วิธีการเลือกแผ่นทำความร้อนสำหรับการอัดขึ้นรูปเทอร์โมพลาสติกใยยาว (LFT)

การอัดขึ้นรูปชิ้นส่วนรถยนต์ขนาดใหญ่จากการชาร์จเทอร์โมพลาสติกเสริมแรง-ใยแก้ว-ที่ร้อน เหมือนกับการกดผ้าห่มร้อนที่มีฤทธิ์กัดกร่อน วัสดุไหลภายใต้แรงกดดันจำนวนมาก โดยบดกับแท่นร้อน แผ่นเหล็กธรรมดาจะสึกหรอและสูญเสียความเรียบไป ทำให้เกิดความแตกต่างของความหนาของชิ้นส่วน แท่นวางจะต้องหุ้มเกราะ เมื่อเลือกการใช้งานเทอร์โมพลาสติกเส้นใยยาวโดยใช้แผ่นทำความร้อนที่เหมาะสม ให้พิจารณาถึงความแข็งของพื้นผิว ความแข็งแกร่งของโครงสร้าง และความสม่ำเสมอทางความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่วาดลึก-

ความท้าทายด้านการสึกหรอ: ใยแก้วเป็นสารกัดกร่อน
เทอร์โมพลาสติกแบบเส้นใยยาว (LFT) โดยทั่วไปประกอบด้วยเส้นใยแก้ว 20-50 wt% และความยาวของเส้นใยอยู่ในช่วง 6-25 มม. ในจังหวะการบีบอัด เมทริกซ์โพลีเมอร์หลอมเหลวจะเคลื่อนเส้นใยปลายแหลมที่แข็งเหล่านี้ไปทั่วพื้นผิวแท่นที่ความดัน 50–200 บาร์ (5–20 MPa) เส้นใยคือเครื่องขูดเล็กๆ ที่ค่อย ๆ ดึงวัสดุออกจากผิวหน้าของแท่นวาง ภายในไม่กี่สัปดาห์หรือหลายเดือนของการผลิต แผ่นเหล็กที่อ่อนหรือไม่ผ่านการบำบัดจะมีรอยขีดข่วน ร่อง และรอยกดเฉพาะที่ ส่งผลให้ความหนาของชิ้นส่วนไม่เท่ากัน ส่งผลให้ชิ้นส่วนถูกปฏิเสธและการทำงานซ้ำของเครื่องมือ

การชุบแข็งพื้นผิว: ด่านแรกของการป้องกัน
ใบหน้าของแท่นคือทั่งตีเหล็ก และค้อนที่ไม่เคยหยุดนิ่งคือโพลีเมอร์เติมแก้ว-ที่ไหล เพื่อต้านทานการเสียดสีนี้ พื้นผิวของแท่นวางต้องมีค่าอย่างน้อย 60 Rockwell C (HRC) หรือประมาณ 700–800 HV

การเลือกใช้วัสดุฐาน
โดยปกติตัวแผ่นเพลทจะผลิตจากเหล็กกล้าเครื่องมือคุณภาพสูง เช่น AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) หรือ AISI 4140 ที่ผ่านการชุบแข็งล่วงหน้า การนำความร้อน ความสามารถในการขึ้นรูป และความเสถียรของมิติของเหล็กเหล่านี้ดีที่อุณหภูมิการขึ้นรูปปกติที่ 150 ถึง 250 องศา แต่เหล็กเปลือยไม่เพียงพอสำหรับการใช้งาน LFT

กระบวนการชุบแข็งพื้นผิว
หนึ่งในสามขั้นตอนมาตรฐานใช้เพื่อทำให้ผิวหน้าการทำงานของแผ่นอัดขึ้นรูปสำหรับ LFT แข็งขึ้น:

ความลึกของการรักษาความแข็ง (HRC) ความเหมาะสมสำหรับ LFT
แก๊สหรือพลาสมาไนไตรด์0.3-0.5 มม. 65-70เหมาะสำหรับปริมาณแก้วปานกลาง (<=30%)
การชุบฮาร์ดโครม 0.05 ถึง 0.2 มม. 65 ถึง 70ดี แต่อาจแตกร้าวเมื่อรับน้ำหนักที่จุดสูง
การเคลือบเซรามิก PVD (TiN, CrN, AlTiN) 2–5 µm (0.002–0.005 มม.) 80–85 (สูงถึง 2000–3000 HV) เหมาะสำหรับสารประกอบที่รับน้ำหนักมาก ( มากกว่าหรือเท่ากับแก้ว 40%)
การทำไนไตรดิ้งจะสร้างโซนการแพร่กระจายที่ค่อยๆ เปลี่ยนจากชั้นสารประกอบแข็งไปเป็นแกนที่นิ่มกว่า เพื่อหลีกเลี่ยงการหลุดร่อน เป็นทางเลือกที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับการผลิตปริมาณปานกลาง

การชุบฮาร์ดโครมมีความทนทานต่อการสึกหรอสูง แต่ต้องมีการเตรียมขอบที่แม่นยำเพื่อป้องกันการหลุดลอกภายใต้การหมุนเวียนของความร้อน

Physical Vapour Deposition (PVD) coatings such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) offer the greatest surface hardness (usually >2000 HV) และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมาก แม้ว่าการเคลือบจะค่อนข้างบาง (ไม่กี่ไมครอน) แต่ก็ช่วยลดการสึกหรอของกาวและการขีดข่วนของเส้นใยได้อย่างมาก สำหรับวัสดุที่มีส่วนผสมของแก้วซึ่งมีการเสียดสีมากที่สุด (เช่น แก้ว 50%) การเคลือบ PVD คือคำตอบที่ดีที่สุด

ความแข็งแกร่งของโครงสร้าง: ด้านหลังมีซี่โครง
สำหรับการขึ้นรูป LFT แท่นวางจะต้องต้านทานการโค้งงอและการโก่งตัวที่ความดันในการขึ้นรูปสูงซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 100-200 บาร์ แม้แต่การเสียรูปนูนหรือเว้าเล็กน้อย (ประมาณ 0.1 มม.) ส่งผลให้ชิ้นส่วนมีความหนาไม่สม่ำเสมอ โดยบริเวณบางมีแรงกดสูงสุดและส่วนที่หนาอยู่ที่ขอบ

เพื่อความเรียบ ต้องใช้ด้านหลังของแผ่นทำความร้อนที่มียางแข็ง (ด้านตรงข้ามของพื้นผิวขึ้นรูป) ซี่โครงถูกหล่อหรือกลึงในรูปแบบตารางที่เพิ่มโมดูลัสหน้าตัดโดยไม่เพิ่มมวลมากเกินไป ระยะห่างของซี่และความหนาของซี่มักจะได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมโดยใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) สำหรับแรงจับยึดที่คาดหวังและรูปทรงของแม่พิมพ์ แผ่นยางที่มีความหนาโดยรวม 50 ถึง 100 มม. สามารถมีการโก่งตัวได้น้อยกว่า 0.05 มม. ในระยะ 1 เมตรภายใต้น้ำหนักบรรทุกเต็มที่

การขึ้นรูปแบบลึก: ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ
อุปกรณ์ LFT ที่เจาะลึก- เช่น เปลือกเบาะหลังของยานพาหนะ โมดูล-ส่วนหน้า หรือตัวเรือนแบตเตอรี่ จำเป็นต้องมีการไหลของวัสดุอย่างต่อเนื่องเข้าไปในผนังแนวตั้งหรือใกล้-แนวตั้ง หากมีโซนร้อนหรือเย็นบนพื้นผิวแท่นวาง โพลีเมอร์จะไหลไม่สม่ำเสมอ โซนที่ร้อนกว่าจะช่วยให้ไหลเร็วขึ้น ในขณะที่โซนที่เย็นกว่าจะแข็งตัวก่อนเวลาอันควรและจะไม่เต็มเต็ม

องค์ประกอบความร้อน ซึ่งโดยปกติจะเป็นเครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์ ควรติดตั้งให้ใกล้กับพื้นผิวการทำงานมากที่สุด โดยทั่วไปจะอยู่ใต้พื้นผิว 15-25 มม. ซึ่งจะช่วยลดความล่าช้าจากความร้อนและช่วยให้สามารถตอบสนองต่อการปรับอุณหภูมิที่ตั้งไว้ได้อย่างรวดเร็ว ในสถานที่สูญเสียความร้อนสูง (เช่น ใกล้ขอบและในมุมที่ดึงลึก) เครื่องทำความร้อนแบบหลอดจะเรียงซ้อนกันในรูปแบบซิกแซ็กหรือขนานโดยมีระยะห่างใกล้กัน ระบุโซนทำความร้อนแยกจากกันหลายโซน (ปกติ 3-6 ​​โซนต่อแท่นวาง) โดยแต่ละโซนมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิของตัวเอง (เทอร์โมคัปเปิ้ลหรือ RTD) และตัวควบคุมวงปิด โครงสร้างโซนนี้เอาชนะการสูญเสียความร้อนในพื้นที่ต่างๆ ของแท่นวาง และรับประกันว่าบริเวณที่ขึ้นรูปทั้งหมด รวมถึงช่องที่ดึงลึกจะคงอยู่ภายใน ±2 องศาของอุณหภูมิที่ต้องการ

พื้นผิวการปลดชิ้นส่วน
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการคลายตัวของส่วน LFT ที่ขึ้นรูปแล้ว พื้นผิวแท่นวางควรได้รับการขัดเงาแบบละเอียด (Ra 0.2–0.4 µm หรือดีกว่า) พื้นผิวที่เรียบขึ้นช่วยลดการลากของเส้นใยและการก่อตัวของสารตกค้างโพลีเมอร์ที่เสื่อมสภาพ การเคลือบผิวใช้การขัดเงาพื้นฐานของแผ่นเคลือบ PVD ซึ่งให้ทั้งความทนทานต่อการสึกหรอและหลุดออกได้ง่าย

ข้อกำหนดสรุปการคัดเลือกการอัดขึ้นรูป LFT ข้อกำหนดที่แนะนำ
วัสดุฐานเหล็กกล้าเครื่องมือ (H13, P20 หรือ 4140)
ความแข็งพื้นผิว มากกว่าหรือเท่ากับ 60HRC ( มากกว่าหรือเท่ากับ 700HV)
วิธีชุบแข็งไนไตรดิ้ง (0.3-0.5 มม.) สำหรับ<30% glass; PVD TiN/CrN for >แก้ว 30%
แผ่นรองด้านหลังมีร่องยางสูง FEA{0}}ปรับให้เหมาะสมสำหรับการโก่งตัว<0.05 mm/m
เครื่องทำความร้อนแบบตลับอยู่ห่างจากพื้นผิว 15–25 มม. การควบคุมโซน (±2 องศา ) องค์ประกอบความร้อน
พื้นผิวขัดเงาถึง Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.4 ไมครอน
บทสรุป
ทางเลือกของแท่นวางสำหรับการขึ้นรูป LFT คือการทำสงครามกับการเสียดสีและการโก่งตัว วิธีที่จะชนะคือการใช้เครื่องมือที่มั่นคงและได้รับการสนับสนุนอย่างดี-ซึ่งมีโปรไฟล์ความร้อนที่สม่ำเสมออย่างแม่นยำ การขึ้นรูปแบบอัดด้วยความร้อนด้วยแผ่นเทอร์โมพลาสติกเส้นใยยาวต้องใช้พื้นผิวที่สามารถทนทานต่อการบดของเส้นใยแก้ว ซึ่งทำได้โดยการเคลือบไนไตรด์ ฮาร์ดโครเมียม หรือเซรามิก PVD และด้านหลังเป็นยางเพื่อป้องกันการโก่งตัวภายใต้แรงดันสูง เครื่องทำความร้อนแบบตลับในแต่ละโซนที่อยู่ติดกับพื้นผิวการทำงานจะผลิตความร้อนสม่ำเสมอที่จำเป็นสำหรับการขึ้นรูปแบบดึงลึก- ในการเตรียมชิ้นส่วนรถยนต์น้ำหนักเบาและความแข็งแรงสูงแห่งอนาคต คุณต้องมีเครื่องมือที่ไม่เสื่อมสภาพ แผ่นรองที่ผ่านการคัดสรรมาอย่างดีจึงจัดเตรียมไว้เช่นนั้น