Выбор идеального поверхностного покрытия для инструментов литья под давлением

Процесс литья под давлением довольно сложен. В нем задействовано несколько различных элементов, работающих вместе для производства пластикового изделия. Однако одной из ключевых частей является сама форма, в которую вводится расплавленный пластик для придания зафиксированной и желаемой формы. Форма — очевидно, одна из самых важных функциональных частей литья под давлением, но также и одна из самых дорогих. Повреждение формы представляет значительные финансовые обязательства. К счастью, их можно избежать. Как? Правильным обращением с формой. Здесь мы рассмотрим некоторые методы поверхностной обработки инструментов литья под давлением.

Почему важна обработка форм литья под давлением?

Простейший ответ — экономия затрат. Это имеет смысл, если учесть стоимость форм. Одна форма может стоить сотни тысяч долларов, и это только цена покупки. Эти затраты можно и нужно избежать, а поверхностная обработка инструментов литья — один из способов сделать это.

Формы не слабы, обычно изготавливаются из закаленной стали. Однако процесс впрыска расплавленных смол при высоких температурах и давлениях со временем наносит ущерб формам. Многие термопластические материалы, используемые сегодня, абразивны и вызывают абразивный износ и трение поверхностей форм после множества циклов впрыска. Также существует риск коррозии и усталости при продолжительной эксплуатации.

Хотя конечным результатом обычно является повреждение инструмента литья, качество работы, производимой формами, пораженными коррозией, трением, износом и абразией, обычно ниже требуемого. Поток в форме также может страдать без правильной обработки. Все это может оттолкнуть клиентов, а вернуть их обратно обычно сложно, даже после замены формы. Это еще больше подчеркивает, почему литейщики должны быть обучены обработке форм и различным инструментам их отделки.

Типы поверхностной обработки для инструментов пластикового литья под давлением

Сталь тверда, да. Но достаточно ли она тверда, чтобы защитить формы от износа при длительном воздействии расплавленной смолы высокой температуры и давления? Нет, не совсем. Различные поверхностные обработки могут обеспечить необходимую дополнительную защиту. Ниже кратко рассмотрим некоторые из них.

Нанесение покрытий (плавление)

Нанесение покрытий — одно из самых распространенных решений против износа, повреждений и абразий. Существует две основные формы: электролитическое и безэлектролитическое (химическое). Разница заключается в наличии или отсутствии электрического тока. Электролитическое плавление требует электрического тока, химическое — нет.

Хромовое плавление и химическое никелирование — две наиболее типичные формы плавления для форм. Хромовое плавление включает электролитическое осаждение тонкого слоя хрома на форму. Продукт хромового плавления — хром. В отличие от никелирования, хромовое плавление требует использования конформного анода, входящего в полость формы. Это означает, что хромовое плавление займет больше времени, особенно для детализированных форм, и, как следствие, может стоить дороже. Другой недостаток: слишком длительное хромовое плавление может препятствовать равномерному осадке, особенно в детализированных формах. Текстура поверхности формы становится тверже при хромировании, что делает их более стойкими к ржавчине. Хромовое плавление обычно гладкое и очень функциональное.

Химическое никелирование — один из самых универсальных методов поверхностной обработки форм литья. Химическое плавление опирается на химические реакции, а не на электрический ток. Оно обеспечивает защиту от коррозии, проблем со смазкой, абразии и даже химического воздействия. Эта форма плавления не требует анода, что подразумевает более равномерное покрытие, чем при хромировании. Черный никель — один из самых узнаваемых видов химического никелирования.

Будь то хром или никель, плавление гарантирует долговечность. Обработка форм плавлением обеспечит их прослуживание через большее количество циклов впрыска без ущерба качеству продукции.

Азотирование

Азотирование — термохимический диффузионный процесс. Наряду с цементацией, этот метод обработки форм является наиболее распространенной практикой тепловой обработки. Процесс позволяет диффузии атомов азота в поверхность формы при низких температурах без изменения фазовой структуры поверхности. Отсутствие фазового изменения означает минимальное искажение стали формы.

Существуют различные формы азотирования: ионное, в наполнителе, в солевой бане, газовое — все с одной целью: увеличение текстуры и производительности поверхности литья.

В этом процессе детали формы подвергаются воздействию активного азота при 495–530 °C (925–985 °F). Правильный контроль температуры критически важен для минимального искажения стали. Кроме того, компоненты форм, обрабатываемые азотированием, обычно снимают внутренние напряжения перед окончательной механической обработкой, чтобы обеспечить незначительные изменения размеров.

Со временем процесс азотирования развивался и улучшался от традиционных методов газового азотирования к более контролируемым с использованием компьютера для управления параметрами.

Азотирование приводит к образованию твердого корня формы, но детали, которые должны оставаться мягкими, можно замаскировать в процессе. Твердый корень сделает форму стойкой к износу и абразии.

Цементация

Другой метод обработки форм, требующий тепла — цементация. Этот процесс похож на азотирование. Главное различие — диффузия атомов углерода в поверхность компонентов формы под воздействием обработки, а не атомов азота, как при азотировании.

Цементация часто приводит к износостойким и вязким формам. Процесс включает нагрев компонентов формы в шахтной печи. Затем вводятся цементирующие газы для диффузии в поверхность формы.

Как и при азотировании, существуют различные формы процессов цементации: газовая, вакуумная, импульсно-плазменная, высокотемпературная.

Цементация — лучшая поверхностная обработка инструментов литья под давлением, чем азотирование, для более тяжелых и нагруженных компонентов форм, таких как большие шестерни и подшипники. В отличие от азотирования, цементация требует послеваристой тепловой обработки. Это связано с значительно более высокой температурой, при которой происходит цементация.

PVD-покрытие

PVD — аббревиатура от Physical Vapor Deposition (физическое паровое осаждение). Также известное как тонкопленочное покрытие, этот тип обработки форм — процесс, при котором твердый материал (источник) испаряется в вакууме и осаждается на поверхность компонента формы. Источником обычно служит керамический или металлический стержень.

Наиболее распространенные процессы PVD-покрытия — испарение и спуттеринг. При испарении используется источник катодной дуги или электронного пучка. Спуттеринг же включает использование магнитно-усиленных источников.

Принцип процесса — формирование высокоплотных поверхностей формы за счет бомбардировки компонента энергичными положительно заряженными ионами. Исходный материал заставляется спуттериться в плазму, образуя прочные связи с поверхностью формы, формируя тонкий адгезивный слой.

Также возможно создание композитных покрытий путем введения реактивных газов, таких как кислород и азот, в вакуумную камеру во время бомбардировки.

PVD-покрытие поможет улучшить прочность формы. Поскольку образующиеся слои очень тонкие, покрытие мало влияет на конечные размеры компонентов формы. PVD-обработка инструментов литья под давлением — одна из самых приемлемых в отрасли сегодня; однако ее применение ограничено материалами, выдерживающими очень высокие температуры. Этот процесс также не идеален для очень детализированных форм со множеством скрытых частей.

PVD-покрытие может быть функциональным или декоративным, в зависимости от того, делается ли акцент на улучшении общей производительности или эстетики. Нитрид титана (TiN) — пример функционального PVD-покрытия, а Zr-пленочная пленка — декоративного.

CVD-покрытие

CVD — аббревиатура от Chemical Vapor Deposition (химическое паровое осаждение). Принцип этого покрытия похож на PVD, главное различие — использование химической реакции для производства тонкой пленки, покрывающей форму при CVD.

Процесс CVD-покрытия обычно проводится в CVD-реакторе. Одна из проблем PVD — высокая температура; CVD проводится при еще более высоких температурах (около 1050 °C / 1925 °F). Это ограничивает обработку компонентами, выдерживающими высокие температуры.

Тонкая пленка в этом процессе образуется вследствие реакций между газообразными фазами и горячей поверхностью формы в реакторах.

Как и PVD, CVD обеспечивает вязкую форму, стойкую к износу и абразии. Пленка также очень тонкая, обычно в нанометровом диапазоне, гарантируя, что конечные размеры формы не изменяются существенно.

CVD-покрытие полезно для широкого спектра компонентов форм, особенно тех, где много скольжения. Однако из-за газо-зависимой природы процесса маскировка некоторых участков может быть сложной или даже невозможной.

Стоит отметить, что многие из этих процессов надлежащим образом учитываются при быстром инструментировании. Лучшие услуги быстрого инструментирования можно найти в RapidDirect.

Рекомендации по обработке форм

Существует несколько факторов, которые нужно учитывать перед применением различных инструментов отделки форм. Вот некоторые из них.

1. Тип компонента или детали формы, подвергаемой обработке, должен быть тщательно изучен. Не выбирайте просто любой инструмент отделки. Учтите тепловую стойкость компонента формы, так как разные процессы по-разному влияют на поверхность. Также играет роль допуск на изменение конечных размеров. Некоторые компоненты требуют экстремально тонких пленок, другие могут принять относительно толстые покрытия.
2. Цена обработки формы — еще один важный фактор. Лучшие процессы обычно стоят дороже, но иногда экономичнее выбрать более дешевые варианты, особенно если форма литья используется только эпизодически.
3. Также нужно обеспечить совместимость процесса с вашей формой. Например, некоторые процессы позволяют маскировку, другие — нет. Если маскировка некоторых компонентов формы необходима для вашей обработки, выбирайте процессы, позволяющие маскировку. Тот же принцип применим к равномерности покрытия.

Услуги литья под давлением RapidDirect

В RapidDirect у нас огромный опыт в проектировании форм литья и их обработке. Наша команда экспертов доступна и готова помочь со всеми вашими проблемами литья под давлением. Есть еще больше. Мы предлагаем услуги литья высшего качества, обеспечивая, чтобы вам не приходилось беспокоиться о правильной поверхностной обработке, и при этом максимизируя потенциал и срок службы компонентов вашей формы.