Гранулы термопластика часто содержат 30 % стекловолокна или минерального наполнителя-, который под действием тепла и давления ведет себя как мелкая наждачная бумага. Поскольку этот состав прессуется и срезается с поверхности инструмента, стандартная нагревательная плита из закаленной стали постепенно теряет свою прецизионную плоскостность из-за абразивного износа. Как только начинается деградация поверхности, обычно следует дрейф допусков детали и прилипание.
По этой причине,твердость поверхности нагревательная плита абразивные полимерыВыбор является основным фактором проектирования в системах формования износостойких полимеров, особенно в тех случаях, когда смолы со стеклонаполненными-или минеральными-наполнителями обрабатываются непрерывно.
Абразивное взаимодействие между наполненными полимерами и поверхностями валов
Во время формования расплав полимера продавливается через нагретую плиту под значительным давлением. Армирующие наполнители внутри материала действуют как твердые неровности, встроенные в более мягкую матрицу.
Механизм износа на поверхностях валов
Если твердость поверхности недостаточна, происходит прогрессирующее повреждение:
Микро-царапины поверхности валика
Локальное удаление материала и выемка поверхности
Потеря плоскостности по всей зоне нагрева.
Повышенное прихватывание детали из-за роста шероховатости поверхности.
Со временем эти эффекты снижают как точность размеров, так и стабильность теплового контакта.
Минимальные требования к твердости поверхности
Для абразивной обработки полимеров необходима твердость поверхности не менее60HRC (Роквелл С)обычно требуется для поддержания приемлемой износостойкости.
На этом уровне твердости поверхность способна противостоять резке и распашке встроенного стекла или минеральных наполнителей, что значительно продлевает срок службы.
Валу необходима броня не только для структурной защиты, но и для сохранения его тепловой и геометрической целостности при повторяющихся механических нагрузках.
Инженерные методы достижения высокой твердости поверхности
Для достижения необходимой твердости в системах нагревательных плит используется несколько стратегий обработки поверхности.
Азотирование инструментальной стали
Азотирование — это термохимический диффузионный процесс, при котором азот вводится в поверхность стали, образуя слой закаленного соединения.
Глубина корпуса: обычно 0,1–0,5 мм.
Твердость поверхности: обычно выше 60 HRC в эквиваленте.
Преимущества: хорошая износостойкость с минимальными искажениями размеров.
Азотированные слои обеспечивают долговечную,-устойчивую к усталости поверхность, хорошо подходящую для непрерывного термоциклирования.
Твердое хромирование
Твердое хромирование обеспечивает плотное-износостойкое металлическое покрытие.
Диапазон толщины: примерно 0,025–0,1 мм.
Твердость поверхности: обычно превышает 70 HRC.
Преимущества: низкое трение и хорошие антиадгезионные свойства.
Твердый хром обычно применяется в средах, требующих как стойкости к истиранию, так и низкой адгезии к поверхности.
Через-закаленную инструментальную сталь
В конструкции плит часто используются высоколегированные-стали, такие как H13.
Равномерная твердость по всему поперечному-сечению
Хорошее сопротивление термической усталости
Стабильные механические характеристики при повторяющихся циклах нагрева.
Сквозное-затвердевание не является покрытием, но обеспечивает базовую долговечность при работе с абразивами.
PVD-покрытия для максимальной износостойкости
Для высокоабразивных составов часто применяются покрытия методом физического осаждения из паровой фазы (PVD).
Типичная толщина: несколько микрон.
Твердость: часто превышает 80 HRC в эквиваленте.
Распространенные материалы: нитрид титана (TiN), нитрид хрома (CrN).
Несмотря на свою тонкость, PVD-покрытия обеспечивают исключительную твердость поверхности и низкие характеристики трения, что значительно снижает скорость износа.
Важность целостности покрытия
Одной твердости недостаточно, если ухудшается качество покрытия.
Критические требования к покрытию
Чтобы обеспечить долгосрочную-эффективность:
Покрытие должно быть равномерным по толщине.
Адгезия к основе должна быть прочной и-без дефектов.
Проколы или микротрещины-должны быть устранены.
Непрерывность поверхности должна сохраняться во время термических циклов.
Единственное нарушение твердого слоя может обнажить нижележащую подложку, создавая локализованную точку начала износа, которая ускоряет деградацию.
Влияние на качество деталей и стабильность процесса
Износ поверхности нагревательных плит напрямую влияет на качество отливаемой детали.
Размерные и поверхностные эффекты
По мере износа:
Формованные детали могут отклоняться от допусков на размеры.
Качество поверхности может ухудшиться
Силы выталкивания могут увеличиваться из-за адгезии.
Равномерность теплового контакта может быть снижена
Эти эффекты со временем усугубляются, увеличивая процент брака и частоту технического обслуживания.
Соображения термической и механической стабильности
Обработка поверхности должна оставаться стабильной в условиях термоциклирования, типичных для систем прессования с нагревом.
Сопротивление термическому циклированию
Покрытия и упрочненные слои должны:
Сохранение адгезии во время повторяющихся циклов нагрева и охлаждения.
Сопротивляться напряжениям несоответствия теплового расширения
Сохранение твердости в диапазоне рабочих температур.
Неисправность любого из этих аспектов может привести к расслоению или микро-трещинам.
Стратегия выбора материала для абразивных применений
Выбор обработки поверхности зависит от типа наполнителя и загрузки.
Руководство-на основе приложений
Умеренная загрузка стекловолокна: зачастую достаточно азотированных поверхностей.
Высокое содержание минералов или стекла: рекомендуется использовать твердые хромированные стали или стали H13.
Экстремальные абразивные условия: предпочтительно использование PVD-покрытий.
Степень абразивности наполнителя напрямую определяет требуемый запас твердости.
Заключение
Выбор правильной твердости поверхности нагревательной плиты, используемой при формовке полимеров с абразивным-наполнителем, имеет важное значение для обеспечения точности размеров, качества поверхности и долговечности эксплуатации. Минимальная твердость 60 HRC, достигаемая за счет азотирования, твердого хромирования, -закаленной инструментальной стали или PVD-покрытия, обеспечивает эффективную стойкость к износу из-за воздействия стекла- и минеральных-наполненных соединений.
Эффективныйтвердость поверхности нагревательная плита абразивные полимерыПроектирование начинается с обеспечения того, чтобы поверхность была тверже абразивных частиц, с которыми она контактирует, тем самым сохраняя как геометрию инструмента, так и целостность изделия. В системах термоформования, подверженных -износу, долговечность определяется не только материалом сердцевины, но и специальной броней на его поверхности.
