Wybór materiału na gniazdo i rdzeń
Wnęka i rdzeń to podstawowe elementy, które bezpośrednio stykają się ze stopionym PET i nadają preformie kształt. Działają w warunkach wysokiej temperatury (270-290 stopni) i wysokiego ciśnienia (150-200 MPa) i muszą wytrzymywać ciągłe szorowanie i tarcie stopionego PET. Dlatego przy wyborze materiałów należy zwracać uwagę na odporność na zużycie, polerowalność i odporność na korozję.
Odporność na zużycie jest głównym wskaźnikiem materiałów wnękowych. Podczas napełniania-z dużą prędkością stopiony PET wywiera silny efekt szorujący na powierzchnię wnęki, zwłaszcza w pobliżu otworu i wystających obszarów, takich jak gwinty preform, gdzie zużycie jest bardziej widoczne. Niewystarczająca odporność na zużycie doprowadzi do zmniejszenia dokładności wymiarowej i zwiększonej chropowatości powierzchni wnęki, wpływając w ten sposób na wygląd i stabilność wymiarową preformy. Dlatego materiał wnęki musi mieć wysoką twardość (zwykle większą lub równą HRC45) i dobrą odporność na zużycie. Powszechnie stosowane materiały obejmują martenzytyczną stal nierdzewną (np. S136, STAVAX) i stal szybkotnącą wykonaną metodą metalurgii proszków (np. ASP-60). S136 po obróbce cieplnej może osiągnąć twardość HRC48-52 i zawiera 13–17% chromu, wykazując doskonałą odporność na zużycie i korozję, dzięki czemu nadaje się do ogólnych form do preform do pakowania żywności. ASP-60, wytwarzany metodą metalurgii proszków, charakteryzuje się twardością HRC60-65, przy zawartości wolframu, molibdenu i innych składników stopowych przekraczającej 20%. Jego odporność na zużycie jest 3-5 razy większa niż S136, dzięki czemu nadaje się do szybkich i wielkoseryjnych form produkcyjnych do butelek po wodzie mineralnej, butelkach po napojach gazowanych itp.
Wydajność polerowania bezpośrednio wpływa na jakość powierzchni preformy. Preformy PET wymagają gładkiej powierzchni (Ra mniejsza lub równa 0,01 μm), aby zapewnić równomierne rozciąganie i estetyczny wygląd podczas późniejszego formowania z rozdmuchem. Wymaga to, aby materiał wnęki posiadał doskonałe właściwości polerskie, osiągając lustrzane wykończenie poprzez szlifowanie i polerowanie. Martenzytyczna stal nierdzewna (taka jak S136) jest głównym wyborem ze względu na jej wysoką czystość (siarka, fosfor i inne zanieczyszczenia mniejsze lub równe 0,01%) oraz jednolitą mikrostrukturę, osiągającą chropowatość powierzchni Ra0,005 μm po polerowaniu. Z drugiej strony zwykła węglowa stal narzędziowa (taka jak Cr12) zawiera więcej zanieczyszczeń i jest trudna do wypolerowania do wysokiego poziomu połysku, dlatego nadaje się tylko do przemysłowych form do preform o niższych wymaganiach dotyczących jakości powierzchni. Ponadto obróbka polegająca na rozdrobnieniu ziarna wpływa również na skuteczność polerowania. Na przykład, kontrolując procesy kucia i obróbki cieplnej, rozdrobnienie wielkości ziaren S136 do poniżej 5 μm może zmniejszyć „efekt skórki pomarańczowej” podczas polerowania.
Odporność na korozję należy wybrać na podstawie właściwości surowca PET. Podczas produkcji preform PET zawierających substancje kwasowe, zasadowe lub dodatki-(takie jak przeciwutleniacze i barwniki), powierzchnia wnęki jest podatna na korozję chemiczną, prowadzącą do wżerów lub rdzy, co wpływa na jakość preformy. Dlatego należy wybrać materiały o dużej odporności na korozję. Na przykład stal nierdzewna S136 o zawartości chromu większej lub równej 13% może tworzyć gęstą warstwę pasywacyjną tlenku chromu, o odporności na korozję w mgle solnej przekraczającej 1000 godzin, dzięki czemu nadaje się do produkcji preform PET zawierających dodatki. W przypadku jeszcze silniejszej korozji (np. preform pestycydów) można zastosować stal nierdzewną duplex (np. 2205). Wyższa zawartość chromu, niklu i molibdenu zapewnia lepszą odporność na korozję w porównaniu ze zwykłą martenzytyczną stalą nierdzewną, ale koszt jest odpowiednio wyższy.
Wybór materiałów dla szablonów i komponentów konstrukcyjnych
Szablony (szablon ruchomy, szablon nieruchomy), słupki prowadzące, tuleje prowadzące i inne elementy konstrukcyjne tworzą szkielet formy, przenosząc siłę docisku, podtrzymując wnękę i przenosząc ruch. Ich materiały wymagają dokładnego rozważenia wytrzymałości, sztywności i obrabialności, aby zapewnić ogólną stabilność formy.
Wytrzymałość i sztywność to podstawowe wymagania dotyczące materiałów szablonowych. Podczas procesu mocowania szablon musi wytrzymać siłę mocowania rzędu tysięcy kiloniutonów. Niewystarczająca wytrzymałość doprowadzi do odkształcenia szablonu (odchylenie płaskości przekraczające 0,01 mm/m), co spowoduje nierówny luz zamknięcia wnęki i wypływki na preformie. Dlatego materiał szablonu musi posiadać wysoką wytrzymałość na rozciąganie (większą lub równą 800 MPa) i moduł sprężystości (większy lub równy 200 GPa). Powszechnie stosowanymi materiałami są-stale wstępnie utwardzane (takie jak 718H i NAK80). 718H, po-utwardzeniu wstępnym, ma twardość HRC30-35, wytrzymałość na rozciąganie przekraczającą 1100 MPa i dobrą hartowność, dzięki czemu nadaje się do dużych szablonów (rozmiar większy lub równy 1500 mm). NAK80 to utwardzana-statycznie stal na formy do tworzyw sztucznych o wstępnie-utwardzonej twardości HRC38-42, która nie wymaga dalszej obróbki cieplnej przed obróbką, wykazuje minimalne odkształcenia i nadaje się do precyzyjnych szablonów o małych i średnich-wielkościach. W przypadku bardzo dużych form (takich jak formy do preform ze 144 gniazdami) można wybrać wysokowytrzymałą stal konstrukcyjną stopową (np. S50C), której ogólna sztywność jest poprawiona poprzez obróbkę odpuszczającą (twardość HRC28-32).
Wydajność obróbki wpływa na koszty produkcji form i czas cyklu. Szablony zazwyczaj wymagają wielu procesów obróbki, takich jak frezowanie, wiercenie i szlifowanie; Skrawalność materiału bezpośrednio wpływa na wydajność obróbki i zużycie narzędzia. Wstępnie-stal hartowana (taka jak 718H) ma umiarkowaną twardość i niski opór skrawania, dzięki czemu można ją obrabiać narzędziami z węglików spiekanych. Można osiągnąć chropowatość powierzchni Ra1,6 μm, dzięki czemu nadaje się do przetwarzania wsadowego. Stal wysoko-węglowa (taka jak stal 45#), choć tańsza, wymaga odpuszczania przed użyciem, co skutkuje dłuższymi cyklami przetwarzania i tendencją do tworzenia-narostów na krawędzi podczas cięcia, co wpływa na jakość powierzchni. Ponadto należy wziąć pod uwagę spawalność materiału. Chociaż stal 718H można naprawić za pomocą spawania łukowego argonem, gdy w szablonie formy pojawią się lokalne pęknięcia, niektóre stale wysokostopowe-są podatne na pękanie po spawaniu, co utrudnia naprawę.
Odporność na zużycie i dokładność prowadzenia mają kluczowe znaczenie w przypadku słupków prowadzących i tulei. Kolumny prowadzące i tuleje ślizgają się często (30-50 razy na minutę) podczas otwierania i zamykania formy, co wymaga ścisłego dopasowania (0,005-0,01 mm) i płynnego ruchu. Dlatego materiał musi charakteryzować się dobrą odpornością na zużycie i stabilnością wymiarową. Słupki prowadzące są zwykle wykonane z wysokowęglowej stali łożyskowej-chromowej (takiej jak SUJ2), która po hartowaniu i odpuszczaniu osiąga twardość HRC60-62. Powierzchnia jest szlifowana do grubości poniżej Ra0,4 μm, co zapewnia doskonałą odporność na zużycie. Z kolei tuleje prowadzące są wykonane ze stopu brązu (takiego jak ZCuSn10Pb1), który ma właściwości samosmarujące, zmniejszając zużycie filarów prowadzących i dzięki czemu nadaje się do zastosowań ze smarowaniem bezolejowym. W przypadku form szybkoobrotowych (prędkość otwierania i zamykania > 500 mm/s) filary prowadzące i tuleje mogą zostać poddane azotowaniu (twardość powierzchniowa HV800-1000) w celu dalszej poprawy odporności na zużycie i wydłużenia żywotności.
