การเลือกใช้วัสดุแม่พิมพ์พลาสติก

1. สภาพการทำงานของแม่พิมพ์พลาสติก
เนื่องจากการพัฒนาของอุตสาหกรรมพลาสติกและการขึ้นรูปพลาสติก ความต้องการด้านคุณภาพสำหรับแม่พิมพ์พลาสติกจึงสูงขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นปัญหาความล้มเหลวของแม่พิมพ์พลาสติกและปัจจัยที่มีอิทธิพลจึงกลายเป็นหัวข้อวิจัยที่สำคัญ ชิ้นส่วนการทำงานหลักของแม่พิมพ์พลาสติกคือชิ้นส่วนขึ้นรูป เช่น แม่พิมพ์นูนและแม่พิมพ์เว้า ซึ่งสร้างโพรงของแม่พิมพ์พลาสติกเพื่อสร้างพื้นผิวต่างๆ ของชิ้นส่วนพลาสติกและสัมผัสโดยตรงกับพลาสติก ทนต่อแรงกด อุณหภูมิ แรงเสียดทาน และการกัดกร่อน
2. การวิเคราะห์สาเหตุความล้มเหลวของวัสดุแม่พิมพ์พลาสติก
กระบวนการทั่วไปของการผลิตแม่พิมพ์รวมถึงการออกแบบแม่พิมพ์ การเลือกวัสดุ การรักษาความร้อน การประมวลผลทางกล การดีบัก และการติดตั้ง จากการตรวจสอบพบว่าวัสดุที่ใช้และการรักษาความร้อนเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์ รวมถึงปัจจัยที่ทำให้เกิดความล้มเหลวของแม่พิมพ์ จากมุมมองของการจัดการคุณภาพอย่างครอบคลุม ปัจจัยที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์ไม่สามารถวัดเป็นผลรวมของพหุนามได้ แต่ควรเป็นผลคูณของปัจจัยหลายอย่าง ดังนั้น คุณภาพของวัสดุแม่พิมพ์และการรักษาความร้อนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการผลิตแม่พิมพ์ทั้งหมด
จากการวิเคราะห์ปรากฏการณ์ทั่วไปของความล้มเหลวของแม่พิมพ์ แม่พิมพ์พลาสติกอาจประสบความล้มเหลวในการสึกหรอ ความล้มเหลวในการเปลี่ยนรูปเฉพาะที่ และความล้มเหลวในการแตกหักระหว่างการบริการ รูปแบบความล้มเหลวที่สำคัญของแม่พิมพ์พลาสติกสามารถแบ่งออกเป็นความล้มเหลวในการสึกหรอ ความล้มเหลวในการเปลี่ยนรูปของพลาสติกเฉพาะที่ และความล้มเหลวในการแตกหัก
3. ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับเหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติก ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมการผลิต แม่พิมพ์พลาสติกจึงเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในการขึ้นรูปและแปรรูปพลาสติก ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนที่เพิ่มขึ้นของการผลิตแม่พิมพ์ทั้งหมดในแต่ละปี ด้วยการพัฒนาและการผลิตอย่างต่อเนื่องของพลาสติกประสิทธิภาพสูง ประเภทของผลิตภัณฑ์พลาสติกจึงเพิ่มขึ้น การใช้งานของพวกเขาก็เพิ่มขึ้น และผลิตภัณฑ์กำลังพัฒนาไปสู่ความแม่นยำ ขนาดใหญ่ และซับซ้อน ด้วยการพัฒนาการผลิตแม่พิมพ์ความเร็วสูง สภาพการทำงานของแม่พิมพ์จึงมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ
1) การสึกหรอและการกัดกร่อนบนพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์
พลาสติกที่หลอมละลายจะไหลภายใต้แรงดันบางอย่างในช่องแม่พิมพ์ และชิ้นส่วนพลาสติกที่แข็งตัวจะหลุดออกจากแม่พิมพ์ ทำให้เกิดการเสียดสีและสึกหรอบนพื้นผิวที่ขึ้นรูปของแม่พิมพ์ สาเหตุพื้นฐานของการสึกหรอและความล้มเหลวของแม่พิมพ์พลาสติกคือแรงเสียดทานระหว่างแม่พิมพ์และวัสดุ อย่างไรก็ตาม รูปแบบและกระบวนการสึกหรอที่เฉพาะเจาะจงนั้นสัมพันธ์กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น ความดัน อุณหภูมิ ความเร็วในการเปลี่ยนรูปของวัสดุ และสภาวะการหล่อลื่นของแม่พิมพ์ในระหว่างการทำงาน เมื่อวัสดุและการรักษาความร้อนที่ใช้ในแม่พิมพ์พลาสติกไม่สมเหตุผล ความแข็งผิวของโพรงแม่พิมพ์พลาสติกจะต่ำและความต้านทานการสึกหรอต่ำ ซึ่งแสดงให้เห็นว่า: ขนาดของพื้นผิวโพรงเกินเกณฑ์เนื่องจากการสึกหรอและการเสียรูป ; ค่าความหยาบเพิ่มขึ้นเนื่องจากการทำให้หยาบ และคุณภาพของพื้นผิวจะลดลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้วัสดุแข็งเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ จะทำให้การสึกหรอของพื้นผิวโพรงรุนแรงขึ้น นอกจากนี้ ในระหว่างกระบวนการแปรรูปพลาสติก ส่วนประกอบต่างๆ เช่น คลอรีนและฟลูออรีนจะถูกให้ความร้อนเพื่อสลายตัวเป็นก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน HC1 และ HF ทำให้เกิดการกัดกร่อนและการสึกหรอบนพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์พลาสติก ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลว หากมีความเสียหายจากการสึกหรอในเวลาเดียวกับการสึกหรอ ซึ่งทำลายการชุบหรือชั้นป้องกันอื่นๆ บนพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์ มันจะส่งเสริมกระบวนการกัดกร่อน ปฏิกิริยาข้ามของความเสียหายสองประเภทเร่งให้เกิดการกัดกร่อนและสึกหรอ
2) ความล้มเหลวในการเปลี่ยนรูปพลาสติก
ความดันและความร้อนบนพื้นผิวของช่องโมเดลพลาสติกอาจทำให้พลาสติกเสียรูปได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแม่พิมพ์ขนาดเล็กทำงานบนอุปกรณ์น้ำหนักมาก ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการเสียรูปของพลาสติกเกินพิกัด วัสดุที่ใช้ในแม่พิมพ์พลาสติกมีความแข็งแรงและความเหนียวไม่เพียงพอ ทำให้มีความต้านทานการเสียรูปต่ำ อีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้พลาสติกเสียรูปล้มเหลวส่วนใหญ่เกิดจากชั้นชุบแข็งบางๆ บนพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์ ความต้านทานการเปลี่ยนรูปไม่เพียงพอ หรือการเปลี่ยนรูปเฟสอ่อนลงเมื่ออุณหภูมิในการทำงานสูงกว่าอุณหภูมิการอบชุบ ส่งผลให้แม่พิมพ์เสียตั้งแต่เนิ่นๆ
3) การแตกหัก
สาเหตุหลักของการแตกหักคือความเครียดทางโครงสร้างและความเค้นทางความร้อนที่เกิดจากความแตกต่างของโครงสร้างและอุณหภูมิ หรือความเครียดทางโครงสร้างที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์เนื่องจากการอบคืนตัวไม่เพียงพอ ซึ่งเปลี่ยนออสเทนไนต์ที่เหลือให้เป็นมาร์เทนไซต์ที่อุณหภูมิบริการ ทำให้เกิดการขยายตัวของปริมาตรเฉพาะที่
สภาพการทำงานของแม่พิมพ์พลาสติกแตกต่างจากแม่พิมพ์ปั๊มเย็น โดยทั่วไป จะต้องดำเนินการที่อุณหภูมิ 150 องศา -200 องศา และนอกจากจะต้องรับแรงกดดันในระดับหนึ่งแล้ว ยังจำเป็นต้องทนต่ออิทธิพลของอุณหภูมิอีกด้วย แม่พิมพ์เดียวกันสามารถมีความล้มเหลวได้หลายรูปแบบ และแม้แต่ในแม่พิมพ์เดียวกันก็อาจเกิดความเสียหายได้หลายอย่าง จากรูปแบบความล้มเหลวของแม่พิมพ์พลาสติก จะเห็นได้ว่าการเลือกวัสดุแม่พิมพ์พลาสติกที่เหมาะสมและการรักษาความร้อนมีความสำคัญมาก เนื่องจากมีผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์ ดังนั้นเหล็กที่ใช้สำหรับแม่พิมพ์พลาสติกควรเป็นไปตามข้อกำหนดดังต่อไปนี้:
1) ประสิทธิภาพการทนความร้อน
ด้วยการเกิดขึ้นของเครื่องจักรขึ้นรูปความเร็วสูง ความเร็วในการทำงานของผลิตภัณฑ์พลาสติกจึงเร่งตัวขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิในการขึ้นรูปอยู่ระหว่าง 200 ถึง 350 องศา หากการไหลตัวของพลาสติกไม่ดีและความเร็วในการขึ้นรูปเร็ว จะทำให้อุณหภูมิพื้นผิวของแม่พิมพ์สูงเกิน 400 องศาในระยะเวลาอันสั้น เพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำและการเสียรูปน้อยที่สุดระหว่างการใช้งาน เหล็กกล้าแม่พิมพ์ควรมีความทนทานต่อความร้อนสูง
2) ความต้านทานการสึกหรอที่เพียงพอ
ด้วยการขยายตัวของการใช้ผลิตภัณฑ์พลาสติก มักจำเป็นต้องเพิ่มวัสดุอนินทรีย์ เช่น ใยแก้ว เพื่อเพิ่มความเป็นพลาสติก เนื่องจากการเติมสารเติมแต่ง ทำให้ความลื่นไหลของพลาสติกลดลงอย่างมาก ซึ่งนำไปสู่การสึกหรอของแม่พิมพ์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีความทนทานต่อการสึกหรอที่ดี
3) ประสิทธิภาพการตัดที่ยอดเยี่ยม
นอกจากการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้าแล้ว แม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปพลาสติกส่วนใหญ่ยังต้องมีการตัดและซ่อมแซมช่างฟิตอีกด้วย เพื่อยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือตัด การชุบแข็งงานจะลดลงในระหว่างกระบวนการตัด เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูปทรงของแม่พิมพ์และส่งผลต่อความแม่นยำ เราหวังว่าจะสามารถควบคุมความเค้นตกค้างระหว่างการประมวลผลให้น้อยที่สุดได้
4) เสถียรภาพทางความร้อนที่ดี
รูปร่างของชิ้นส่วนแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกมักจะซับซ้อนและยากต่อการประมวลผลหลังจากการดับ ดังนั้นควรเลือกวัสดุที่มีความคงตัวทางความร้อนที่ดีให้มากที่สุด
5) ประสิทธิภาพการประมวลผลมิเรอร์
พื้นผิวของโพรงเรียบ และพื้นผิวการขึ้นรูปต้องมีการขัดให้เป็นพื้นผิวกระจก โดยมีความหยาบของพื้นผิวต่ำกว่า Ra0.4 μ m เพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนพลาสติกที่กดแล้วมีลักษณะที่ปรากฏและอำนวยความสะดวกในการถอดแบบ
6) ประสิทธิภาพการรักษาความร้อน
ในอุบัติเหตุความล้มเหลวของแม่พิมพ์ อุบัติเหตุที่เกิดจากการอบชุบด้วยความร้อนโดยทั่วไปอยู่ที่ร้อยละ 52.3 ทำให้การอบชุบมีบทบาทสำคัญในกระบวนการผลิตแม่พิมพ์ทั้งหมด คุณภาพของเทคโนโลยีการให้ความร้อนมีผลอย่างมากต่อคุณภาพของแม่พิมพ์ โดยทั่วไป การอบชุบด้วยความร้อนจำเป็นต้องมีการเสียรูปเล็กน้อย ช่วงอุณหภูมิการชุบแข็งที่กว้าง ความไวต่ำต่อความร้อนสูงเกินไป และความสามารถในการชุบแข็งและชุบแข็งสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่ง
7) ความต้านทานการกัดกร่อน
ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอาจถูกปล่อยออกมาและสลายตัวเป็นก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น HC1, HF เป็นต้น ซึ่งจะกัดกร่อนแม่พิมพ์ บางครั้งแม่พิมพ์สึกกร่อนและเสียหายที่พอร์ตการไหลของอากาศ ดังนั้นเหล็กแม่พิมพ์จึงต้องมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี
4. เหล็กแม่พิมพ์พลาสติกชนิดใหม่
โดยทั่วไป แม่พิมพ์พลาสติกทำจากเหล็กกล้านอร์มอลไลซ์ 45 หรือเหล็กกล้า 40Cr ผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัว แม่พิมพ์พลาสติกที่ต้องการความแข็งสูงทำจากเหล็ก เช่น CrWMn หรือ Crl2MoV สำหรับแม่พิมพ์พลาสติกที่มีอุณหภูมิในการทำงานสูง สามารถเลือกเหล็กแม่พิมพ์ที่ทำงานร้อนที่มีความเหนียวสูงได้ เพื่อตอบสนองความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับความแม่นยำของมิติและคุณภาพพื้นผิวของโพรงพลาสติก เมื่อเร็ว ๆ นี้ชุดเหล็กกล้าแม่พิมพ์ใหม่ได้รับการพัฒนาขึ้น
1) เหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติกคาร์บูไรซ์
ส่วนใหญ่จะใช้เหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติกแบบคาร์บูไรซ์สำหรับแม่พิมพ์พลาสติกที่มีโพรงที่ซับซ้อนซึ่งเกิดจากการอัดขึ้นรูปเย็น เหล็กชนิดนี้มีปริมาณคาร์บอนต่ำและมักเติมธาตุ Cr ในขณะเดียวกัน จะมีการเติม Ni, Mo และ v ในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็งและความสามารถในการคาร์บูไรซิ่ง เพื่ออำนวยความสะดวกในการขึ้นรูปด้วยการรีดเย็น เหล็กกล้าประเภทนี้ต้องมีความเหนียวสูงและต้านทานการเสียรูปต่ำในสถานะอบอ่อน โดยมีความแข็งในการหลอมน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1 00HBS หลังจากการขึ้นรูปด้วยการรีดเย็น กระบวนการชุบแข็งและการอบชุบแข็งจะดำเนินการ และความแข็งของพื้นผิวอาจถึง 58-62HRC มีเกรดเหล็กเฉพาะสำหรับเหล็กประเภทนี้ในต่างประเทศ เช่น 8416 ของสวีเดน และ P2 และ P4 ของสหรัฐอเมริกา เหล็กกล้า 12CrNi3A และ 12Cr2Ni4A รวมถึงเหล็กกล้า 20Cr2Ni4A เป็นที่นิยมใช้ในประเทศจีน มีความทนทานต่อการสึกหรอดี ไม่ยุบหรือลอกผิว และยืดอายุแม่พิมพ์ ธาตุ cr, Ni, Mo และ V ในเหล็กกล้าจะเพิ่มความแข็งและความต้านทานการสึกหรอของชั้นคาร์บูไรซ์ ตลอดจนความแข็งแรงและความเหนียวของแกนกลาง
2) เหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติกชุบแข็ง
เหล็กกล้าประเภทนี้มีปริมาณคาร์บอน 0.3 เปอร์เซ็นต์ -0.55 เปอร์เซ็นต์ และส่วนประกอบของโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ Cr, Ni, Mn, v เป็นต้น เพื่อปรับปรุงความสามารถในการตัด เพิ่มองค์ประกอบเช่น s และ ca เหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติกทั่วไปหลายชนิด Y55CrNiMn MoVS (SMI) ได้รับการพัฒนาผ่านการวิจัย การแนะนำ และพัฒนา เป็นเหล็กแม่พิมพ์พลาสติก S-series ที่พัฒนาโดยจีนโดยไม่ใช้แม่พิมพ์ที่มีความแข็งก่อนนำส่งแข็งที่ 35_ 40 HRC พร้อมความสามารถในการแปรรูปที่ดี สามารถใช้งานได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านกรรมวิธีทางความร้อนหลังการแปรรูป การเติมสารละลาย Ni Solid เพื่อเสริมความแข็งแกร่งและเพิ่มความเหนียว เพิ่ม Mn และ S เพื่อสร้างเฟสการตัดอิสระ MnS การเพิ่ม Cr, Mo และ V เพื่อเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก เหล็กกล้า 8Cr2S ก็เพียงพอสำหรับการตัดเหล็กแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำได้ง่าย
3) เวลาชุบแข็งเหล็กแม่พิมพ์พลาสติก
มีการพัฒนาเหล็กกล้าผสมโคบอลต์ต่ำ ปราศจากโคบอลต์ และนิกเกิลต่ำ MASI เป็นเหล็กหล่อทั่วไป หลังการบำบัดของแข็งที่อุณหภูมิ 8150C ความแข็งคือ 28-32HRC มีการดำเนินการทางกล จากนั้นจึงบ่มที่อุณหภูมิ 4800C เพื่อผลิตสารประกอบระหว่างโลหะ เช่น Ni3Mo และ Ni3Ti ส่งผลให้มีความแข็ง 48-52 HRC เหล็กมีความแข็งแรงและความเหนียวสูง มีการเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กน้อยระหว่างอายุ และประสิทธิภาพการซ่อมแซมรอยเชื่อมที่ดี แต่มีราคาแพงและไม่เป็นที่นิยมในประเทศจีน
4) เหล็กแม่พิมพ์พลาสติกที่ทนต่อการกัดกร่อน
ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ทำจากโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC), ABS และเรซินทนไฟจะสลายตัวในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปเพื่อผลิตก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนซึ่งสามารถกัดกร่อนแม่พิมพ์ได้ ดังนั้นเหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติกจึงต้องมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี เหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติกที่ทนต่อการกัดกร่อนที่ใช้กันทั่วไปในต่างประเทศ ได้แก่ เหล็กกล้าไร้สนิม Martensitic และเหล็กกล้าไร้สนิมชุบแข็งแบบตกตะกอน บริษัทต่างประเทศ เช่น STSAX (4Crl3) และ A SSAB-8407 จาก ASSAB ในสวีเดน