Știința materialelor—Potrivirea tecii la proces

Cele mai importante specificații atunci când alegeți un cartuș de încălzire sunt de obicei diametrul, lungimea, tensiunea și puterea. În mediile industriale severe, însă, materialul învelișului exterior decide adesea dacă încălzitorul poate fi îndepărtat și utilizat din nou sau dacă devine o parte permanentă și costisitoare a matriței. Când temperaturile suprafeței învelișului cresc peste 400 de grade sau 500-800 de grade din cauza densității mari de wați sau a radiației slabe, metalurgia tecii se schimbă de la un detaliu secundar la o decizie de inginerie primară care are un efect direct asupra duratei, cât de ușor este de întreținut și cât de fiabil este procesul.

Oțelul inoxidabil 304 este cel mai bun material de înveliș pentru utilizări standard care funcționează la temperaturi de până la aproximativ 400 de grade, ceea ce este obișnuit pentru matrițe de injecție de plastic, mașini de ambalare, bare de etanșare și încălzire generală a plăcilor. Tipul 304 este foarte rentabil-, are o rezistență generală bună la coroziune în condiții curate și uscate și este suficient de puternic pentru a face față la temperaturi moderate. Conținutul său de 18-20% crom creează un strat pasiv de oxid de crom care protejează împotriva oxidării și a atacului chimic ușor de la vaporii de plastic sau umiditatea din aer. Atunci când sunt utilizate cu toleranțele de potrivire potrivite (0,05–0,10 mm spațiu liber) și densități mici de wați (5–10 W/cm²), 304 teci pot dura 18 până la 36 de luni de utilizare continuă în sisteme bine întreținute.


Dar atunci când temperaturile matriței sau procesului depășesc 400 de grade sau când aplicarea implică o mulțime de cicluri termice, vibrații, degajare agresivă de gaze din rășini de inginerie sau temperaturi ridicate ale mantalei cauzate de densitatea mare de wați, oțelul inoxidabil 304 își arată rapid limitele. 304 devine mult mai moale până la o scădere a rezistenței peste 700650 grade 20–30% din valorile temperaturii camerei-), se scalează rapid și dezvoltă straturi groase și fragile de oxid care se desprind în timpul ciclurilor de răcire. Această detartrare face suprafața mai aspră și crește frecarea față de peretele matriței, ceea ce poate duce la uzură și poate face dificilă sau imposibilă extragerea încălzitorului fără a afecta cavitatea precisă prin găurire sau EDM. În locurile în care lucrurile tremură foarte mult, cum ar fi presele-de mare viteză, sudarea cu ultrasunete sau liniile de ambalare, ruperea repetitivă și acumularea de oxid accelerează crăparea prin oboseală și reduce durata de viață a piesei la jumătate.

În aceste condiții mai dure, este necesar să treceți la aliaje-mai mari de nichel, cum ar fi Incoloy 800, Incoloy 825 sau Stainless Steel 310S. Incoloy 800 este un aliaj de nichel-fier-crom care conține 30–35% nichel. Are o rezistență deosebită la temperaturi ridicate și creează o scaldă de oxid de crom-alumină stabilă, strâns aderență, care nu se dezlipește chiar și după mii de cicluri de căldură până la 1100 de grade . Deoarece rezistă mai bine la carburare, nitrurare și oxidare internă din produsele de descompunere a plasticului, este perfect pentru colectoare cu canal fierbinte, matrițe cu temperatură înaltă-sau aplicații de extrudare. Incoloy 825 are adăugat molibden și cupru, ceea ce îl face mai puțin probabil să se corodeze în situații bogate în clorură-sau ușor acide. Oțelul inoxidabil 310S (25% crom, 20% nichel) este excelent pentru a rezista la oxidare în medii cu oxidare pură până la 1150 de grade. Este folosit în mod obișnuit atunci când costul este o problemă, dar stabilitatea temperaturii este foarte importantă.

Materialul învelișului are, de asemenea, un efect mare asupra cât de bine funcționează potrivirea și cât de bine sunt pregătite găurile. Bavurile de prelucrare, murdăria sau-alezeturile-rotunde au mai multe șanse să lase urme pe metale mai moi, cum ar fi 304. Aceste scoruri creează creșteri ale tensiunii care pot cauza fisuri longitudinale sau rupere atunci când temperatura crește sau presiunea din interiorul obiectului crește. Incoloy 800 este cu aproximativ 50% mai puternic decât 304 la 600 de grade, ceea ce îl face mai dur și mai rezistent la deformare și uzură. Aceasta înseamnă că distanțe mai strânse (0,02–0,05 mm) pot fi utilizate fără riscul de blocare sau strivire în timpul instalării sau al funcționării. Această potrivire mai strânsă scade diferența de temperatură dintre manta și matriță, scade temperaturile din interiorul firelor și face ca încălzitorul să dureze mai mult.

În setările specializate, cum ar fi camerele curate, fabricarea semiconductoarelor, modelarea medicală, procesarea alimentelor și a medicamentelor sau aplicațiile cu puritate ultra-înaltă-, există mai multe cerințe pentru manta. Cartușul de încălzire nu trebuie să reacționeze cu substanțele chimice, să creeze particule sau să lase gazul să scape. Pentru a preveni blocarea particulelor și pentru a face curățarea mai ușoară, tecile sunt de obicei solicitate să aibă finisaje electrolustruite sau oglindă (Ra<0.4 μm). 316L stainless steel (low-carbon for better weldability and corrosion resistance) or Incoloy 800 with high-purity surface treatment are common for these situations. In very acidic, etchant, solvent, or high-purity gas conditions, titanium grade 2, Hastelloy C-276, or fluoropolymer-sheathed designs may be needed to keep things from getting dirty or corroding.

În cele din urmă, potrivirea metalurgiei învelișului la proces înseamnă cunoașterea întregului mediu de operare, nu doar temperatura la care funcționează. Elementele importante sunt: - Temperatura cea mai ridicată pe care se proiectează să o atingă suprafața învelișului (de obicei, cu 100-300 de grade peste temperatura matriței). - Vaporii corozivi, clorurile, halogenii sau rășinile care degajă gaz. - Cât de des și cât de proaste se potrivesc ciclul de căldură și vibrația{{6}Toleranța materialului și a finisajului suprafață. - Curățenie, contaminare sau reguli de la FDA sau USP Clasa VI.

Indiferent cât de bine ați specifica tensiunea, puterea și potrivirea, un cartuș de încălzire cu mantaua necorespunzătoare se poate bloca, crăpa, contamina produsul sau poate defecta prea curând. Pe de altă parte, alegerea aliajului potrivit-304 pentru utilizare normală, Incoloy 800/825 pentru temperaturi ridicate sau condiții dure-se asigură că încălzitorul rămâne detașabil, fiabil și lipsit de contaminanți pentru întreaga sa viață. În producția cu valoare ridicată-, când timpul de nefuncționare este costisitor și calitatea pieselor este crucială, cheltuirea banilor pentru metalurgia de înveliș potrivită protejează atât încălzitorul, cât și calitatea pieselor fabricate. Acest lucru transformă o posibilă verigă slabă într-un activ pe termen lung.