Blog

Стали, используемые для изготовления литьевых форм. В. Виноградова

Одна из проблем для специалистов, занимающихся переработкой полимеров на территории бывшего СССР, это проблема изготовления качественного формующего инструмента. Мы постараемся рассмотреть составляющие этой проблемы и начнем с литьевых форм, иготовление которых приходится осуществлять в большинстве случаев не на территории их эксплуатации.

Надежность и долговечность литьевой формы в первую очередь зависит от качества материалов, из которых они изготавливаются. Следует отметить, что металлурги, которым сейчас не легко приходится, мало занимаются качеством своего продукта, что влечет за собой возникновение проблем у нас, машиностроителей, и специалистов по переработке полимеров. Хотелось бы думать, что производители стали и других сплавов откликнутся на наши запросы, и мы сообща попробуем решить хотя бы некоторые из своих проблем. Детали литьевых форм изготавливаются из сталей, а также из других металлических и неметаллических материалов. В этой статье мы рассмотрим используемые для этих целей стали.

Стали, используемые при изготовлении литьевых форм, должны обладать следующими свойствами:

• их механическая и электроэрозионная обработка должна быть экономически приемлемой;
• применение термообработки не должно создавать таких проблем как деформация или трещины;
• прочность и жесткость должны быть достаточными для предъяляемых условий эксплуатации;
• термостойкость и износостойкость должны быть достаточно высокими;
• высокая устойчивость к коррозии.

Очень часто стальная деталь обладает различными свойствами на разных своих поверхностях. Каждая деталь формы подвергается определенным механическим нагрузкам и технологическим воздействиям, поэтому марки сталей подбираются в строгом соответсвии условиям эксплуатации. Существуют следующие типы сталей:

• углеродистая сталь;
• легированная сталь;
• инструментальная сталь:
• ударопрочные стали, стали для холодной обработки: – закалка в масле;
• среднелегированные, закалка на воздухе, с высоким содержанием углерода и с высоким содержанием хрома;
• стали для горячей обработки: на основе хрома, на основе вольфрама;
• стали специального назначения: низколегированные;
• сталь для пресс-форм: низкоуглеродистые, среднеуглеродистые;
• нержавеющие стали (мартенситные).

80% сталей, используемых для изготвления литьевых форм, состаляют цементуемые стали. Цементация нелегированных и низколегированных сталей – это получение твердой поверхности детали путем ее насыщения углеродом в то время как серцевина детали остается с первоначальной низкой твердости. Эта технологическая обработка ста ли позволяет достичь высокой износостойкости поверхностных слоев детали, в то время как вязкая сердцевина остается прочной при ударной и переменной нагрузках.

Стальные детали, которые имеют в совоем составе легирующие добавки хрома, молибдена, ванадия и алюминия могут упрочняться азотированием – насыщением азота. Это может происходить несколькими способами: в солевой ванне, в газовой среде, в порошке или в плазме сильного коронного разряда при температуре от 350 до 580°С. Азотирование имеет ряд преимуществ, а именно: отсутствует необходимость в закалке или отжиге; не происходит деформация детали; при нагревании детали до 500°С сохраняется заданная твердость; возможность использования азотированных деталей для литья при высоких температурах ; внешний слой азотированной стали кроме высокой твердостии износистойкости имеет пониженный коэффициент трения поверхности. Негативным проявлением в таких деталях является отслаивание твердых слоев детали при высоких давлениях на поверхность.

Упрочнение стали методом сквозной закалки состоит из нескольких стадий: преварительного нагрева, нагрева до требуемой температуры, закалка с формированием твердой мартенситной структуры и последующая нормализация для улучшения ударной вязкости. Детали, подвергнутые сквозной закалке обладают гомогенной структурой и используются при электроэрозионной обработке.

Для изготовителей форм используются стали уже термообработанные, нормализованные, с определенной ударной вязкостью и прочностью. Следует учитывать, что прочность выше 1400 МПа для механической обработки становится экономически невыгодна. Формы средних и больших размеров изготавливают именно из темообработанных сталей.

Для формообразующих вставок в небольшие матрицы со сложным контуром, большими перепадамипоперечного сечения и отдельными тонкими выступами используют мартенситные стали. Они имеют предел прочности от 1000 до 1150 Мпа, после механической обработки подвергаются простому нагреву до 500°С с 3-5 часовой выдержкой и медленным охлаждением в воздушной среде. Нормализация не требуется.

Если полимерные материалы в процессе переработки разлагаются и выделяют агрессивные мономеры, то возникает необходимость применения коррозионностойких сталей с высоким содержанием хрома, или нанесение на контактные поврхности слоя хрома или никеля.

Для получения качественной поверхности полимерной детали, особенно прозрачных деталей, необходимо использовать формы с полированными поверхностями. Максимально качественная полировка производится с использованием рафинированных сталей. Они имеют более гомогенную первичную структуру, в них отсутствует неоднородность кристаллизации и внутренних дефектов.

Механическая обработка деталей форм требует дорогого оборудования и высоких трудозатрат. Если деталь больших размеров и сложной фрмы, то потери материала доходят до 50%. Этого можно избежать, используя точное литье.

Возможно, что эта статья покажется Вам общеобразовательной. Но и эту цель ми преследовали при ее написании. Мы хотим привлечь внимание специалистов, которые занимаются эксплуатацией литьевых форм и заказывают их изготовление. Определить степень компетентности изготовителя оказывается очень просто, если Вы ставите конкретные технологические требования к деталям формы. Прочитав статью, Вы обязательно должны эти тезисные данные расширить, ознакомившись с технической литературой по изложенной теме.

На сайте www.pi.com.ua представлен перечень фирм, занимающихся изготовлением оснастки и предприятия, которые используют оснастку. Мы ставим себе задачу объединить усилия и достичь максимального эффекта в производстве полимерных изделий высокого качества.

Автор

Валентина Виноградова, директор ООО “Полимер-инжиниринг”, т. (моб.): +38 (067) 907-60-59; e-mail: valentina.vinogradova@gmail.com