Lisovanie veľkých automobilových dielov z náplne horúceho termoplastu vystuženého sklenenými vláknami je ako lisovanie horúcej brúsnej prikrývky. Keď materiál prúdi pod tonovým tlakom, brúsi sa o zohriate dosky. Štandardná oceľová doska sa opotrebuje a stratí svoju rovinnosť, čo spôsobí zmeny hrúbky dielu. Doska musí byť pancierovaná. Výber správnehovyhrievacia doska lisovanie termoplastov s dlhými vláknamiPožiadavky aplikácií si vyžadujú pozornosť na tvrdosť povrchu, štrukturálnu tuhosť a tepelnú rovnomernosť-najmä ak ide o geometrie hlbokého ťahania.
Výzva opotrebenia: Sklenené vlákna ako abrazívne činidlá
Termoplasty s dlhými vláknami (LFT) zvyčajne obsahujú 20–50 % hmotnosti sklenených vlákien, pričom dĺžka vlákien sa pohybuje od 6 do 25 mm. Počas kompresného zdvihu nesie roztavená polymérna matrica tieto tvrdé, ostré vlákna cez povrch dosky pod tlakom 50–200 barov (5–20 MPa). Vlákna pôsobia ako mikroskopické škrabky, ktoré postupne odstraňujú materiál z čela dosky. Mäkká alebo neošetrená oceľová doska vytvára škrabance, drážky a lokalizované priehlbiny v priebehu týždňov alebo mesiacov od výroby. Výsledná nerovnomernosť hrúbky dielu vedie k odmietnutiu komponentov a prepracovaniu nástroja.
Povrchové kalenie: Prvá línia obrany
Prednou stranou dosky je kovadlina a tečúci polymér naplnený sklom je neúprosné kladivo. Aby odolal tomuto oderu, povrch dosky musí dosiahnuť tvrdosť aspoň 60 Rockwell C (HRC) alebo približne 700–800 HV.
Výber základného materiálu
Telo dosky je zvyčajne vyrobené z vysoko kvalitnej nástrojovej ocele, ako je AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) alebo AISI 4140 predkalená. Tieto ocele poskytujú dobrú tepelnú vodivosť, opracovateľnosť a rozmerovú stálosť pri typických formovacích teplotách 150–250 stupňov. Samotná základná oceľ však nestačí na aplikácie LFT.
Povrchové kalenie
Na kalenie pracovnej plochy lisovacej dosky pre LFT sa používajú tri bežné metódy:
| Liečba | Hĺbka | Tvrdosť (HRC) | Vhodnosť pre LFT |
|---|---|---|---|
| Nitridácia (plyn alebo plazma) | 0,3–0,5 mm | 65–70 | Vhodné pre mierny obsah skla (menej ako alebo rovný 30 %) |
| Tvrdé chrómovanie | 0,05–0,2 mm | 65–70 | Dobrý, ale pri vysokom bodovom zaťažení sa môže odlupovať |
| PVD keramický povlak (TiN, CrN, AlTiN) | 2–5 µm (0,002–0,005 mm) | 80-85 (do 2000-3000 HV) | Vynikajúce pre vysoko plnené zmesi (viac ako alebo rovné 40 % skla) |
Nitridáciavytvára difúznu zónu, ktorá postupne prechádza z vrstvy tvrdej zmesi na mäkšie jadro, čím zabraňuje delaminácii. Je to cenovo najefektívnejšia voľba pre stredný objem výroby.
Tvrdé chrómovanieponúka vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu, ale vyžaduje starostlivú prípravu hrany, aby sa zabránilo odlupovaniu pri tepelných cykloch.
Povlaky na fyzikálne nanášanie pár (PVD). such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) provide the highest surface hardness (typically >2000 HV) a veľmi nízky koeficient trenia. Hoci je povlak extrémne tenký (niekoľko mikrónov), výrazne znižuje opotrebenie lepidla a poškriabanie vlákien. Pre najviac abrazívne zlúčeniny s vysokým obsahom skla (napr. 50 % sklo) je PVD povlak konečným riešením.
Konštrukčná tuhosť: Rebrovaný dizajn zadnej strany
Pri vysokých formovacích tlakoch požadovaných na LFT formovanie -často 100 – 200 barov- musí doska odolávať ohybu a deformácii. Dokonca aj mierna konvexná alebo konkávna deformácia (rádovo 0,1 mm) má za následok nerovnomernú hrúbku dielu s tenkými časťami s najvyšším tlakom a hrubými časťami na okrajoch.
Aby sa zachovala rovinnosť, musí byť zadná strana vyhrievacej dosky (strana oproti tvarovacej ploche) silne rebrovaná. Rebrá sú odlievané alebo opracované ako mriežkový vzor, čím sa zvyšuje modul prierezu bez pridania nadmernej hmoty. Analýza konečných prvkov (FEA) sa zvyčajne vykonáva na optimalizáciu vzdialenosti rebier a hrúbky pre očakávanú upínaciu silu a geometriu formy. Dobre rebrovaná doska s celkovou hrúbkou 50–100 mm môže pri plnom zaťažení dosiahnuť priehyb menší ako 0,05 mm na rozpätí 1 metra.
Tepelná jednotnosť pre hlboké ťahanie
Hlboko ťahané diely LFT-ako sú škrupiny zadných sedadiel automobilov, predné moduly alebo kryty batérií-vyžadujú konzistentný tok materiálu do zvislých alebo takmer zvislých stien. Ak má povrch dosky horúce alebo studené zóny, polymér bude tiecť nerovnomerne: teplejšie oblasti umožňujú rýchlejšie prúdenie, zatiaľ čo chladnejšie oblasti spôsobujú predčasné tuhnutie a neúplné plnenie.
Ohrievacie prvky, zvyčajne ohrievače kaziet, musia byť umiestnené čo najbližšie k pracovnému povrchu-zvyčajne 15–25 mm pod povrchom. To minimalizuje tepelné oneskorenie a umožňuje rýchlu reakciu na zmeny nastavenej hodnoty teploty. Ohrievacie telesá sú usporiadané cik-cak alebo paralelne s menšími rozstupmi v oblastiach s vysokými tepelnými stratami (napr. pri okrajoch a v hlbokých rohoch). Malo by byť špecifikovaných viacero nezávislých vykurovacích zón (zvyčajne 3–6 zón na dosku), každá s vlastným teplotným snímačom (termočlánkom alebo RTD) a regulátorom s uzavretou slučkou. Táto zónová konfigurácia kompenzuje premenlivé tepelné straty na doske a zaisťuje, že celá formovacia oblasť-vrátane dutiny na hlboké ťahanie{12}}zostane v rozmedzí ±2 stupňov od cieľovej teploty.
Povrchová úprava pre uvoľnenie dielu
Povrch dosky by mal byť vyleštený na jemnú povrchovú úpravu (Ra 0,2–0,4 µm alebo lepšie), aby sa zlepšilo uvoľnenie lisovanej časti LFT. Hladší povrch tiež znižuje odpor vlákna a hromadenie degradovaných zvyškov polyméru. Pri platniach potiahnutých PVD povlak zdedí základný lesk, ktorý poskytuje odolnosť proti opotrebovaniu a ľahké uvoľňovanie.
Súhrn výberových kritérií pre LFT lisovanie
| Požiadavka | Odporúčaná špecifikácia |
|---|---|
| Základný materiál | Nástrojová oceľ (H13, P20 alebo 4140) |
| Tvrdosť povrchu | Väčšie alebo rovné 60 HRC (väčšie alebo rovné 700 HV) |
| Spôsob kalenia | Nitridácia (0,3–0,5 mm) pre<30% glass; PVD TiN/CrN for >30% skla |
| Zadná strana dosky | Silne rebrované, FEA-optimalizované pre priehyb<0.05 mm/m |
| Vykurovacie telesá | Ohrievače kaziet umiestnené 15–25 mm od povrchu, zónové ovládanie (±2 stupne) |
| Povrchová úprava | Leštené na Ra Menšie alebo rovné 0,4 µm |
Záver
Výber dosky na lisovanie LFT je boj proti oderu a deformácii, ktorý vyhral výber tvrdého, dobre podopreného nástroja s dokonale rovnomerným tepelným profilom. Thevyhrievacia doska lisovanie termoplastov s dlhými vláknamiaplikácie vyžadujú povrch, ktorý odolá brúseniu sklenených vlákien-dosiahnutých nitridáciou, tvrdým chrómom alebo PVD keramickým povlakom-v kombinácii s rebrovanou zadnou stranou, aby odolal deformácii pri vysokom tlaku. Ohrievače kaziet umiestnené v blízkosti pracovnej plochy, usporiadané v nezávislých zónach, dodávajú rovnomerné teplo potrebné na hlbokoťažné tvarovanie. Formovanie ľahkých a pevných automobilových dielov zajtrajška si vyžaduje nástroj, ktorý sa neopotrebuje, a správne zvolená doska poskytuje presne takúto odolnosť.
