قالبگیری فشاری یک قطعه بزرگ خودرو از شارژ گرمانرم گرم تقویتشده با الیاف شیشه مانند فشار دادن یک پتوی داغ و ساینده است. همانطور که ماده تحت فشار زیادی جریان می یابد، در برابر صفحات گرم شده آسیاب می شود. یک صفحه فولادی استاندارد فرسوده می شود و صافی خود را از دست می دهد و باعث تغییر ضخامت قطعه می شود. صفحه باید زره پوش باشد. انتخاب صحیحترموپلاستیک های فیبر بلند قالب گیری فشرده سازی صفحه حرارتیتقاضای برنامهها نیازمند توجه به سختی سطح، صلبیت ساختاری و یکنواختی حرارتی است-بهویژه زمانی که هندسههای کشش عمیق درگیر هستند.
چالش پوشیدن: الیاف شیشه به عنوان عوامل ساینده
ترموپلاستیک های الیاف بلند (LFT) معمولاً حاوی 20 تا 50 درصد الیاف شیشه ای با طول الیاف بین 6 تا 25 میلی متر هستند. در طول ضربه فشرده سازی، ماتریس پلیمری مذاب این الیاف سخت و تیز را در سراسر سطح صفحه تحت فشارهای 50 تا 200 بار (5 تا 20 مگاپاسکال) حمل می کند. الیاف مانند خراش های میکروسکوپی عمل می کنند و به تدریج مواد را از سطح صفحه جدا می کنند. یک صفحه فولادی نرم یا درمان نشده در عرض چند هفته یا چند ماه پس از تولید خراش، شیار و فرورفتگی های موضعی ایجاد می کند. عدم یکنواختی ضخامت قطعه منجر به رد شدن اجزا و دوباره کاری ابزار می شود.
سخت شدن سطح: اولین خط دفاع
صورت صفحه سندان است و پلیمر روان و پر از شیشه، چکش بی امان است. برای مقاومت در برابر این سایش، سطح صفحه باید به سختی حداقل 60 Rockwell C (HRC) یا تقریباً 700-800 HV برسد.
انتخاب مواد پایه
بدنه صفحه معمولاً از فولاد ابزار باکیفیت مانند AISI H13 (1.2344)، AISI P20 (1.2311) یا AISI 4140 پیش سخت شده ساخته میشود. این فولادها رسانایی گرمایی، ماشین کاری و پایداری ابعادی خوبی را در دمای قالب گیری معمولی 150 تا 250 درجه ارائه می کنند. با این حال، فولاد پایه به تنهایی برای کاربردهای LFT کافی نیست.
درمان های سخت شدن سطح
سه روش متداول برای سفت کردن صفحه کاری یک صفحه قالب گیری فشاری برای LFT استفاده می شود:
| درمان | عمق | سختی (HRC) | مناسب برای LFT |
|---|---|---|---|
| نیتریدینگ (گاز یا پلاسما) | 0.3-0.5 میلی متر | 65–70 | مناسب برای محتوای شیشه ای متوسط (کمتر یا مساوی 30%) |
| آبکاری کروم سخت | 0.05-0.2 میلی متر | 65–70 | خوب است، اما ممکن است تحت بارهای نقطه بالا پوسته پوسته شود |
| پوشش سرامیکی PVD (TiN، CrN، AlTiN) | 2-5 میکرومتر (0.002-0.005 میلی متر) | 80-85 (تا 2000-3000 HV) | عالی برای ترکیبات پر پر شده (بیشتر یا مساوی 40 درصد شیشه) |
نیتریدینگیک ناحیه انتشار ایجاد می کند که به تدریج از لایه ترکیبی سخت به هسته نرم تر منتقل می شود و از لایه برداری جلوگیری می کند. این مقرون به صرفه ترین انتخاب برای تولید با حجم متوسط است.
آبکاری کروم سختمقاومت در برابر سایش عالی را ارائه می دهد، اما برای جلوگیری از لایه برداری تحت چرخه حرارتی، نیاز به آماده سازی دقیق لبه دارد.
پوشش های رسوب بخار فیزیکی (PVD). such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) provide the highest surface hardness (typically >2000 HV) و ضریب اصطکاک بسیار پایین. اگرچه پوشش فوق العاده نازک است (چند میکرون)، سایش چسب و خراش الیاف را به شدت کاهش می دهد. برای ساینده ترین ترکیبات پر از شیشه (مثلاً 50٪ شیشه)، پوشش PVD راه حل نهایی است.
استحکام ساختاری: طراحی پشتی آجدار
تحت فشارهای شکلدهی بالا که برای قالبگیری LFT لازم است{{0}اغلب 100 تا 200 بار{3}}صفحه باید در برابر خمش و انحراف مقاومت کند. حتی یک تغییر شکل محدب یا مقعر خفیف (در حد 0.1 میلی متر) منجر به ضخامت قطعه غیر یکنواخت می شود، با بخش های نازک که در آن فشار بالاترین است و بخش های ضخیم در لبه ها.
برای حفظ صافی، قسمت پشتی صفحه گرمایش (سمت مقابل سطح شکلدهی) باید به شدت آجدار باشد. دنده ها به عنوان یک الگوی شبکه ریخته گری یا ماشینکاری می شوند و مدول مقطع را بدون افزودن جرم بیش از حد افزایش می دهند. تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA) معمولاً برای بهینهسازی فاصله و ضخامت دنده برای نیروی گیره مورد انتظار و هندسه قالب انجام میشود. یک صفحه خوب آجدار با ضخامت کلی 50 تا 100 میلی متر می تواند به انحراف کمتر از 0.05 میلی متر در یک دهانه 1 متری تحت بار کامل دست یابد.
یکنواختی حرارتی برای قالب گیری عمیق
قطعات LFT با کشش عمیق-مانند پوسته صندلیهای عقب خودرو، ماژولهای جلویی یا محفظه باتری{1}}به جریان ثابت مواد در دیوارهای عمودی یا نزدیک به عمودی نیاز دارند. اگر سطح صفحه دارای نواحی گرم یا سرد باشد، پلیمر به طور ناهموار جریان مییابد: مناطق گرمتر جریان سریعتری را فراهم میکنند، در حالی که مناطق سردتر باعث انجماد زودرس و پر شدن ناقص میشوند.
عناصر گرمایش، معمولاً بخاریهای کارتریجی، باید تا حد امکان نزدیک به سطح کار قرار گیرند-معمولاً 15 تا 25 میلیمتر زیر سطح. این تاخیر حرارتی را به حداقل میرساند و امکان پاسخ سریع به تغییرات نقطه تنظیم دما را فراهم میکند. بخاری های کارتریج به صورت زیگزاگ یا موازی با فاصله کمتر در مناطق با اتلاف حرارت زیاد (مثلاً نزدیک لبه ها و در گوشه های با کشش عمیق) چیده شده اند. چندین ناحیه گرمایش مستقل (معمولاً 3 تا 6 ناحیه در هر صفحه) باید مشخص شود که هر کدام دارای سنسور دمای مخصوص به خود (ترموکوپل یا RTD) و کنترل کننده حلقه بسته هستند. این پیکربندی منطقهبندی شده تلفات حرارتی متفاوت در سراسر صفحه را جبران میکند و تضمین میکند که کل ناحیه شکلدهی{11}}از جمله حفره کشش عمیق{12}}در 2± درجه دمای مورد نظر باقی میماند.
پایان سطح برای انتشار قطعه
سطح صفحه باید تا سطح ریز (Ra 0.2-0.4 میکرومتر یا بهتر) جلا داده شود تا رهاسازی قطعه LFT قالبگیری شده بهبود یابد. سطح صاف تر همچنین کشش فیبر و تجمع باقی مانده های پلیمری تخریب شده را کاهش می دهد. برای صفحات پوشش داده شده با PVD، روکش پولیش زیرین را به ارث می برد و هم مقاومت در برابر سایش و هم آزادسازی آسان را ایجاد می کند.
خلاصه معیارهای انتخاب قالب گیری فشرده سازی LFT
| مورد نیاز | مشخصات توصیه شده |
|---|---|
| مواد پایه | فولاد ابزار (H13، P20، یا 4140) |
| سختی سطح | بزرگتر یا مساوی 60 HRC (بیشتر یا مساوی 700 HV) |
| روش سخت شدن | نیتریدینگ (0.3-0.5 میلی متر) برای<30% glass; PVD TiN/CrN for >30 درصد شیشه |
| پشت صفحه | به شدت آجدار، FEA برای انحراف بهینه شده است<0.05 mm/m |
| عناصر گرمایشی | بخاری های کارتریجی در فاصله 15 تا 25 میلی متری از سطح، کنترل منطقه ای (2± درجه) قرار می گیرند. |
| پرداخت سطح | جلا داده شده به Ra کمتر یا مساوی 0.4 میکرومتر |
نتیجه گیری
انتخاب یک صفحه برای قالب گیری LFT یک نبرد در برابر سایش و انحراف است که با انتخاب یک ابزار سخت و با پشتیبانی خوب با مشخصات حرارتی کاملاً یکنواخت برنده شد. راترموپلاستیک های فیبر بلند قالب گیری فشرده سازی صفحه حرارتیکاربردها به سطحی نیاز دارند که بتواند در مقابل عمل سنگ زنی الیاف شیشه مقاومت کند-که از طریق نیتریدینگ، کروم سخت یا پوشش های سرامیکی PVD حاصل می شود-ترکیب شده با پشتی آجدار برای مقاومت در برابر انحراف تحت فشار بالا. بخاری های کارتریجی که نزدیک به سطح کار قرار می گیرند، در مناطق مستقل چیده شده اند، گرمای یکنواخت مورد نیاز برای قالب گیری عمیق را ارائه می دهند. تشکیل قطعات سبک و قوی خودروی فردا به ابزاری نیاز دارد که از پوشیدن خودداری کند و یک صفحه به درستی انتخاب شده دقیقاً همین دوام را ارائه می دهد.
