Proč je výběr oceli dlouhodobým-rozhodnutím, nikoli detailem nákupu
Když inženýři přemýšlejí o aVstřikovací forma motorupozornost se obvykle věnuje geometrii dutiny, uspořádání chlazení a strategii vtoků. Výběr oceli se může zdát jako detail, který lze předat výrobci forem. V praxi výběr oceli určuje pět věcí, na kterých záleží v celém výrobním programu:
Životnost formy - počet cyklů, které nástroj provede, než dojde k renovaci v důsledku opotřebení nebo únavy
Rozměrová stabilita při cyklickém zatížení - bez ohledu na to, zda profil zubu drží svůj tvar při milionech záběrů
Trvanlivost povrchové úpravy -, jak dlouho zůstává leštěný nebo strukturovaný povrch ve specifikaci
Interval údržby a cena -, jak často nástroj vyžaduje pozornost a kolik stojí každý zásah
Kompatibilita s lisovaným plastem -, zda ocel odolává korozi nebo chemickému napadení pryskyřicí nebo jejími přísadami
Dosažení tohoto rozhodnutí přímo ve fázi návrhu je jedním z nejúčinnějších-dostupných preventivních kroků. Studie z roku 2020 zveřejněná vJournal of Materials Processing Technologyzjistili, že neshody ve výběru oceli na formy - primárně podle-specifikace tvrdosti pro brusné pryskyřice - byly odpovědné za přibližně 28 % neplánovaných nákladů na nástroje v rámci zkoumané skupiny 85 programů výrobních forem. Konkrétně u přesného ozubeného nástroje, kde jsou rozměrové tolerance na zubech ozubených kol těsné a kde jsou běžné abrazivní materiály, jsou důsledky pod-nespecifikované oceli přímé a měřitelné.
Hlavní kategorie ocelových forem a k čemu jsou nejlepší
P20 / 718 - Před-kalené, dobrá obrobitelnost, střední životnost
P20 je celosvětově jednou z nejpoužívanějších formovacích ocelí, dodává se před-kalená na přibližně 30–36 HRC. Forma může být obrobena přímo na konečné rozměry bez následného kroku kalení, což snižuje dobu přípravy a náklady na obrábění.
Kde P20 funguje dobře:
Nízko{0}}až{1}}středně objemné nástroje pro-neabrazivní termoplasty (ABS, PP, PE, neplněný nylon)
Prototypové a mostové nástroje, kde záleží na rychlém dodání více než na maximální životnosti formy
Velké konstrukční součásti základny formy, kde tvrdost není primárním požadavkem
Kde P20 selže:
ŽádnýVstřikovací forma motoruaplikace běžící sklo-plněné nebo minerální-pryskyřice plněné - tvrdost je nedostatečná a opotřebení začíná okamžitě
Velké{0}}programy zaměřené na 800,{2}} cyklů - Nástroje P20 potřebují renovaci dlouho před tímto okamžikem
Aplikace vyžadující leštěný zrcadlový povrch - Tvrdost P20 omezuje dosažitelnou úroveň lesku
Pro tento typ formy vyrábějící přesné součásti z PA66 GF30 nebo podobných plněných technických pryskyřic je P20 prostě špatný materiál. Bude produkovat dobré první-vzorky, ale v průběhu výroby bude postupně degradovat.
H13 - Tepelně zpracovatelné-, vysoká tvrdost, dlouhá životnost
H13 je průmyslovým standardem pro velkoobjemové{1}}náročné vstřikovací formy. Je to nástrojová ocel pro práci za tepla-, která je před finálním dokončením hrubována-obráběna v žíhaném stavu a následně-kalena na HRC 48–54. H13 je správnou základní specifikací pro jakoukoli abrazivní inženýrskou pryskyřici zpracovávající součásti ozubených kol při výrobních objemech nad 500 000 výstřelů.
Silné stránky H13:
Vysoká tvrdost po -úpravě - odolává opotřebení skleněnými vlákny, minerálními plnidly a podobnými abrazivními částicemi
Vynikající houževnatost pro svou třídu tvrdosti - odolává únavovému praskání u tenkých geometrických prvků, jako jsou kořeny zubů ozubených kol
Dobrá odolnost proti tepelné únavě - zvládá opakované zahřívání a ochlazování bez popraskání povrchu
Životnost formy 1 000,000+ výstřelů při správné údržbě; často 2 000,000+ za dobře-udržovanou vysokou-tvrdost nástrojů
Omezení:
Vyžaduje tepelnou kúrutment po hrubém obrábění, přidáním 2–4 týdnů k dodací lhůtě
Rozměrové zkreslení během tepelného zpracování musí být plánováno v sekvenci obrábění
Náročnější na obrábění v kaleném stavu - dokončovací operace používají EDM a broušení
Ve své podstatě není odolný proti korozi-- vyžaduje povrchovou ochranu ve vlhkém skladování
H13 na HRC 50–52 je standardní specifikací pro vstřikovací formy motorového ozubeného kola běžící na technické pryskyřice. Tvrdost odolává opotřebení na bocích zubů ozubených kol, kde rozměrová přesnost přímo určuje kvalitu záběru, a houževnatost odolává praskání v tenkých částech mezi zuby.
S136 / 420SS - Nerez, korozi-Odolný
S136 a podobné nerezové formovací oceli (třída 420- upravená pro použití ve formách) poskytují odolnost proti korozi, kterou standardní nástrojové oceli postrádají. Mohou být tepelně zpracovány na HRC 50–52, čímž se kombinuje užitečná tvrdost s odolností proti korozi.
Nejlepší aplikace:
Zpracování PVC - plynný HCl uvolněný během lisování rychle koroduje standardní oceli
Medicínské a potravinářské-části vyžadující sterilní povrchy forem
Transparentní optické části vyžadující zrcadlový lesk udržovaný bez povrchové oxidace
Vlhké provozní prostředí, kde by standardní H13 vyžadoval neustálé ochranné ošetření
U standardních forem s nylonem nebo POM je S136 obvykle překročen-z hlediska koroze a zvyšuje náklady bez úměrných výhod. Stává se správnou volbou, pokud je pryskyřice korozivní nebo je provozní prostředí velmi vlhké.
NAK80 / 2738 - Před-tvrzený, zrcadlový-Polský
NAK80 je nikl-hliníková-nástrojová ocel ze slitiny mědi dodávaná před-kalená na HRC 40–43. Jeho vynikající vlastností je leštitelnost - dosahuje zrcadlového lesku třídy A1 (Ra 0,02 µm nebo méně) snadněji než P20, bez nutnosti průběžného kalení.
Nejlepší aplikace:
Kryty spotřební elektroniky s prémiovými kosmetickými povrchy (aplikace s vstřikovacími formami pro myš)
Kosmetické obaly a luxusní zboží, kde je primárním motorem specifikace povrchový lesk
Jakákoli část, kde je A{0}}povrchová úprava, musí být udržována konzistentně po miliony cyklů
Vstřikovací forma Mouse Shell pro prémiový produkt často specifikuje NAK80 pro vložky do kosmetických dutin: tvrdost (HRC 40–43) je adekvátní pro neabrazivní ABS, leštitelnost je lepší než P20 a není potřeba žádný krok tepelného zpracování. Pro velkoobjemové-programy nad 800 000 výstřelů nabízí H13 delší životnost, ale k dosažení stejné kvality povrchu vyžaduje kvalifikovanější leštění.
8407 / SKD61 - Prémiový ekvivalent H13
8407 (označení Uddeholm) a SKD61 (japonská průmyslová norma) jsou prémiové -ekvivalenty standardu H13 a jsou vyráběny s vyšší čistotou oceli (méně -kovových vměstků), lepší houževnatostí při vysoké tvrdosti a konzistentnější odezvou tepelného zpracování na velkých průřezech-.
Pro náročnou motorovou vstřikovací formu s cílovou životností nad 2 000 000 výstřelů nebo pro ozubené formy s velmi tenkými prvky, které vyžadují nejlepší dostupnou houževnatost při vysoké tvrdosti, je 8407 nebo SKD61 vhodnou modernizací oproti standardní H13.
Přizpůsobení oceli vaší aplikaci
Vstřikovací forma motoru
Takový nástroj na zpracování skla -plněný nylonem nebo minerálním{1}}plněným PBT má specifické požadavky, které se přímo promítají do požadavků na ocel.
Vyztužení skelnými vlákny v materiálech jako PA66 GF30 je vysoce abrazivní -, progresivně eroduje povrchy dutin, nejkritičtěji na bocích zubů ozubených kol, kde rozměrová přesnost určuje kvalitu záběru. Vstřikovací forma motorového ozubeného kola s rozměrovými tolerancemi ±0,02–0,05 mm na profilu zubu nemůže tolerovat progresivní opotřebení, které po 200 000 cyklech posouvá tyto rozměry.
Správná specifikace pro převodový nástroj provozující abrazivní plněné pryskyřice:
Dutinové a jádrové vložky: H13 při HRC minimálně 50–52; 8407/SKD61, kde cílová životnost přesahuje 2 000 000 výstřelů
Povrchová úprava: TiN PVD povlak na povrchu zubní dutiny pro maximální ochranu proti opotřebení v aplikacích s vysokým-skleněným{1}}obsahem
Základna formy: P20 nebo ekvivalentní - základna nečelí stejným nárokům na opotřebení jako vložky dutin
Specifikace P20 pro vstřikovací formu s ozubeným kolem motoru s plněnými technickými pryskyřicemi je zdokumentovaný poruchový režim. V prvních 100 000 cyklech to může vypadat přijatelně, ale posun profilu zubů se od tohoto bodu zrychluje a stává se problémem s kvalitou výroby, než forma dosáhne poloviny své zamýšlené životnosti.
Vstřikovací forma na myš
Vstřikovací forma pro myš s ABS nebo ABS/PC směsí má zásadně odlišné požadavky než forma na ozubení. ABS je materiál s nízkým -otěrem - opotřebení povrchu dutiny je mnohem pomalejší než u plněných pryskyřic. Dominantním požadavkem je kosmetická kvalita povrchu a jeho dlouhodobá-údržba.
Pro aVstřikovací forma na myšs prémiovými kosmetickými požadavky je NAK80 (před-tvrzený HRC 40–43) nejběžnější vhodnou volbou pro programy do přibližně 800 000 snímků. Pro delší programy poskytuje H13 na HRC 48–50 s prémiovým leštěním lepší životnost za cenu náročnějších leštících prací.
Autíčko Plastová vstřikovací forma
Plastová vstřikovací forma pro autíčka obvykle používá ABS nebo PP - oba ne-abrazivní materiály - při vysokých objemech. Správná ocel závisí především na cíli životnosti výroby:
Až 600 000 snímků: P20 je adekvátní a nákladově-efektivní
600 000 až 1 500 000 výstřelů: H13 až kalené na HRC 48–52 je vhodná investice
Více než 1 500 000 výstřelů: H13 nebo 8407/SKD61 při HRC 50–54 s povrchovou nitridací nebo PVD povlakem
MnohoAutíčko Plastová vstřikovací formaprovozy používají P20 pro počáteční nástroje na nových produktech a upgradují na H13, pokud se produkt stane dlouhodobým -komerčním úspěchem - pragmatický přístup, který se vyhýbá příliš-investování do tvrdých nástrojů kvůli nejistým předpovědím objemu.
Dutina vs jádro vs základ formy Proč různé součásti používají různé oceli
Výrobní vstřikovací forma používá různé oceli v různých zónách, které odpovídají tomu, co každá zóna skutečně vyžaduje:
Cavity a jádrové vložky: Přesné součásti, které tvoří součást. Ty čelí nejvyššímu opotřebení, vyžadují nejpřísnější tolerance a musí zachovat povrchovou úpravu. Použijte třídu vhodnou pro danou aplikaci (H13 pro náročné programy forem na ozubení; NAK80 pro kosmetická pouzdra; P20 pro středně -objemové ne-abrazivní nástroje).
Základní desky formy a konstrukční prvky: Rám, který drží formu pohromadě. Obvykle je adekvátní P20 nebo ekvivalentní před-kalená ocel - tyto součásti nevyžadují tvrdost povrchu nebo odolnost proti opotřebení jako u břitových destiček.
Vyhazovací kolíky a jezdce: H13 při HRC 48–52 nebo speciální kolíková ocel. Ty čelí cyklickému mechanickému namáhání a opotřebení kontaktů na pohyblivých rozhraních.
Otěrové desky a vodicí pouzdra: H13 nebo ekvivalent HRC 50–54 pro maximální odolnost proti opotřebení na kluzných plochách.
Použití H13 v celé formě - včetně základových desek formy - zvyšuje značné náklady bez zvýšení výkonu. Koncentrovat prémiovou ocel tam, kde na tom záleží, je správný přístup.
Problém abrazivního materiálu
Pryskyřice plněné sklem-vyvolává opotřebení ocelových forem výrazně vyšší než jejich ekvivalenty bez výplně. Publikované údaje o testování opotřebení ukazují, že pryskyřice plněné sklem- způsobují přibližně 10–30× vyšší opotřebení povrchu dutiny ve srovnání s neplněnými ekvivalenty stejného základního polymeru.
Pro jakoukoli tuto formu nebo jiný přesný nástroj určený ke zpracování těchto materiálů:
Obsah skla nad 20 %: H13 při HRC minimálně 50–54; zvážit povlak TiN nebo TiAlN PVD na površích s nejvyšším-opotřebením (boky ozubených kol, oblasti vrat)
Materiály zpomalující hoření- s halogenovými přísadami: nerez S136 nebo H13 s povrchovou úpravou odolnou proti korozi-
Minerální-plněné materiály: H13 s tvrdostí na horní hranici rozsahu specifikace
Vstřikovací forma s ozubeným kolem motoru, která podceňuje podíl obsahu plniva na opotřebení, bude vyžadovat výměnu vložky dutiny ještě před svou návrhovou životností -, což jsou náklady, které od počátku daleko převyšují skromnou prémii za modernizaci na vhodnou ocel.
Publikoval výzkum o vlastnostech oceli ve formách
Studie vTribology International(2021) porovnávali míru opotřebení P20, H13 (HRC 50) a S136 při simulovaném kontaktu vstřikováním se sklem -plněným PA66. H13 vykazovala míru opotřebení o 73 % nižší než P20; to se přímo promítá do prodloužené životnosti nástroje a snížení rozměrového posunu v kontextu nástroje.
Výzkum vJournal of Materials Processing Technology(2020) zjistili, že drsnost povrchu dutiny se zvýšila 3× rychleji u nástrojů P20 s GF30 PP ve srovnání s nástroji H13 za stejných podmínek.
Údaje z průzkumu SPE (2021) identifikovaly předčasné opotřebení formy z pod-určené tvrdosti oceli jako druhou nejčastější příčinu neplánovaných výdajů na nástroje, hned po nedostatečném chladicím systému.
Vylepšení oceli u vstřikovací formy s ozubeným kolem motoru běžecké sklo-plněné nylonem
Dodavatel průmyslové automatizace provozoval ozubené nástroje v P20 pro malé planetové soukolí používané v aktuátoru. Materiál byl PA66 GF30. Po přibližně 180 000 cyklech na přesné formě ozubení, která byla navržena pro 1 200 000, rozměrová kontrola ukázala, že roztečný průměr ozubeného kola se zvětšil o 0,04 mm - natolik, že to ovlivnilo kvalitu záběru a generoval hluk.
Kontrola formy potvrdila opotřebení povrchu na bocích zubů. Dutina vstřikovací formy motorového ozubeného kola byla pod-specifikována pro obsah skla v materiálu.
Sunhingstones nahradily vložky kavity a jádra H13 na HRC 52 s TiN PVD povlakem na povrchu zubní dutiny.
Výsledky při 500 000 cyklech na náhradních destičkách: změna průměru rozteče o +0.005mm - méně než 15 % opotřebení P20 při ekvivalentních cyklech. Předpokládalo se, že forma ozubení dosáhne 1 500000+ cyklů, než renovace - pohodlně překročí pětiletý{11}} cíl programu. Náklady na výměnu břitové destičky byly vráceny do osmi měsíců ve srovnání s trajektorií renovace původního nástroje.
Rychlý průvodce pro výběr oceli
|
Aplikace |
Třída oceli |
Tvrdost |
Poznámky |
|
Motor Gear Vstřikovací forma, abrazivní pryskyřice |
H13 / 8407 |
HRC 50–54 |
Doporučuje se PVD povlak |
|
přesný převodový nástroj, neplněná pryskyřice |
H13 |
HRC 48–52 |
Standardní specifikace dlouhé{0}}životnosti |
|
Vstřikovací forma na myš, kosmetický povrch |
80/2738 NAK |
HRC 40–43 |
Výhoda leštitelnosti |
|
Vstřikovací forma na myš, velký objem |
H13 |
HRC 48–50 |
S prémiovým leštěním |
|
Plastová vstřikovací forma na autíčko,<600k shots |
P20 / 718 |
HRC 30–36 |
Cenově-efektivní vstup |
|
Toy Car Plastic Injection Mold, >600 tisíc střel |
H13 |
HRC 48–52 |
Skrz tvrzené |
|
PVC nebo korozivní pryskyřice |
S136 / 420SS |
HRC 50–52 |
Odolnost proti korozi |
F A Q
Otázka: Můžete formovat vnitřní závity přímo?
Odpověď: Ano-prostřednictvím odšroubovacích mechanismů nebo skládacích jader.
Otázka: Lisované závity vs. vložky-co je pevnější?
Odpověď: Vložky obvykle vyhrávají (často 2–3x vytažení{2}}vytažení/točivý moment).
Otázka: Co je nejlepší pro-velkoobjemové limity?
A: Skládací jádra nebo odšroubování pro rychlost a kvalitu.
Otázka: Jak smrštění a tolerance ovlivňují závity?
Odpověď: Kritický-prototyp s přísným měřítkem a přesné měřítko.
Otázka: Důsledky nákladů?
A: Jednoduché lisované je nejlevnější předem; složité mechanismy nebo břitové destičky zvyšují náklady na nástroje/provoz, ale přinášejí hodnotu ve výkonu a dlouhé životnosti.
Otázka: Proveditelnost odpichu-formy?
A: Vynikající pro prototypy/nízké objemy; méně ideální pro vysokou{0}}přesnost nebo velký-objem kvůli větší pracnosti a variabilitě.
Otázka: Jakou ocel bych měl specifikovat pro běžecké sklo-plněné nylonem Motor Gear Injection Mold?
Odpověď: H13 na HRC 50–52 je standardní specifikace pro tento typ skleněných -plněných nebo minerálních{4}} plněných technických pryskyřic. Tvrdost P20 (HRC 30–36) je nedostatečná pro abrazivní materiály při jakémkoli významném objemu výroby. Pro programy forem na součásti ozubených kol zaměřené na více než 2 000 000 cyklů nebo s použitím vysokého obsahu skla (nad 30 %) poskytuje 8407 nebo SKD61 s TiN PVD povlakem na povrchu zubní dutiny maximální ochranu proti opotřebení.
Otázka: Je P20 někdy vhodný pro vstřikovací formu motorového ozubeného kola?
Odpověď: P20 lze použít v kontextu formy pouze v případě, že materiál není plněn (žádná skleněná nebo minerální výztuž), objem výroby je nižší než 300 000–400 000 výstřelů a rozměrové tolerance prvků ozubení umožňují mírnou degradaci povrchu dutiny. Pro jakoukoli vstřikovací formu s ozubenými koly motorů s plněnými technickými pryskyřicemi je H13 správnou specifikací.
Otázka: Jak ovlivňuje výběr oceli cenu takového nástroje?
Odpověď: Vložky s dutinou H13 obvykle stojí o 25–45 % více než ekvivalentní břitové destičky P20 pro ozubený nástroj, a to kvůli tepelnému zpracování, delší době obrábění a vyšším nákladům na suroviny. Nástroje H13 však v abrazivních aplikacích obvykle vydrží 2–4× déle, takže amortizované náklady na nástroj H13 na jeden výstřel jsou nižší než P20 po celou dobu životnosti programu Motor Gear Injection Mold.
C
a používám NAK80 pro formy na ozubení?
NAK80 (HRC 40–43) lze použít pro vstřikovací formy s ozubenými koly, na které se používají neplněné, nízko{3}}abrazivní pryskyřice při středních objemech. Jeho výhoda leštitelnosti oproti P20 je relevantní, pokud mají povrchy ozubených kol kosmetické požadavky, ale u funkčních forem ozubených kol, na kterých jsou použity technické pryskyřice, je vyšší tvrdost H13 důležitější vlastností.
Otázka: Jaký je rozdíl v životnosti formy mezi P20 a H13 v aplikaci formy na ozubení?
Odpověď: U této formy využívající konstrukční pryskyřici GF30 publikované údaje o opotřebení a praktické zkušenosti trvale ukazují, že H13 dosahuje 4–6× delší životnosti dutiny než P20, než dojde k překročení rozměrových tolerancí prvků ozubených kol. Přesný poměr závisí na obsahu skla, teplotách zpracování a specifické geometrii profilu zubu.
Otázka: Kde mohu získat pokyny ke specifikaci oceli pro nový projekt nástroje?
Odpověď: Kvalifikovaný výrobce motorových vstřikovacích forem by měl poskytnout formální doporučení týkající se specifikace oceli jako součást procesu DFM (Design for Manufacturability) - včetně třídy, cílové tvrdosti, specifikace tepelného zpracování a odůvodnění. Každá renomovaná továrna na výrobu ozubených nástrojů bude mít zdokumentované zkušenosti s různými druhy oceli v různých aplikacích materiálů ozubených kol a může odkazovat na skutečné výsledky výroby.
Před vyrobením nástroje určete správnou ocel
Výběr oceli ve vstřikovací formě s ozubeným kolem motoru, vstřikovací formě s skořepinovou myší nebo v jakémkoli jiném přesném vstřikovacím nástroji je rozhodnutí učiněné jednou a prožité po celou dobu životnosti programu. Pod-specifikací se rozumí předčasné opotřebení, neplánovaná renovace a přerušení výroby. Nad-zadání znamená platit za výkon, který aplikace nevyžaduje.
Správná volba - H13 pro náročné, velkoobjemové-aplikace přesných forem ozubených kol; NAK80 nebo P20 pro kosmetické nebo středně{5}}objemové práce - je dosaženo prostřednictvím disciplinované analýzy materiálu, objemu, požadavků na povrch a cílové životnosti.
Ve společnosti Sunhingstones je specifikace oceli součástí našeho standardního procesu DFM pro každou formu ozubeného kola, vstřikovací formu pro myš a plastové vstřikovací formy do autíček. Dokumentujeme doporučenou jakost, tvrdost, tepelné zpracování a zdůvodnění, aby zákazníci přesně pochopili, co dostávají a proč.
Reference a další čtení
1. Roberts, GA a kol. Nástrojové oceli, 5. vydání. ASM International, 1998. https://www.asminternational.org/
2. Chen, X. a kol. "Chování ocelí P20 a H13 při opotřebení za podmínek vstřikování PA66 plněných sklem." Tribology International, svazek. 158, 2021. https://www.sciencedirect.com/journal/tribology{12}}mezinárodní
3. Zhang, Y. a kol. "Degradace povrchu dutin u běžeckého skla P20 vs H13-plněného PP." Journal of Materials Processing Technology, svazek. 285, 2020. https://www.sciencedirect.com/journal/journal-technologie-zpracování{13}}materiálů
