Selezione dei materiali per stampi in plastica

1. Condizioni di lavoro degli stampi in plastica
A causa dello sviluppo dell'industria della plastica e dello stampaggio di materie plastiche, i requisiti di qualità per gli stampi in plastica stanno diventando sempre più elevati. Pertanto, il problema dei guasti e i fattori che influenzano gli stampi in plastica sono diventati un importante argomento di ricerca. Le principali parti operative degli stampi in plastica sono parti stampate, come stampi convessi, stampi concavi, ecc. Formano la cavità degli stampi in plastica per modellare varie superfici delle parti in plastica e sono direttamente a contatto con la plastica, resistendo a pressione, temperatura, attrito e corrosione .
2. Analisi delle cause di guasto dei materiali plastici per stampi
Il processo generale di produzione dello stampo comprende la progettazione dello stampo, la selezione dei materiali, il trattamento termico, la lavorazione meccanica, il debug e l'installazione. Secondo lo studio, i materiali e il trattamento termico utilizzati negli stampi sono i principali fattori che ne influenzano la durata. Dal punto di vista del Total Quality Management, i fattori che influenzano la vita utile degli stampi non possono essere misurati come la somma di polinomi, ma piuttosto come il prodotto di molteplici fattori. Pertanto, la qualità dei materiali dello stampo e del trattamento termico sono particolarmente importanti durante l'intero processo di produzione dello stampo.
Dal fenomeno comune dell'analisi dei guasti dello stampo, gli stampi in plastica possono subire guasti da usura, guasti alla deformazione locale e guasti alla frattura durante il servizio. Le importanti modalità di cedimento degli stampi in plastica possono essere suddivise in cedimento per usura, cedimento per deformazione plastica locale e cedimento per frattura.
3. Con il rapido sviluppo dell'industria manifatturiera, gli stampi in plastica sono strumenti indispensabili nella lavorazione dello stampaggio della plastica e la loro percentuale nella produzione totale di stampi aumenta di anno in anno. Con lo sviluppo e la produzione continua di materie plastiche ad alte prestazioni, i tipi di prodotti in plastica stanno aumentando e i loro usi si stanno espandendo. I prodotti si stanno sviluppando verso precisione, larga scala e complessità. Lo sviluppo della produzione di stampi ad alta velocità ha portato a condizioni di lavoro sempre più complesse per gli stampi.
1) Usura e corrosione sulla superficie della cavità dello stampo
La plastica fusa scorre nella cavità dello stampo sotto una certa pressione e le parti in plastica solidificate escono dallo stampo, provocando attrito e usura sulla superficie di stampaggio dello stampo. La ragione fondamentale dell'usura e del cedimento degli stampi in plastica è l'attrito tra lo stampo e il materiale. Ma la forma specifica e il processo di usura sono legati a molti fattori, come la pressione, la temperatura, la velocità di deformazione del materiale e le condizioni di lubrificazione dello stampo durante il funzionamento. Quando i materiali e il trattamento termico utilizzati negli stampi in plastica non sono ragionevoli, la durezza superficiale della cavità dello stampo è bassa e la resistenza all'usura è scarsa. Ciò si manifesta come: deviazioni dimensionali causate dall'usura e dalla deformazione della superficie della cavità dello stampo; Il valore di rugosità aumenta a causa della peluria e la qualità della superficie si deteriora. Soprattutto quando vengono utilizzati materiali solidi per entrare nella cavità dello stampo, ciò aggraverà l'usura della superficie della cavità. Inoltre, la lavorazione della plastica contiene cloro, fluoro e altri componenti che, quando riscaldati, si decompongono in gas corrosivi HC1 e HF, causando corrosione e usura sulla superficie della cavità dello stampo in plastica, con conseguenti guasti. Se allo stesso tempo si verificano danni da usura, che causano danni al rivestimento o ad altri strati protettivi sulla superficie della cavità dello stampo, si favorirà il processo di corrosione. L'interazione di due tipi di danni accelera la corrosione e il cedimento dovuto all'usura.
2) Rottura per deformazione plastica
La superficie della cavità dello stampo di plastica sotto pressione e calore può causare deformazioni e guasti alla plastica, soprattutto quando gli stampi di piccole dimensioni lavorano su apparecchiature di grande tonnellaggio, sono più inclini a sovraccaricare la deformazione plastica. I materiali utilizzati negli stampi in plastica hanno resistenza e tenacità insufficienti e bassa resistenza alla deformazione; Un altro motivo per il fallimento della deformazione plastica è che lo strato indurente sulla superficie della cavità dello stampo è troppo sottile, la resistenza alla deformazione è insufficiente o la temperatura di lavoro è superiore alla temperatura di rinvenimento, con conseguente rammollimento della trasformazione di fase e guasto precoce dello stampo. .
3) Frattura
La causa principale della frattura è lo stress strutturale, lo stress termico o un rinvenimento insufficiente dovuto alla struttura e alla differenza di temperatura. Alla temperatura di esercizio, l'austenite residua si trasforma in martensite, provocando espansione locale del volume e stress dei tessuti all'interno dello stampo.
Le condizioni di lavoro degli stampi in plastica sono diverse da quelle degli stampi per stampaggio a freddo, che generalmente richiedono il funzionamento a 150 gradi -200 gradi. Oltre ad essere sottoposti ad una certa pressione, devono resistere anche agli effetti della temperatura. Lo stesso stampo può presentare più modalità di guasto e, anche sullo stesso stampo, possono verificarsi più danni. Dalle modalità di guasto degli stampi in plastica, si può vedere che una scelta ragionevole dei materiali degli stampi in plastica e il trattamento termico sono molto importanti, poiché influiscono direttamente sulla durata dello stampo. Pertanto, l'acciaio utilizzato per gli stampi in plastica dovrebbe soddisfare i seguenti requisiti:
1) Prestazioni di resistenza al calore
Con l'avvento dei macchinari per lo stampaggio ad alta velocità, la velocità operativa dei prodotti in plastica è aumentata. Dato che la temperatura di stampaggio è compresa tra 200-350 gradi, se la plastica ha scarsa fluidità e la velocità di stampaggio è elevata, la temperatura superficiale della parte stampata dello stampo supererà i 400 gradi in un periodo di tempo molto breve. Per garantire la precisione e la deformazione minima dello stampo durante l'uso, l'acciaio dello stampo deve avere un'elevata resistenza al calore.
2) Sufficiente resistenza all'usura
Con l’espansione dell’uso dei prodotti in plastica, materiali inorganici come la fibra di vetro vengono spesso aggiunti alla plastica per migliorarne la plasticità. A causa dell'aggiunta di additivi, la fluidità della plastica viene notevolmente ridotta, con conseguente usura dello stampo. Pertanto è necessario che abbia una buona resistenza all'usura.
3) Ottima lavorabilità
La maggior parte degli stampi per stampaggio plastica richiedono alcune riparazioni di taglio e montaggio oltre alla lavorazione con elettroerosione. Per prolungare la durata degli utensili da taglio, è necessario ridurre l'incrudimento durante il processo di taglio. Per evitare che la deformazione dello stampo influisca sulla precisione, si spera che le sollecitazioni residue durante la lavorazione possano essere controllate al minimo.
4) Buona stabilità termica
La forma delle parti dello stampo a iniezione in plastica è spesso complessa e difficile da lavorare dopo la tempra, quindi è necessario selezionare il più possibile materiali con una buona stabilità termica.
5) Prestazioni di elaborazione speculare
La superficie della cavità dello stampo è liscia e la superficie dello stampaggio deve essere lucidata in una superficie a specchio con una ruvidità superficiale inferiore a Ra0,4 μ m per garantire l'aspetto delle parti pressate in plastica e facilitare sformatura.
6) Prestazioni del trattamento termico
Negli incidenti dovuti a guasti allo stampo, la percentuale di incidenti causati dal trattamento termico è generalmente del 52,3%, rendendo il trattamento termico una parte importante dell'intero processo di produzione dello stampo. La qualità del processo di trattamento termico ha un impatto significativo sulla qualità dello stampo. In generale, è necessario che la deformazione del trattamento termico sia piccola, l'intervallo di temperature di tempra sia ampio, la sensibilità al surriscaldamento sia bassa, soprattutto con elevata durezza di tempra e temprabilità.
7) Resistenza alla corrosione
Durante il processo di formatura, gas corrosivi come HC1 e HF possono essere rilasciati e decomposti termicamente per produrre gas corrosivi che corrodono lo stampo. A volte, lo stampo può arrugginirsi e danneggiarsi nel canale del flusso d'aria, quindi è necessario che l'acciaio dello stampo abbia una buona resistenza alla corrosione.
4. Nuovo acciaio per stampi in plastica
Generalmente, gli stampi in plastica sono realizzati in acciaio normalizzato 45 o acciaio 40Cr mediante bonifica. Gli stampi in plastica con elevati requisiti di durezza sono realizzati in acciaio come CrWMn o Crl2MoV. Per stampi in plastica con temperature di esercizio elevate, è possibile scegliere acciaio per stampi per lavorazione a caldo ad alta tenacità. Per soddisfare i requisiti più elevati di precisione dimensionale e qualità superficiale delle cavità degli stampi in plastica, è stata recentemente sviluppata una serie di nuovi acciai per stampi.
1) Acciaio per stampi in plastica carbonizzato
L'acciaio per stampi in plastica carbonizzato viene utilizzato principalmente per lo stampaggio per estrusione a freddo di stampi in plastica complessi con cavità. Questo tipo di acciaio ha un basso contenuto di carbonio e viene spesso aggiunto con l'elemento Cr, aggiungendo quantità adeguate di Ni, Mo e V per migliorare la temprabilità e la capacità di cementazione. Per facilitare lo stampaggio per estrusione a freddo, questo tipo di acciaio deve avere elevata plasticità e bassa resistenza alla deformazione allo stato ricotto, con una durezza ricotta inferiore o uguale a 100HBS. Dopo la formatura per estrusione a freddo, vengono eseguiti trattamenti di cementazione e tempra e la durezza superficiale può raggiungere 58-62HRC. All'estero esistono qualità di acciaio specializzate per questo tipo di acciaio, come 8416 dalla Svezia, P2 e P4 dagli Stati Uniti, ecc. L'acciaio 12CrNi3A e 12Cr2Ni4A, nonché 20Cr2Ni4A, sono comunemente usati a livello nazionale. Hanno una buona resistenza all'usura, non crollano o si staccano dalla superficie e migliorano la durata degli stampi. Gli elementi Cr, Ni, Mo e V nell'acciaio aumentano la durezza e la resistenza all'usura dello strato carburato, nonché la resistenza e la tenacità del nucleo.
2) Acciaio per stampi in plastica pre-indurito
Il contenuto di carbonio di questo tipo di acciaio è 0,3% - O,55% e gli elementi di lega comunemente usati includono Cr, Ni, Mn, V, ecc. Per migliorarne la lavorabilità, elementi come s e ca sono stati aggiunti. Sono stati sviluppati e introdotti diversi tipici acciai per stampi plastici, Y55CrNiMn MoVS (SMI). SMI è un acciaio per stampi in plastica di facile taglio della serie S di fabbricazione cinese, caratterizzato da una durezza pre-indurita di 35-40 HRC, buona lavorabilità al taglio e nessun trattamento termico dopo la lavorazione, che può essere utilizzato direttamente. Aggiunta di una soluzione solida di Ni per rafforzare e aumentare la tenacità e aggiunta di Mn e S per formare una fase di taglio libero MnS; Aggiungendo Cr, Mo e V per aumentare la temprabilità dell'acciaio, l'acciaio 8Cr2S è sufficiente per tagliare facilmente l'acciaio per stampi di precisione.
3) Acciaio per stampi in plastica indurente nel tempo
Sviluppato come acciaio da invecchiamento martensitico a basso contenuto di cobalto, esente da cobalto e a basso contenuto di nichel, MASI è un tipico acciaio da invecchiamento martensitico. Dopo il trattamento con la soluzione 8150C, la durezza è 28-32HRC. Dopo la lavorazione meccanica e l'invecchiamento a 4800°C, i composti intermetallici come Ni3Mo e Ni3Ti si staccano durante l'invecchiamento, determinando una durezza di 48-52 HRC. L'acciaio ha elevata resistenza e tenacità, piccole variazioni dimensionali durante l'invecchiamento e buone prestazioni di saldatura, ma è costoso e non molto popolare in Cina.
4) Acciaio per stampi in plastica resistente alla corrosione
I prodotti in plastica realizzati in cloruro di polivinile (PVC) e ABS con resina resistente al fuoco poiché le materie prime si decompongono e producono gas corrosivi durante il processo di formatura, che possono corrodere lo stampo. Pertanto, è necessario che l'acciaio per stampi in plastica abbia una buona resistenza alla corrosione. Esistono due tipi di acciai per stampi resistenti alla corrosione comunemente usati all'estero: acciaio inossidabile martensitico e acciaio inossidabile indurente per precipitazione. Ci sono società straniere come STVAX (4Crl3) e A SSAB-8407 di ASSAB in Svezia.