Odabir materijala za šupljinu i jezgru
Šupljina i jezgra su komponente jezgre koje izravno dolaze u kontakt s rastaljenim PET-om i daju oblik predformi. Rade pod uvjetima visoke temperature (270-290 stupnjeva) i visokog tlaka (150-200 MPa) i moraju izdržati kontinuirano struganje i trenje rastaljenog PET-a. Stoga se odabir njihovih materijala mora usredotočiti na otpornost na habanje, mogućnost poliranja i otpornost na koroziju.
Otpornost na trošenje primarni je pokazatelj materijala za šupljine. Tijekom-brzinskog punjenja rastaljeni PET ima jak učinak struganja na površini šupljine, posebno u blizini vrata i na izbočenim područjima kao što su navoji predforme, gdje je trošenje izraženije. Nedovoljna otpornost na habanje dovest će do smanjene točnosti dimenzija i povećane hrapavosti površine šupljine, što će utjecati na izgled i stabilnost dimenzija predsklopa. Stoga materijal šupljine mora imati visoku tvrdoću (obično veću ili jednaku HRC45) i dobru otpornost na trošenje. Uobičajeno korišteni materijali uključuju martenzitni nehrđajući čelik (kao što je S136, STAVAX) i brzorezni čelik dobiven metalurgijom praha (kao što je ASP-60). S136, nakon toplinske obrade, može doseći tvrdoću od HRC48-52 i sadrži 13%-17% kroma, pokazujući izvrsnu otpornost na habanje i koroziju, što ga čini prikladnim za opće predformirane kalupe za pakiranje hrane. ASP-60, proizveden korištenjem metalurgije praha, ima tvrdoću od HRC60-65, s volframom, molibdenom i drugim legirajućim elementima većim od 20%. Njegova otpornost na habanje je 3-5 puta veća od otpornosti na habanje S136, što ga čini prikladnim za velike brzine i velike količine proizvodnih kalupa za boce mineralne vode, boce za gazirana pića, itd.
Učinkovitost poliranja izravno utječe na kvalitetu površine predoblika. PET predforme zahtijevaju glatku površinu (Ra manje od ili jednako 0,01 μm) kako bi se osiguralo ravnomjerno istezanje i estetski izgled tijekom naknadnog oblikovanja puhanjem. Ovo zahtijeva da materijal za šupljine ima izvrsna svojstva poliranja, postižući zrcalni završetak kroz brušenje i poliranje. Martenzitni nehrđajući čelik (kao što je S136) glavni je izbor zbog svoje visoke čistoće (sumpor, fosfor i druge nečistoće manje ili jednake 0,01%) i ujednačene mikrostrukture, čime se postiže površinska hrapavost od Ra0,005μm nakon poliranja. Obični ugljični alatni čelik (kao što je Cr12), s druge strane, sadrži više nečistoća i teško ga je polirati do visoke razine sjaja, što ga čini prikladnim samo za industrijske preformirane kalupe s nižim zahtjevima za kvalitetu površine. Nadalje, tretman za pročišćavanje zrna također utječe na učinak poliranja. Na primjer, kontroliranjem procesa kovanja i toplinske obrade, rafiniranje veličine zrna S136 na ispod 5 μm može smanjiti "efekt narančine kore" tijekom poliranja.
Otpornost na koroziju treba odabrati na temelju karakteristika PET sirovina. Prilikom proizvodnje PET predformi koje sadrže kisele, alkalne ili tvari koje-sadrže aditive (kao što su antioksidansi i bojila), površina šupljine je osjetljiva na kemijsku koroziju, što dovodi do rupičaste korozije ili hrđe, što utječe na kvalitetu predforme. Stoga se moraju odabrati materijali s visokom otpornošću na koroziju. Na primjer, nehrđajući čelik S136 sa sadržajem kroma većim od ili jednakim 13% može formirati gusti pasivacijski film krom oksida, s otpornošću na koroziju od slanog spreja preko 1000 sati, što ga čini prikladnim za proizvodnju PET preformi koje sadrže aditive. Za još jaču koroziju (kao što su predforme pesticida), može se koristiti dvostruki nehrđajući čelik (kao što je 2205). Njegov viši sadržaj kroma, nikla i molibdena pruža superiornu otpornost na koroziju u usporedbi s običnim martenzitnim nehrđajućim čelikom, ali je cijena u skladu s tim veća.
Odabir materijala za predloške i strukturne komponente
Predlošci (pokretni predložak, fiksni predložak), vodeći stupovi, vodeći rukavci i druge strukturne komponente čine kostur kalupa, noseći silu stezanja, podupirući šupljinu i prenoseći kretanje. Njihovi materijali zahtijevaju pažljivo razmatranje čvrstoće, krutosti i obradivosti kako bi se osigurala ukupna stabilnost kalupa.
Čvrstoća i krutost osnovni su zahtjevi za materijale šablona. Tijekom procesa stezanja šablona mora izdržati tisuće kilonewtona sile stezanja. Nedovoljna čvrstoća će dovesti do deformacije predloška (odstupanje od ravnosti veće od 0,01 mm/m), što će rezultirati neravnomjernim zazorom zatvaranja šupljine i bljeskom na predformi. Stoga materijal šablone mora imati visoku vlačnu čvrstoću (veću ili jednaku 800MPa) i modul elastičnosti (veću ili jednaku 200GPa). Uobičajeno korišteni materijali su pred-očvrsnuti čelici (kao što su 718H i NAK80). 718H, nakon obrade pred-kaljenja, ima tvrdoću od HRC30-35, vlačnu čvrstoću veću od 1100 MPa i dobru kaljivost, što ga čini prikladnim za velike predloške (veličine veće od ili jednake 1500 mm). NAK80 je-kaljeni plastični čelik za kalupe s prethodno-kaljenom tvrdoćom od HRC38-42, koji ne zahtijeva daljnju toplinsku obradu prije strojne obrade, pokazuje minimalnu deformaciju i prikladan je za male do srednje-precizne predloške. Za ultra velike kalupe (kao što su kalupi za predforme sa 144 šupljine), može se odabrati konstrukcijski čelik visoke čvrstoće (kao što je S50C), s ukupnom krutošću poboljšanom postupkom kaljenja (tvrdoća HRC28-32).
Učinak strojne obrade utječe na troškove proizvodnje kalupa i vrijeme ciklusa. Predlošci obično zahtijevaju višestruke procese obrade kao što su glodanje, bušenje i brušenje; obradivost materijala izravno utječe na učinkovitost obrade i trošenje alata. Prethodno{2}}kaljeni čelik (kao što je 718H) ima umjerenu tvrdoću i mali otpor rezanju, što mu omogućuje strojnu obradu s alatima od tvrdog metala. Može se postići hrapavost površine od Ra1,6 μm, što ga čini prikladnim za serijsku obradu. Visoko{7}}ugljični čelik (kao što je 45# čelik), iako je jeftiniji, zahtijeva kaljenje prije upotrebe, što rezultira duljim ciklusima obrade i tendencijom stvaranja izgrađenih-ivica tijekom rezanja, što utječe na kvalitetu površine. Nadalje, mora se uzeti u obzir zavarljivost materijala. Dok se 718H može popraviti zavarivanjem argonom kada se pojave lokalne pukotine u šabloni kalupa, neki visoko-legirani čelici skloni su pucanju nakon zavarivanja, što otežava popravak.
Otpornost na habanje i točnost vođenja ključni su za vodeće stupove i čahure. Vodilice i čahure često klize (30-50 puta u minuti) tijekom otvaranja i zatvaranja kalupa, zahtijevajući čvrsto prianjanje (0,005-0,01 mm) i glatko kretanje. Stoga materijal mora imati dobru otpornost na trošenje i dimenzijsku stabilnost. Vodilice su obično izrađene od visoko-čelika koji sadrži ugljični krom (kao što je SUJ2), koji nakon kaljenja i popuštanja postiže tvrdoću od HRC60-62. Površina je brušena do debljine ispod Ra0,4 μm, pokazujući izvrsnu otpornost na habanje. S druge strane, čahure vodilice izrađene su od brončane legure (kao što je ZCuSn10Pb1), koja ima svojstva samopodmazivanja, smanjujući trošenje stupova vodilice i čineći je prikladnom za podmazivanje bez ulja. Za kalupe velike brzine (brzine otvaranja i zatvaranja > 500 mm/s), stupovi vodilica i čahure mogu biti podvrgnuti nitriranju (površinska tvrdoća HV800-1000) kako bi se dodatno poboljšala otpornost na habanje i produžio vijek trajanja.
