플라스틱 금형의 재료 선택

1. 플라스틱 금형의 작업 조건
플라스틱 및 플라스틱 성형 산업의 발전으로 인해 플라스틱 금형에 대한 품질 요구 사항이 점점 높아지고 있습니다. 따라서 플라스틱 금형의 고장 문제와 영향 요인은 중요한 연구 주제가 되었다. 플라스틱 금형의 주요 작동 부품은 볼록 금형, 오목 금형 등과 같은 성형 부품입니다. 플라스틱 금형의 공동을 형성하여 플라스틱 부품의 다양한 표면을 형성하고 플라스틱과 직접 접촉하여 압력, 온도, 마찰 및 부식을 견뎌냅니다. .
2. 플라스틱 금형 재료의 고장 원인 분석
일반적인 금형 제조 공정에는 금형 설계, 재료 선택, 열처리, 기계 가공, 디버깅 및 설치가 포함됩니다. 조사에 따르면 금형에 사용되는 재료와 열처리는 금형의 수명에 영향을 미치는 주요 요인입니다. Total Quality Management의 관점에서 금형의 수명에 영향을 미치는 요소는 다항식의 합으로 측정할 수 없으며 오히려 여러 요소의 곱으로 측정됩니다. 따라서 금형 재료의 품질과 열처리는 전체 금형 제조 공정에서 특히 중요합니다.
금형 고장 분석의 일반적인 현상에서 플라스틱 금형은 서비스 중 마모 고장, 국부적 변형 고장 및 파손 고장을 경험할 수 있습니다. 플라스틱 금형의 중요한 파손 모드는 마모 파손, 국부적 소성 변형 파손, 파손 파손으로 나눌 수 있습니다.
3. 제조 산업의 급속한 발전으로 플라스틱 금형은 플라스틱 성형 가공에 없어서는 안될 도구이며 전체 금형 생산량에서 차지하는 비율은 해마다 증가하고 있습니다. 고성능 플라스틱의 개발과 지속적인 생산으로 인해 플라스틱 제품의 종류가 늘어나고 그 용도도 확대되고 있습니다. 제품은 정밀성, 대규모성, 복잡성을 향해 발전하고 있습니다. 고속 성형 생산의 발전으로 인해 금형 작업 조건이 점점 더 복잡해졌습니다.
1) 금형 캐비티 표면의 마모 및 부식
플라스틱 용융물은 특정 압력 하에서 금형 캐비티에 흐르고 응고된 플라스틱 부품이 금형 밖으로 나와 금형의 성형 표면에 마찰과 마모를 유발합니다. 플라스틱 금형의 마모 및 고장의 근본적인 원인은 금형과 재료 사이의 마찰입니다. 그러나 마모의 구체적인 형태와 과정은 압력, 온도, 재료 변형 속도, 작동 중 금형의 윤활 상태와 같은 여러 요소와 관련이 있습니다. 플라스틱 금형에 사용되는 재료와 열처리가 불합리한 경우 금형 캐비티의 표면 경도가 낮고 내마모성이 떨어집니다. 이는 금형 캐비티 표면의 마모 및 변형으로 인한 치수 편차로 나타납니다. 퍼징으로 인해 거칠기 값이 증가하고 표면 품질이 저하됩니다. 특히 고체 재료를 사용하여 금형 캐비티에 들어가는 경우 캐비티 표면의 마모가 악화됩니다. 또한 플라스틱 가공에는 가열되면 부식성 가스 HC1 및 HF로 분해되는 염소, 불소 및 기타 성분이 포함되어 있어 플라스틱 금형 캐비티 표면에 부식 및 마모를 유발하여 고장을 유발합니다. 마모 및 손상이 동시에 발생하여 금형 캐비티 표면의 코팅 또는 기타 보호 층이 손상되면 부식 과정이 촉진됩니다. 두 가지 유형의 손상이 상호 작용하면 부식과 마모가 가속화됩니다.
2) 소성 변형 실패
압력과 열이 가해지는 플라스틱 금형 캐비티의 표면은 소성 변형 및 고장을 일으킬 수 있습니다. 특히 소형 금형이 대규모 톤수 장비에서 작동할 때 소성 변형에 과부하가 걸리기 쉽습니다. 플라스틱 금형에 사용되는 재료는 강도와 인성이 부족하고 변형 저항이 낮습니다. 소성 변형 실패의 또 다른 이유는 금형 캐비티 표면의 경화층이 너무 얇거나 변형 저항이 불충분하거나 작업 온도가 템퍼링 온도보다 높아 상변태가 연화되고 금형이 조기 파손되는 것입니다. .
3) 골절
파손의 주요 원인은 구조적 응력, 열적 응력 또는 구조 및 온도 차이로 인한 불충분한 뜨임입니다. 작동 온도에서 잔류 오스테나이트는 마르텐사이트로 변태하여 금형 내부에 국부적인 부피 팽창과 조직 응력을 유발합니다.
플라스틱 금형의 작업 조건은 콜드 스탬핑 다이의 작업 조건과 다르며 일반적으로 150도 -200도에서 작동해야 합니다. 특정 압력을 받는 것 외에도 온도 영향도 견뎌야 합니다. 동일한 금형에는 여러 가지 실패 모드가 있을 수 있으며, 동일한 금형에서도 여러 가지 손상이 발생할 수 있습니다. 플라스틱 금형의 고장 모드를 보면 플라스틱 금형 재료의 합리적인 선택과 열처리가 금형의 수명에 직접적인 영향을 미치기 때문에 매우 중요하다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 플라스틱 금형에 사용되는 강철은 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.
1) 내열성능
고속 성형 기계의 출현으로 플라스틱 제품의 작동 속도가 빨라졌습니다. 성형 온도가 200-350도 사이이므로 플라스틱의 유동성이 좋지 않고 성형 속도가 빠르면 금형 성형부의 표면 온도가 매우 짧은 시간에 400도를 초과하게 됩니다. 사용 중 금형의 정확성과 변형을 최소화하려면 금형강의 내열성이 높아야 합니다.
2) 충분한 내마모성
플라스틱 제품의 사용이 확대되면서 플라스틱의 가소성을 높이기 위해 유리섬유 등 무기물을 플라스틱에 첨가하는 경우가 많습니다. 첨가제 첨가로 인해 플라스틱의 유동성이 크게 저하되어 금형 마모가 발생합니다. 따라서 내마모성이 좋아야 합니다.
3) 우수한 가공성
대부분의 플라스틱 성형 금형에는 방전 가공 외에도 특정 절단 및 배관 수리가 필요합니다. 절삭 공구의 수명을 연장하기 위해 절삭 공정 중 가공 경화가 줄어듭니다. 정확성에 영향을 미치는 금형 변형을 방지하려면 가공 중 잔류 응력을 최소한으로 제어할 수 있어야 합니다.
4) 좋은 열 안정성
플라스틱 사출 성형 부품의 형상은 담금질 후 가공이 복잡하고 어려운 경우가 많으므로 가능한 한 열 안정성이 좋은 재료를 선택해야 합니다.
5) 미러 처리 성능
금형 캐비티의 표면은 매끄러우며 성형 표면은 플라스틱 압착 부품의 외관을 보장하고 용이하게 하기 위해 표면 거칠기가 Ra{0}}.4μm 미만인 경면으로 연마되어야 합니다. 탈형.
6) 열처리 성능
금형 고장 사고에서 열처리로 인한 사고 비율은 일반적으로 52.3%로 전체 금형 제조 공정에서 열처리가 중요한 부분을 차지합니다. 열처리 공정의 품질은 금형 품질에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 열처리 변형이 작고, 담금질 온도 범위가 넓고, 과열 감도가 낮아야 하며, 특히 담금질 경도와 담금질성이 높을수록 더욱 그렇습니다.
7) 내식성
성형 공정 중에 HC1 및 HF와 같은 부식성 가스가 방출되고 열분해되어 금형을 부식시키는 부식성 가스가 생성될 수 있습니다. 때로는 금형이 녹슬고 공기 흐름 채널이 손상될 수 있으므로 금형강의 내식성이 좋아야 합니다.
4. 새로운 플라스틱 금형강
일반적으로 플라스틱 금형은 담금질 및 템퍼링을 통해 표준화된 45강 또는 40Cr강으로 만들어집니다. 높은 경도 요구 사항을 충족하는 플라스틱 금형은 CrWMn 또는 Crl2MoV와 같은 강철로 만들어집니다. 작동 온도가 높은 플라스틱 금형의 경우 인성이 높은 열간 가공 금형강을 선택할 수 있습니다. 플라스틱 금형 캐비티의 치수 정확성과 표면 품질에 대한 더 높은 요구 사항을 충족하기 위해 최근 일련의 새로운 금형강이 개발되었습니다.
1) 탄화 플라스틱 금형강
탄화 플라스틱 금형강은 주로 공동이 있는 복잡한 플라스틱 금형의 냉간 압출 성형에 사용됩니다. 이 유형의 강은 탄소 함량이 낮고 Cr 원소를 첨가하는 경우가 많으며 담금질 및 침탄 능력을 향상시키기 위해 적절한 양의 Ni, Mo 및 V를 첨가합니다. 냉간 압출 성형을 용이하게 하기 위해 이러한 유형의 강은 소둔 상태에서 높은 가소성과 낮은 변형 저항을 가져야 하며, 어닐링 경도는 100HBS 이하입니다. 냉간 압출성형 후 침탄, 담금질 뜨임 처리를 하여 표면 경도가 58-62HRC에 도달합니다. 해외에는 스웨덴의 8416, 미국의 P2 및 P4 등 이러한 유형의 강철에 특화된 강철 등급이 있습니다. 국내에서는 일반적으로 12CrNi3A 및 12Cr2Ni4A 강철과 20Cr2Ni4A가 사용됩니다. 내마모성이 우수하고 붕괴나 표면 벗겨짐이 없으며 금형의 수명을 향상시킵니다. 강철에 포함된 Cr, Ni, Mo, V 원소는 침탄층의 경도와 내마모성을 높이고 코어의 강도와 인성을 높여줍니다.
2) 사전 경화된 플라스틱 금형강
이 유형의 강의 탄소 함량은 0.3% - O.55%이며 ​​일반적으로 사용되는 합금 원소에는 Cr, Ni, Mn, V 등이 포함됩니다. 가공성을 향상시키기 위해 s와 같은 원소가 사용됩니다. 그리고 ca가 추가되었습니다. 몇 가지 일반적인 플라스틱 금형강인 Y55CrNiMn MoVS(SMI)가 개발 및 출시되었습니다. SMI는 중국산 S계 이절삭 플라스틱 금형강으로, 사전경화 이송경도가 35-40HRC이고, 절삭 가공성이 좋으며, 가공 후 열처리가 필요 없어 바로 사용할 수 있는 것이 특징입니다. 인성 강화 및 증가를 위해 Ni 고용체를 첨가하고, Mn 및 S를 첨가하여 쾌삭상 MnS를 형성하는 단계; 강의 담금질성을 높이기 위해 Cr, Mo, V를 첨가한 8Cr2S 강은 용이절삭 정밀금형강에 충분합니다.
3) 시간 경화 플라스틱 금형강
MASI는 저코발트, 코발트 프리, 저니켈 마르텐사이트 시효강을 개발한 대표적인 마르텐사이트 시효강입니다. 8150C 용체화 처리 후 경도는 28-32HRC입니다. 기계적 가공 및 4800C 노화 후, Ni3Mo 및 Ni3Ti와 같은 금속간 화합물은 노화 중에 부서져 48-52 HRC의 경도를 갖게 됩니다. 강철은 강도와 ​​인성이 높고 노화 시 크기 변화가 적으며 용접 성능이 좋지만 가격이 비싸고 중국에서는 그다지 인기가 없습니다.
4) 내식성 플라스틱 금형강
내화수지를 원료로 한 폴리염화비닐(PVC), ABS를 원료로 한 플라스틱 제품은 성형 과정에서 분해되어 부식성 가스를 발생시켜 금형을 부식시킬 수 있습니다. 따라서 플라스틱 금형강은 내식성이 좋아야 합니다. 해외에서 일반적으로 사용되는 내식성 금형강에는 마르텐사이트계 스테인리스강과 석출 경화형 스테인리스강의 두 가지 유형이 있습니다. 스웨덴 ASSAB의 STVAX(4Crl3), A SSAB-8407 등의 외국 기업이 있습니다.