Stiskanje velikega avtomobilskega dela iz polnila vroče termoplastike, ojačane s steklenimi vlakni, je kot stiskanje vroče, abrazivne odeje. Ko material teče pod tonskim pritiskom, se melje ob segrete plošče. Standardna jeklena plošča se bo obrabila in izgubila ravnost, kar bo povzročilo razlike v debelini delov. Plošča mora biti oklepna. Izbira pravilnegatermoplasti z dolgimi vlakni za stiskanje z grelno ploščopovpraševanje po aplikacijah zahteva pozornost na trdoto površine, strukturno togost in toplotno enakomernost-, zlasti ko gre za geometrije globokega vlečenja.
Izziv obrabe: steklena vlakna kot abrazivna sredstva
Termoplasti z dolgimi vlakni (LFT) običajno vsebujejo 20–50 % steklenih vlaken glede na maso, z dolžino vlaken od 6 do 25 mm. Med kompresijskim hodom staljena polimerna matrica prenaša ta trda, ostra vlakna po površini plošče pod tlakom 50–200 barov (5–20 MPa). Vlakna delujejo kot mikroskopska strgala in postopoma odstranjujejo material s plošče. Na mehki ali neobdelani jekleni plošči se v tednih ali mesecih po proizvodnji pojavijo praske, utori in lokalne vdolbine. Posledična neenakomernost debeline dela povzroči zavrnjene komponente in predelavo orodja.
Površinsko utrjevanje: prva obrambna linija
Plošča plošče je nakovalo, tekoči, s steklom napolnjen polimer pa neizprosno kladivo. Da bi vzdržala to obrabo, mora površina plošče doseči trdoto vsaj 60 Rockwell C (HRC) ali približno 700–800 HV.
Izbira osnovnega materiala
Telo plošče je običajno izdelano iz visokokakovostnega orodnega jekla, kot je AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) ali predhodno kaljenega AISI 4140. Ta jekla zagotavljajo dobro toplotno prevodnost, obdelovalnost in dimenzijsko stabilnost pri tipičnih temperaturah oblikovanja 150–250 stopinj. Vendar samo osnovno jeklo ne zadošča za aplikacije LFT.
Obdelave površinskega utrjevanja
Za utrjevanje delovne površine plošče za stiskanje za LFT se uporabljajo tri običajne metode:
| Zdravljenje | Globina | Trdota (HRC) | Primernost za LFT |
|---|---|---|---|
| Nitriranje (plin ali plazma) | 0,3–0,5 mm | 65–70 | Dobro za zmerno vsebnost stekla (manj kot ali enako 30 %) |
| Trdo kromirano | 0,05–0,2 mm | 65–70 | Dober, vendar se lahko lušči pod visokimi točkovnimi obremenitvami |
| PVD keramični premaz (TiN, CrN, AlTiN) | 2–5 µm (0,002–0,005 mm) | 80–85 (do 2000–3000 HV) | Odlično za visoko polnjene spojine (več kot ali enako 40 % stekla) |
Nitriranjeproizvaja difuzijsko cono, ki postopoma prehaja iz trde spojine v mehkejše jedro, kar preprečuje razslojevanje. Je stroškovno najučinkovitejša izbira za srednje veliko proizvodnjo.
Trdo kromiranoponuja odlično odpornost proti obrabi, vendar zahteva skrbno pripravo robov, da se prepreči luščenje pri toplotnem ciklu.
Prevleke s fizičnim naparjevanjem (PVD). such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) provide the highest surface hardness (typically >2000 HV) in zelo nizek koeficient trenja. Čeprav je premaz izjemno tanek (nekaj mikronov), drastično zmanjša obrabo lepila in praskanje vlaken. Za najbolj abrazivne spojine z visoko polnitvijo stekla (npr. 50 % stekla) je PVD prevleka najboljša rešitev.
Strukturna togost: rebrasta zadnja stran
Pri visokih tlakih oblikovanja, ki so potrebni za LFT oblikovanje-pogosto 100–200 barov-, se mora plošča upreti upogibanju in upogibanju. Že rahla konveksna ali konkavna deformacija (približno 0,1 mm) povzroči neenakomerno debelino dela s tankimi deli, kjer je pritisk najvišji, in debelimi deli na robovih.
Za ohranitev ravnosti mora biti zadnja stran grelne plošče (stran nasproti oblikovalne površine) močno rebrasta. Rebra so ulita ali strojno obdelana kot mrežni vzorec, s čimer se poveča modul preseka brez dodajanja pretirane mase. Analiza končnih elementov (FEA) se običajno izvaja za optimizacijo razmika reber in debeline za pričakovano vpenjalno silo in geometrijo kalupa. Dobro rebrasta plošča skupne debeline 50–100 mm lahko pri polni obremenitvi doseže upogib manj kot 0,05 mm v razponu 1 metra.
Toplotna enotnost za globoko vlečenje
Deli LFT z globokim vlečenjem-, kot so lupine zadnjih avtomobilskih sedežev, sprednji moduli ali ohišja baterij-zahtevajo dosleden tok materiala v navpične ali skoraj navpične stene. Če ima površina plošče vroča ali hladna območja, bo polimer tekel neenakomerno: bolj vroča območja omogočajo hitrejši pretok, medtem ko hladnejša področja povzročajo prezgodnje strjevanje in nepopolno polnjenje.
Grelne elemente, običajno kartušne grelnike, je treba postaviti čim bližje delovni površini-običajno 15–25 mm pod površino. To minimizira termični zamik in omogoča hiter odziv na spremembe nastavljene temperature. Kartušni grelniki so razporejeni v cik-cak ali vzporednem vzorcu z manjšimi razmiki na območjih z velikimi toplotnimi izgubami (npr. blizu robov in v kotih globokega vlečenja). Določiti je treba več neodvisnih ogrevalnih območij (običajno 3–6 območij na ploščo), vsako s svojim temperaturnim senzorjem (termočlenom ali RTD) in krmilnikom z zaprto zanko. Ta območna konfiguracija kompenzira različne toplotne izgube po plošči in zagotavlja, da celotno območje oblikovanja-vključno z votlino za globoko vleko-ostane znotraj ±2 stopinj ciljne temperature.
Površinska obdelava za sprostitev dela
Površino plošče je treba polirati do finega zaključka (Ra 0,2–0,4 µm ali bolje), da se izboljša sprostitev oblikovanega dela LFT. Bolj gladka površina prav tako zmanjša vlečenje vlaken in kopičenje degradiranih ostankov polimerov. Pri ploščah, prevlečenih s PVD, prevleka podeduje osnovno poliranje, kar zagotavlja odpornost proti obrabi in enostavno sprostitev.
Povzetek izbirnih meril za LFT kompresijsko oblikovanje
| Zahteva | Priporočena specifikacija |
|---|---|
| Osnovni material | Orodno jeklo (H13, P20 ali 4140) |
| Trdota površine | Večji ali enak 60 HRC (večji ali enak 700 HV) |
| Metoda utrjevanja | Nitriranje (0,3–0,5 mm) za<30% glass; PVD TiN/CrN for >30% steklo |
| Zadnja stran plošče | Močno narebrena, FEA-optimizirana za deformacijo<0.05 mm/m |
| Grelni elementi | Kartušni grelniki nameščeni 15–25 mm od površine, consko upravljanje (±2 stopinji) |
| Površinska obdelava | Polirano na Ra Manj kot ali enako 0,4 µm |
Zaključek
Izbira plošče za oblikovanje LFT je bitka proti obrabi in upogibu, ki jo lahko dobite z izbiro trdega, dobro podprtega orodja s popolnoma enakomernim toplotnim profilom. Thetermoplasti z dolgimi vlakni za stiskanje z grelno ploščoaplikacije zahtevajo površino, ki lahko prenese brušenje steklenih vlaken-ki se doseže z nitriranjem, trdim kromom ali keramičnimi prevlekami PVD-v kombinaciji z rebrasto hrbtno stranjo, ki se upira upogibanju pod visokim pritiskom. Kartušni grelci, nameščeni blizu delovne površine, razporejeni v neodvisnih conah, zagotavljajo enakomerno toploto, potrebno za globoko vlečenje. Oblikovanje jutrišnjih lahkih, močnih avtomobilskih delov zahteva orodje, ki se noče obrabiti, pravilno izbrana plošča pa zagotavlja točno to vzdržljivost.
