Làm thế nào để chọn vật liệu thép khuôn cho khuôn ép phun?

Khi các kỹ sư nghĩ về mộtKhuôn ép bánh răng động cơ, sự chú ý thường tập trung vào hình học khoang, cách bố trí làm mát và chiến lược cổng. Việc lựa chọn thép có thể giống như một chi tiết được giao cho người làm khuôn. Trong thực tế, việc lựa chọn thép quyết định năm điều quan trọng trong toàn bộ chương trình sản xuất:

Tuổi thọ của khuôn - công cụ chạy bao nhiêu chu kỳ trước khi bị mài mòn hoặc mỏi do phải tân trang lại

Độ ổn định kích thước dưới tải trọng theo chu kỳ - liệu cấu hình răng có giữ được hình dạng sau hàng triệu lần chụp hay không

Độ bền hoàn thiện bề mặt - khoảng thời gian mà bề mặt được đánh bóng hoặc có kết cấu duy trì trong thông số kỹ thuật

Khoảng thời gian bảo trì và chi phí - tần suất công cụ cần được chú ý và chi phí cho mỗi lần can thiệp

Khả năng tương thích với nhựa được đúc - cho dù thép có chống ăn mòn hay tấn công hóa học từ nhựa hoặc các chất phụ gia của nó hay không

Đưa ra quyết định này ngay ở giai đoạn thiết kế là một trong những bước phòng ngừa hiệu quả nhất về mặt chi phí-. Một nghiên cứu năm 2020 được công bố trên tạp chíTạp chí Công nghệ chế biến vật liệunhận thấy rằng việc lựa chọn thép khuôn không phù hợp - chủ yếu theo-đặc điểm kỹ thuật về độ cứng cho nhựa mài mòn - chịu trách nhiệm cho khoảng 28% chi phí dụng cụ ngoài kế hoạch trong một nhóm gồm 85 chương trình sản xuất khuôn được khảo sát. Đặc biệt, đối với dụng cụ bánh răng chính xác, trong đó dung sai kích thước trên răng bánh răng rất chặt và thường có vật liệu mài mòn, thì hậu quả của việc sử dụng thép không được chỉ định-là trực tiếp và có thể đo lường được.

Khuôn ép bánh răng động cơ

Một công cụ xử lý thủy tinh như vậy-PBT chứa đầy nylon hoặc khoáng chất-có những yêu cầu cụ thể chuyển trực tiếp thành yêu cầu về thép.

Chất gia cố bằng sợi thủy tinh trong các vật liệu như PA66 GF30 có tính mài mòn cao - nó dần dần ăn mòn các bề mặt khoang, nghiêm trọng nhất là ở sườn răng bánh răng, nơi độ chính xác về kích thước quyết định chất lượng lưới. Khuôn ép bánh răng động cơ có dung sai kích thước ±0,02–0,05mm trên biên dạng răng không thể chịu được sự mài mòn tăng dần làm dịch chuyển các kích thước này sau 200.000 chu kỳ.

Thông số kỹ thuật chính xác cho dụng cụ bánh răng aa chạy nhựa chứa đầy chất mài mòn:

Hạt dao khoang và lõi: H13 ở mức HRC tối thiểu 50–52; 8407/SKD61 trong đó mục tiêu tuổi thọ sản xuất vượt quá 2.000.000 bức ảnh

Xử lý bề mặt: Lớp phủ TiN PVD trên bề mặt khoang răng để bảo vệ chống mài mòn tối đa trong các ứng dụng có hàm lượng-kính-cao

Đế khuôn: P20 hoặc tương đương - đế không phải đối mặt với các yêu cầu mài mòn giống như phần chèn khoang

Việc chỉ định P20 cho Khuôn ép bánh răng động cơ chạy nhựa kỹ thuật được đổ đầy là một chế độ lỗi được ghi lại. Nó có thể trông có thể chấp nhận được trong 100.000 chu kỳ đầu tiên, nhưng độ trôi của biên dạng răng sẽ tăng tốc từ thời điểm đó và trở thành vấn đề về chất lượng sản xuất trước khi khuôn đạt được một nửa tuổi thọ dự kiến.

Khuôn ép vỏ chuột

Khuôn ép vỏ chuột chạy hỗn hợp ABS hoặc ABS/PC có các yêu cầu cơ bản khác với khuôn bánh răng. ABS là vật liệu có độ mài mòn thấp -, bề mặt khoang - có độ mài mòn chậm hơn nhiều so với nhựa chứa đầy. Yêu cầu chủ yếu là chất lượng bề mặt thẩm mỹ và khả năng bảo trì-lâu dài.

Đối với mộtKhuôn ép vỏ chuộtvới các yêu cầu về mặt thẩm mỹ cao cấp, NAK80 (-HRC 40–43 đã được làm cứng trước) là lựa chọn thích hợp phổ biến nhất cho các chương trình lên tới khoảng 800.000 bức ảnh. Đối với các chương trình dài hơn, H13 ở HRC 48–50 với chất đánh bóng cao cấp mang lại tuổi thọ mài mòn tốt hơn với chi phí cho công việc đánh bóng đòi hỏi khắt khe hơn.

Khuôn ép nhựa ô tô đồ chơi

Khuôn ép nhựa ô tô đồ chơi thường chạy nhựa ABS hoặc PP - cả hai đều là vật liệu không-ăn mòn - với khối lượng lớn. Loại thép phù hợp phụ thuộc chủ yếu vào mục tiêu vòng đời sản xuất:

Lên tới 600.000 bức ảnh: P20 là đủ và-tiết kiệm chi phí

600.000 đến 1.500.000 phát bắn: H13 được làm cứng đến HRC 48–52 là khoản đầu tư phù hợp

Trên 1.500.000 lần chụp: H13 hoặc 8407/SKD61 ở HRC 50–54 với lớp thấm nitơ bề mặt hoặc lớp phủ PVD

NhiềuKhuôn ép nhựa ô tô đồ chơihoạt động sử dụng P20 để tạo công cụ ban đầu cho các sản phẩm mới, nâng cấp lên H13 nếu sản phẩm trở thành một-thành công thương mại lâu dài - một cách tiếp cận thực tế giúp tránh-đầu tư quá mức vào công cụ cứng để dự báo khối lượng không chắc chắn.

Khuôn phun sản xuất sử dụng các loại thép khác nhau ở các vùng khác nhau, phù hợp với yêu cầu thực sự của từng vùng:

Cphần đệm phi lực và lõi: Các thành phần chính xác tạo thành bộ phận. Những vật liệu này có độ mài mòn cao nhất, cần dung sai chặt chẽ nhất và phải duy trì độ bóng bề mặt. Sử dụng cấp độ phủ phù hợp với ứng dụng (H13 dành cho các chương trình khuôn bánh răng đòi hỏi khắt khe; NAK80 dành cho vỏ mỹ phẩm; P20 dành cho các công cụ có khối lượng vừa phải-không{6}}bị mài mòn).

Tấm đế khuôn và các bộ phận kết cấu: Khung giữ khuôn lại với nhau. P20 hoặc thép được tôi cứng trước-tương đương thường là đủ - những thành phần này không yêu cầu độ cứng bề mặt hoặc khả năng chống mài mòn của các hạt chèn khoang.

Chốt đẩy và thanh trượt: H13 ở HRC 48–52 hoặc thép chốt chuyên dụng. Chúng phải đối mặt với tải cơ học theo chu kỳ và mài mòn tiếp xúc tại các bề mặt chuyển động.

Tấm mài mòn và ống lót dẫn hướng: H13 hoặc tương đương ở HRC 50–54 để có khả năng chống mài mòn tối đa ở các bề mặt trượt.

Việc sử dụng H13 trên toàn bộ khuôn - bao gồm cả tấm đế khuôn - sẽ tăng thêm chi phí đáng kể mà không mang lại lợi ích về hiệu suất. Tập trung thép cao cấp vào những nơi quan trọng là cách tiếp cận đúng đắn.

Nhựa chứa đầy thủy tinh-có tốc độ mài mòn trên thép khuôn cao hơn đáng kể so với các loại nhựa tương đương không được phủ đầy. Dữ liệu thử nghiệm độ mài mòn đã công bố cho thấy rằng nhựa chứa đầy thủy tinh-gây ra độ mòn bề mặt khoang cao hơn khoảng 10–30× so với nhựa tương đương không được trám của cùng một loại polyme cơ bản.

Đối với bất kỳ khuôn này hoặc công cụ chính xác nào khác nhằm chạy các vật liệu này:

Hàm lượng thủy tinh trên 20%: H13 ở mức HRC tối thiểu 50–54; xem xét lớp phủ TiN hoặc TiAlN PVD trên các bề mặt-có độ mòn cao nhất (sườn răng bánh răng, khu vực cổng)

Vật liệu chống cháy-có chất phụ gia halogen hóa: S136 không gỉ hoặc H13 có xử lý bề mặt chống ăn mòn-

Vật liệu chứa đầy khoáng chất: H13 có độ cứng ở mức cao nhất trong phạm vi thông số kỹ thuật

Khuôn ép bánh răng động cơ đánh giá thấp tác động mài mòn của chất độn sẽ cần phải thay thế miếng đệm khoang sớm trước tuổi thọ thiết kế của nó - một chi phí vượt xa mức phí bảo hiểm khiêm tốn để nâng cấp lên loại thép phù hợp ngay từ đầu.

Một nghiên cứu ởMa sát quốc tế(2021) đã so sánh tốc độ mài mòn của P20, H13 (HRC 50) và S136 trong quá trình tiếp xúc ép phun mô phỏng với-thủy tinh PA66. H13 cho thấy tỷ lệ hao mòn thấp hơn 73% so với P20; điều này trực tiếp giúp kéo dài tuổi thọ dụng cụ và giảm độ lệch chiều trong bối cảnh dụng cụ.

Nghiên cứu ởTạp chí Công nghệ chế biến vật liệu(2020) nhận thấy rằng độ nhám bề mặt khoang tăng nhanh hơn 3 lần ở các công cụ P20 chạy GF30 PP so với các công cụ H13 trong các điều kiện giống hệt nhau.

Dữ liệu khảo sát SPE (2021) đã xác định độ mòn khuôn sớm do-độ cứng của thép được chỉ định là nguyên nhân phổ biến thứ hai dẫn đến chi phí dụng cụ ngoài dự kiến, sau hệ thống làm mát không phù hợp.

Một nhà cung cấp tự động hóa công nghiệp đang vận hành một công cụ bánh răng trong P20 cho một bánh răng hành tinh nhỏ được sử dụng trong bộ truyền động. Vật liệu là PA66 GF30. Sau khoảng 180.000 chu kỳ trên khuôn bánh răng chính xác được thiết kế cho 1.200.000, việc kiểm tra kích thước cho thấy đường kính bước bánh răng đã tăng 0,04 mm - đủ để ảnh hưởng đến chất lượng lưới và tạo ra tiếng ồn.

Kiểm tra khuôn xác nhận độ mòn bề mặt ở sườn răng. Khoang khuôn ép bánh răng động cơ đã được-chỉ định cho hàm lượng thủy tinh trong vật liệu.

Sunhingstones đã thay thế các miếng đệm khoang và lõi bằng H13 ở HRC 52, với lớp phủ TiN PVD trên bề mặt khoang răng.

Kết quả ở 500.000 chu kỳ trên hạt dao thay thế: biến thiên đường kính bước +0.005mm - nhỏ hơn 15% độ mòn P20 ở các chu kỳ tương đương. Khuôn bánh răng dự kiến ​​đạt 1.500,000+ chu kỳ trước khi tân trang - vượt xa mục tiêu chương trình 5{11}}năm. Chi phí thay thế hạt dao đã được thu hồi trong vòng tám tháng so với lộ trình tân trang lại công cụ ban đầu.

Việc lựa chọn thép trong Khuôn ép bánh răng động cơ, Khuôn ép vỏ chuột hoặc bất kỳ công cụ ép phun chính xác nào khác là quyết định được đưa ra một lần và tồn tại trong toàn bộ vòng đời sản xuất của chương trình. Theo-việc chỉ định có nghĩa là hao mòn sớm, tân trang ngoài kế hoạch và gián đoạn sản xuất. -Việc chỉ định quá mức có nghĩa là phải trả tiền cho hiệu suất mà ứng dụng không yêu cầu.

Sự lựa chọn đúng đắn - H13 cho các ứng dụng khuôn bánh răng có độ chính xác cao,-có yêu cầu cao; NAK80 hoặc P20 dành cho công việc có-khối lượng vừa phải hoặc thẩm mỹ - đạt được thông qua phân tích có nguyên tắc về vật liệu, khối lượng, yêu cầu bề mặt và mục tiêu tuổi thọ sử dụng.

Tại Sunhingstones, thông số kỹ thuật của thép là một phần trong quy trình DFM tiêu chuẩn của chúng tôi dành cho mọi khuôn bánh răng, Khuôn ép vỏ chuột và dự án Khuôn ép nhựa ô tô đồ chơi. Chúng tôi ghi lại cấp độ, độ cứng, xử lý nhiệt và lý do được đề xuất để khách hàng hiểu chính xác những gì họ nhận được và tại sao.

Liên hệ ngay

1.Roberts, GA và cộng sự. Thép công cụ, Phiên bản thứ 5. ASM Quốc tế, 1998. https://www.asminternational.org/
2.Chen, X. và cộng sự. "Tính chất mài mòn của thép khuôn P20 và H13 trong điều kiện ép phun PA66 chứa đầy thủy tinh." Tribology International, Tập. 158, 2021. https://www.sciencedirect.com/journal/tribology-international
3.Zhang, Y. và cộng sự. "Sự xuống cấp bề mặt khoang trong PP chứa đầy kính chạy P20 so với H13." Tạp chí Công nghệ xử lý vật liệu, Tập. 285, 2020. https://www.sciencedirect.com/journal/journal-của-công nghệ xử lý vật liệu-công nghệ{14}}