Як створити міцну форму для лиття під тиском для тривалого використання?

Вибір та обробка потрібної інструментальної сталі для тривалого використання прес-форми для лиття під тиском

H13 проти DIN 1.2367 проти альтернатив: компроміси між термічною втomoю, твердістю та вартістю

При роботі з формами для лиття під тиском, які піддаються інтенсивним термоциклам, вибір сталі суттєво впливає на їхній термін служби. Інструментальна сталь H13 вирізняється стійкістю до термовтомлення завдяки поєднанню хрому, молібдену та ванадію, що забезпечує її стабільність навіть при температурі близько 600 градусів Цельсія. DIN 1.2367 краще протистоїть ударам, але на 10–15 відсотків гірше витримує термічні удари, тому краще підходить там, де циклів не надто багато, але діють значні ударні навантаження. Більш дешеві варіанти, наприклад сталь P20, можуть використовуватися для невеликих партій при нижчих температурах, хоча зазвичай виходять з ладу значно раніше, ніж після 150 000 циклів, особливо при використанні з алюмінієм. Для масового виробництва логічно робити акцент на стійкості до термовтомлення, оскільки раннє утворення тріщин може обійтися в понад 20 000 доларів США на одну форму лише витратами на заміну та втрати часу за дослідженнями Ponemon 2023 року.

Оптимізація термообробки: досягнення збалансованої твердості (48—52 HRC), в’язкості та мікроструктурної стабільності

Правильна термічна обробка є абсолютно необхідною, якщо ми хочемо максимально використати властивості сталевих матеріалів. Коли процес виконується правильно, потрійне відпускання при температурі близько 600 градусів Цельсія зазвичай забезпечує оптимальні значення твердості у діапазоні від 48 до 52 за шкалою Роквелла. Це забезпечує хорошу стійкість до зносу, не роблячи матеріал надто крихким. Однак, якщо температура відхиляється більше ніж на 5 градусів під час загартування, ситуація швидко погіршується. З’являються карбіди там, де їх не повинно бути, що з часом призводить до руйнування структури металу. Дані галузі показують, що використання двостадійного процесу відпускання фактично подовжує термін служби форм приблизно на 30 відсотків, оскільки це допомагає краще контролювати межі зерен. І не варто забувати також про правильну калібрування печей. Навіть незначні зміни швидкості загартування мають велике значення. Всього 1-відсоткова різниця може скоротити теплову втомну міцність удвічі, тому регулярні перевірки є просто невід'ємною частиною роботи в цій галузі.

Інженерне управління теплом у литтєвій формі

Конфігурація каналів охолодження, конформне охолодження та контроль теплового градієнта для уповільнення утворення тріщин

Якісний тепловий контроль починається з проектування каналів охолодження. Традиційні прямолінійні схеми часто призводять до виникнення гарячих ділянок, що може спричинити проблеми на подальших етапах через напруження матеріалу. На допомогу приходить технологія конформного охолодження, де канали, виготовлені методом 3D-друку, повторюють форму самої форми, а не просто проходять по прямих лініях. Це дозволяє значно рівномірніше відводити тепло з усієї деталі. У ключових зонах ми спостерігали зниження різниці температур близько на 40%, що призводить до пізнішого виникнення тріщин від термічного втомлення матеріалу у виробничому циклі. Підтримка температури поверхонь форми нижче 300 градусів Цельсія також допомагає запобігти деформації. Багато виробництв тепер поєднують ці сучасні системи охолодження з датчиками, які відстежують температуру в реальному часі, даючи операторам можливість регулювати потік охолоджувача відповідно до змін умов під час виробничого процесу.

Аналіз даних циклу лиття: як температурні коливання прискорюють термічну втома у матрицях для масового лиття під тиском

Коли випускаються виробничі лінії великого обсягу, це дійсно постійне нагрівання і охолодження, що в кінцевому підсумку розкладає муки. Кожного разу, коли температура піднімається вище 200 градусів за Цельсієм, в сталі інструменту накопичуються крихітні напруги. Після близько п'ятдесяти тисяч таких циклів, ці накопичені напруги виявляються як видимі тепловими тріщинами на поверхні. Якщо подивитися на фактичні дані, ми виявимо, що коли частини охолоджуються занадто швидко - скажімо, менше п'ятнадцяти секунд - це створює деякі з найгірших проблем теплового шоку. Виробники виявили, що просто тримати час охолодження приблизно на двадцять відсотків і додавати поступові зміни температури замість раптових падінь, можна зменшити рівень пікового теплового стресу приблизно на тридцять п'ять відсотків. Такі зміни роблять реальну різницю в таких галузях, як автомобільна та електронна промисловість, де тривалість роботи штампу безпосередньо впливає на швидкість виробництва і якість готових компонентів.

Оптимізація геометрії форм лиття на друку для структурної цілісності та розподілу напруги

Критичні елементи конструкції: філе, радіуси, кути протягу і геометрія лінії розколу для мінімізації концентрації стресу

Ці гострі кути і раптові зміни форми стають проблематичними, коли речі розширяються через тепло або піддаються механічному напруженню. Вони створюють концентрацію стресу, яка тільки прискорюється там, де починають утворюватися тріщини. Коли ми додаємо ці гарні закруглені краєвики (радіус не менше 1,5 мм), це поширює тепло і механічні сили на більші площі, що означає менше місць для виникнення тріщин. Згідно з недавніми дослідженнями, опублікованими в International Journal of Metalcasting у 2022 році, алюмінієві форми з правильним розміром філе насправді тривають від 40% до 60% довше, ніж ті з різкими краями. Правильні кути течії також роблять велику різницю. Тримання їх рівномірною приблизно на 1 градус до 3 градусів з кожної сторони допомагає уникнути тягнення під час викидання, що є однією з основних причин пошкодження поверхні і дрейфу розмірів з часом. Де ми розміщуємо лінію розколу, теж має велике значення. Поставляючи їх подалі від місць, де найбільше ударів, все стає простіше, а додаючи випуклі форми в точках контакту, зменшується накопичення напруги саме там, де стикаються матриці. Всі ці дрібні зміни в конструкції разом допомагають боротися з розривом від теплової втоми і можуть заощадити виробникам від 300 тисяч до майже мільйона доларів, коли їм потрібно відновити форму автомобілів.

Проектування низкоефективних систем викиду та потоку для довговічності форм лиття

Стратегії оформлення воріт, вентиляції та викидача для зменшення викривлення, поглинання та локального зносу

Коли загородження правильно оптимізовано, розплавлений метал тече в порожнину набагато гладше, що допомагає зменшити проблеми турбулентності, що призводять до внутрішніх проблем стресу, деформації деталей та всіх видів повнурних дефектів. Відходів, розташованих у правильних місцях, допомагають позбутися цих застряглих газів, тому ми бачимо менше порозність, менше слідів поглинання і підскок тиску, які в іншому випадку послаблюють конструкцію. Для системи викидання баланс є ключовим. Вона повинна рівномірно розподіляти силу на будь-яку частину, яка створюється. Точні вирівнювані шпильки працюють краще, якщо вони мають правильний розмір, інакше частини можуть спотворитися або певні області можуть швидко зноситися після повторного використання. Виробники, що працюють у масштабі, дійсно отримують вигоду від таких поліпшень. Дослідження показують, що при цьому підході на 40% менше механічного зносу, і це усуває багато звичайних пунктів збою. Звичайно, фарбування триває довше, але найважливіше - збереження точних розмірів навіть після того, як тидня за днем виготовляють десятки тисяч ідентичних деталей.

ЧаП

Чому сталь з інструментами H13 переважна для форм лиття на друку?

Сталь для інструментів H13 є переважною, оскільки вона стійка до теплової втоми через свій склад хрома, молибдену та ванаду, зберігаючи стабільність навіть при високих температурах близько 600 градусів Цельсія.

Що робить сталь інструмента DIN 1.2367 хорошим варіантом?

ДІН 1.2367 інструмент сталі ручки ударів краще, ніж H13, що робить його ідеальним для ситуацій з сильними ударами, але менше теплових циклів.

Як теплова обробка може поліпшити ефективність сталі інструмента?

Правильна термоочистка, особливо тричій загар, досягає балансу між твердістю і жорсткістю, що підвищує зносостійкість сталі, не порушуючи її структуру.

Як конформне охолодження покращує форми лиття на друку?

Конформальне охолодження використовує 3D-принтерні канали охолодження, які відповідають формі форми, що призводить до більш рівномірного видалення тепла та зменшення теплового напруження та деформації.

Який вплив на довговічність грибків мають такі елементи, як філе?

Такі елементи, як філе, допомагають розподіляти напругу та тепло на більші площі, зменшуючи точки початку тріщини і підвищуючи довговічність форми.