Hoe kunnen hoge--temperatuurlegeringen worden toegepast bij de productie van matrijzen?

Bijvoorbeeld: het correct afstemmen van de fysieke eigenschappen van hoge--temperatuurlegeringen op de behoeften van de mal
Hoge-temperatuurlegeringen- zijn metalen gemaakt van ijzer, nikkel en kobalt die lang meegaan in situaties met hoge temperaturen en veel stress, zoals boven 600 graden. Drie dimensies tonen de belangrijkste voordelen:
Op nikkel-gebaseerde hoge--legeringen kunnen nog steeds een vloeigrens van meer dan 600 MPa behouden bij 800 graden Celsius, wat drie keer sterker is dan standaard H13-vormstaal. K403-mallen van nikkel--legeringen kunnen de impact van knuppels van titaniumlegeringen op 1200 graden overleven tijdens het smeden van turbineschijven voor vliegtuigmotoren. De levensduur van een enkele mal is verbeterd van 200 keer voor traditionele materialen naar 1500 keer.
Weerstand tegen thermische vermoeiing: legeringen bij hoge{0}} temperaturen kunnen een speciale "zelfherstellende" oxidecoating genereren door de grootte en verdeling van de fase (Ni ∝ (Al, Ti)) te veranderen. Er zijn na 5000 thermische cycli slechts 1/5 zoveel oppervlaktescheuren in mallen van GH2135-ijzer-legeringen die worden gebruikt in matrijzen-uitlaatspruitstukken voor auto's, als er zijn in mallen van 5CrNiMo-staal.
Corrosiebestendigheid: de Cr ₂ O3/Al ₂ O3-composietoxidelaag die zich vormt op het oppervlak van hoge{2}}-legeringen kan de doorgang van chloride-ionen effectief blokkeren wanneer technische polymeren met vlamvertragers kapot gaan. In spuitgietmatrijzen met elektronische verbinding gaan mallen gemaakt van Inconel 718-legering 8 keer langer mee dan DC53-vormstaal, en het oppervlak van het product heeft geen corrosievlekken.
2, Technologische vooruitgang in algemene applicatie-instellingen
1. Lucht- en ruimtevaart: het kopiëren van structuren onder zeer zware bedrijfsomstandigheden
Bij het maken van lichtgewicht verbindingen voor drones uit PEEK-materiaal moet de mal een smelttemperatuur van 380 graden en een injectiedruk van 150 MPa aankunnen. Onder deze werkomstandigheden vertoont traditioneel vormstaal veel kruip, maar mallen gemaakt van kobalt-gebaseerde hoge- temperatuurlegering HS-21 doen dit niet:
Door het ontwerp van de topologie te verbeteren, ging de kernwanddikte van 12 mm naar 6 mm, waardoor het gewicht met 55% daalde.
De TiAlN-coating gemaakt door fysische dampafzetting (PVD) heeft een oppervlaktehardheid van HV3200.
Bij echte productie moeten maatveranderingen van minder dan 0,02 mm plaatsvinden binnen 500.000 injectiecycli.
2. De nieuwe energievoertuigenindustrie: zoek een balans tussen een lange levensduur en een hoog rendement
Bij het maken van koelwaterleidingen voor accu's met PA66+GF30-persgieten slijt de glasvezel op de mal met een snelheid van 0,03 mm per duizend herhalingen. Op nikkel-gebaseerde hoge--legeringsvormen gemaakt met behulp van het poedermetallurgische proces:
De hardheid van de werklaag kan HRC58 bereiken door gradiënt functionele materialen (FGM) te maken, terwijl de matrix taai blijft bij HRC42.
In plaats van standaard machinale bewerking met elektrische ontlading kunt u ultra-waterstraalsnijden onder hoge druk gebruiken om het oppervlak van de holte minder ruw te maken, gaande van Ra1,6 μm tot Ra0,4 μm.
In de praktijk is de levensduur van de mal gestegen van 80.000 keer naar 400.000 keer, en zijn de kosten per stuk met 65% gedaald.
3. Verpakkingen voor halfgeleiders: een langdurige garantie van- nauwkeurigheid op micrometerniveau
De pinafstand in QFN-verpakkingsmatrijzen is slechts 0,3 mm, daarom moet de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) van de matrijs daar heel dicht bij liggen. Op nikkel-gebaseerde monokristallijne hoge--temperatuurlegeringsvorm gemaakt volgens het gerichte stollingsproces:
De CTE wordt verlaagd tot 12 × 10⁻⁶/ graad door de kristaloriëntatie te reguleren, en de compatibiliteit met keramische pakkingmaterialen wordt met 40% verbeterd.
Het conforme koelwaterkanaal gemaakt met laserselectieve smelttechnologie (SLM) zorgt ervoor dat de matrijstemperatuur gelijkmatiger wordt, gaande van ± 15 graden tot ± 3 graden.
Bij de echte productie daalde het productvervormingspercentage van 0,5% naar 0,15% en steeg het rendement tot 99,8%.
3, De nieuwe en verbeterde manieren om dingen te maken
1. Additieve productie gebruikt op manieren die dingen veranderen
Het gebruikelijke probleem van het maken van dingen uit metalen mallen die hoge temperaturen aankunnen, wordt opgelost door 3D-printtechnologie:
Ontwerp voor topologie-optimalisatie: Met behulp van Altair OptiStruct-software hebben we het ontwerp lichter gemaakt, waardoor het gewicht van een bepaalde vliegtuigmotorbladvorm is teruggebracht van 1,2 ton naar 680 kg en deze 25% stijver is geworden.
Structuur met een functionele gradiënt: LPBF-techniek (laserpoederbedsmelten) maakt een overgangszone met een hardheidsgradiënt tussen de werklaag van de mal en de substraatlaag om spanningsconcentratie weg te nemen.
Een willekeurig koelsysteem: Door Magics-software te gebruiken om de architectuur van de waterweg te verbeteren, is de koeling van een grote afdekmal 40% efficiënter geworden en is de cyclustijd met 35% verkort.
2. Een grote stap voorwaarts in de technologie voor het versterken van oppervlakken
Vlammen sproeien met supersonische snelheden (HVOF): Het oppervlak van de vormholte is bedekt met WC-12Co, dat een hardheid heeft tot HV1400 en vijf keer beter bestand is tegen slijtage dan het substraatmateriaal.
Plasmanitreren is een proces waarbij plasma wordt gebruikt om dingen moeilijker te maken. Diep nitreren (0,3 mm) verhoogt de oppervlaktehardheid van de mal tot HV1100, terwijl de taaiheid van de kern hetzelfde blijft.
Reparatie met lasercladding: Inconel 625-legeringspoeder wordt gebruikt om het versleten gebied te fixeren en de bindingssterkte tussen de reparatielaag en het substraat is meer dan 400 MPa.
4, Trends in de economie en de industrie
Matrijzen van hoge-legeringen kosten in eerste instantie drie tot vijf keer meer dan gewone matrijzen, maar het kostenvoordeel over de hele levenscyclus is groot:
In de auto-industrie kostte het gebruik van hoge--legeringen voor de bumpermatrijs van een bepaald automodel 800.000 yuan meer voor elke set mallen, maar het bespaarde 12 miljoen yuan aan jaarlijkse productiekosten omdat de cyclustijd met 25% werd verkort en het rendement met 12% steeg.
Op het gebied van de lucht- en ruimtevaart: het gebruik van een legering op basis van kobalt- in de smeedmatrijs van een bepaald type motorturbineschijf verlengde de levensduur van de mal van 50 stuks naar 300 stuks en verlaagde de kosten voor het maken van één stuk met 78%.
Dankzij de digitale dubbele technologie is het mogelijk om te anticiperen op de onderhoudscyclus van matrijzen van hoge- temperatuurlegeringen met een nauwkeurigheid van ± 50 uur. Het heeft ook de algehele apparatuurefficiëntie (OEE) verhoogd tot meer dan 85%. Er wordt voorspeld dat de mondiale markt voor matrijzen voor hoge--legeringen in 2028 ruim 4,5 miljard dollar waard zal zijn, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 12,3%. Additive manufacturing-matrijzen zullen ruim 30% van deze markt uitmaken.