뜨거운 유리섬유 강화 열가소성 수지를 사용해 대형 자동차 부품을 압축 성형하는 것은 마치 뜨거운 연마성 담요를 누르는 것과 같습니다. 재료가 엄청난 압력을 받으면서 흐르면서 가열된 압반에 부딪혀 분쇄됩니다. 표준 강철 압반은 마모되어 평탄도를 잃어 부품 두께 변화를 유발합니다. 압반은 보호되어야 합니다. 올바른 선택가열 압반 압축 성형 장섬유 열가소성 수지응용 분야 요구 사항에 따라 표면 경도, 구조적 강성 및 열 균일성에 주의가 필요합니다.{0}}특히 딥 드로잉 형상이 관련된 경우에는 더욱 그렇습니다.
마모 문제: 연마제로서의 유리 섬유
장섬유 열가소성 수지(LFT)에는 일반적으로 유리 섬유가 중량 기준으로 20~50% 포함되어 있으며 섬유 길이는 6~25mm입니다. 압축 행정 중에 용융된 폴리머 매트릭스는 50~200bar(5~20MPa)의 압력 하에서 플래튼 표면을 가로질러 단단하고 날카로운 섬유를 운반합니다. 섬유는 미세한 스크레이퍼처럼 작용하여 플래튼 표면에서 재료를 점진적으로 제거합니다. 부드럽거나 처리되지 않은 강철 압반에는 생산 후 몇 주 또는 몇 달 내에 긁힘, 홈 및 국부적인 함몰이 발생합니다. 결과적으로 부품 두께가 불균일해지면 부품이 거부되고 도구 재작업이 발생하게 됩니다.
표면 경화: 첫 번째 방어선
플래튼의 표면은 모루이고, 흐르는 유리 충전 폴리머는 끊임없는 망치입니다. 이러한 마모를 견디려면 압반 표면의 경도가 최소 60 Rockwell C(HRC) 또는 약 700-800 HV에 도달해야 합니다.
기본 재료 선택
압반 본체는 일반적으로 사전 경화된 AISI H13(1.2344), AISI P20(1.2311) 또는 AISI 4140과 같은 고품질 공구강으로 제조됩니다. 이 강은 150~250도의 일반적인 성형 온도에서 우수한 열 전도성, 기계 가공성 및 치수 안정성을 제공합니다. 그러나 LFT 적용에는 모재만으로는 부족합니다.
표면 경화 처리
LFT용 압축 성형 플래튼의 작업면을 강화하는 데는 세 가지 일반적인 방법이 사용됩니다.
| 치료 | 깊이 | 경도(HRC) | LFT에 대한 적합성 |
|---|---|---|---|
| 질화(가스 또는 플라즈마) | 0.3~0.5mm | 65–70 | 적당한 유리 함량에 적합(30% 이하) |
| 경질 크롬 도금 | 0.05~0.2mm | 65–70 | 양호하지만 높은 점하중에서 벗겨질 수 있음 |
| PVD 세라믹 코팅(TiN, CrN, AlTiN) | 2~5μm(0.002~0.005mm) | 80–85(최대 2000–3000HV) | 고충진 화합물에 탁월함(유리 함량이 40% 이상) |
질화단단한 화합물 층에서 부드러운 코어로 점진적으로 전환되는 확산 영역을 생성하여 박리를 방지합니다. 중간 규모 생산을 위한 가장 비용 효율적인 선택입니다.
경질 크롬 도금우수한 내마모성을 제공하지만 열 순환 시 벗겨짐을 방지하려면 세심한 가장자리 준비가 필요합니다.
물리적 기상 증착(PVD) 코팅 such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN) provide the highest surface hardness (typically >2000 HV) 마찰계수가 매우 낮습니다. 코팅은 매우 얇지만(수 마이크론) 접착 마모와 섬유 긁힘을 대폭 줄여줍니다. 마모성이 가장 높고 유리 충전 화합물(예: 유리 50%)의 경우 PVD 코팅이 최고의 솔루션입니다.
구조적 강성: 골이 있는 뒷면 디자인
LFT 성형에 필요한 높은 성형 압력({0}}종종 100~200bar-)에서 플래튼은 굽힘과 휘어짐을 견뎌야 합니다. 약간의 볼록하거나 오목한 변형(0.1mm 정도)이라도 부품 두께가 균일하지 않아 압력이 가장 높은 부분이 얇은 부분이 있고 가장자리 부분이 두꺼운 부분이 발생합니다.
평탄도를 유지하기 위해 가열판 뒷면(성형면 반대쪽)을 두껍게 리브 처리해야 합니다. 리브는 그리드 패턴으로 주조되거나 가공되어 과도한 질량을 추가하지 않고도 단면 계수를 증가시킵니다. 유한요소해석(FEA)은 일반적으로 예상되는 조임력과 금형 형상에 맞게 리브 간격과 두께를 최적화하기 위해 수행됩니다. 총 두께가 50~100mm인 잘 립된 플래튼은 최대 하중에서 1미터 범위에 걸쳐 0.05mm 미만의 편향을 달성할 수 있습니다.
딥 드로우 성형을 위한 열 균일성
자동차 뒷좌석 쉘, 프런트 엔드 모듈 또는 배터리 하우징과 같은 딥드로잉 LFT 부품-은 수직 또는 수직에 가까운 벽으로 일관된 자재 흐름이 필요합니다. 플래튼 표면에 뜨겁거나 차가운 영역이 있는 경우 폴리머는 고르지 않게 유동합니다. 뜨거운 영역은 더 빠른 흐름을 허용하고, 차가운 영역은 조기 응고 및 불완전 충전을 유발합니다.
일반적으로 카트리지 히터인 가열 요소는 작업 표면에 최대한 가깝게 배치해야 합니다(일반적으로 표면 아래 15~25mm). 이를 통해 열 지연이 최소화되고 온도 설정점 변경에 신속하게 대응할 수 있습니다. 카트리지 히터는 열 손실이 높은 영역(예: 가장자리 근처 및 깊은 모서리)에 더 좁은 간격으로 지그재그 또는 평행 패턴으로 배열됩니다. 여러 개의 독립적인 가열 영역(일반적으로 플래튼당 3~6개 영역)을 지정해야 하며 각 영역에는 자체 온도 센서(열전대 또는 RTD)와 폐쇄 루프 컨트롤러가 있습니다. 이러한 구역별 구성은 압반 전체에서 다양한 열 손실을 보상하고 -딥 드로잉 캐비티를 포함한-전체 성형 영역이 목표 온도의 ±2도 이내로 유지되도록 보장합니다.
부품 릴리즈를 위한 표면 마감
성형된 LFT 부품의 이형을 개선하려면 플래튼 표면을 미세한 마감(Ra 0.2~0.4μm 이상)으로 연마해야 합니다. 표면이 매끄러우면 섬유질의 끌림과 분해된 폴리머 잔류물의 축적도 줄어듭니다. PVD 코팅 플래튼의 경우 코팅이 기본 광택을 이어받아 내마모성과 손쉬운 분리 기능을 모두 제공합니다.
LFT 압축 성형 선택 기준 요약
| 요구 사항 | 권장사양 |
|---|---|
| 기본 재료 | 공구강(H13, P20 또는 4140) |
| 표면 경도 | 60HRC 이상(700HV 이상) |
| 경화방식 | 질화(0.3~0.5mm)<30% glass; PVD TiN/CrN for >유리 30% |
| 플래튼 뒷면 | 심하게 골이 져 있으며 처짐에 대해 FEA에 최적화됨<0.05 mm/m |
| 발열체 | 표면에서 15~25mm 떨어진 곳에 배치된 카트리지 히터, 구역별 제어(±2도) |
| 표면 마무리 | Ra 0.4 µm 이하로 연마됨 |
결론
LFT 성형을 위한 압반을 선택하는 것은 마모 및 휘어짐에 맞서 싸우는 것입니다. 완벽하게 균일한 열 프로필을 갖춘 단단하고 잘 지지되는 도구를 선택하면 승리할 수 있습니다. 그만큼가열 압반 압축 성형 장섬유 열가소성 수지응용 분야에는 -질화 처리, 경질 크롬 또는 PVD 세라믹 코팅을 통해 달성된-유리 섬유의 연삭 작용을 견딜 수 있는 표면이 필요하며, 이는 고압에서 휘어짐을 방지하기 위해 골이 있는 뒷면과 결합되어 있습니다. 작업 표면 가까이에 배치되고 독립된 구역에 배열된 카트리지 히터는 딥 드로잉 성형에 필요한 균일한 열을 전달합니다. 미래의 가볍고 튼튼한 자동차 부품을 성형하려면 마모되지 않는 도구가 필요하며 적절하게 선택된 압반은 바로 그러한 내구성을 제공합니다.
