธาตุ Cr ขณะเดียวกันก็เติม Ni, Mo และ V ในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็งและความสามารถในการคาร์บูไรซิ่ง เพื่ออำนวยความสะดวกในการขึ้นรูปแบบอัดขึ้นรูปเย็น เหล็กประเภทนี้จะต้องมีความเป็นพลาสติกสูงและทนต่อการเสียรูปต่ำในสถานะอบอ่อน โดยมีความแข็งอบอ่อนน้อยกว่าหรือเท่ากับ 100HBS หลังจากการอัดขึ้นรูปเย็น การบำบัดด้วยคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็งจะดำเนินการ และความแข็งของพื้นผิวสามารถเข้าถึง 58-62HRC มีเกรดเหล็กเฉพาะสำหรับเหล็กประเภทนี้ในต่างประเทศ เช่น 8416 จากสวีเดน, P2 และ P4 จากสหรัฐอเมริกา เป็นต้น เหล็ก 12CrNi3A และ 12Cr2Ni4A รวมถึง 20Cr2Ni4A ที่นิยมใช้ในประเทศ มีความทนทานต่อการสึกหรอได้ดี ไม่มีการยุบตัวหรือหลุดลอกของพื้นผิว และปรับปรุงอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ องค์ประกอบ Cr, Ni, Mo และ V ในเหล็กจะเพิ่มความแข็งและความต้านทานการสึกหรอของชั้นคาร์บูไรซ์ รวมถึงความแข็งแรงและความเหนียวของแกน
2) เหล็กแม่พิมพ์พลาสติกชุบแข็งก่อน
ปริมาณคาร์บอนของเหล็กประเภทนี้คือ 0.3% - O.55% และองค์ประกอบโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ Cr, Ni, Mn, V เป็นต้น เพื่อปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูป องค์ประกอบต่างๆ เช่น s และ ca ถูกเพิ่มเข้าไป เหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติกทั่วไปหลายชนิด Y55CrNiMn MoVS (SMI) ได้รับการพัฒนาและเปิดตัว SMI เป็นเหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติกที่ตัดง่ายซีรีส์ S ที่ผลิตในจีน โดดเด่นด้วยความแข็งในการส่งมอบก่อนชุบแข็งที่ 35-40 HRC มีความสามารถในการตัดได้ดี และไม่มีการอบชุบด้วยความร้อนหลังการแปรรูป ซึ่งสามารถใช้ได้โดยตรง การเพิ่มสารละลายแข็ง Ni เพื่อเสริมความแข็งแกร่งและเพิ่มความเหนียว และเพิ่ม Mn และ S เพื่อสร้างเฟสการตัดอิสระ MnS การเพิ่ม Cr, Mo และ V เพื่อเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก เหล็ก 8Cr2S ก็เพียงพอสำหรับการตัดเหล็กแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำได้ง่าย
3) เหล็กแม่พิมพ์พลาสติกที่แข็งตัวตามเวลา
MASI เป็นเหล็กกล้าบ่มมาร์เทนซิติกทั่วไปที่ได้รับการพัฒนาด้วยโคบอลต์ต่ำ ปราศจากโคบอลต์ และนิกเกิลมาร์เทนซิติกต่ำ หลังการบำบัดสารละลาย 8150C ความแข็งคือ 28-32HRC หลังจากการประมวลผลทางกลและการเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิ 4800C สารประกอบระหว่างโลหะ เช่น Ni3Mo และ Ni3Ti จะถูกแยกออกในระหว่างการบ่ม ส่งผลให้มีความแข็ง 48-52 HRC เหล็กมีความแข็งแรงและความเหนียวสูง มีการเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กน้อยตามอายุ และประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดี แต่มีราคาแพงและไม่เป็นที่นิยมมากในจีน
4) เหล็กแม่พิมพ์พลาสติกทนต่อการกัดกร่อน
ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ทำจากโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) และ ABS พร้อมเรซินทนไฟเป็นวัตถุดิบจะสลายตัวและผลิตก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปซึ่งอาจกัดกร่อนแม่พิมพ์ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีเหล็กแม่พิมพ์พลาสติกที่มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี เหล็กกล้าแม่พิมพ์ที่ทนต่อการกัดกร่อนที่ใช้กันทั่วไปในต่างประเทศมีสองประเภท: เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก และเหล็กกล้าไร้สนิมชุบแข็งด้วยการตกตะกอน มีบริษัทต่างประเทศ เช่น STVAX (4Crl3) และ A SSAB-8407 จาก ASSAB ในสวีเดน