Γιατί η θερμική επεξεργασία είναι μια απόφαση σχεδιασμού, όχι απλώς ένα βήμα παραγωγής
Οι περισσότεροι μηχανικοί και αγοραστές προϊόντων θεωρούν τη θερμική επεξεργασία ως κάτι που ο κατασκευαστής καλουπιών χειρίζεται εσωτερικά - μια διαδικασία συνεργείου. Στην πράξη, οι αποφάσεις που λαμβάνονται κατά τη φάση σχεδιασμού και τον προγραμματισμό της μηχανικής κατεργασίας καθορίζουν εάν η θερμική επεξεργασία παράγει ένα χρησιμοποιήσιμο ένθετο ή ένα παραμορφωμένο.
Η θερμική επεξεργασία αλλάζει τρία πράγματα στον χάλυβα εργαλείων που έχουν σημασία για τους σχεδιαστές του πλαστικού καλουπιού έγχυσης αυτοκινήτου Toy Car και για οποιονδήποτε καθορίζει ένα εργαλείο έγχυσης ακριβείας:
Σκληρότητα:Ο πρωταρχικός στόχος. Το Annealed H13 έχει σκληρότητα περίπου HRC 18–22. Μετά από σκλήρυνση και σκλήρυνση, φτάνει στο HRC 48–54. Αυτή η σκληρότητα είναι που δίνει σε αυτό το είδος εργαλείου ή σε οποιοδήποτε εργαλείο μακράς διάρκειας{-την αντοχή στη φθορά και τη διάρκεια ζωής του -, αλλά έχει ένα κόστος διαστάσεων που πρέπει να το διαχειριστείτε.
Ανακατανομή εσωτερικού στρες:Οι εργασίες κατεργασίας εισάγουν υπολειμματικές τάσεις στον χάλυβα. Η θερμική επεξεργασία - ιδιαίτερα ο κύκλος σβέσης - ανακατανέμει αυτές τις τάσεις γρήγορα, προκαλώντας την κίνηση του χάλυβα. Εάν υπάρχει σημαντική υπολειμματική τάση όταν το ένθετο εισέρχεται στον κλίβανο, η παραμόρφωση κατά τη διάρκεια της απόσβεσης μπορεί να πάρει μια διάσταση εκτός της ζώνης ανοχής του.
Αλλαγή έντασης ήχου:Ο χάλυβας διαστέλλεται όταν μετατρέπεται από ωστενίτη σε μαρτενσίτη κατά τη διάρκεια της απόσβεσης. Αυτή η ογκομετρική διαστολή δεν είναι ομοιόμορφη σε όλο το ένθετο εάν η γεωμετρία είναι ασύμμετρη, συμβάλλοντας στη μεταβολή των διαφορικών διαστάσεων.
Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στοInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology(2021) διαπίστωσε ότι τα ένθετα καλουπιού H13 με ασύμμετρη γεωμετρία και χωρίς προ{2}}θερμική-ανακούφιση από την πίεση της επεξεργασίας εμφάνισαν διακυμάνσεις διαστάσεων μετά από σκλήρυνση έως και 0,15 mm σε κρίσιμες επιφάνειες - περίπου τρεις έως πέντε φορές υψηλότερες από ό,τι τα συμμετρικά επεξεργασμένα ένθετα υπό πίεση. Για ένα καλούπι με ανοχές διαστάσεων πλαισίου σώματος ±0,05 mm, μια μετατόπιση 0,15 mm-σκλήρυνσης καθιστά το ένθετο άχρηστο.
Οι κύριες διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας που χρησιμοποιούνται για τον χάλυβα καλουπιών έγχυσης
Μέσω σκλήρυνσης - Quench and Temper
Μέσω της σκλήρυνσης είναι η τυπική θερμική επεξεργασία για H13 και παρόμοιους θερμούς-χάλυβες εργαλείων εργασίας. Το ένθετο θερμαίνεται σε θερμοκρασία ωστενοποίησης (περίπου 1.020–1.040 μοίρες για το H13), κρατιέται για να επιτρέψει την πλήρη μεταμόρφωση και στη συνέχεια σβήνεται με αέριο- σε κλίβανο κενού. Μετά το σβήσιμο, το ένθετο σκληρύνεται δύο φορές στους 560–600 μοίρες για να επιτευχθεί η στοχευόμενη σκληρότητα και να ανακουφιστούν οι τάσεις απόσβεσης.
Αυτή είναι η διαδικασία που επιτυγχάνει την υψηλή σκληρότητα που απαιτείται για μια μακράς διάρκειας-καλούπι πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτου Toy Car, καλούπι ψεκασμού κινητήρα με γρανάζια ή παρόμοιο απαιτητικό εργαλείο. Παράγει επίσης τις πιο σημαντικές αλλαγές διαστάσεων οποιασδήποτε διαδικασίας θερμικής επεξεργασίας, γι' αυτό ο σχεδιασμός μέσω της σκλήρυνσης απαιτεί τον πιο προσεκτικό σχεδιασμό.
Για ένα καλούπι παιχνιδιού που στοχεύει 1.500,000+ βολές, το H13 έως σκληρυμένο σε HRC 50–52 είναι η κατάλληλη προδιαγραφή - και η σειρά κατεργασίας πρέπει να λαμβάνει υπόψη την αλλαγή διαστάσεων που θα συμβεί κατά τη σκλήρυνση.
Εναζώτωση - Επιφανειακή σκλήρυνση με ελάχιστη παραμόρφωση
Η εναζώτωση διαχέει άζωτο στο επιφανειακό στρώμα του χάλυβα σε θερμοκρασίες κάτω από το σημείο μετασχηματισμού (συνήθως 480-530 μοίρες), παράγοντας ένα στρώμα σκληρής θήκης 0,1-0,3 mm χωρίς μετασχηματισμό φάσης στο μεγαλύτερο μέρος. Επειδή ο χάλυβας δεν υφίσταται αλλαγή φάσης, η κίνηση των διαστάσεων κατά τη διάρκεια της εναζώτου είναι ελάχιστη - συνήθως μικρότερη από 0,01–0,02 mm σε κρίσιμες διαστάσεις.
Η νιτρίωση μπορεί να εφαρμοστεί σε προ{0}}σκληρυμένους χάλυβες (P20 ή ήδη-σκληρυμένους H13) ως συμπληρωματική επιφανειακή επεξεργασία ή ως κύρια μέθοδος σκλήρυνσης για ένα τέτοιο καλούπι που λειτουργεί με μη λειαντικό ABS ή PP όπου δεν απαιτείται μέσω σκλήρυνσης αλλά απαιτείται κάποια βελτίωση της σκληρότητας της επιφάνειας.
Για ένα καλούπι πλαστικού έγχυσης αυτοκινήτου Toy Car σε πρόγραμμα 500.000–1.000.000 βολών σε μη γεμισμένο ABS, η νιτρίωση αερίου σε χάλυβα βάσης P20 είναι μια οικονομικά{6}}αποτελεσματική προσέγγιση που επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της επιφάνειας κατά 50–80% σε σύγκριση με μη επεξεργασμένο P{9}} με αμελητέα ανανέωση και μηδενική επεξεργασία θερμότητας επιδόματα.
PVD και επιστρώσεις επιφανειών
Οι επικαλύψεις φυσικής εναπόθεσης ατμών (PVD) όπως το TiN (νιτρίδιο τιτανίου) και το TiAlN εφαρμόζουν μια σκληρή επίστρωση 2–8 μm στην επιφάνεια του καλουπιού σε θερμοκρασίες υποστρώματος 200–400 βαθμούς. Η αλλαγή διαστάσεων είναι αμελητέα, η επίστρωση προσθέτει αντοχή στη φθορά και μειώνει την τριβή και μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα πλήρως φινιρισμένο, γυαλισμένο ένθετο χωρίς καμία συνέπεια διαστάσεων.
Οι επικαλύψεις PVD είναι ιδιαίτερα χρήσιμες για επιφάνειες κοιλότητας εργαλείου παιχνιδιού όπου ο χάλυβας βάσης (P20 ή ελαφρώς σκληρυμένος H13) παρέχει επαρκή αντοχή σε όγκο, αλλά η επιφάνεια μπορεί να επωφεληθεί από πρόσθετη προστασία από τη φθορά. Για ρητίνες με γυάλινες-τρέχουσες καλούπι έγχυσης κινητήρα, το TiN ή το TiAlN PVD στο H13 στο HRC 52 παρέχει την καλύτερη διαθέσιμη αντίσταση στη φθορά χωρίς τον κίνδυνο παραμόρφωσης από πρόσθετη θερμική επεξεργασία.
Ανόπτηση ανακούφισης από το στρες
Η ανακούφιση καταπόνησης είναι ένα προπαρασκευαστικό βήμα που μειώνει τις υπολειπόμενες τάσεις από την σκληρή κατεργασία πριν το ένθετο προχωρήσει στη σκλήρυνση. Το ένθετο θερμαίνεται στους 600–650 βαθμούς περίπου (κάτω από τη θερμοκρασία μετασχηματισμού), διατηρείται για αρκετό χρόνο και ψύχεται αργά-.
Η ανακούφιση από την πίεση δεν είναι προαιρετική για τα ένθετα εργαλείων με σημαντική αφαίρεση υλικού κατά τη διάρκεια της σκληρής κατεργασίας. Η παράλειψή του είναι η μόνη πιο κοινή αιτία υπερβολικής παραμόρφωσης κατά τη διάρκεια της σβέσης. Η επένδυση - συνήθως 150–400 $ ανά σετ ένθετων, συν 8–12 ώρες φούρνου και χρόνος ψύξης - είναι μικρή σε σύγκριση με το κόστος απόσυρσης ενός παραμορφωμένου ένθετου που δεν ανακουφίστηκε από το άγχος-.
Προς
Για προγράμματα Toy Car Plastic Injection Mold σε μέτριους όγκους και για οποιαδήποτε σύντομη-λειτουργία ή πρωτότυπο εργαλείο, οι προ-σκληρυμένοι χάλυβες (P20 στο HRC 30–36, NAK80 στο HRC 40–43) επιτρέπουν την παράκαμψη ολόκληρου του σταδίου σκλήρυνσης{{8}. Το ένθετο κατεργάζεται απευθείας στις τελικές διαστάσεις και είναι έτοιμο για συναρμολόγηση χωρίς καμία σειρά θερμικής επεξεργασίας.
Αυτό εξαλείφει εντελώς τον κίνδυνο παραμόρφωσης και μειώνει σημαντικά τον χρόνο παράδοσης για ένα εργαλείο αυτοκινήτου-παιχνίδι. Το αντίτιμο-είναι η χαμηλότερη σκληρότητα και η μικρότερη διάρκεια ζωής του καλουπιού για απαιτητικές εφαρμογές -, αλλά για καλούπια αυτοκινήτου παιχνιδιού με απλήρωτο ABS ή PP έως και 500.000 βολές, το P20 είναι συχνά απολύτως επαρκές και το πλεονέκτημα χρόνου παράδοσης και κόστους είναι πραγματικά πολύτιμο.
Καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού
Ένα εργαλείο κελύφους είναι ένα καλό παράδειγμα ενός τμήματος όπου αλληλεπιδρούν πολλαπλοί οδηγοί κόστους. Ένα αντιπροσωπευτικό καλούπι 2-κοιλότητας για ένα τυπικό ασύρματο ποντίκι σε ABS, με κρύο κύλινδρο και στίλβωση επιφάνειας Α, μπορεί να διασπαστεί ως εξής:
Βάση καλουπιού και δομικά εξαρτήματα: $4.000–$6.000
Ένθετα κοιλότητας και πυρήνα (NAK80, γυαλισμένο): 7.000$–12.000$
Μηχανισμοί πλευρικής δράσης (4–6 ρυθμιστικά για θύρες και κουμπιά): 5.000$–15.000$
Σύστημα δρομέων (κρύος δρομέας με πύλες υποβρυχίου): $800–$1.500
Γυάλισμα σε -προδιαγραφή επιφάνειας: 4.000$–8.000$
Συνολικό εύρος εργαλείων: 20.800$–42.500$
Το ευρύ φάσμα αντικατοπτρίζει τις διαφορές στις προδιαγραφές του φινιρίσματος της επιφάνειας και τον αριθμό των πλευρικών ενεργειών - τους δύο πιο μεταβλητούς οδηγούς κόστους σε ένα καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού.
Καλούπι πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτου για παιχνίδι
Το κέλυφος του αμαξώματος ενός καλουπιού πλαστικού έγχυσης αυτοκινήτου Toy Car έχει απλούστερη γεωμετρία από αυτό το καλούπι - λιγότερες πλευρικές ενέργειες, ανάγλυφη επιφάνεια αντί καθρέφτη και μέτριες ανοχές διαστάσεων.ΟΚαλούπι πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτου για παιχνίδι Η δομή του κόστους είναι πιο απλή: ο χάλυβας και η μηχανική κατεργασία κυριαρχούν, με τη στίλβωση να αντιπροσωπεύει ένα μικρότερο κλάσμα από ό,τι σε ένα πλαίσιο καλουπιού με κέλυφος ποντικιού. Τα προγράμματα αυτοκινήτων παιχνιδιών πολλαπλών-τμημάτων (αμάξωμα, πλαίσιο, τροχοί, εσωτερικό) επωφελούνται από οικονομίες κλίμακας όταν η κατεργασία βάσης καλουπιών και η ρύθμιση της διαδικασίας μοιράζονται σε όλο το πρόγραμμα.
Καλούπι έγχυσης εργαλείων κινητήρα
Ένα καλούπι έγχυσης κινητήρα με γρανάζια έχει μέτρια γεωμετρική πολυπλοκότητα αλλά σημαντικά υψηλότερο κόστος μηχανικής κατεργασίας και χάλυβα από ένα απλό περίβλημα. Η κοιλότητα των δοντιών σε ένα καλούπι έγχυσης κινητήρα γραναζιού πρέπει να υποβληθεί σε μηχανική κατεργασία σε ±0,02 mm ή καλύτερα, απαιτώντας χάλυβα H13 σε HRC 50–52, λείανση προφίλ ακριβείας ή σκληρό φρεζάρισμα CNC και φινίρισμα EDM στις πλευρές των δοντιών. Αυτές οι απαιτήσεις καθιστούν ένα καλούπι ψεκασμού κινητήρα πιο ακριβό ανά μέγεθος μονάδας από ένα συγκρίσιμο περίβλημα και το αποσβεσμένο κόστος ανά{6}}φωτογραφία αντικατοπτρίζει την υψηλότερη ποιότητα κατασκευής που απαιτείται.
Παραμόρφωση διαστάσεων κατά τη διάρκεια της θερμικής επεξεργασίας: Τι να περιμένετε
Η κατανόηση των τυπικών μεγεθών παραμόρφωσης είναι απαραίτητη για κάθε καλούπι πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτου παιχνιδιών ή άλλο εργαλείο ακριβείας που περνάει από σκλήρυνση. Επιτρέπει τη σχεδίαση περιθωρίων μηχανικής κατεργασίας έτσι ώστε το φινίρισμα μετά τη σκλήρυνση να φέρει το ένθετο στην τελική διάσταση.
Τυπική παραμόρφωση για H13 μέσω σκλήρυνσης
Δημοσιευμένα δεδομένα από προμηθευτές θερμικής επεξεργασίας και μελέτες βιομηχανίας καλουπιών παρέχουν χρήσιμα σημεία αναφοράς για το H13:
Γραμμική αλλαγή διαστάσεων:Το H13 συνήθως διαστέλλεται 0,05–0,10% γραμμικά κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης. Μια διάσταση 100mm αναμένεται να αλλάξει κατά 0,05–0,10mm. Για αυτό το ένθετο πάνελ σώματος καλουπιού μήκους 180 mm, αυτό σημαίνει γραμμική αλλαγή έως και 0,18 mm.
Ομαλότητα:Οι επίπεδες όψεις στα ένθετα H13 δείχνουν συνήθως 0,02–0,08 mm τόξου ή συστροφής μετά το σβήσιμο. Τα λεπτότερα και πιο ασύμμετρα ένθετα δείχνουν περισσότερα.
Αλλαγή διαμέτρου διάτρησης:Οι διαμπερείς οπές στο H13 συνήθως αυξάνονται κατά 0,02–0,06 mm ανά 100 mm διαμέτρου κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης.
Αυτοί οι αριθμοί ισχύουν για την καλή-θερμική επεξεργασία κενού. Η επεξεργασία σβέσης λαδιού ή λουτρού αλατιού παράγει παραμορφώσεις σημαντικά υψηλότερες - ένας σημαντικός λόγος για τον καθορισμό της σκλήρυνσης υπό κενό για οποιοδήποτε καλούπι πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτου Toy Car ή εργαλείο έγχυσης ακριβείας.
Χαρακτηριστικά που είναι πιο επιρρεπή σε παραμόρφωση
Ορισμένες γεωμετρίες είναι εγγενώς πιο ευάλωτες:
Λεπτά τμήματα δίπλα σε χοντρά τμήματα:Η διαφορική ψύξη κατά τη διάρκεια της απόσβεσης δημιουργεί πίεση που κάμπτει το τμήμα κατά τη μετάβαση. Ένα ένθετο με λεπτά χαρακτηριστικά τόξου τροχού δίπλα σε παχύτερα τμήματα του σώματος διατρέχει υψηλότερο κίνδυνο παραμόρφωσης από ένα ένθετο ομοιόμορφης-τομής.
Ασύμμετρη γεωμετρία:Ένα ένθετο παχύτερο στη μία πλευρά από την άλλη θα υποκύψει προβλέψιμα προς την λεπτότερη πλευρά κατά το σβήσιμο.
Μεγάλες δυνατότητες με υψηλούς λόγους διαστάσεων:Οι καρφίτσες πυρήνα με αναλογίες μήκους-προς-διαμέτρου πάνω από 6:1 είναι επιρρεπείς στο σκύψιμο κατά το σβήσιμο.
Βαθιές τυφλές τσέπες:Κοινό στην παραγωγή παιχνιδιών ένθετα καλουπιών για εσοχές πόρτας και χαρακτηριστικά παραθύρων - αυτά συγκεντρώνουν την υπολειπόμενη τάση και μπορούν να προκαλέσουν τοπική παραμόρφωση.
Οι σχεδιαστές καλουπιών μπορούν να μετριάσουν τον κίνδυνο παραμόρφωσης με:
Προσθήκη υλικού για τη δημιουργία πιο συμμετρικής γεωμετρίας που αφαιρείται μετά τη σκλήρυνση
Χρήση σύρματος EDM μετά τη σκλήρυνση για σχισμές και λεπτά χαρακτηριστικά
Καθορισμός σκλήρυνσης υπό κενό (θετική-σβέση αερίου υπό πίεση) για όλα τα καλούπια πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτων Toy και σκλήρυνση με ένθετα ακριβείας
Η Ακολουθία Κατεργασίας Πώς ταιριάζει η Θερμική Επεξεργασία στη Διαδικασία Κατασκευής
Η σειρά με την οποία εκτελούνται οι εργασίες μηχανικής κατεργασίας σε σχέση με τη θερμική επεξεργασία καθορίζει το τελικό αποτέλεσμα διαστάσεων. Η βιομηχανική-τυπική ακολουθία για ένα σκληρυμένο ένθετο κοιλότητας καλουπιού αυτοκινήτου με σκληρό παιχνίδι είναι:
Βήμα 1 - Ακατέργαστη κατεργασία:Αφαιρέστε το μεγαλύτερο μέρος του υλικού από το ανοπτημένο μπλοκ χάλυβα σε απόσταση 1–3 mm από την τελική μορφή. Εισάγεται σημαντική υπολειμματική τάση.
Βήμα 2 - ανόπτηση ανακούφισης από το στρες:Ζεσταίνουμε στους 600–650 βαθμούς, κρατάμε, κρυώνουμε αργά. Αυτό μειώνει την υπολειπόμενη τάση από την σκληρή κατεργασία χωρίς αλλαγή της φάσης ή της σκληρότητας του χάλυβα.
Βήμα 3 - Ημιτελική κατεργασία:Μηχανή εντός του ορίου φινιρίσματος - συνήθως 0,10–0,20 mm σε επιφάνειες ακριβείας. Αυτό καθορίζει τις διαστάσεις προ-σκλήρυνσης.
Βήμα 4 - Μέσω σκλήρυνσης (κενό):Το ένθετο εργαλείου αυτού του τύπου θα παραμορφώσει εδώ το - που αναμένεται και προγραμματίζεται.
Βήμα 5 - Μέτρηση CMM:Το σκληρυμένο ένθετο μετριέται για να ποσοτικοποιήσει τις πραγματικές διαστάσεις-σκλήρυνσης έναντι ονομαστικών. Τα δεδομένα απόκλισης λένε στον μηχανικό φινιρίσματος ακριβώς πόσο υλικό πρέπει να αφαιρέσει σε κάθε επιφάνεια.
Βήμα 6 - Ολοκλήρωση μηχανικής κατεργασίας:Η σκληρή άλεση, η λείανση ή η EDM φέρνουν όλες τις κρίσιμες διαστάσεις στην τελική ανοχή. Για χαρακτηριστικά ακριβείας, όπως τα προφίλ των δοντιών του γραναζιού σε ένα καλούπι έγχυσης κινητήρα γραναζιού ή τα χαρακτηριστικά κουμπώματος-ακριβούς εφαρμογής σε ένα καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού, το σύρμα EDM μετά τη σκλήρυνση είναι η τυπική προσέγγιση - δεν επηρεάζεται από τη σκληρότητα του χάλυβα και επιτυγχάνει ρουτίνα ±0,005–0,010 mm.
Βήμα 7 - Γυάλισμα:Για καλλυντικές επιφάνειες σε καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού ή καλούπι πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτου για παιχνίδια, το γυάλισμα ακολουθεί όλες τις εργασίες μηχανικής κατεργασίας.
Η παράλειψη του βήματος εκτόνωσης της πίεσης ή της μέτρησης CMM μετά τη σκλήρυνση αυξάνει τον κίνδυνο παραμόρφωσης στο ένθετο του καλουπιού και αφαιρεί τις πληροφορίες που απαιτούνται για τον ακριβή σχεδιασμό του τελικού φινιρίσματος.
Αποφάσεις θερμικής επεξεργασίας για ειδικές εφαρμογές
Καλούπι πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτου για παιχνίδι
Ένα καλούπι έγχυσης πλαστικού αυτοκινήτου παιχνιδιών που λειτουργεί με ABS ή PP στις 500.000–2.000.000 βολές έχει δύο βιώσιμες προσεγγίσεις θερμικής επεξεργασίας ανάλογα με τον στόχο ζωής της παραγωγής:
P20 με νιτρίωση αερίου:Επεξεργαστείτε το ένθετο καλουπιού παιχνιδιού σε τελικές διαστάσεις σε P20 και μετά νιτρίδιο αερίου. Ελάχιστη παραμόρφωση (κάτω από 0,02 mm). Η επιφανειακή σκληρότητα στη νιτρωμένη θήκη είναι ισοδύναμη με HRC 58–68 για το λεπτό επιφανειακό στρώμα. Αυτή η προσέγγιση είναι-οικονομική και πρακτική για τέτοια προγράμματα καλουπιού που στοχεύουν 500.000–1.000.000 βολές με μη-τριβικά υλικά.
H13 μέσω σκλήρυνσης:Για ένα καλούπι έγχυσης πλαστικού αυτοκινήτου για παιχνίδια που στοχεύει 1.500,000+ βολές ή τρέχει σε υψηλές θερμοκρασίες καλουπιού με υψηλότερους ρυθμούς κύκλου, το H13 μέσω σκληρυνθέντος σε HRC 50–52 παρέχει ανώτερη σκληρότητα όγκου και αντοχή στην κόπωση. Πρέπει να ακολουθηθεί η πλήρης σειρά κατεργασίας που περιγράφεται παραπάνω.
Καλούπι έγχυσης εργαλείων κινητήρα
Ένα καλούπι ψεκασμού Motor Gear για εφαρμογές ακριβείας σχεδόν καθολικά απαιτεί σκλήρυνση. Οι ανοχές του προφίλ των δοντιών (±0,02–0,05 mm) και οι απαιτήσεις φθοράς από μηχανολογικές ρητίνες γεμάτες με γυαλί-και οι δύο απαιτούν μια πλήρως σκληρυμένη κοιλότητα στο HRC 50–54.
Η σειρά επεξεργασίας ακριβείας είναι κρίσιμη για ένα καλούπι έγχυσης κινητήρα: το προφίλ του δοντιού κόβεται τραχιά-πριν από τη σκλήρυνση, το ένθετο σκληραίνει, μετράται σε CMM και το τελικό προφίλ δοντιού επιτυγχάνεται με λείανση προφίλ ή φινίρισμα EDM στις πλευρές των δοντιών. Το σύρμα EDM μετά τη σκλήρυνση είναι η τυπική διαδικασία φινιρίσματος για ένα καλούπι έγχυσης κινητήρα γραναζιού - επιτυγχάνει την απαιτούμενη ακρίβεια διαστάσεων χωρίς να επηρεάζεται από τη σκληρότητα του χάλυβα.
Καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού
Για ένα καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού που χρησιμοποιεί NAK80 (προ-σκληρυμένο HRC 40–43), δεν απαιτείται διαμπερής σκλήρυνση. Το ένθετο επεξεργάζεται μέχρι τις τελικές διαστάσεις και γυαλίζεται απευθείας, χωρίς κίνδυνο παραμόρφωσης από τη θερμική επεξεργασία. Όπου το H13 καθορίζεται για ένα καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού μεγαλύτερου-όγκου, ισχύει η τυπική σειρά -, αλλά η επίτευξη του υψηλού φινιρίσματος καθρέφτη απαιτεί πρόσθετο χρόνο στίλβωσης και επιδεξιότητα στο σκληρυμένο H13 σε σύγκριση με το NAK80.
Δημοσιεύτηκε έρευνα για τη θερμική επεξεργασία και την απόδοση της μούχλας
International Journal of Advanced Manufacturing Technology(2021): Ένθετα επεξεργασμένα με πλήρη τραχιά → ανακούφιση τάσης → ημι-τελείωμα → σκλήρυνση → η ακολουθία φινιρίσματος εμφάνισαν απόκλιση διαστάσεων μετά την-σκλήρυνση κατά μέσο όρο 0,032 mm, σε σύγκριση με 0,118 mm για ένθετα χωρίς το βήμα ανακούφισης τάσης {{5}, συμπεριλαμβανομένης της βαθμίδας μείωσης της πίεσης {{5} ανόπτηση.
Φθορά(2020): Οι επιφάνειες καλουπιού P20 με νιτρίωση εμφάνισαν ποσοστά φθοράς 68% χαμηλότερα από το μη επεξεργασμένο P20 υπό προσομοιωμένη επαφή χύτευσης με έγχυση ABS -, επιδεικνύοντας σημαντική παράταση ζωής που μπορεί να επιτευχθεί με τη νιτρίωση ενός εργαλείου παιχνιδιού χωρίς πλήρη σκλήρυνση.
SPE (2022): Η θερμική επεξεργασία υπό κενό παρήγαγε 42% λιγότερη παραμόρφωση κατά μέσο όρο σε σύγκριση με την απόσβεση λαδιού για ισοδύναμα ένθετα H13 - επιβεβαιώνοντας το πλεονέκτημα ποιότητας διαστάσεων της επεξεργασίας κενού.
Τεχνολογία Επιφανειών και Επιστρώσεων(2021): Το TiN PVD-με επίστρωση H13 έδειξε ποσοστό φθοράς 71% χαμηλότερο από το μη επικαλυμμένο H13 κάτω από την επαφή PA66 με γυαλί-γεμάτο, επιβεβαιώνοντας την πρόσθετη προστασία που παρέχει η επίστρωση σε μια λειαντική ρητίνη με κοιλότητα καλουπιού ψεκασμού Motor Gear.
Σχεδιασμός Ακολουθίας Θερμικής Επεξεργασίας για Πρόγραμμα Καλουπιών Πλαστικής Έγχυσης Αυτοκινήτου Παιχνιδιού
Ένας κατασκευαστής παιχνιδιών στην Κίνα επεξεργαζόταν μια νέα σειρά αυτοκινήτων παιχνιδιών ABS. Το πρόγραμμα περιελάμβανε έξι καλούπια: δύο κελύφη σώματος, τα εργαλεία εργαλείων, δύο εργαλεία πλαισίου και δύο καλούπια μικρών εξαρτημάτων. Η στοχευόμενη παραγωγή ήταν 800.000 ολοκληρωμένα σετ ετησίως για τέσσερα χρόνια - περίπου 3.200.000 βολές ανά εργαλείο αυτοκινήτου-παιχνίδι σε όλο το πρόγραμμα.
Οι αρχικές εκτιμήσεις κόστους που χρησιμοποιούσαν το P20 χωρίς θερμική επεξεργασία και για τα έξι καλούπια έδειξαν ότι τα ένθετα κοιλότητας στα δύο εργαλεία καλουπιών πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτου Toy Car θα απαιτούσαν αντικατάσταση σε περίπου 600.000 βολές - που σημαίνει τρία σετ αντικατάστασης ανά καλούπια αυτοκινήτου παιχνιδιού κατά τη διάρκεια του τετραετούς-προγράμματος. Συνολικό κόστος αντικατάστασης ένθετου σε όλα αυτά τα εργαλεία κελύφους καλουπιού: 24.000 $.
Η Sunhingstones συνέστησε μια εναλλακτική προσέγγιση για τα εργαλεία καλουπιού πλαστικού έγχυσης με δύο κελύφη αμαξώματος: Ένθετα κοιλότητας και πυρήνα H13, με σκλήρυνση σε HRC 50–52 με θερμική επεξεργασία κενού, ακολουθώντας την πλήρη ακατέργαστη → ανακούφιση από την πίεση → ημι-τελείωμα → σκλήρυνση → μέτρο CMM → φινίρισμα. Τα τέσσερα μικρότερα καλούπια διατήρησαν το P20 με νιτροποίηση αερίου.
Το πρόσθετο κόστος του ένθετου H13 για τα δύο εργαλεία του ένθετου κελύφους ήταν 3.400 $ πάνω από το ισοδύναμο P20. Το προβλεπόμενο διάστημα ανακαίνισης επεκτάθηκε από 600.000 σε 1.500,000+ λήψεις - εξαλείφοντας την αντικατάσταση του ένθετου εντός του τετραετούς{11}}προγράμματος για αυτά τα εργαλεία.
Καθαρή εξοικονόμηση: περίπου 8.200 $ σε αποφυγή αντικατάστασης ένθετου μείον 3.400 $ επιπλέον επένδυση εργαλείων =4.800 $ καθαρή εξοικονόμησησε όλο το τετραετές-πρόγραμμα, καθώς και αποφυγή διακοπής της παραγωγής.
Μετά την-επιθεώρηση διαστάσεων της πιστοποίησης των ενθέτων καλουπιών παραγωγής παιχνιδιών H13 επιβεβαίωσε όλες τις κρίσιμες διαστάσεις εντός ±0,015 mm από την ονομαστική μετά την πλήρη σειρά - εντός της ανοχής εκτύπωσης ±0,05 mm.
FAQ
Ε: Ποιος είναι ο μεγαλύτερος παράγοντας κόστους σε ένα καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού;
Α: Για ένα τυπικό περίβλημα ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, ο συνδυασμός μηχανισμών πλευρικής δράσης (κάθε ρυθμιστικό σε ένα καλούπι κελύφους ποντικιού προσθέτει $800–$3.000) και το γυάλισμα καλλυντικών επιφανειών είναι συνήθως οι δύο μεγαλύτεροι παράγοντες μεταβλητού κόστους. Μαζί μπορούν να αντιπροσωπεύουν το 40–60% του συνολικού κόστους αυτού του τύπου εργαλείων στέγασης, γι' αυτό και η αναθεώρηση του DFM που επικεντρώνεται σε αυτούς τους δύο τομείς προκαλεί τις μεγαλύτερες μειώσεις κόστους.
Ε: Πόσο κοστίζει συνήθως ένα καλούπι κελύφους 2 κοιλοτήτων;
Α: Ένα καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού 2{3}}κοιλότητας για ένα τυπικό ασύρματο ποντίκι σε ABS, με κρύο ποντίκι, 4–6 πλευρικές ενέργειες και Α{13}}γυάλισμα επιφάνειας, συνήθως κοστίζει 20.000-42.000 $ ανάλογα με την προδιαγραφή του φινιρίσματος της επιφάνειας και τον αριθμό των ολισθητών. Hot runner οι εκδόσεις καλουπιού προσθέτουν $4.000–$8.000. Αυτοί οι αριθμοί αντικατοπτρίζουν{14}την ποιότητα των εργαλείων παραγωγής με πλήρη έλεγχο DFM - όχι πρωτότυπα μαλακά εργαλεία.
Ε: Γιατί δύο παρόμοια έργα-με τέτοιου είδους εργαλεία έχουν πολύ διαφορετικό κόστος;
Α: Σχεδόν πάντα η διαφορά εντοπίζεται στις προδιαγραφές φινιρίσματος επιφάνειας (που καθορίζει το κόστος στίλβωσης), τον αριθμό των πλευρικών ενεργειών (κάθε ολισθητήρα είναι ένα ανεξάρτητο στοιχείο κόστους στο καλούπι περιβλήματος ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης) και τις απαιτήσεις ανοχής διαστάσεων (οι πιο αυστηρές ανοχές απαιτούν φινίρισμα EDM). Ζητώντας μια αναλυτική ανάλυση κόστους και από τους δύο προμηθευτές θα προσδιορίσετε ακριβώς πού βρίσκεται η διαφορά κόστους του Mouse Shell Injection Mold.
Ε: Μπορεί η αναθεώρηση DFM να μειώσει αυτό το κόστος εργαλείου χωρίς να αλλάξει ο σχεδιασμός του προϊόντος;
Α: Η αναθεώρηση του DFM αλλάζει τη σχεδίαση προϊόντος - συγκεκριμένα, προσδιορίζει χαρακτηριστικά που προσθέτουν κόστος εργαλείων χωρίς να προσθέτουν αξία προϊόντος και προτείνει εναλλακτικές σχεδιαστικές λύσεις. Οι αλλαγές είναι συνήθως μικρές (επανατοποθέτηση ενός χαρακτηριστικού στη γραμμή διαχωρισμού, χαλάρωση μιας μη-λειτουργικής ανοχής) και δεν επηρεάζουν την εμπειρία του τελικού χρήστη από το προϊόν. Για ένα καλούπι περιβλήματος, επιτυγχάνεται συνήθως εξοικονόμηση DFM 15–25%.
Ε: Αξίζει ένα καυτό δρομέα το ασφάλιστρο για ένα κέλυφος;
Α: Για ένα καλούπι έγχυσης κελύφους ποντικιού σε όγκους παραγωγής άνω των 500.000 βολών ετησίως, τα οικονομικά στοιχεία του hot runner είναι γενικά ευνοϊκά - η εξάλειψη αποβλήτων υλικών και η μείωση του χρόνου κύκλου παράγουν εξοικονόμηση λειτουργικού κόστους που συνήθως ανακτά το premium των 4.000-8.000 $ για hot runner εντός 12-18 μηνών. Κάτω από αυτόν τον όγκο, ο κρύος δρομέας είναι συνήθως πιο οικονομικός{10}}για το καλούπι αα.
Ε: Πώς μπορώ να βρω έναν κατασκευαστή εργαλείου που θα παρέχει λεπτομερή ανάλυση κόστους;
Α: Αναζητήστε ένα εργοστάσιο καλουπιών που παρέχει επίσημη τεκμηρίωση DFM ως μέρος της διαδικασίας προσφοράς -, συμπεριλαμβανομένης της αναγνώρισης κάθε οδηγού κόστους και της συμβολής του στο συνολικό κόστος εργαλείων. Ένας κατασκευαστής Mouse Shell Injection Mold που μπορεί να εξηγήσει το κόστος επιδεικνύει τόσο τεχνικές γνώσεις όσο και εμπορική διαφάνεια, που αποτελούν σημαντικούς δείκτες ποιότητας.
Σχεδιάστε Θερμική Επεξεργασία πριν από την πρώτη κοπή, όχι μετά την τελευταία
Η παραμόρφωση της θερμικής επεξεργασίας σε ένα καλούπι πλαστικού ψεκασμού αυτοκινήτου Toy Car, στο καλούπι έγχυσης κινητήρα ή σε οποιοδήποτε εργαλείο έγχυσης ακριβείας είναι προβλέψιμη και διαχειρίσιμη όταν έχει σχεδιαστεί από την αρχή. Οι κατασκευαστές καλουπιών που το χειρίζονται καλά είναι εκείνοι που το υπολογίζουν στην ακολουθία μηχανικής κατεργασίας: αφήνοντας τα σωστά όρια, συμπεριλαμβανομένης της ανακούφισης από την πίεση, καθορίζοντας τη σκλήρυνση υπό κενό και μετρώντας πριν από το φινίρισμα. Εκείνοι που το αντιμετωπίζουν ως εκ των υστέρων είναι εκείνοι που καταλήγουν με ακριβή επανεπεξεργασία - ή ένα παρωχημένο ένθετο.
Στη Sunhingstones, ο σχεδιασμός θερμικής επεξεργασίας αποτελεί μέρος της τυπικής μας διαδικασίας μηχανικής για κάθε αυτό το καλούπι, το έργο Mouse Shell Injection Mold και Motor Gear Injection Mold. Τεκμηριώνουμε τις προδιαγραφές χάλυβα, τον στόχο σκληρότητας, τη σειρά κατεργασίας και την προσέγγιση φινιρίσματος πριν από την έναρξη οποιασδήποτε κοπής -, έτσι ώστε το αποτέλεσμα μετά τη θερμική επεξεργασία να είναι ένα ελεγχόμενο αποτέλεσμα, όχι μια έκπληξη.
Αναφορές και περαιτέρω ανάγνωση
Roberts, GA et al.Χάλυβες εργαλείων, 5η Έκδοση. ASM International, 1998.https://www.asminternational.org/
Uddeholm.Θερμική επεξεργασία χάλυβα εργαλείων. Τεχνική Έκδοση, 2021.https://www.uddeholm.com/
Totten, GEΕγχειρίδιο Steel Heat Treatment, 2η Έκδοση. CRC Press, 2006.https://www.routledge.com





