Како топлотна обрада утиче на дизајн калупа за ињектирање?

Већина инжењера производа и купаца мисли о топлотној обради као о нечему чиме се произвођач калупа бави интерно - процесом радионице. У пракси, одлуке донете током фазе пројектовања и планирања машинске обраде одређују да ли термичка обрада производи употребљив уметак или изобличен.

Топлотна обрада мења три ствари у алатном челику које су важне дизајнерима калупа за убризгавање пластике у аутомобилима и свима који одређују прецизан алат за убризгавање:

тврдоћа:Примарни циљ. Жарени Х13 има тврдоћу око ХРЦ 18–22. Након стврдњавања и каљења, достиже ХРЦ 48–54. Ова тврдоћа је оно што оваквом типу алата или било ком-алату дугог рада даје отпорност на хабање и радни век -, али има димензиону цену којом се мора управљати.

Унутрашња прерасподела стреса:Операције машинске обраде уносе заостала напона у челик. Термичка обрада -, посебно циклус гашења -, брзо редистрибуира ове напоне, узрокујући померање челика. Ако је присутно значајно заостало напрезање када уметак уђе у пећ, изобличење током гашења може у потпуности да поприми димензију изван свог опсега толеранције.

Промена јачине звука:Челик се шири када се трансформише из аустенита у мартензит током гашења. Ова запреминска експанзија није уједначена преко уметка ако је геометрија асиметрична, што доприноси диференцијалној промени димензија.

Студија објављена уМеђународни часопис за напредну технологију производње(2021) су открили да уметци од калупа Х13 са асиметричном геометријом и без ублажавања напона пред-топлотном-обрадом показују варијације у димензијама након очвршћавања до 0,15 мм на критичним површинама - отприлике три до пет пута веће од симетрично обрађених про напона који су били подвргнути машини. За калуп са толеранцијама димензија панела каросерије од ±0,05 мм, померање од 0,15 мм после-очвршћавања чини уметак неупотребљивим.

Кроз очвршћавање - Угасите и темперирајте

Очвршћавање је стандардна топлотна обрада за Х13 и сличне вруће-челике за радни алат. Уметак се загрева до температуре аустенизације (приближно 1.020–1.040 степени за Х13), држи се да омогући потпуну трансформацију, а затим се гас-угаси у вакуумској пећи. Након гашења, уметак се два пута темперира на 560–600 степени да би се постигла циљна тврдоћа и ублажила напона гашења.

Ово је процес који постиже високу тврдоћу потребну за дуготрајан-модел за убризгавање пластике за аутомобиле, калуп за убризгавање моторних зупчаника или сличан захтевни алат. Такође производи најзначајније измене димензија у било ком процесу термичке обраде, због чега пројектовање за кроз очвршћавање захтева најпажљивије планирање.

За калуп за играчке који циља 1.500,000+ снимака, Х13 до очврснут до ХРЦ 50–52 је одговарајућа спецификација - и редослед машинске обраде мора да узме у обзир промену димензија која ће се десити током очвршћавања.

Нитрирање - површинско очвршћавање са минималним изобличењем

Нитрирањем се азот дифундује у површински слој челика на температурама испод тачке трансформације (обично 480–530 степени), стварајући слој тврдог кућишта од 0,1–0,3 мм без фазне трансформације у маси. Пошто челик не пролази кроз фазну промену, померање димензија током нитрирања је минимално - обично мање од 0,01–0,02 мм на критичним димензијама.

Нитрирање се може применити на пре-очврсле челике (П20 или већ-очврсле Х13) као додатни површински третман или као примарни метод очвршћавања за такав калуп који ради не-абразивни АБС или ПП где каљење није потребно, али је потребно извесно побољшање површинске тврдоће.

За калуп за убризгавање пластике аутомобила за играчке на програму од 500.000–1.000.000 удараца у непопуњеном АБС-у, гасно нитрирање на бази челика П20 је исплатив приступ који продужава век трајања површине за 50–80% у поређењу са необрађеним П20 - ризиком од занемарљивог низа топлотног изобличења и нема потребе за поновним изобличењем накнаде.

ПВД и површински премази

Премази за физичко таложење паре (ПВД) као што су ТиН (титанијум нитрид) и ТиАлН наносе тврди премаз од 2–8 µм на површину калупа на температурама подлоге од 200–400 степени. Промена димензија је занемарљива, премаз додаје отпорност на хабање и смањује трење, а може се нанети на потпуно готов, полиран уметак без икаквих димензијских последица.

ПВД премази су посебно корисни за површине шупљина алата за играчке где основни челик (П20 или лагано каљени Х13) обезбеђује адекватну запреминску чврстоћу, али површина може имати користи од додатне заштите од хабања. За калупе за убризгавање моторних зупчаника, смоле пуњене стаклом-, ТиН или ТиАлН ПВД на Х13 на ХРЦ 52 обезбеђују најбољу доступну отпорност на хабање без ризика од изобличења услед додатне топлотне обраде.

Стресс Релиеф Аннеалинг

Отклањање напрезања је припремни корак који смањује заостала напрезања од грубе обраде пре него што уметак настави ка очвршћавању. Уметак се загрева на приближно 600–650 степени (испод температуре трансформације), држи се довољно времена и полако-хлади.

Растерећење напрезања није опционо за уметке алата са значајним уклањањем материјала током грубе обраде. Прескакање је једини најчешћи узрок претераног изобличења током гашења. Инвестиција - обично 150–400 УСД по комплету уметака, плус 8–12 сати пећи и времена хлађења - је мала у поређењу са трошковима растављања изобличеног уметка који није био-ослобођен стреса.

Пре{0}}Каљени челици - који се потпуно избегавају каљењем

За програме калупа за убризгавање пластике за аутомобиле за играчке при умереним количинама и за било коју алатку за кратко{0}} или прототип, унапред-каљени челици (П20 на ХРЦ 30–36, НАК80 на ХРЦ 40–43) омогућавају да се заобиђе цео- корак каљења. Уметак се директно обрађује до коначних димензија и спреман је за монтажу без икакве секвенце термичке обраде.

Ово у потпуности елиминише ризик од изобличења и значајно смањује време испоруке за алат за аутомобил играчку. Компромис-је мања тврдоћа и краћи век калупа за захтевне примене -, али за калупе за аутомобиле играчке који користе непуњени АБС или ПП до 500.000 удараца, П20 је често сасвим адекватан, а предност у времену испоруке и трошковима је заиста драгоцена.

Редослед у коме се изводе операције обраде у односу на термичку обраду одређује коначни димензионални исход. Индустријски{1}}стандардни редослед за-каљени уметак калупа за ауто играчке је:

Корак 1 - Груба обрада:Уклоните већи део материјала са жареног челичног блока на 1–3 мм од коначног облика. Уводи се значајан резидуални напон.

Корак 2 - Жарење за ублажавање стреса:Загрејте на 600–650 степени, држите, полако охладите. Ово смањује заостало напрезање од грубе обраде без промене челичне фазе или тврдоће.

Корак 3 - Полузавршна{1}} обрада:Машина до границе завршне обраде - обично 0,10–0,20 мм на прецизним површинама. Ово поставља димензије пре{4}}очвршћавања.

Корак 4 - Очвршћавање (вакуум):Ова врста уметања алата ће овде искривити - што се очекује и планира.

Корак 5 - ЦММ мерење:Очврсли уметак се мери да би се квантификовале стварне димензије после{0}}очвршћавања у односу на номиналне. Подаци о одступању говоре мајстору за завршну обраду тачно колико материјала треба уклонити на свакој површини.

Корак 6 - Завршите машинску обраду:Тврдо глодање, брушење или ЕДМ доводи све критичне димензије до коначне толеранције. За прецизне карактеристике као што су профили зубаца зупчаника у калупу за убризгавање зупчаника мотора, или функције прецизног{1}}уклапања у калупу за убризгавање шкољке миша, ЕДМ жице након очвршћавања је стандардни приступ - на њега не утиче тврдоћа челика и рутински постиже ±0,005–0,010 мм.

Корак 7 - Полирање:За козметичке површине у калупу за убризгавање шкољке миша или калупу за убризгавање пластике за аутомобиле, полирање прати све операције машинске обраде.

Прескакање корака ослобађања од напона или ЦММ мерења након очвршћавања повећава ризик од изобличења у уметку калупа и уклања информације потребне за тачно планирање завршне обраде.

Пластични калуп за убризгавање аутомобила за играчке

Пластични калуп за убризгавање аутомобила за аутомобиле који користи АБС или ПП на 500.000–2.000.000 удараца има два одржива приступа топлотној обради у зависности од циља производног века:

П20 са гасним нитрирањем:Обрадите уметак калупа за играчке до коначних димензија у П20, а затим у гасни нитрид. Минимална дисторзија (испод 0,02 мм). Површинска тврдоћа у нитрираном случају је еквивалентна ХРЦ 58–68 за танки површински слој. Овај приступ је исплатив-и практичан за такве програме калупа који циљају 500.000–1.000.000 снимака са-неабразивним материјалима.

Х13 кроз очврснуте:За пластични калуп за бризгање аутомобила за играчке који циља 1.500,000+ удараца, или ради на повишеним температурама калупа са већим брзинама циклуса, Х13 до очврснут до ХРЦ 50–52 пружа супериорну чврстину и отпорност на замор. Мора се поштовати комплетан горе описани редослед машинске обраде.

Калуп за убризгавање зупчаника мотора

Калуп за убризгавање моторних зупчаника за прецизне апликације скоро универзално захтева очвршћавање. Толеранције профила зуба (±0,02–0,05 мм) и захтеви за хабањем инжењерских смола пуњених стаклом- захтевају потпуно очврсну шупљину на ХРЦ 50–54.

Прецизни редослед машинске обраде је критичан за калуп за убризгавање моторног зупчаника: профил зуба се грубо-сече пре очвршћавања, уметак се очврсне, мери на ЦММ-у, а коначни профил зуба се постиже брушењем профила или ЕДМ завршном обрадом на боковима зуба. ЕДМ жице након очвршћавања је стандардни процес завршне обраде за калуп за убризгавање моторних зупчаника - који постиже потребну тачност димензија без утицаја тврдоће челика.

Калуп за убризгавање шкољке миша

За калуп за убризгавање шкољке миша који користи НАК80 (претходно очвршћен ХРЦ 40–43), није потребно скраћивање. Уметак је машински обрађен до коначних димензија и директно полиран, без ризика од изобличења услед термичке обраде. Тамо где је Х13 специфициран за калуп за убризгавање шкољке миша веће запремине, примењује се стандардни редослед -, али постизање високе завршне обраде огледала захтева додатно време полирања и вештину на очврслом Х13 у поређењу са НАК80.

Међународни часопис за напредну технологију производње(2021): Уметци машински обрађени са потпуном грубошћу → растерећење напона → полу-завршна обрада → очвршћавање → завршна секвенца је показала одступање димензија после{2}}очвршћавања у просеку од 0,032 мм, у поређењу са 0,118 мм за уметке без корака растерећења напона - уз смањење напона за 73% које је смањено за 73%

Носите(2020): Нитриране П20 површине калупа показале су стопе хабања 68% ниже од необрађеног П20 под симулираним АБС контактом за бризгање -, показујући значајно продужење века трајања које се може постићи нитрирањем алата за играчке без потпуног очвршћавања.

СПЕ (2022): Термичка обрада под вакуумом је у просеку произвела 42% мање изобличења у поређењу са гашењем уљем за еквивалентне уметке Х13 -, што потврђује предност у квалитету димензија вакуумског третмана.

Технологија површина и премаза(2021): ТиН ПВД-обложен Х13 показао је стопу хабања 71% нижу од необложеног Х13 испод стакленог-пуњеног ПА66 контакта, потврђујући додатну заштиту коју премаз пружа на шупљини калупа за убризгавање моторних зупчаника која тече абразивном смолом.
 

Произвођач играчака у Кини припремао је нови АБС асортиман аутомобила играчака. Програм се састојао од шест калупа: два алата за кућиште, два алата за шасије и два калупа за мале компоненте. Циљна производња је била 800.000 комплетних комплета годишње током четири године - приближно 3.200.000 снимака по алату за аутомобил играчку у целом програму.

Иницијалне процене трошкова коришћењем П20 без термичке обраде за свих шест калупа показале су да би уметци са шупљинама у два каросерија алата за пластичне калупе за убризгавање аутомобила за играчке захтевали замену на приближно 600.000 удараца - што значи три заменска сета по калупима за аутомобиле играчке током четворогодишњег програма за -. Укупни трошкови замене уметка у свим овим алатима за тело калупа: 24.000 УСД.

Сунхингстонес је препоручио алтернативни приступ за алате за пластичне калупе за убризгавање аутомобила за аутомобиле играчке са две шкољке: уметци Х13 шупљине и језгра, очвршћени до ХРЦ 50–52 помоћу вакуум термичке обраде, након потпуног грубог → ослобађања од напрезања → полу-завршне обраде → стврдњавања → ЦММ мере → завршне секвенце. Четири мања калупа задржала су П20 гасним нитрирањем.

Премија за уметак Х13 за два алата са шкољком тела уметка била је 3.400 долара изнад еквивалента П20. Предвиђени интервал обнове је продужен са 600.000 на 1.500,000+ снимака - елиминишући замену уметака у оквиру четворогодишњег-програма за ове алате.

Нето уштеда: приближно 8.200 УСД за избегнуту замену уметка минус 3.400 УСД додатна улагања у алате =4.800 УСД нето уштедетоком четворогодишњег-програма, плус избегавање застоја у производњи.

Инспекција димензија након-квалификације уметака калупа за производњу играчака Х13 потврдила је све критичне димензије унутар ±0,015 мм од номиналне након пуне секвенце - и унутар толеранције штампе од ±0,05 мм.

Изобличење топлотног третмана у пластичним калупима за убризгавање аутомобила за играчке, калупу за убризгавање моторних зупчаника или било ком прецизном алату за убризгавање је предвидљиво и њиме се може управљати када је дизајниран за њега од самог почетка. Градитељи калупа који то добро рукују су они који то воде рачуна у редоследу обраде: остављајући праве додатке, укључујући ублажавање напрезања, одређујући вакуумско очвршћавање и мерење пре завршне обраде. Они који то третирају као накнадну мисао су они који заврше са скупим прерађивањем - или одбаченим уметком.

У Сунхингстонес-у, планирање топлотног третмана је део нашег стандардног инжењерског процеса за сваки пројекат калупа, калупа за убризгавање шкољке миша и калупа за убризгавање моторних зупчаника. Документујемо спецификацију челика, циљну тврдоћу, редослед машинске обраде и приступ завршној обради пре него што започне било какво сечење - тако да је резултат након топлотне обраде контролисан резултат, а не изненађење.

Контактирајте сада

Робертс, ГА ет ал.Тоол Стеелс, 5. издање. АСМ Интернатионал, 1998.хттпс://ввв.асминтернатионал.орг/

Уддехолм.Термичка обрада алатног челика. Техничка публикација, 2021.хттпс://ввв.уддехолм.цом/

Тоттен, ГЕПриручник за термичку обраду челика, 2. издање. ЦРЦ Пресс, 2006.хттпс://ввв.роутледге.цом