Как да изберем нагревателна плоча за компресионно формоване на термопласти с дълги влакна (LFT)?

компресионно формоване на голяма автомобилна част от зареждане от горещ, подсилен със стъклени{0}}влакна-термопласт. Като натискане на горещо, абразивно одеяло. Материалът тече под тонове налягане, смилайки се срещу горещите плочи. Нормалната стоманена плоча ще се износи и ще загуби своята плоскост, създавайки отклонения в дебелината на детайла. Плочата трябва да бъде бронирана. Когато избирате подходящите термопластични приложения с компресионно формоване на нагревателна плоча с дълги влакна, вземете под внимание твърдостта на повърхността, структурната твърдост и топлинната еднородност – особено за геометрии с дълбоко{7}}изтегляне.

Предизвикателството за износване: Стъклени влакна като абразиви
Термопластите с дълги влакна (LFT) обикновено съдържат 20-50 тегл.% стъклени влакна и дължината на влакната е в диапазона от 6-25 mm. В хода на компресия разтопената полимерна матрица придвижва тези твърди, заострени влакна през повърхността на плочата при налягания от 50–200 бара (5–20 MPa). Влакната са малки стъргалки, които бавно отстраняват материала от повърхността на плочата. След седмици или месеци на производство меката или необработена стоманена плоча ще има драскотини, канали и локализирани вдлъбнатини. Това причинява неравномерност в дебелината на детайла, което води до отхвърлени части и преработка на инструмента.

Повърхностно втвърдяване: Първата линия на защита
Лицето на валяка е наковалнята, а чукът, който никога не почива, е течащият, пълен със стъкло-полимер. За да устои на тази абразия, повърхността на плочата трябва да бъде поне 60 Rockwell C (HRC) или около 700–800 HV.

Избор на основен материал
Тялото на плочата обикновено се произвежда от висококачествена инструментална стомана, например AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) или AISI 4140 предварително закалена. Топлинната проводимост, обработваемостта и стабилността на размерите на тези стомани са добри при обичайните температури на формоване от 150 до 250 градуса. Но голата стомана не е подходяща за LFT приложения.

Процеси на повърхностно втвърдяване
Една от трите стандартни процедури се използва за втвърдяване на работната повърхност на пресована формовъчна плоча за LFT:

Твърдост (HRC) Дълбочина на обработка Подходящ за LFT
Газово или плазмено азотиране0,3-0,5 mm 65-70Добър за умерено количество стъкло (<=30%)
Твърдо хромиране 0,05 до 0,2 mm 65 до 70Добро, но може да се напука при големи точкови натоварвания
PVD керамично покритие (TiN, CrN, AlTiN) 2–5 µm (0,002–0,005 mm) 80–85 (до 2000–3000 HV) Страхотно за силно натоварени съединения (повече от или равно на 40% стъкло)
Азотирането образува дифузионна зона, която прогресивно се променя от твърдия съставен слой към по-мекото ядро, избягвайки разслояването. Това е най-рентабилната алтернатива за средни обеми на производство.

Твърдото хромирано покритие има голяма устойчивост на износване, но изисква прецизна подготовка на ръбовете, за да се предотврати отлепване при термични цикли.

Physical Vapour Deposition (PVD) coatings such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) offer the greatest surface hardness (usually >2000 HV) и много нисък коефициент на триене. Въпреки че покритието е доста тънко (няколко микрона), то значително намалява износването на лепилото и надраскването на влакната. За най-абразивните и силно стъклени материали (50% стъкло например), PVD покритието е оптималният отговор.

Структурна твърдост: задна страна с ребра
За LFT формоване плочата трябва да издържа на огъване и деформация при високи налягания на формоване, които обикновено са в диапазона от 100-200 бара. Дори малка изпъкнала или вдлъбната деформация (около 0,1 mm) води до неравномерна дебелина на частта, с тънки области, където налягането е най-високо, и дебели участъци по краищата.

В името на равнината трябва да се използва силно оребрена задна страна на нагревателната плоча (противоположната страна на оформящата повърхност). Ребрата са отлети или обработени в решетъчен модел, който добавя към модула на сечението, без да добавя твърде много маса. Разстоянието между ребрата и дебелината на ребрата често се оптимизират чрез анализ на крайните елементи (FEA) за очакваната сила на затягане и геометрията на формата. Една добре оребрена плоча с обща дебелина от 50 до 100 mm може да има деформация от по-малко от 0,05 mm на разстояние от 1 метър при пълно натоварване.

Формоване с дълбоко изтегляне: Равномерност на температурата
Елементите с дълбоко{0}}изтегляне на LFT, като черупки на задните седалки на превозни средства, предни-модули или корпуси на батерии, се нуждаят от постоянен поток от материал във вертикални или почти-вертикални стени. Ако има горещи или студени зони на повърхността на плочата, полимерът няма да тече равномерно. По-горещите зони ще позволят по-бърз поток, докато по-хладните зони ще се втвърдят преждевременно и няма да се напълнят напълно.

Нагревателните елементи, които обикновено са патронни нагреватели, трябва да се монтират възможно най-близо до работната повърхност, обикновено 15-25 mm под повърхността. Това намалява термичното забавяне и дава възможност за бърза реакция при регулиране на зададената температура. В места с големи загуби на топлина (напр. близо до ръбове и в дълбоки изтеглени ъгли) патронните нагреватели се подреждат на зигзаг или паралелно с по-малко разстояние. Посочете множество отделни нагревателни зони (обикновено 3-6 зони на плоча), всяка със собствен температурен сензор (термодвойка или RTD) и контролер със затворен контур. Тази зонална структура преодолява топлинните загуби в различните зони на плочата и гарантира, че цялата зона на формоване, включително кухината за дълбоко изтегляне, остава в рамките на ±2 градуса от желаната температура.

Повърхностно покритие за освобождаване на част
За да се оптимизира освобождаването на формованата LFT част, повърхността на плочата трябва да бъде завършена до фино полиране (Ra 0,2–0,4 µm или по-добро). По-гладка повърхност минимизира съпротивлението на влакната и образуването на повредени полимерни остатъци. Покритието приема основния лак на плочите с PVD покритие, което дава устойчивост на износване и лесно освобождаване.

Критерии за избор на компресионно формоване LFT Обобщено изискване Предложена спецификация
Основен материал Инструментална стомана (H13, P20 или 4140)
Повърхностна твърдост По-голяма или равна на 60HRC (По-голяма или равна на 700HV)
Метод на втвърдяване Азотиране (0,3-0,5 mm) за<30% glass; PVD TiN/CrN for >30% стъкло
Задната страна на плочата Силно оребрена, FEA-оптимизирана за деформация<0.05 mm/m
Патронни нагреватели 15–25 мм от повърхността, зонално управление (±2 градуса) Нагревателни елементи
Повърхностно покритие Полирано до Ra По-малко или равно на 0,4 микрона
Заключение
Изборът на плоча за LFT формоване е война срещу абразията и деформацията; начинът да спечелите е да търсите твърд, добре-поддържан инструмент с прецизно еднакъв топлинен профил. Компресионното формоване с нагревателна плоча на термопласти с дълги влакна изисква повърхност, която може да издържи на смилането на стъклени влакна – постижимо чрез азотиране, твърд хром или PVD керамични покрития – и оребрена задна страна, за да се предотврати деформация под високо налягане. Патронните нагреватели в отделните зони в съседство с работната повърхност произвеждат равномерната топлина, необходима за формоване с дълбоко{3}}изтегляне. За да подготвите леки и високоякостни автомобилни части на утрешния ден, имате нужда от инструмент, който не се износва, добре подбраната плоча осигурява точно това.