การแนะนำ 

การเลือกวัสดุสำหรับส่วนประกอบของระบบทางวิ่งร้อนเป็นหนึ่งในการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดที่กำหนดอายุการใช้งานของระบบ คุณภาพชิ้นส่วน และความเสถียรในการผลิตโดยตรง ในฐานะช่างเทคนิค hot runner ที่มีประสบการณ์ภาคสนามมาหลายปี ฉันได้พบเห็นความล้มเหลวนับครั้งไม่ถ้วนที่เกิดจากการเลือกใช้วัสดุที่ไม่เหมาะสม ตั้งแต่การสึกหรอของประตูที่นำไปสู่การร้อยสาย ไปจนถึงการกัดกร่อนในท่อร่วมที่ปนเปื้อนชิ้นส่วนออปติก คู่มือทางเทคนิคนี้จะแนะนำคุณเกี่ยวกับการเลือกเหล็กที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเม็ดมีดเกต (บูชสปรู) และท่อร่วม โดยพิจารณาจากวัสดุพลาสติก ปริมาณการผลิต และสภาพการทำงานที่แตกต่างกัน 

ส่วนที่ 1: การเลือกวัสดุใส่เกต (Sprue Bushing)

ส่วนแทรกเกตหรือที่รู้จักในชื่อ sprue bushing หรือปลายหัวฉีด ถือเป็นส่วนประกอบที่มีความต้องการมากที่สุดในระบบทางวิ่งร้อน โดยจะมีอัตราการเฉือนสูงสุด ความผันผวนของอุณหภูมิที่รวดเร็วที่สุด และการสัมผัสโดยตรงกับโพลีเมอร์หลอมเหลวที่ปากประตู บริเวณประตูเป็นจุดที่ 80% ของปัญหา hot runner เกิดขึ้น

1.1 H13 / 1.2344 / SKD61 (เหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อน)

สำหรับการใช้งานทั่วไปถึง 70% เหล็กกล้าคลาส H13 ยังคงเป็นปัจจัยสำคัญของอุตสาหกรรม เหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อนผสมโครเมียม-โมลิบดีนัม-วานาเดียมเหล่านี้ให้ความสมดุลที่ดีเยี่ยมของ:

• ความแข็งเมื่อร้อน: คงความแกร่งได้ถึง 600°C
• ต้านทานความเหนื่อยล้าจากความร้อน: ทนทานต่อรอบการทำความร้อน/ความเย็นซ้ำๆ
• ความเหนียว: ต้านทานการแตกร้าวภายใต้ความเค้นเชิงกล
• ความต้านทานต่อการสึกหรอ: เพียงพอสำหรับวัสดุที่ไม่มีการเติมถึงวัสดุที่มีการเติมปานกลาง

ความแข็ง:อบชุบด้วยความร้อนถึง 48-52 เหล็กแผ่นรีดร้อน

การใช้งาน:เม็ดมีดเกตสำหรับ PP, ABS, PS, PE, PC และพลาสติกวิศวกรรมทั่วไปที่มีส่วนประกอบของใยแก้วสูงถึง 30%

เคล็ดลับการเลือก:ระบุเสมอละลายด้วยไฟฟ้าตะกรัน (ESR)เวอร์ชันสำหรับแอปพลิเคชันที่สำคัญ การกลั่นด้วย ESR ช่วยลดการรวมตัวของซัลไฟด์และปรับปรุงไอโซโทรปี ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือได้ 30-40% 

1.2 S136 / 1.2316 (สแตนเลส)

เมื่อแปรรูปวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือมองเห็นได้สูง จำเป็นต้องใช้เหล็กกล้าไร้สนิม S136 และ 1.2316 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกที่นำเสนอ:

• ความต้านทานการกัดกร่อน:จำเป็นสำหรับ PVC, POM, สารหน่วงการติดไฟที่ใช้ฮาโลเจน และสารเติมแต่งที่เป็นกรด
• ความสามารถในการขัดเงากระจก:บรรลุความหยาบของพื้นผิวต่ำกว่า Ra 0.01μm สำหรับชิ้นส่วนออปติก
• เสถียรภาพทางความร้อนที่ดี:คงคุณสมบัติไว้ที่อุณหภูมิการประมวลผลทั่วไป

ความแข็ง:ผ่านการชุบแข็งถึง 48-52 เหล็กแผ่นรีดร้อน

การใช้งาน:ส่วนแทรกเกตสำหรับ PVC, POM พร้อมสารเพิ่มความคงตัว อุปกรณ์ทางการแพทย์ บรรจุภัณฑ์ที่สัมผัสกับอาหาร และชิ้นส่วนแสงแบบโปร่งใส -1

หมายเหตุทางเทคนิค:ต้องใช้เม็ดมีดประตูสแตนเลสการรักษาความร้อนสูญญากาศเพื่อป้องกันการกัดกร่อนตามขอบเกรนและรักษาความต้านทานการกัดกร่อน

1.3 DC53 / ทังสเตนคาร์ไบด์ (วัสดุทนต่อการสึกหรอสูง)

สำหรับวัสดุที่มีการเสียดสีสูง โดยเฉพาะการเสริมใยแก้วสูง เหล็กกล้าเครื่องมือมาตรฐานจะสึกหรอภายในไม่กี่สัปดาห์ นี่คือจุดที่ DC53 และทังสเตนคาร์ไบด์มีความโดดเด่น:

ดีซี53 (เหล็กงานเย็นประสิทธิภาพสูง):

• ความแข็ง: 58-62 เหล็กแผ่นรีดร้อน
• ทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยมพร้อมความเหนียวดีกว่า SKD11
• เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลเม็ดมีดเกท วัสดุเสริมใยแก้ว >40% 

ทังสเตนคาร์ไบด์ (เช่น YG8/YG15):

• ความแข็ง: >80 HRC (นอกสเกล Rockwell C)
• ทนต่อการสึกหรอและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม
• การนำความร้อนสูง

คำเตือน:เปราะ ตัดเฉือนยาก มีราคาแพง ใช้สำหรับบริเวณที่มีการสึกหรอวิกฤตเท่านั้น

การใช้งาน:ปลายหัวฉีดสำหรับ PPA, LCP, PET แก้วสูงที่มีแก้ว >50% และคอนเนคเตอร์ยานยนต์ที่ใช้การผลิตยาวนาน -

ความเข้าใจในอุตสาหกรรม:ซัพพลายเออร์ทางวิ่งร้อนระดับพรีเมียมบางรายเสนอทิปคาร์ไบด์ที่รับประกันเป็นเวลา 5 ปีต่อการสึกหรอตามปกติจากโพลีเมอร์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

1.4 โลหะผสมพิเศษ: 41CrAlMo7 และ DH2F

สำหรับการประมวลผลที่อุณหภูมิสูงพิเศษ (>350°C) หรือความต้องการอายุการใช้งานเครื่องมือที่ยาวนานขึ้น:

41CrAlMo7 (เหล็กไนไตรด์):

• คงความแข็ง >46 HRC ที่ 720°C
• อัตราการเกิดออกซิเดชันต่ำมาก
• เหมาะสำหรับพลาสติกวิศวกรรมและเทอร์โมเซตที่มีอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ 

DH2F (เหล็กกล้างานร้อนชุบแข็งเบื้องต้น):

• ชุบแข็งล่วงหน้าถึง 37-42 HRC ขจัดปัญหาหลังการอบด้วยความร้อน
• ความสามารถในการแปรรูปที่ดีเยี่ยมสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน
• นิยมใช้สำหรับเม็ดมีดประตูในแม่พิมพ์ไฟส่องสว่างยานยนต์

ส่วนที่ 2: การเลือกวัสดุที่หลากหลาย

ท่อร่วมทำหน้าที่เป็นหัวใจสำคัญของระบบ hot runner โดยกระจายพลาสติกหลอมเหลวไปยังหัวฉีดหลายอัน ท่อร่วมประสบกับสภาวะความร้อนในสภาวะคงที่ซึ่งต่างจากส่วนแทรกของเกต แต่ต้องทนทานต่อแรงกดดันภายในสูง (สูงถึง 180 MPa) และรักษาความสมบูรณ์ของช่องการไหลมากกว่าหนึ่งล้านรอบ 

2.1 H13 / 1.2344 / SKD61 (ทางเลือกสากล)

สำหรับ 85% ของท่อร่วมวิ่งร้อน เหล็กกล้าคลาส H13 ยังคงเป็นวัสดุที่ต้องการ ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ:

• คุณสมบัติที่สมดุล:การผสมผสานที่ยอดเยี่ยมของความแข็งแกร่ง ความเหนียว และการนำความร้อน
• ความสามารถในการแปรรูป:ลักษณะการเจาะและการกัดที่เข้าใจกันดี
• เสถียรภาพในการรักษาความร้อน:การบิดเบือนน้อยที่สุดในระหว่างการชุบแข็ง
• ความสามารถในการเชื่อม:ซ่อมแซมได้หากจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงการออกแบบ ความแข็ง: โดยทั่วไปคือ 48-52 เหล็กแผ่นรีดร้อน

ช่องทางการไหลเสร็จสิ้น:การขัดเงากระจก (Ra 0.2-0.4μm) เพื่อลดแรงดันตกและแรงเฉือน 

ดีที่สุดสำหรับ:พลาสติกวิศวกรรมมาตรฐาน วัสดุที่ไม่บรรจุถึงวัสดุเติมปานกลาง การผลิตดำเนินการได้ถึง 1 ล้านรอบ 

2.2 ท่อร่วมสแตนเลส (1.2316 / 420SS)

ท่อร่วมสแตนเลสมีความจำเป็นสำหรับการใช้งานเฉพาะ:

เมื่อใดที่ต้องระบุท่อร่วมสแตนเลส:

1. วัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน:PVC, POM, ECTFE, PVDF และเกรดทนไฟ
2. การสัมผัสทางการแพทย์และอาหาร:ข้อกำหนดของ FDA มักกำหนดวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน
3. สภาพแวดล้อมในห้องสะอาด:ลดความเสี่ยงที่อนุภาคสนิมจะปนเปื้อนกับกระแสหลอม
4. ข้อกำหนดขัดเงาสูง:ผิวสำเร็จที่ดีขึ้นสำหรับวัสดุเกรดออพติคอล 

ตัวเลือกวัสดุ:

• 1.2316 / 420SS:สเตนเลสมาร์เทนซิติกมาตรฐาน 48-52 เหล็กแผ่นรีดร้อน
• 1.2085 / 420F:รุ่นตัดเฉือนฟรีสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน
• 17-4PH:สเตนเลสชุบแข็งด้วยการตกตะกอนเพื่อความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง 

การพิจารณาทางเทคนิค:สแตนเลสมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่า H13 ประมาณ 50% ซึ่งต้องใช้รูปแบบเครื่องทำความร้อนอย่างระมัดระวังเพื่อรักษาความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ

2.3 ท่อร่วมที่มีการสึกหรอสูงสำหรับวัสดุเสริมแรง

เมื่อแปรรูปวัสดุที่มีการเสริมแรงสูง (ใยแก้ว >40% สารตัวเติมแร่ หรือคาร์บอนไฟเบอร์) เหล็กกล้าร่วมมาตรฐานอาจเกิดการสึกหรอจากการกัดเซาะเมื่อทิศทางการไหลเปลี่ยนแปลง:

ท่อร่วม DC53:

• ความแข็งที่สูงขึ้น (58-62 HRC) ทนทานต่อการสึกหรอจากการเสียดสี
• คงความเหนียวเพื่อทนทานต่อวงจรความร้อน
• เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลท่อร่วม PPA, PPS หรือ LCP ที่เติมแก้ว >50%

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน:

1. รัศมีที่ใหญ่ขึ้น:ใช้ R ขั้นต่ำ = 5 มม. เมื่อทิศทางการไหลเปลี่ยนแปลง
2. ช่องการไหลขัดเงา:ลดการเสียดสีและการเสื่อมสภาพของเส้นใย
3. เคลือบแข็ง:พิจารณาการเคลือบ TiN หรือ DLC สำหรับกรณีที่รุนแรง

2.4 วัสดุพิเศษ: เบริลเลียมคอปเปอร์และทูล็อกซ์

เบริลเลียมคอปเปอร์ (CuCo2Be / C17510):

แม้ว่าจะไม่ใช่เรื่องปกติสำหรับท่อร่วมแบบเต็ม แต่บางครั้งก็มีการใช้ทองแดงเบริลเลียมใน:

• พื้นที่ที่ต้องการถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็ว
• บูชพินวาล์ว
• ปลายหัวฉีดสำหรับวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิ

ข้อดี:ค่าการนำความร้อนสูงกว่าเหล็ก 3-5 เท่า

ข้อเสีย:ต้นทุนสูง ความเป็นพิษระหว่างการตัดเฉือน -10

ทูล็อกซ์ 33 / 44:

เหล็กชุบแข็งสำเร็จรูปได้รับความนิยมสำหรับ:

• ท่อร่วมขนาดใหญ่ที่มีปัญหาการบิดเบือนหลังการให้ความร้อน
• โปรเจ็กต์ด่วนที่ต้องใช้ขั้นตอนการประมวลผลน้อยที่สุด
• การใช้งานที่ต้องการการสึกหรอปานกลาง

ส่วนที่ 3: สรุปคำแนะนำเฉพาะส่วนประกอบ

จากวัสดุพลาสติกที่กำลังแปรรูป ต่อไปนี้คือการผสมวัสดุที่ฉันแนะนำ: 

ส่วนที่ 4: หลักการคัดเลือกที่สำคัญ

หลังจากทำงานในวงการ hot runner มาเป็นเวลา 15 ปี ผมได้กลั่นกรองการเลือกใช้วัสดุลงมาเป็นหลักการ 5 ประการที่เปลี่ยนแปลงไม่ได้: 

หลักการที่ 1: จับคู่วัสดุกับพลาสติก

• พลาสติกมาตรฐาน → H13/SKD61
• พลาสติกที่มีฤทธิ์กัดกร่อน → สแตนเลส (S136/1.2316)
• พลาสติกที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง → DC53/ทังสเตน คาร์ไบด์
• พลาสติกที่มีอุณหภูมิสูงพิเศษ → 41CrAlMo7

หลักการที่ 2: พิจารณาปริมาณการผลิต

• ปริมาณต่ำ (<100,000 รอบ) → เกรดชุบแข็งล่วงหน้า เช่น รุ่น DH2F หรือ P20
• ระดับเสียงปานกลาง → Standard H13 พร้อมการปรับแต่ง ESR
• ปริมาณสูง (>1 ล้านรอบ) → เกรดพรีเมียมหรือแบบเคลือบ

หลักการที่ 3: การอบชุบด้วยความร้อนไม่สามารถต่อรองได้

• ส่วนประกอบของทางวิ่งร้อนทั้งหมดจะต้องได้รับการบำบัดความร้อนที่เหมาะสม:
• H13: การแบ่งเบาบรรเทาสองเท่าที่ 550-600°C
• สแตนเลส: การบำบัดความร้อนแบบสุญญากาศเพื่อป้องกันอาการแพ้
• ตรวจสอบใบรับรองความแข็งในทุกส่วนประกอบ

หลักการที่ 4: เรื่องการตกแต่งพื้นผิว

• ช่องการไหล: Ra ≤ 0.4μm ขั้นต่ำ, 0.2μm สำหรับวัสดุที่สำคัญ
• บริเวณทางเข้า: ขัดเงาตามทิศทางการไหลเพื่อลดการสึกหรอ
• ไม่มีจุดบอด: กำจัดข้อจำกัดการไหลที่ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพ

หลักการที่ 5: เชื่อใจแต่ยืนยัน

ขอใบรับรองวัสดุและรายงานการทดสอบความแข็งจากซัพพลายเออร์ของคุณเสมอ ในการใช้งานที่สำคัญ ให้ทำการตรวจสอบเฉพาะจุดด้วยตนเอง

บทสรุป 

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับเม็ดมีดและท่อร่วมของ Hot Runner Gate ไม่ใช่แค่การทำตามแผนภูมิเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างเคมีโพลีเมอร์ พลศาสตร์ทางความร้อน และการสึกหรอทางกลอีกด้วย ตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดจะรักษาสมดุลระหว่างต้นทุนเริ่มแรกกับต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ โดยพิจารณาจากเวลาหยุดทำงาน การบำรุงรักษา และคุณภาพของชิ้นส่วน

ที่ K-SHOW เราผสมผสานความเชี่ยวชาญด้านวัสดุศาสตร์มานานหลายทศวรรษเข้ากับประสบการณ์ Hot Runner ที่ใช้งานได้จริงเพื่อส่งมอบระบบที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ วงจรแล้ววงจรเล่า ไม่ว่าคุณจะหล่อบรรจุภัณฑ์สินค้าโภคภัณฑ์หรือส่วนประกอบทางวิศวกรรมที่มีอุณหภูมิสูง ทีมงานของเราสามารถแนะนำคุณเกี่ยวกับโซลูชันวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานเฉพาะของคุณได้

หากต้องการคำปรึกษาทางเทคนิคหรือเพื่อหารือเกี่ยวกับโครงการต่อไปของคุณ โปรดติดต่อทีมวิศวกรของเราวันนี้