Como selecionar uma placa de aquecimento para moldagem por compressão de termoplásticos de fibra longa (LFT)?

moldagem por compressão de uma grande peça de automóvel a partir de uma carga de termoplástico quente reforçado com-fibra-de vidro. Como pressionar um cobertor quente e abrasivo. O material está fluindo sob toneladas de pressão, moendo-se contra as placas quentes. Uma placa de aço normal se desgastará e perderá sua planicidade, criando variações na espessura da peça. A placa deverá ser blindada. Ao escolher as aplicações corretas de termoplásticos de fibra longa para moldagem por compressão de placas de aquecimento, considere a dureza da superfície, a rigidez estrutural e a uniformidade térmica, especialmente para geometrias de estampagem-profundas.

O desafio do desgaste: Fibras de vidro como abrasivos
Os termoplásticos de fibra longa (LFT) normalmente contêm 20-50% em peso de fibras de vidro e o comprimento da fibra está na faixa de 6 a 25 mm. No curso de compressão, a matriz polimérica fundida move essas fibras duras e pontiagudas através da superfície da placa a pressões de 50 a 200 bar (5 a 20 MPa). As fibras são pequenos raspadores que removem lentamente o material da face do cilindro. Em semanas ou meses de fabricação, uma placa de aço macio ou não tratado apresentará arranhões, ranhuras e depressões localizadas. Isso causa não uniformidade na espessura da peça, levando a peças rejeitadas e retrabalho da ferramenta.

Endurecimento de superfície: a primeira linha de defesa
A face da placa é a bigorna e o martelo que nunca descansa é o polímero fluido-cheio de vidro. Para resistir a esta abrasão, a superfície da placa deve ter pelo menos 60 Rockwell C (HRC) ou cerca de 700–800 HV.

Escolha do material base
O corpo da placa é normalmente produzido em aço ferramenta de alta qualidade, por exemplo AISI H13 (1.2344), AISI P20 (1.2311) ou AISI 4140 pré-endurecido. A condutividade térmica, usinabilidade e estabilidade dimensional destes aços são boas nas temperaturas usuais de moldagem de 150 a 250 graus. Mas o aço puro não é adequado para aplicações LFT.

Processos de endurecimento superficial
Um dos três procedimentos padrão é usado para endurecer a face de trabalho de uma placa de moldagem por compressão para LFT:

Adequação da profundidade do tratamento de dureza (HRC) para LFT
Nitretação a gás ou plasma0,3-0,5 mm 65-70Bom para quantidade moderada de vidro (<=30%)
Cromagem dura 0,05 a 0,2 mm 65 a 70 Bom, mas pode rachar sob cargas pontuais elevadas
Revestimento cerâmico PVD (TiN, CrN, AlTiN) 2–5 µm (0,002–0,005 mm) 80–85 (até 2.000–3.000 HV) Ótimo para compostos altamente carregados (maior ou igual a 40% de vidro)
A nitretação forma uma zona de difusão que muda progressivamente da camada de composto duro para o núcleo mais macio, evitando a delaminação. É a alternativa mais econômica para produção de médio volume.

O revestimento de cromo duro tem grande resistência ao desgaste, mas requer preparação precisa das bordas para evitar descascamento durante o ciclo térmico.

Physical Vapour Deposition (PVD) coatings such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) offer the greatest surface hardness (usually >2000 HV) e coeficiente de atrito muito baixo. Embora o revestimento seja bastante fino (alguns mícrons), ele reduz bastante o desgaste do adesivo e os arranhões nas fibras. Para os materiais mais abrasivos e com maior densidade de vidro (50% de vidro, por exemplo), um revestimento PVD é a resposta ideal.

Rigidez Estrutural: Parte Traseira com Nervuras
Para moldagem LFT, a placa deve resistir à flexão e à deflexão nas altas pressões de formação, que geralmente estão na faixa de 100-200 bar. Mesmo uma pequena deformação convexa ou côncava (cerca de 0,1 mm) resulta em espessuras de peça não uniformes, com áreas finas onde a pressão é mais alta e seções espessas nas bordas.

Para manter o nivelamento, deve-se usar a parte traseira fortemente estriada da placa de aquecimento (lado oposto da superfície de formação). As nervuras são fundidas ou usinadas em um padrão de grade que aumenta o módulo da seção sem adicionar muita massa. O espaçamento e a espessura das nervuras são frequentemente otimizados usando análise de elementos finitos (FEA) para a força de fixação esperada e geometria do molde. Uma placa bem nervurada de 50 a 100 mm de espessura total pode ter uma deflexão inferior a 0,05 mm em um vão de 1 metro sob carga total.

Moldagem por estampagem profunda: uniformidade de temperatura
Itens LFT de-impressão profunda, como conchas de bancos traseiros de veículos, módulos frontais-ou compartimentos de bateria, precisam de um fluxo constante de material em paredes verticais ou quase{2}}verticais. Se houver zonas quentes ou frias na superfície da placa, o polímero não fluirá uniformemente. As zonas mais quentes permitirão um fluxo mais rápido, enquanto as zonas mais frias solidificarão prematuramente e não encherão completamente.

Os elementos de aquecimento, que normalmente são aquecedores de cartucho, devem ser instalados o mais próximo possível da superfície de trabalho, geralmente 15-25 mm abaixo da superfície. Isso reduz o atraso térmico e permite uma resposta rápida aos ajustes do ponto de ajuste de temperatura. Em locais com alta perda de calor (por exemplo, perto de bordas e cantos profundos), os aquecedores de cartucho são empilhados em zigue-zague ou paralelo com espaçamento menor. Especifique diversas zonas de aquecimento separadas (geralmente de 3 a 6 zonas por placa), cada uma com seu próprio sensor de temperatura (termopar ou RTD) e um controlador de circuito fechado. Esta estrutura zonal supera as perdas de calor nas diferentes áreas da placa e garante que toda a região de formação, incluindo a cavidade de estampagem profunda, permaneça dentro de ±2 graus da temperatura desejada.

Acabamento de superfície de liberação de peça
Para otimizar a liberação da porção LFT moldada, a superfície da placa deve receber um acabamento de polimento fino (Ra 0,2–0,4 µm ou melhor). Uma superfície mais lisa minimiza o arrasto da fibra e a formação de resíduos de polímero deteriorados. O revestimento adota o polimento subjacente das placas revestidas com PVD, proporcionando resistência ao desgaste e liberação simples.

Critérios de seleção de moldagem por compressão LFT Resumo RequisitosEspecificação sugerida
Aço ferramenta de material base (H13, P20 ou 4140)
Dureza superficial maior ou igual a 60HRC (maior ou igual a 700HV)
Método de endurecimento Nitretação (0,3-0,5 mm) para<30% glass; PVD TiN/CrN for >30% vidro
Parte traseira da placa Altamente nervurada, FEA-otimizada para deflexão<0.05 mm/m
Aquecedores de cartucho a 15–25 mm da superfície, controle zonal (±2 graus) Elementos de aquecimento
Acabamento de superfície polido para Ra menor ou igual a 0,4 mícrons
Conclusão
A escolha da placa para moldagem LFT é uma guerra contra a abrasão e a deflexão; a maneira de vencer é buscar uma ferramenta firme,{0}}com bom suporte e com um perfil de calor precisamente uniforme. A moldagem por compressão de placas de aquecimento de termoplásticos de fibra longa requer uma superfície que possa suportar a ação de retificação de fibras de vidro - alcançada por nitretação, cromo duro ou revestimentos cerâmicos PVD - e uma parte traseira com nervuras para evitar deflexão sob alta pressão. Aquecedores de cartucho em zonas individuais adjacentes à superfície de trabalho produzem o calor uniforme necessário para moldagem-profunda. Para preparar peças automotivas leves e de alta resistência do futuro, você precisa de uma ferramenta que não se desgaste; uma placa bem escolhida fornece exatamente isso.