Výběr materiálu pro dutinu a jádro
Dutina a jádro jsou součásti jádra, které jsou v přímém kontaktu s roztaveným PET a dávají předlisku jeho tvar. Pracují za podmínek vysoké teploty (270-290 stupňů) a vysokého tlaku (150-200MPa) a musí odolávat nepřetržitému odírání a tření roztaveného PET. Proto se výběr jejich materiálů musí zaměřit na odolnost proti opotřebení, leštitelnost a odolnost proti korozi.
Odolnost proti opotřebení je primárním indikátorem dutinových materiálů. Během vysokorychlostního plnění má roztavený PET silný drhnoucí účinek na povrch dutiny, zejména v blízkosti vtoku a na vyčnívajících místech, jako jsou závity předlisku, kde je opotřebení výraznější. Nedostatečná odolnost proti opotřebení povede ke snížení rozměrové přesnosti a zvýšené drsnosti povrchu dutiny, což ovlivní vzhled a rozměrovou stabilitu předlisku. Materiál dutiny proto musí mít vysokou tvrdost (obvykle větší nebo rovnou HRC45) a dobrou odolnost proti opotřebení. Mezi běžně používané materiály patří martenzitická nerezová ocel (např. S136, STAVAX) a rychlořezná ocel- práškové metalurgie (např. ASP{21}}60). S136, po tepelném zpracování, může dosáhnout tvrdosti HRC48-52 a obsahuje 13%-17% chrómu, vykazuje vynikající odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi, takže je vhodný pro běžné formy na balení potravin. ASP-60, vyrobený pomocí práškové metalurgie, se může pochlubit tvrdostí HRC60-65, přičemž wolfram, molybden a další legující prvky přesahují 20 %. Jeho odolnost proti opotřebení je 3-5krát vyšší než u S136, takže je vhodný pro vysokorychlostní, velkoobjemové výrobní formy na láhve na minerální vodu, láhve na nápoje sycené oxidem uhličitým atd.
Leštící výkon přímo ovlivňuje kvalitu povrchu předlisku. PET preformy vyžadují hladký povrch (Ra menší nebo rovný 0,01 μm), aby bylo zajištěno jednotné roztažení a estetický vzhled během následného vyfukování. To vyžaduje, aby materiál dutiny měl vynikající leštící vlastnosti a dosáhl zrcadlového lesku prostřednictvím broušení a leštění. Martenzitická nerezová ocel (jako je S136) je hlavní volbou díky své vysoké čistotě (síra, fosfor a další nečistoty menší nebo rovné 0,01 %) a jednotné mikrostruktuře, která po vyleštění dosahuje drsnosti povrchu Ra0,005 μm. Běžná uhlíková nástrojová ocel (jako je Cr12) na druhé straně obsahuje více nečistot a je obtížné ji vyleštit do vysokého lesku, takže je vhodná pouze pro průmyslové předlisky s nižšími požadavky na kvalitu povrchu. Kromě toho úprava zjemnění také ovlivňuje výkon leštění. Například řízením procesů kování a tepelného zpracování může zjemnění velikosti zrna S136 pod 5 μm snížit „efekt pomerančové kůry“ během leštění.
Odolnost proti korozi je třeba zvolit na základě vlastností PET suroviny. Při výrobě PET preforem obsahujících kyselé, alkalické nebo aditivní-látky obsahující (jako jsou antioxidanty a barviva) je povrch dutiny náchylný k chemické korozi, která vede k důlkové korozi nebo rzi, což ovlivňuje kvalitu preformy. Proto musí být vybrány materiály se silnou odolností proti korozi. Například nerezová ocel S136 s obsahem chrómu vyšším nebo rovným 13 % může tvořit hustý pasivační film oxidu chrómu s odolností proti korozi v solné mlze přesahující 1000 hodin, takže je vhodná pro výrobu PET předlisku obsahujících přísady. Pro ještě silnější korozi (jako jsou pesticidní preformy) lze použít duplexní nerezovou ocel (jako je 2205). Jeho vyšší obsah chrómu, niklu a molybdenu poskytuje vynikající odolnost proti korozi ve srovnání s běžnou martenzitickou nerezovou ocelí, ale cena je odpovídajícím způsobem vyšší.
Výběr materiálu pro šablony a konstrukční prvky
Šablony (pohyblivá šablona, pevná šablona), vodicí sloupky, vodicí pouzdra a další konstrukční prvky tvoří kostru formy, nesoucí upínací sílu, podpírající dutinu a přenášející pohyb. Jejich materiály vyžadují pečlivé zvážení pevnosti, tuhosti a obrobitelnosti, aby byla zajištěna celková stabilita formy.
Pevnost a tuhost jsou základními požadavky na materiály šablon. Během procesu upínání musí šablona vydržet tisíce kilonewtonů upínací síly. Nedostatečná pevnost povede k deformaci šablony (odchylka rovinnosti přesahující 0,01 mm/m), což má za následek nerovnoměrnou vůli při uzavírání dutiny a prasknutí na předlisku. Materiál šablony proto potřebuje mít vysokou pevnost v tahu (Větší nebo rovna 800 MPa) a modul pružnosti (Větší nebo rovný 200 GPa). Běžně používanými materiály jsou před-kalené oceli (jako jsou 718H a NAK80). 718H má po předběžné{11}}úpravě kalení tvrdost HRC30-35, pevnost v tahu přesahující 1100 MPa a dobrou prokalitelnost, takže je vhodný pro větší až 10 mm větší šablony nebo šablony NAK80 je věkem-tvrditelná plastová formovací ocel s před-kalenou tvrdostí HRC38-42, která před obráběním nevyžaduje žádné další tepelné zpracování, vykazuje minimální deformace a je vhodná pro malé až středně velké přesné šablony. Pro ultra velké formy (jako jsou předlisky se 144 dutinami) lze zvolit vysoce pevnou legovanou konstrukční ocel (jako S50C), s celkovou tuhostí zlepšenou úpravou popouštěním (tvrdost HRC28-32).
Výkon obrábění ovlivňuje náklady na výrobu forem a dobu cyklu. Šablony obvykle vyžadují vícenásobné obráběcí procesy, jako je frézování, vrtání a broušení; obrobitelnost materiálu přímo ovlivňuje efektivitu obrábění a opotřebení nástroje. Před-kalená ocel (jako je 718H) má střední tvrdost a nízký řezný odpor, což umožňuje její obrábění karbidovými nástroji. Lze dosáhnout drsnosti povrchu Ra1,6 μm, takže je vhodný pro dávkové zpracování. Vysoce-uhlíková ocel (jako je ocel 45#), i když je levnější, vyžaduje před použitím temperování, což má za následek delší cykly zpracování a tendenci vytvářet-narůstající ostří během řezání, což ovlivňuje kvalitu povrchu. Dále je třeba zvážit svařitelnost materiálu. Zatímco 718H lze opravit svařováním argonem, když se v šabloně formy objeví místní trhliny, některé vysoce legované oceli jsou náchylné k praskání po svařování, což ztěžuje opravu.
Odolnost proti opotřebení a přesnost vedení jsou rozhodující pro vodicí sloupky a pouzdra. Vodicí sloupky a pouzdra se často posouvají (30-50krát za minutu) během otevírání a zavírání formy, což vyžaduje těsné usazení (0,005-0,01 mm) a hladký pohyb. Materiál proto musí mít dobrou odolnost proti opotřebení a rozměrovou stálost. Vodicí sloupky jsou běžně vyrobeny z vysoce uhlíkaté chromové ložiskové oceli (např. SUJ2), která po kalení a popouštění dosahuje tvrdosti HRC60-62. Povrch je broušen na tloušťku pod Ra0,4 μm a vykazuje vynikající odolnost proti opotřebení. Vodicí pouzdra jsou naproti tomu vyrobena z bronzové slitiny (jako je ZCuSn10Pb1), která má samomazné vlastnosti, snižuje opotřebení vodicích sloupků a je vhodná pro aplikace bezolejového mazání. U vysokorychlostních forem (rychlost otevírání a zavírání > 500 mm/s) mohou být vodicí sloupky a pouzdra podrobeny nitridační úpravě (povrchová tvrdost HV800-1000), aby se dále zlepšila odolnost proti opotřebení a prodloužila životnost.
