Выбор материала для полости и сердцевины
Полость и сердцевина — это основные компоненты, которые непосредственно контактируют с расплавленным ПЭТ и придают заготовке форму. Они работают в условиях высокой температуры (270-290 градусов) и высокого давления (150-200 МПа) и должны выдерживать постоянное истирание и трение расплавленного ПЭТ. Поэтому при выборе их материалов необходимо ориентироваться на износостойкость, полируемость и коррозионную стойкость.
Износостойкость является основным показателем для материалов для полостей. Во время наполнения на высокой-скорости расплавленный ПЭТ оказывает сильное разъедающее воздействие на поверхность полости, особенно вблизи литника и на выступающих участках, таких как резьба преформы, где износ более выражен. Недостаточная износостойкость приведет к снижению точности размеров и увеличению шероховатости поверхности полости, что повлияет на внешний вид и стабильность размеров заготовки. Следовательно, материал полости должен иметь высокую твердость (обычно выше или равную HRC45) и хорошую износостойкость. Обычно используемые материалы включают мартенситную нержавеющую сталь (например, S136, STAVAX) и быстрорежущую-стали порошковой металлургии (например, ASP-60). S136 после термообработки может достигать твердости HRC48-52 и содержит 13–17% хрома, демонстрируя превосходную износостойкость и коррозионную стойкость, что делает его пригодным для изготовления форм для преформ общей упаковки пищевых продуктов. АСП-60, изготовленный методом порошковой металлургии, имеет твердость HRC60-65, при этом содержание вольфрама, молибдена и других легирующих элементов превышает 20%. Его износостойкость в 3-5 раз выше, чем у S136, что делает его пригодным для высокоскоростного крупносерийного производства бутылок для минеральной воды, бутылок для газированных напитков и т. д.
Качество полировки напрямую влияет на качество поверхности заготовки. ПЭТ-преформам требуется гладкая поверхность (Ra менее или равная 0,01 мкм) для обеспечения равномерного растяжения и эстетичного внешнего вида во время последующего выдувного формования. Это требует, чтобы материал полости обладал превосходными полирующими свойствами, достигая зеркального блеска посредством шлифования и полировки. Мартенситная нержавеющая сталь (например, S136) является основным выбором из-за ее высокой чистоты (сера, фосфор и другие примеси менее или равны 0,01%) и однородной микроструктуры, обеспечивающей шероховатость поверхности Ra0,005 мкм после полировки. С другой стороны, обычная углеродистая инструментальная сталь (например, Cr12) содержит больше примесей и ее трудно полировать до высокого уровня блеска, что делает ее подходящей только для промышленных форм для преформ с более низкими требованиями к качеству поверхности. Кроме того, обработка по измельчению зерна также влияет на качество полировки. Например, контролируя процессы ковки и термообработки, уменьшение размера зерна S136 до уровня менее 5 мкм может уменьшить «эффект апельсиновой корки» во время полировки.
Коррозионную стойкость необходимо выбирать исходя из характеристик ПЭТ-сырья. При производстве ПЭТ-преформ, содержащих кислотные, щелочные или вещества, содержащие добавки-(такие как антиоксиданты и красители), поверхность полости подвержена химической коррозии, что приводит к образованию точечной коррозии или ржавчине, что влияет на качество преформы. Поэтому необходимо выбирать материалы с высокой коррозионной стойкостью. Например, нержавеющая сталь S136 с содержанием хрома более или равным 13% может образовывать плотную пассивирующую пленку оксида хрома с коррозионной стойкостью к солевому туману, превышающей 1000 часов, что делает ее подходящей для производства ПЭТ-преформ, содержащих добавки. Для еще более сильной коррозии (например, преформ пестицидов) можно использовать дуплексную нержавеющую сталь (например, 2205). Более высокое содержание хрома, никеля и молибдена обеспечивает превосходную коррозионную стойкость по сравнению с обычной мартенситной нержавеющей сталью, но стоимость соответственно выше.
Выбор материала для шаблонов и конструктивных элементов
Шаблоны (подвижный шаблон, фиксированный шаблон), направляющие стойки, направляющие втулки и другие конструктивные элементы образуют каркас формы, несущий на себе силу зажима, поддерживающий полость и передающий движение. Их материалы требуют тщательного рассмотрения прочности, жесткости и обрабатываемости, чтобы обеспечить общую стабильность формы.
Прочность и жесткость являются основными требованиями к материалам шаблонов. В процессе зажима шаблон должен выдерживать силу зажима в тысячи килоньютонов. Недостаточная прочность приведет к деформации шаблона (отклонение от плоскостности более 0,01 мм/м), что приведет к неравномерному зазору закрытия полости и заусенцам на заготовке. Следовательно, материал шаблона должен обладать высокой прочностью на разрыв (больше или равной 800 МПа) и модулем упругости (больше или равной 200 ГПа). Обычно используемые материалы – это предварительно -закаленные стали (такие как 718H и NAK80). 718H, после предварительной-обработки закалки они имеют твердость HRC30-35, предел прочности на разрыв более 1100 МПа и хорошую прокаливаемость, что делает их пригодными для изготовления больших шаблонов (размером больше или равным 1500 мм). NAK80 представляет собой-твердеющую от старения пластичную пресс-сталь с предварительно-твердостью HRC38-42, не требующую дополнительной термообработки перед механической обработкой, демонстрирующую минимальную деформацию и подходящую для прецизионных шаблонов малых и средних-размеров. Для сверхбольших форм (например, форм для преформ с 144 полостями) можно выбрать высокопрочную легированную конструкционную сталь (например, S50C), общая жесткость которой повышается за счет отпуска (твердость HRC28-32).
Производительность обработки влияет на затраты на изготовление пресс-форм и время цикла. Шаблоны обычно требуют нескольких процессов обработки, таких как фрезерование, сверление и шлифование; обрабатываемость материала напрямую влияет на эффективность обработки и износ инструмента. Предварительно-закаленная сталь (например, 718H) имеет умеренную твердость и низкую стойкость к резанию, что позволяет обрабатывать ее твердосплавными инструментами. Шероховатость поверхности Ra1,6 мкм может быть достигнута, что делает ее пригодной для пакетной обработки. Высоко-углеродистая сталь (например, сталь 45#), хотя и дешевле, требует отпуска перед использованием, что приводит к более длительным циклам обработки и склонности к образованию наростов-на кромке во время резки, что влияет на качество поверхности. Кроме того, необходимо учитывать свариваемость материала. Хотя сталь 718H можно отремонтировать с помощью аргонодуговой сварки, когда в шаблоне формы появляются локальные трещины, некоторые высоколегированные стали склонны к растрескиванию после сварки, что затрудняет ремонт.
Износостойкость и точность управления имеют решающее значение для направляющих стоек и втулок. Направляющие стойки и втулки часто скользят (30-50 раз в минуту) во время открытия и закрытия формы, что требует плотной посадки (0,005-0,01 мм) и плавного перемещения. Поэтому материал должен обладать хорошей износостойкостью и стабильностью размеров. Направляющие стойки обычно изготавливаются из высокоуглеродистой хромосодержащей стали (например, SUJ2), которая после закалки и отпуска достигает твердости HRC60-62. Поверхность отшлифована до толщины менее Ra0,4 мкм, что обеспечивает превосходную износостойкость. С другой стороны, направляющие втулки изготовлены из бронзового сплава (например, ZCuSn10Pb1), который обладает самосмазывающимися свойствами, что снижает износ направляющих стоек и делает их пригодными для безмасляной смазки. Для высокоскоростных форм (скорость открытия и закрытия > 500 мм/с) направляющие стойки и втулки могут подвергаться азотированию (поверхностная твердость HV800-1000) для дальнейшего повышения износостойкости и продления срока службы.
