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塑料成型金屬模具相關技術 你知道多少?
發布時間:2015-04-25 | 來源: | 瀏覽:
  1.1熱處理型和無熱處理型分類
  一般以成型樹脂的組成和壓鑄數量決定選擇哪種模具材料。也就是說樹脂內玻璃纖維(下稱GF)的數量和壓鑄數量是選擇模具材料的重要因素。根據過去的實際操作,則可將含35%GF作為分界,將壓鑄數分為50萬(次)以上的熱處理型和50萬(次)以下的無熱處理型。
  例如若用含30%GF的樹脂進行30萬次以下的成型,在對30-32HRC的預硬化鋼實施N化處理的條件下,且若將含35%GF的樹脂進行50萬次的成型,在對40HRC預硬化鋼實施N化和PVD涂鍍條件下,即使不采用熱處理型材料,也可達到目標壓鑄數量。當然,對含40%-50%GF樹脂進行70萬次的壓鑄成型模具,則須將母材進行高硬度熱處理,且需作N化和PVD復合處理,日本不二越工業公司的不少模具就進行了這樣的處理。
  1.2熱處理條件和模具質量
  進行熱處理的模具在淬火、回火中產生變形,因此,在滿足熱處理質量要求方面應盡可能快速冷卻,這與為抵制變形需盡量慢冷之間存在矛盾,要同時滿足上述兩方面的要求是非常困難的。
  模具材料除了要具有好的切削性能之外,還需要減少在熱處理工序中尺寸的變形。最近將冷鍛模具鋼PD613和HPM31改良,開發成SLD-Magic和DCMX兩種材料。較之JIS的SKD11,這些改良鋼的性能得到大幅度改善。在塑料成型用金屬模具中,由于主要是進行難燃強化樹脂的成型,故除考慮其耐磨損性和耐蝕性外,還需充分考慮在成型中引起的時效變化。
  由于耐磨損性與硬度成正比,故金屬模具材料采用了硬度60HRC的鋼種。另外,需要注意的是材料硬就會變脆,故對于可能產生破損的模具,應考慮其延展性(又稱可鍛性),因此,一般將材料硬度控制為56-58HRC。并且,當需要考慮耐蝕性時,原則上采用M(馬氏體)系不銹鋼。在重視耐蝕性的熱處理中,不能析出會降低防蝕抗力的碳化物。需避免在450℃以上的溫度回火。然而,為了熱處理后實施N化和涂鍍處理,進行高溫回火又是恰當的處置。
  為了防止時效變化,有必要進行低溫處理,即回火應在不析出碳化物的400℃以下的溫度進行。
  1.3無熱處理型模具材料的發展
  在日本國內的塑料成型金屬模具制作中,雖然面臨降低成本、縮短交貨期、提高質量的壓力,但在塑料模具使用預硬化鋼附加表面改質的條件下,即使不進行熱處理也能滿足使用要求。根據調查得知,目前從熱處理型材料轉換為硬度40HRC的預硬化鋼表面改質的非熱處理型模具正在急劇增加。預計數年后,預硬化鋼的硬度將從現在的40HRC左右提高到45HRC左右,從而成為非熱處理型的模具材料。
  在模具產業全球化的背景下,日本國內的模具企業為了能夠生存下去,必須采取一些對策。特別要重視成本、交貨期和產品質量等重要指標,以便能與海外制造的模具競爭。硬度40HRC的預硬化鋼附加表面改質的非熱處理型材料的應用將會普遍。然而,這樣處置的使用范圍有限。因此,若匆忙將預硬化鋼的硬度提高至45HRC左右,可能將難以滿足對48HRC左右硬度非熱處理型材料的全球化需求。
  為了實現既定目標,煉鋼廠家必須組織所定硬度預硬化鋼的開發。而高硬度化材料的切斷、切削加工等難題的解決時間,將會左右非熱處理型預硬化鋼實際應用的進程。
  2.用激光堆焊焊接的金屬模具精密修補技術
  過去,模具的堆焊焊接修補,一般都采用W極惰性氣體?;さ緇『福虺芓IG焊)。然而,近年由于脈沖激光堆焊.焊接機的問世,使得更細微、精密的模具修補成為可能。在日本,激光堆焊焊接機本來因其精密操作性而用于珠寶飾品加工。但現在已廣泛用于塑料、壓鑄、沖壓等模具的修補。由于可以對模具零配件、磨損部、缺陷及針孔等以0.01mm內的精度進行堆焊修補,故作為有效的修補手段,其市場擴大、需求高漲,使模具生產廠家和受委托加工業者都紛紛引進此技術及設備。
  2.1修補技術的特點
  與一般的TIG焊接相比,激光堆焊.焊接具有焊接輸入熱量小,無需進行預熱和焊后處理等特點,使得過去不可能進行的細微精密堆焊.焊接成為可能。
  由于TIG焊是一邊用焊炬的高熱量熔工件和堆焊材料,一邊進行堆焊.焊接,具有焊接速度快,焊合強度大等優點。但因其輸入熱量很大,工件易變形,產生二級咬邊和應力;并且,因毛剌(飛邊)多,造成機械加工、電火花加工時間長、費用上升等問題。另外,對于細小部位(如針銷狀尖端、溝狀底部和側面等),TIG焊是不適合的。
  反之,激光堆焊.焊接是脈沖狀激光的點狀照射,對工件的熱影響極小,不會造成工件的變形、二級咬邊等損傷??梢砸槐哂酶絞艫南暈⒕等啡隙押?焊接部位,一邊進行激光焊接操作。并且,由于持續調整顯微鏡的焦點和激光焦點的距離,從而可以對堆焊.焊接部位進行準確照射。當然,較之TIG焊接,若用激光進行大量堆焊,則有焊接速度慢的缺點。但是,激光焊接精度極高,且可以減少其后精加工時間和費用,加之可以對狹窄的溝槽、孔穴底部、內角等細小部位進行堆焊.接焊,故可認為激光焊接是修補塑料成型用金屬模具最佳的技術。
  伴隨塑料成型、壓鑄、沖壓等模具的修補及設計的變更,除改造、修正之外,還有機械部件、精密部件的堆焊.焊接、TIG等焊接不良(如二級咬邊、針孔等)的修補,以及各類金屬之間的堆焊.焊接等。
  2.2堆焊方法與使用
  同時考慮了堆焊.焊接部的材質、形狀而調整了激光脈沖寬度、頻率數、射束直徑(焦點直徑),從而設定了最佳的堆焊.焊接條件。由于持續對顯微鏡焦點和激光焦點距離進行調整,故容易進行條件設定。首先,為了防止修補部位融合不良,不使用焊絲而僅進行激光對堆焊部位照射。繼而將焊絲尖端插入,少量熔融地進行堆焊;然后進行正常堆焊,直至形成無針孔等焊接不良的堆焊層。
  3.快速成型工藝
  3.1快速成型概要
  所謂快速成型,是將實體對象的三維形狀用薄層疊置進行處理,以主體形狀堆積而實現物理形狀。
  具體是以高精度、超短交貨期、批量生產的金屬模具制作為目標,進行了金屬粉末激光燒結技術和精密切削復合加工技術的開發。
  該技術的基本原理是:
  1)首先,用三維計算機輔助設計定義最終形狀的立體部件形狀。
  2)其次,由此三維形狀數據算出等間隔切薄片輪廓形狀的處理,以求出薄片數據。
  3)以薄片數據為基礎,一面利用CO2激光將實際粉末材料燒結成薄板狀,一面和已經終止成型的下層相接合,經激光反復燒結后切削精加工輪廓表面。
  4)將材料固化、切薄片數據反復疊置,直到與計算機上定義的部件形狀相同的物理部件。
  3.2實現注射成型金屬模具的快速成型技術
  在此金屬光造型法中,可以實現在原來的模具加工中不可能進行的單一工藝加工,故可以期待超短交貨期及低成本的金屬模具制作。在加工法中,可自由地形成內部結構,還可構成三維溫度調節回路,可以期待注射成型精度的提高和成型周期的縮短等高功能金屬模具技術及成型技術的革新。
  本技術使用的Fe系粉末材以合金鋼粉末為主要成分。利用Ni粉和Cu系粉末的混合粉末開發的造型物也無微裂紋,最大的彎曲強度、硬度與一般使用的金屬模具用鋼材S50C相同。切削加工而成的試樣表面尺寸精度達±0.03mm,表面光潔度為20μmR2。
  采用此技術在澆口襯套內部設置了水管,縮短了冷卻時間,使注射成型工程實現了高周期化,抵制了金屬模具溫度的上升,從而避免了成型事故,并提高了模具壽命。
  3.3塑料成型模具相關的新技術
  日本將價格便宜的塑料成型用金屬模具的生產向中國和韓國轉移。而中國生產的模具存在一些問題,主要是成型塑料產品外觀不良,原因是對模具中塑料熱分解氣體的抽出和抽氣機構的設計研究不充分。并且,若利用廉價的材料和循環材,受其雜質的影響,發生的熱分解氣體多,也易造成產品外觀不良。
  有人采用金屬光造型復合加工機,但建議使用雙通道方式,結果縮短了塑料注射成型周期。由于利用局部的低密度層而從金屬間隙吸引熱分解氣體和負壓,促進了樹脂的填充,在成型后噴出高壓空氣的條件下,促使熱分解氣體排出,在低密度層去除了堵塞孔眼的雜質,從而有利于提高產品質量。
  EOS公司建議采用金屬的直接造型技術。瑞士Ecoparts公司進行了利用DMLS修補破損金屬模具的技術開發,從而對損壞模具進行有效修補。較之整體制造,可降低成本,節約時間。
  超高強度的馬氏體時效處理鋼的抗拉強度達1900MPa、硬度達55HRC,業界最近一直努力將之應用于壓鑄金屬模具和注射成型模具的襯墊部件。
  Sintermask公司利用生成斷面形狀掩蔽,用10kW紅外燈管,開發了高速熔融熱可塑性樹脂的疊層造型方式。其最大造型尺寸為300mm×200mm×800mm;只要是聚酰胺材料,就能以每層100μm厚、每小時700mm的速度造型;若是一次一批拇指大的個別形狀部件,可以制造3000個,達到每個10秒以下的生產率。

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