Повышение долговечности пластиковых форм: передовые технологии поверхностного упрочнения

С развитием материаловедения пластиковые изделия широко внедрены в промышленность и быт. В связи с этим к производительности и ресурсу пластиковых форм предъявляются более высокие требования.

Как улучшить характеристики и срок службы пластиковых форм — важная тема текущих исследований. Установлено, что поверхностное упрочнение пластиковых форм — ключ к повышению их производительности и ресурса. Через технологию упрочнения улучшаются твердость, износостойкость, коррозионная стойкость поверхности, что эффективно повышает общую производительность и срок службы формы.

Что такое пластиковая форма?

Пластиковая форма — инструмент, используемый вместе с формовочной машиной в переработке пластиков для изготовления изделий полной конфигурации и точных размеров. Например, комбинированная форма применяется для прессовки, экструзии, дутья, литья под давлением. Состоит из пуансона и матрицы. Различные формы и размеры изделий получаются комбинацией пуансона, матрицы и вспомогательных систем формовки.

Много видов пластиков, формовочных машин и изделий с разной структурой и методами обработки. Для удовлетворения требований производства существует множество типов пластиковых форм. По технологическим методам делят на формы для литья под давлением, экструзии, пенополистирола, вакуумной формовки и др.

Требования к производительности пластиковых форм

При работе с формовочной машиной температура обычно 150–200 °C — форма испытывает давление и температуру. Базовые требования:

1. Высокая гладкость поверхности полости. Качественные пластиковые изделия требуют низкой шероховатости. Полость полируют для снижения Ra.
2. Достаточная поверхностная твердость, износо- и коррозионная стойкость. Форма подвергается большому давлению и трению — нужна высокая твердость, жесткость, износо- и коррозионная стойкость поверхности.
3. Хорошая режущая способность. Иногда форма требует механической доработки — сталь должна быть хорошо обрабатываемой.
4. Хорошая термическая стабильность. Сложная структура формы затрудняет повторную обработку. При производстве используют материалы с высокой термической стабильностью для минимальных деформаций и размерных изменений.

Технологии поверхностного лечения пластиковых форм

По процессным особенностям поверхностное лечение делится на: термическую обработку поверхности, гальваническое наплавление, химическое наплавление, паровое осаждение.

Поверхностная термическая обработка пластиковых форм

Включает поверхностную закалку и химико-термическую обработку.

• Поверхностная закалка. Цель — изменение структуры и свойств поверхности через резкий температурный перепад для получения высокой твердости и износостойкости с сохранением вязкости в ядре. Технология быстрого нагрева до закалочной температуры и немедленного охлаждения до проникновения тепла в ядро обеспечивает локальную закалку.
• Поверхностная диффузионная химико-термическая обработка. Процесс нагревания и выдержки детали в определенной среде, когда активные атомы среды диффундируют в поверхностный слой, меняя химический состав и микроструктуру, придавая спецсвойства. Виды: цементация, азотирование, цементация-азотирование — для повышения твердости, износостойкости, усталостной прочности; нитрирование, кремневание, алюминирование — для коррозионной и окислительной стойкости. Наиболее широко применяются: цементация, азотирование, цементация-азотирование.

Предостережения при термообработке пластиковых форм

(1) Внимание к деформации от остаточных напряжений. После шлифования, гибки, резания сталь высоконапряженна. Нужно снять эти напряжения, иначе деформация при термообработке. Например: грубая обработка (с запасом на финиш) для снятия напряжений, нагрев до 250–300 °C, выдержка, охлаждение до комнатной T, затем финишная обработка.

(2) Внимание к деформации от слишком быстрого нагрева. Скорость нагрева должна быть достаточно малой для равномерности температуры по сечению. При быстром нагреве тонкие участки расширяются быстрее толстых — напряжения на стыках, при превышении предела текучести — деформация. Тонкий участок первым достигает критической T и начинает усаживаться, пока толстый еще расширяется — тоже деформация. При медленном нагреве напряжения ниже предела текучести — нет деформации.

Гальваническое и химическое наплавление

Поверхностная гальваника пластиковых форм включает металлическое и композитное наплавление. Низкая температура процесса и простота — значительные преимущества. Распространенные: хромирование, никелирование. Композитное наплавление — одновременное осаждение металла и твердых частиц из электролита, формирующее покрытие. Частицы выбирают под требуемые свойства. Композитное наплавление повышает износостойкость, коррозионную стойкость, термостойкость поверхности.

Равномерность и глубинная способность химического наплавления выше гальванического. Обеспечивает равномерную толщину, плотное покрытие с малыми порами. Еще одно преимущество — простота оборудования и эксплуатации.

Паровое осаждение

Паровое осаждение использует химические и физические процессы в газовой фазе для изменения поверхностного состава детали и формирования металлического или соединения покрытия со спецсвойствами. Делится на 3 типа: химическое (CVD), физическое (PVD) и плазмоусиленное химическое осаждение. После обработки поверхность формы получает высокую износостойкость, коррозионную и окислительную стойкость, что значительно повышает производительность и срок службы.

JTR обладает богатым опытом изготовления пластиковых форм и предоставляет технологии их поверхностного лечения. При любой потребности — обращайтесь к нам.