Jak aplikovat vysokoteplotní-slitiny při výrobě forem?

一, Správné přizpůsobení fyzikálních vlastností vysokoteplotních{0}}slitin potřebám formy
Vysokoteplotní slitiny jsou kovy vyrobené ze železa, niklu a kobaltu, které vydrží dlouhou dobu v situacích s vysokými teplotami a velkým namáháním, například nad 600 stupňů . Tři rozměry ukazují jeho hlavní výhody:
Vysokoteplotní slitiny na -niklové bázi- si stále udrží mez kluzu přes 600 MPa při 800 stupních Celsia, což je třikrát pevnější než standardní ocel H13. Formy ze slitiny K403 na bázi niklu-přežijí náraz předvalků z titanové slitiny při 1200 stupních při kování turbínových kotoučů leteckých motorů. Životnost jedné formy se zvýšila z 200krát u tradičních materiálů na 1500krát.
Odolnost proti tepelné únavě: Vysokoteplotní slitiny mohou vytvářet speciální „samohojivý“ oxidový povlak změnou velikosti a rozložení fáze (Ni ∝ (Al, Ti)). Po 5 000 tepelných cyklech je ve formách ze slitiny železa GH2135-používaných ve formách na odlévání sběrného výfukového potrubí{7}}po 5000 tepelných cyklech pouze 1/5 povrchových prasklin než ve formách z oceli 5CrNiMo.
Odolnost proti korozi: Kompozitní oxidová vrstva Cr ₂ O3/Al ₂ O3, která se tvoří na povrchu vysokoteplotních slitin, může účinně blokovat průchod chloridových iontů při rozpadu technických polymerů s retardéry hoření. Ve vstřikovacích formách pro elektronické připojení vydrží formy vyrobené ze slitiny Inconel 718 8krát déle než formovací ocel DC53 a povrch výrobku nemá žádné korozní skvrny.
2, Technologický pokrok v nastavení běžných aplikací
1. Letectví: Kopírování struktur ve velmi drsných provozních podmínkách
Při výrobě lehkých spojů pro drony z materiálu PEEK musí být forma schopna zvládnout teplotu taveniny 380 stupňů a vstřikovací tlak 150 MPa. Za těchto pracovních podmínek vykazuje tradiční formovací ocel značné tečení, avšak formy vyrobené z kobaltové-vysokoteplotní-slitiny HS-21 na bázi kobaltu ne:
Zlepšením návrhu topologie se tloušťka stěny jádra změnila z 12 mm na 6 mm, což snížilo hmotnost o 55 %.
Povlak TiAlN vyrobený fyzikálním napařováním (PVD) má povrchovou tvrdost HV3200.
V reálné výrobě musí ke změnám velikosti menším než 0,02 mm dojít během 500 000 vstřikovacích cyklů.
2. Průmysl nových energetických vozidel: najít rovnováhu mezi dlouhou životností a vysokou účinností
Při výrobě trubek chladicí vody pomocí PA66+GF30 se skleněné vlákno opotřebovává na formě rychlostí 0,03 mm každých tisíc opakování. Formy z vysokoteplotních slitin na -niklové bázi- vyrobené procesem práškové metalurgie:
Tvrdost pracovní vrstvy může dosáhnout HRC58 vytvořením gradientních funkčních materiálů (FGM), zatímco matrice zůstane houževnatá na HRC42.
Místo standardního obrábění elektrickým výbojem použijte řezání ultra-vysokotlakým vodním paprskem, aby byl povrch dutiny méně drsný, od Ra1,6 μm do Ra0,4 μm.
V reálném životě se životnost formy zvýšila z 80 000 použití na 400 000 použití a náklady na kus se snížily o 65 %.
3. Balení pro polovodiče: dlouhodobá- záruka přesnosti na úrovni mikrometrů
Rozteč kolíků v balicích formách QFN je pouze 0,3 mm, proto koeficient tepelné roztažnosti formy (CTE) musí být velmi blízko této. Forma z vysokoteplotní slitiny z-niklového monokrystalu-vyrobená procesem směrového tuhnutí:
CTE se sníží na 12 × 10⁻⁶/stupeň regulací orientace krystalů a kompatibilita s keramickými výplňovými materiály se zvýší o 40 %.
Konformní kanál chladicí vody vyrobený technologií laserového selektivního tavení (SLM) zajišťuje rovnoměrnější teplotu formy, která se pohybuje od ± 15 stupňů do ± 3 stupňů.
V reálné výrobě se míra deformace produktu snížila z 0,5 % na 0,15 % a výnosnost vzrostla na 99,8 %.
3, Nové a vylepšené způsoby výroby věcí
1. Aditivní výroba používaná způsoby, které mění věci
Obvyklý problém výroby věcí z kovových forem, které zvládají vysoké teploty, řeší technologie 3D tisku:
Návrh pro optimalizaci topologie: Pomocí softwaru Altair OptiStruct jsme návrh odlehčili, snížili jsme hmotnost určité formy lopatek leteckého motoru z 1,2 tuny na 680 kg a učinili ji o 25 % tužší.
Struktura s funkčním gradientem: Technika LPBF (laser powder bed melting) vytváří přechodovou zónu s gradientem tvrdosti mezi pracovní vrstvou formy a vrstvou substrátu, aby se zbavila koncentrace napětí.
Náhodný chladicí systém: Použití softwaru Magics ke zlepšení architektury vodní cesty zefektivnilo chlazení velké krycí formy o 40 % a zkrátilo dobu cyklu o 35 %.
2. Velký krok vpřed v technologii zpevňování povrchů
Rozstřikování plamenů nadzvukovou rychlostí (HVOF): Povrch dutiny formy je potažen WC-12Co, který má tvrdost až HV1400 a je pětkrát odolnější proti opotřebení než materiál substrátu.
Plazmová nitridace je proces, který využívá plazmu ke ztížení věcí. Hluboká nitridace (0,3 mm) zvyšuje tvrdost povrchu formy na HV1100 při zachování stejné houževnatosti jádra.
Oprava laserovým povlakem: Prášek slitiny Inconel 625 se používá k fixaci opotřebované oblasti a pevnost spojení mezi opravnou vrstvou a podkladem je více než 400 MPa.
4, Trendy v ekonomice a průmyslu
Formy z vysokoteplotní slitiny stojí zpočátku 3 až 5krát více než běžné formy, ale výhoda nákladů na celý jejich životní cyklus je velká:
V automobilovém průmyslu stálo použití vysokoteplotní slitiny pro formu na nárazníky určitého modelu automobilu o 800 000 juanů více na každou sadu forem, ale ušetřilo se 12 milionů juanů na ročních výrobních nákladech, protože doba cyklu byla zkrácena o 25 % a výnosnost vzrostla o 12 %.
V oblasti letectví a kosmonautiky: Použití slitiny na bázi kobaltu- v kovací zápustce určitého typu disku turbíny motoru prodloužilo životnost formy z 50 kusů na 300 kusů a snížilo náklady na výrobu jednoho kusu o 78 %.
Technologie digitálního dvojčete umožnila předvídat cyklus údržby vysokoteplotních slitinových forem s přesností ± 50 hodin. Zvýšila také celkovou efektivitu zařízení (OEE) na více než 85 %. Odhaduje se, že celosvětový trh s vysokoteplotními slitinovými formami bude mít do roku 2028 hodnotu více než 4,5 miliardy USD se složenou roční mírou růstu 12,3 %. Formy pro aditivní výrobu budou tvořit více než 30 % tohoto trhu.