Nekonvenční materiály pro výrobu forem sníží jejich cenu a zvýší produktivitu

Tlak na snížení nákladů a zkrácení dodací lhůty vyvolává nová řešení i při výrobě forem. Při rozboru časů, které nejvíce negativně ovlivňují cenu i produktivitu formy, se dochází k jednoznačnému zjištění, že cena formy je ovlivněna především náklady na opracování dutiny a její produktivita pak časem, kdy je nutno čekat na takové snížení teploty výlisku, aby jej bylo možno bez poškození z formy vyjmout. Opracování vysokopevnostních ocelí, které je nutno kvůli snížení vlivu abrase ještě tepelně zpracovat, je obtížné. Ne vždy je možno použít optimální řezné podmínky, jsou problémy s opracováním miniaturních struktur i s docílením požadované jakosti povrchu. Nízká tepelná vodivost oceli – zhruba 20 – 30 W/m?C - způsobuje dlouhé časy ochlazování a snižuje tak počet výlisků, které je možno vyrobit za jednotku času. Standardní slitiny hliníku se sice dají velmi dobře opracovat, mají podstatně vyšší tepelnou vodivost, avšak nevyhovuje jejich pevnost a nedodávají se v požadovaných tloušťkách. Řezné rychlosti, používané při opracování lehkých slitin, jsou však řádově 10krát vyšší proti řezným rychlostem, používaných při opracování ocelí; pokud je pro dokončení potřeba ještě opraco-vat nějaký drobný detail elektrojiskrově, i zde jsou úběry zhruba trojnásobné proti oceli. Výsledkem je potom zhruba 20 – 40% snížení nákladů na výrobu formy, dané především snížením času opracování proti formě ocelové a kratší dodací lhůta formy. Pro informaci lze uvést grafickou závislost mezi časem tc ochlazování výlisku a teplotou stěny formy T w, resp. teplotou taveniny Tpl . Tepelná vodivost materiálu formy, která je rozhodující pro délku výrobního cyklu formy, je u lehkých slitin řádově pětkrát vyšší a tedy v důsledku snížení ochlazovacího času o 20 – 50 % se dosahuje odpovídající zvýšení produktivity práce. Snaha odstranit negativní vlastnosti hliníkových slitin a tak otevřít dveře k jejich širšímu používání byl důvod hledání takových slitin lehkých kovů a technologie jejich zpracování, aby náročné požadavky výrobců forem byly splněny. Není náhoda, že uspěla firma ALCAN ATI (Aerospace, Transportation Industry) s napojením na letecký a automobilový průmysl a také není náhoda, že dosažené výsledky byly realizací výzkumně vývojového úkolu, který byl financován Rámcovým programem EU a řešen konsorciem firem, kde se sešli zástupci leteckého a automobilového průmyslu, všeobecného strojírenství i vysokých škol. Výsledkem úkolu jsou vysoce výkonné hliníkové slitiny pro použití ve výrobě forem, které mají mechanické vlastnosti porovnatelné s uhlíkovými a zlepšenými ocelemi (mez kluzu v tloušťce 100 m až 600 MPa při dodávkách materiálu ve větších tloušťách pevnost velmi mírně klesá), je vyřešeno PVD povlakování dutiny tak, aby povlaky měly vynikající adhezi k podkladovému materiálu, velmi vysokou mikrotvrdost a schopnost přispět ke snadnému vyjímání výlisků. Tepelná vodivost dle druhu se pohybuje v rozmezí 120 – 155 W/m °C. Technologie výroby těchto speciálních hliníkových slitin zahrnuje i postupy, umožňující jejich dodávku v blocích o tloušťe až 700 mm a je vyřešena i možnost opravy bloku svářením u odběratele. V současné době se spektrum vysoce výkonných hliníkových slitin pro výrobu forem, dodávaných (nejen) firmou ALCAN ATI trvale rozšiřuje; podmínkou jejich úspěšného použití je však konzultace s dodavatelem nebo důsledné použití manuálu „Alumold Calc mould design software“. Pro dosažení pozitivních efektů z použití progresivních hliníkových slitin je nutno brát ohled na řadu parametrů celého procesu, jako je např. provozní teplota a tlak, velikost výlisku, druh a složení plastické hmoty, sériovost, nebezpečí koroze, složitost formy a řadu dalších; jen tak lze vybrat optimální slitinu a doporučit tepelné zpracování a vhodný PVD povlak. Nekonvenční materiál jiného druhu je polykarbonát, používaný pro výrobu hybridních forem na vyfukované dílce, jako jsou lahve, plastové kontejnery apod. Hybridní formou se v tomto případě rozumí kovová forma s polykarbonátovou vložkou, která vyfukovanému dílci dá konečný tvar. Polykarbonátová vložka se vyrobí metodou FDM (fúzní depozice), která patří do rodiny technologií Rapid prototyping a kterou pro tento účel vyvinula firma STRATASYS. Dle účelu použití může být metodou FDM vyrobena celá forma nebo pouze vložka do hliníkového rámu formy. Vložka může mít standardizované rozměry a lze ji proto snadno vyměnit. Tak lze nejen zhotovit prototyp výlisku levně a ve velmi krátké době – do pěti dnů - ale je možno ekonomicky provádět změny běžně vyráběných výlisků či ekonomicky vyrábět menší série v rozsahu stovek až tisíce kusů. Porozita polykarbonátové vložky na jedné straně nedovolí vyrábět dílce s vysokým leskem, jak je běžné u forem standardních, ale na druhé straně opět zjednodušuje a zlevňuje výrobu takové formy. V případech, kdy nedostatečný lesk výlisku by byl na závadu, lze tento nedostatek v některých případech vyrovnat použitím plastu neprůhledného, který tuto vadu alespoň částečně zakryje. Petr Borovan