Lựa chọn vật liệu cho khoang và lõi
Khoang và lõi là các thành phần cốt lõi tiếp xúc trực tiếp với PET nóng chảy và tạo ra hình dạng cho phôi. Chúng hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao (270-290 độ) và áp suất cao (150-200MPa) và phải chịu được sự cọ rửa và ma sát liên tục của PET nóng chảy. Do đó, việc lựa chọn vật liệu của chúng phải tập trung vào khả năng chống mài mòn, khả năng đánh bóng và chống ăn mòn.
Khả năng chống mài mòn là chỉ số chính cho vật liệu khoang. Trong quá trình làm đầy-tốc độ cao, PET nóng chảy tạo ra hiệu ứng cọ rửa mạnh trên bề mặt khoang đúc, đặc biệt là gần cổng và trên các khu vực nhô ra như ren phôi, nơi độ mài mòn rõ rệt hơn. Khả năng chống mài mòn không đủ sẽ dẫn đến giảm độ chính xác về kích thước và tăng độ nhám bề mặt của khoang, do đó ảnh hưởng đến hình thức và độ ổn định kích thước của phôi. Vì vậy, vật liệu làm khoang cần phải có độ cứng cao (thường Lớn hơn hoặc bằng HRC45) và khả năng chống mài mòn tốt. Các vật liệu thường được sử dụng bao gồm thép không gỉ martensitic (chẳng hạn như S136, STAVAX) và thép tốc độ cao-luyện kim bột (chẳng hạn như ASP{21}}60). S136, sau khi xử lý nhiệt, có thể đạt độ cứng HRC48{22}}52 và chứa 13% -17% crom, có khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tuyệt vời, khiến nó phù hợp với các khuôn phôi đóng gói thực phẩm nói chung. ASP-60, được sản xuất bằng phương pháp luyện kim bột, có độ cứng HRC60-65, với vonfram, molypden và các nguyên tố hợp kim khác vượt quá 20%. Khả năng chống mài mòn của nó gấp 3-5 lần so với S136, phù hợp với khuôn sản xuất tốc độ cao, khối lượng lớn cho chai nước khoáng, chai nước giải khát có ga, v.v.
Hiệu suất đánh bóng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt của phôi. Khuôn phôi PET yêu cầu bề mặt nhẵn (Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01μm) để đảm bảo độ giãn đồng đều và vẻ ngoài thẩm mỹ trong quá trình đúc thổi tiếp theo. Điều này đòi hỏi vật liệu khoang phải có đặc tính đánh bóng tuyệt vời, đạt được độ hoàn thiện như gương thông qua quá trình mài và đánh bóng. Thép không gỉ Martensitic (như S136) là lựa chọn chủ đạo do có độ tinh khiết cao (lưu huỳnh, phốt pho và các tạp chất khác Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01%) và cấu trúc vi mô đồng nhất, đạt độ nhám bề mặt Ra0,005μm sau khi đánh bóng. Mặt khác, thép công cụ carbon thông thường (như Cr12) chứa nhiều tạp chất hơn và khó đánh bóng đến độ bóng cao nên chỉ phù hợp với khuôn phôi công nghiệp có yêu cầu chất lượng bề mặt thấp hơn. Hơn nữa, xử lý sàng lọc hạt cũng ảnh hưởng đến hiệu suất đánh bóng. Ví dụ, bằng cách kiểm soát quá trình rèn và xử lý nhiệt, việc tinh chỉnh kích thước hạt của S136 xuống dưới 5μm có thể làm giảm "hiệu ứng vỏ cam" trong quá trình đánh bóng.
Khả năng chống ăn mòn cần được lựa chọn dựa trên đặc tính của nguyên liệu PET. Khi sản xuất phôi PET chứa các chất có chứa axit, kiềm hoặc phụ gia{1}}(chẳng hạn như chất chống oxy hóa và chất tạo màu), bề mặt khoang dễ bị ăn mòn hóa học, dẫn đến rỗ hoặc rỉ sét, ảnh hưởng đến chất lượng của phôi. Vì vậy phải lựa chọn những vật liệu có khả năng chống ăn mòn mạnh. Ví dụ, thép không gỉ S136 có hàm lượng crom lớn hơn hoặc bằng 13% có thể tạo thành màng thụ động oxit crom dày đặc, với khả năng chống ăn mòn phun muối vượt quá 1000 giờ, phù hợp cho sản xuất phôi PET có chứa phụ gia. Để ăn mòn mạnh hơn nữa (như phôi thuốc trừ sâu), có thể sử dụng thép không gỉ song công (chẳng hạn như 2205). Hàm lượng crom, niken và molypden cao hơn mang lại khả năng chống ăn mòn vượt trội so với thép không gỉ martensitic thông thường, nhưng giá thành tương ứng cao hơn.
Lựa chọn vật liệu cho mẫu và thành phần kết cấu
Các mẫu (mẫu di chuyển, mẫu cố định), trụ dẫn hướng, ống dẫn hướng và các bộ phận cấu trúc khác tạo thành khung của khuôn, chịu lực kẹp, đỡ khoang và truyền chuyển động. Vật liệu của chúng đòi hỏi phải xem xét cẩn thận về độ bền, độ cứng và khả năng gia công để đảm bảo độ ổn định tổng thể của khuôn.
Độ bền và độ cứng là những yêu cầu cốt lõi đối với vật liệu mẫu. Trong quá trình kẹp, mẫu phải chịu được lực kẹp hàng nghìn kilonewton. Độ bền không đủ sẽ dẫn đến biến dạng mẫu (độ lệch độ phẳng vượt quá 0,01 mm/m), dẫn đến khe hở đóng khoang không đồng đều và nhấp nháy trên phôi. Vì vậy, vật liệu làm khuôn cần phải có độ bền kéo cao (Lớn hơn hoặc bằng 800MPa) và mô đun đàn hồi (Lớn hơn hoặc bằng 200GPa). Vật liệu thường được sử dụng là-thép được tôi cứng trước (chẳng hạn như 718H và NAK80). 718H, sau khi-xử lý tôi cứng trước, có độ cứng HRC30-35, độ bền kéo trên 1100MPa và độ cứng tốt nên phù hợp với các mẫu lớn (kích thước Lớn hơn hoặc bằng 1500mm). NAK80 là một loại thép khuôn nhựa cứng theo thời gian có-độ cứng HRC38{22}}42, không cần xử lý nhiệt thêm trước khi gia công, có độ biến dạng tối thiểu và phù hợp với các mẫu chính xác có kích thước từ nhỏ đến trung bình. Đối với các khuôn siêu lớn (như khuôn phôi 144 khoang), có thể chọn thép kết cấu hợp kim cường độ cao (như S50C), với độ cứng tổng thể được cải thiện thông qua xử lý tôi luyện (độ cứng HRC28-32).
Hiệu suất gia công ảnh hưởng đến chi phí sản xuất khuôn và thời gian chu kỳ. Các mẫu thường yêu cầu nhiều quy trình gia công như phay, khoan và mài; Khả năng gia công của vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả gia công và độ mòn dụng cụ. Thép-được làm cứng trước (chẳng hạn như 718H) có độ cứng vừa phải và khả năng chống cắt thấp, cho phép gia công bằng các công cụ cacbua. Có thể đạt được độ nhám bề mặt Ra1.6μm, khiến nó phù hợp cho việc xử lý hàng loạt. Thép cacbon-cao (chẳng hạn như thép 45#), tuy rẻ hơn nhưng lại cần được tôi luyện trước khi sử dụng, dẫn đến chu kỳ xử lý dài hơn và có xu hướng tạo ra các cạnh-lưng trong quá trình cắt, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt. Hơn nữa, khả năng hàn của vật liệu phải được xem xét. Mặc dù 718H có thể được sửa chữa bằng hàn hồ quang argon khi các vết nứt cục bộ xuất hiện trên mẫu khuôn, nhưng một số loại thép hợp kim cao dễ bị nứt sau khi hàn, khiến việc sửa chữa trở nên khó khăn.
Khả năng chống mài mòn và độ chính xác dẫn hướng là rất quan trọng đối với trụ dẫn hướng và ống lót. Trụ dẫn hướng và ống lót trượt thường xuyên (30-50 lần mỗi phút) trong quá trình mở và đóng khuôn, đòi hỏi phải vừa khít (0,005-0,01mm) và chuyển động êm ái. Do đó, vật liệu phải có khả năng chống mài mòn tốt và ổn định kích thước. Các trụ dẫn hướng thường được làm bằng thép chịu lực cacbon crôm-cao (chẳng hạn như SUJ2), sau khi tôi và tôi sẽ đạt được độ cứng HRC60{15}}62. Bề mặt được mài đến độ dày dưới Ra0,4μm, cho thấy khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Mặt khác, ống lót dẫn hướng được làm bằng hợp kim đồng (chẳng hạn như ZCuSn10Pb1), có đặc tính tự bôi trơn, giảm mài mòn trên trụ dẫn hướng và phù hợp cho các ứng dụng bôi trơn không dầu. Đối với khuôn tốc độ cao (tốc độ đóng và mở > 500mm/s), trụ dẫn hướng và ống lót có thể được xử lý thấm nitơ (độ cứng bề mặt HV800-1000) để cải thiện hơn nữa khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ sử dụng.
