molde de acero

¿Qué es el acero para moldes?

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    El mercado mundial de la industria de moldes rondará los 285.5 millones de dólares en 2024. Se ha convertido en una industria muy grande y, en esta enorme industria, el desarrollo de los materiales utilizados para fabricar moldes y matrices también se está diversificando cada vez más.

    Los factores que afectan la vida útil del molde, además de la estructura de diseño principal, el proceso de formación y fabricación, el proceso de tratamiento térmico y el fortalecimiento de la superficie, la lubricación y el uso de mantenimiento, y la selección de los materiales del molde, tienen una gran relación.

    Según las estadísticas de la encuesta, muchos factores provocan fallas en los moldes, y los materiales de moldeo inadecuados y el tratamiento térmico representan aproximadamente el 70 % de las fallas. Esto demuestra que los materiales de moldeo y el tratamiento térmico adecuados son importantes para mejorar la vida útil del molde.

    Para permitirle comprender este conocimiento, abandonamos la terminología profesional, los gráficos desafiantes para comprender, para introducirnos en un lenguaje simple y fácil de entender.

    En primer lugar, la industria clasifica los materiales de los moldes en acero para herramientas de trabajo en frío, acero para herramientas de trabajo en caliente y acero para moldes de plástico.

    molde de acero
    molde de acero

    Herramienta de trabajo en frío de acero

    En la actualidad, los aceros para matrices de trabajo en frío comúnmente utilizados incluyen acero para herramientas de baja aleación CIMn, C2Mo, acero para herramientas con alto contenido de carbono C2, acero para herramientas con alto contenido de cromo y otros materiales.

    El acero CIMn tiene una templabilidad y resistencia al desgaste adecuadas, y la distorsión del tratamiento térmico es pequeña, pero el forjado después de la necesidad de controlar estrictamente la velocidad en frío hace que sea fácil formar un carburo reticulado, lo que resulta en el uso del molde en el astillado y el agrietamiento.

    El acero para herramientas con alto contenido de carbono y cromo tiene una alta resistencia al desgaste. Sin embargo, la segregación de carburo se vuelve más grave, especialmente con tamaños de especificación grandes, ya que el efecto de recalcado y tracción repetidos es limitado, lo que provoca direccionalidad de deformación y una disminución de la tenacidad.

    En comparación con el acero C12Mo, el acero para herramientas D2 (Cr2MoV1), con alto contenido de carbono y cromo , reduce ligeramente la segregación de carburos, mejora la resistencia y la tenacidad, y aumenta la vida útil del molde en diversos grados.

    El acero de alta velocidad ofrece mayor resistencia al desgaste y fuerza y ​​sirve como material común en la fabricación de moldes, pero su tenacidad no alcanza a satisfacer las demandas de moldes complejos, grandes y sometidos a cargas de impacto.

    Las características incluyen:

    Alta dureza: después del tratamiento de endurecimiento, el acero para matrices de trabajo en frío puede alcanzar un alto nivel de dureza, generalmente alrededor de 60-65 HRC.

    Buena resistencia al desgaste: adecuado para trabajos de corte y estampación, etc., y capaz de mantener una larga vida útil en condiciones de alta fricción.

    Alta resistencia a la compresión: puede soportar mayor presión y es adecuado para su uso en moldes para trabajos pesados.

    Tenacidad y resistencia al agrietamiento: Aunque la dureza es alta, mantiene la tenacidad hasta cierto punto y puede soportar cargas de impacto.

    Se divide específicamente en los siguientes tipos:

    1. Acero para matrices de trabajo en frío de baja aleación

    Las principales características del acero para matrices de trabajo en frío de baja aleación son buena mano de obra, baja temperatura de temple, pequeña distorsión del tratamiento térmico, excelente resistencia y tenacidad y adecuada resistencia al desgaste.

    La adición de cromo o manganeso al acero puede mejorar la templabilidad y hacer que el acero en el temple y revenido a baja temperatura retenga cierta cantidad de austenita residual, reduciendo la distorsión; la adición de silicio o níquel puede mejorar la tenacidad de la matriz y mejorar la resistencia al revenido.

    La adición de molibdeno o vanadio puede refinar el grano con la misma dureza y mayor tenacidad que aceros similares.

    Por ejemplo, la distorsión tratada térmicamente del acero GD (acero 6CMnNMoVSi) es pequeña, adecuada para producir fracturas por astillado fáciles de producir en la matriz de estampado en frío y tiene una larga vida útil.

    El acero DS es un acero para matrices de trabajo en frío resistente al impacto y de alta tenacidad que se utiliza principalmente para fabricar moldes de corte, estampado y punzonado resistentes al impacto; su vida útil es significativamente mejor que la de otros materiales de inserción de alta tenacidad.

    Aplicación: adecuado para producir matrices de punzonado en frío, cizallamiento resistente al impacto, punzonado y moldes de punzonado, la vida útil es significativamente mejor que otros materiales de inserción de alta tenacidad.

    2. Acero endurecido a la llama

    Las líneas de producción automotriz utilizan principalmente acero templado a la llama para piezas de molde debido a su amplia gama de temperaturas de temple, buena templabilidad, fuerte tenacidad y resistencia al desgaste.

    o extinción mediante llama, precaliente la superficie de corte del borde del molde a 180–200 ℃, luego caliéntela a 900–1000 ℃ usando una pistola rociadora.

    Después del temple, la dureza puede alcanzar más de 60 HRC, formando una capa endurecida de más de 1.5 mm. La distorsión es generalmente de solo 0.02% a 0.05%.

    La matriz de alta tenacidad debajo de la capa endurecida proporciona un soporte fuerte para que el borde del molde no se agriete ni se astille fácilmente y pueda extender significativamente la vida útil del molde.

    Aplicación: Se utiliza principalmente en piezas de moldes de líneas de producción de automóviles para prolongar la vida útil del molde y reducir el agrietamiento y astillado de los bordes.

    3. Aceros de matriz

    Los aceros de matriz son una clase de aceros con la misma composición química que la matriz en la organización templada de HSS.

    El contenido de carbono de este tipo de acero es ligeramente superior al de la matriz para aumentar la cantidad de carburo primario y mejorar la resistencia al desgaste al tiempo que se agrega una pequeña cantidad de elementos fuertes formadores de carburo (como niobio o titanio) para mejorar el rendimiento del proceso del acero.

    Los fabricantes utilizan ampliamente el acero matriz en extrusión en frío, punzonado en frío de placas gruesas, estampación en frío y otros moldes. Es especialmente adecuado para fabricar moldes grandes y complejos y moldes para materiales difíciles de deformar.

    Aplicación: Ampliamente utilizado en extrusión en frío, punzonado en frío de placas gruesas, estampado en frío y otros moldes, adecuado para fabricar moldes grandes y complejos y moldes de materiales difíciles de deformar.

    4. Acero para matrices de trabajo en frío resistente al desgaste y con mayor tenacidad.

    Para mejorar la segregación de carburo del acero para matrices de trabajo en frío C12 y mejorar aún más la resistencia al desgaste del acero, los campos relevantes desarrollaron una variedad de acero nuevo, como el acero ID, el acero ER5 y el acero GM.

    Estos aceros, a través de la reducción adecuada del contenido de cromo, aumentan el contenido de tungsteno, molibdeno y vanadio para mejorar la capacidad de endurecimiento secundario y la resistencia al desgaste.

    En comparación con los aceros para matrices de trabajo en frío de tipo C12 convencionales, estos tienen una segregación de carburo, una tenacidad y una resistencia al desgaste mejoradas. Son especialmente adecuados para máquinas de punzonado de alta velocidad y aplicaciones de máquinas de punzonado de varias estaciones.

    Aplicación: Especialmente adecuado para punzonadoras de alta velocidad y punzonadoras multiestación.

    5. Acero para matrices de trabajo en frío de alta resistencia al desgaste para pulvimetalurgia

    El desarrollo de la tecnología de pulvimetalurgia y la aplicación del prensado isostático en caliente (HIP) han hecho posible la producción y el uso de acero de alta velocidad obtenido mediante pulvimetalurgia.

    Este acero tiene una fuerte tenacidad, capacidad de molienda e isotropía; su procesabilidad por tratamiento térmico es mejor que la del acero de alta velocidad general y tiene una larga vida útil.

    A través del proceso de pulvimetalurgia, también es posible producir acero para matrices de trabajo en frío con alto contenido de carbono, alto contenido de vanadio y alta resistencia al desgaste, que es difícil de fabricar con métodos tradicionales.

    Aplicación: Adecuado para producir acero para matrices de trabajo en frío con alto contenido de carbono, alto contenido de vanadio y alta resistencia al desgaste, el método tradicional dificulta la fabricación de moldes especiales.

    corte de acero para moldes
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    Acero para moldes de trabajo en caliente

    Los aceros para matrices de trabajo en caliente más utilizados incluyen el acero 5CMnMa5CNMo y el acero 3C2W8V.

    El acero 5CMmMo se utiliza para moldes de forja de tamaño pequeño y mediano, y el acero 5CNMo se utiliza principalmente para moldes de tamaño grande y mediano.

    Sin embargo, la templabilidad y la estabilidad del revenido del acero 5CNMo no son lo suficientemente altas y su rendimiento no puede satisfacer la demanda de moldes de forja de sección transversal grande.

    El acero 3C2W8V se usa ampliamente en extrusión en caliente de metales ferrosos y no ferrosos y en matrices de fundición a presión de aleaciones CAI.

    Este acero tiene una alta estabilidad térmica y puede utilizarse hasta 650 °C, pero su conductividad térmica es baja y su fatiga en frío y en caliente es deficiente.

    El acero H13 tiene buena fatiga en caliente y en frío, la temperatura de uso no supera los 600 ℃ y puede reemplazar al acero 3C2W8V; la vida útil del molde se ha mejorado significativamente, por lo que el acero H13 se ha popularizado rápidamente.

    Para cumplir con el nuevo proceso de procesamiento de presión y el último equipo en el acero de matriz en la tenacidad y estabilidad térmica de los requisitos más altos.

    1. Acero para matrices de forja en caliente

    El acero 5CNMo es un acero para matrices de forja en caliente de uso común, pero su templabilidad no puede satisfacer las necesidades de matrices de forja de martillo de sección transversal grande. Cuando el tamaño de la sección transversal es mayor a 300 mm, la dureza del núcleo hace que sea difícil cumplir con los requisitos de una temperatura que no exceda los 500 ℃.

    El acero 5CNM se usa ampliamente para el acero de matriz de forja, 55CNMoV6 es un grado de acero alemán, estos aceros CNiMo contienen una pequeña cantidad de V se pueden endurecer por completo en una sección transversal de 400 mm × 400 mm, la estabilidad del revenido es 100 ℃ más alta que 5CNMo, se usa para una sección transversal grande de una matriz de forja en caliente cuando la vida útil de la matriz es mayor que el acero 5CNMo.

    En comparación con el acero 5CÃNMoVSi, el acero 5CÃNMoVSi tiene un contenido de carbono ligeramente inferior, un mayor contenido de Cr y Mo, y se le ha añadido la cantidad adecuada de V y Si para que tenga una alta templabilidad. Después del templado, es posible mantener la misma dureza en la superficie y en el núcleo en una sección de 500 mm x 500 mm.

    Durante el revenido, el acero sufre un endurecimiento secundario debido a la precipitación de carburos de tipo M2C y MC. Estos aceros mejorados ofrecen ventajas significativas en cuanto a resistencia y tenacidad a altas temperaturas, y su vida útil se incrementa en un factor de 0.5 a 1.5 en comparación con los aceros anteriores.

    Aplicaciones

    – Acero 5CNMo: se utiliza habitualmente en matrices de forja en caliente, pero para matrices de sección transversal pequeña, la temperatura aplicable no supera los 500 ℃. Es más adecuado para moldes de forja en caliente de sección transversal pequeña.

    – Acero 5CNMoV6: adecuado para matrices de forja en caliente de sección transversal grande (superior a 300 mm), se puede endurecer completamente en secciones transversales de 400 mm × 400 mm, mayor estabilidad de templado, adecuado para los mayores requisitos de los moldes de forja en caliente, mayor vida útil.

    – Acero 5CNMoVSi: alta templabilidad y significativa resistencia y tenacidad a altas temperaturas, la vida útil es 1.5 veces mayor que la del acero tradicional, adecuado para moldes que requieren alta resistencia y tenacidad.

    2. Acero para matrices de extrusión en caliente

    H13 se ha utilizado ampliamente en acero para matrices de trabajo en caliente, en el que la temperatura no supera los 600 ℃, y muestra un buen rendimiento de fatiga en caliente y frío para matrices de extrusión en caliente y matrices de fundición a presión de aleación de aluminio con alta vida útil.

    Para mejorar su efecto dimensional, algunos de los métodos de refinación del horno, recocido de difusión a alta temperatura, proceso de forjado isotrópico y otros como la refundición de escoria eléctrica.

    El acero 3C3Mo3V es un acero para troqueles de trabajo en caliente de molibdeno con un rendimiento entre el cromo y el tungsteno. Al optimizar la proporción de elementos de aleación, muchos aceros nuevos para troqueles de trabajo en caliente tienen un rendimiento de fatiga en caliente y en frío y a alta temperatura.

    En los últimos años, se han desarrollado nuevos grados, como los aceros QR080M y QR090M, que destacan por su resistencia al desgaste a alta temperatura y su rendimiento general.

    Aplicaciones

    – Acero H13: Ampliamente utilizado en matrices de extrusión en caliente y matrices de fundición a presión de aleaciones de aluminio, adecuado para su uso en entornos con temperaturas de hasta 600 °C. Presenta excelentes propiedades de fatiga en caliente y en frío y tiene una larga vida útil.

    – Acero 3C3Mo3V: adecuado para moldes de trabajo en caliente, rendimiento entre el cromo y el tungsteno, con mejor rendimiento a alta temperatura y fatiga en caliente y frío, adecuado para moldes utilizados en condiciones de operación de alta temperatura.

    – Aceros QR080M y QR090M: aceros de nuevo desarrollo especialmente adecuados para moldes de extrusión en caliente con desgaste a alta temperatura y requisitos de rendimiento integrales, excelente resistencia a altas temperaturas y rendimiento completo.

    3. Aceros endurecidos por precipitación

    La característica del acero para troqueles de trabajo en caliente endurecido por precipitación es que el troquel se mecaniza después del temple y el revenido a baja temperatura. En este momento, la dureza es de aproximadamente 40HRC y se utiliza directamente después del mecanizado.

    La superficie del molde se debe a la precipitación de carburo por calor, lo que da como resultado un endurecimiento secundario, una dureza de hasta 48HRC, mientras que el corazón mantiene una alta tenacidad.

    Este acero no presenta problemas de distorsión y descarburación por oxidación superficial después del tratamiento térmico, por lo que es especialmente adecuado para la fabricación de moldes de alta resistencia.

    Aplicaciones

    – Adecuado para moldes de alta resistencia, después del temple y revenido a baja temperatura, la dureza alcanza los 40HRC y se puede utilizar directamente después del mecanizado.

    La superficie del molde se debe a la precipitación de carburo por calor, la formación del segundo endurecimiento y la dureza de hasta 48HRC para mantener una alta tenacidad.

    Molde de plástico de acero

    El moldeo de plástico con moldes en la industria del molde ocupa una posición importante en términos de valor de salida.

    El rendimiento del acero para moldes tiene principalmente los siguientes criterios basados ​​en las variedades de plástico.

    Estos incluyen propiedades mecánicas integrales, buena resistencia al desgaste y excelente rendimiento de corte.

    Otros criterios incluyen el rendimiento de pulido, el rendimiento de fotograbado de patrones, la resistencia a la corrosión y el rendimiento de la soldadura.

    El marco del molde de plástico y los requisitos de rendimiento técnico no son altos para los moldes de cavidad.

    Generalmente se utilizan aceros con contenido medio de carbono, como S50C y S55C.

    Este tipo de acero se encuentra en estado normalizado con una dureza de 180-220 HB.

    Debido a la baja dureza, poca resistencia y bajo acabado superficial, este tipo de acero tiene una vida útil del molde baja y la calidad de los productos plásticos es mala.

    Es necesario utilizar acero para moldes de plástico especial para requisitos de alto rendimiento técnico y un molde de cavidad de larga vida útil.

    En los últimos años, gracias al avance de la tecnología, se han desarrollado muchos moldes de plástico nuevos.

    1. Acero para moldes de plástico preendurecido

    Se agrega acero para moldes de plástico preendurecido a la composición base agregando cantidades adecuadas de Cr, Mn, Ni, Mo, V y otros elementos.

    Generalmente, el tratamiento térmico se utiliza para ajustar la dureza a los requisitos directamente para el uso en la fabricación de moldes.

    Algunas composiciones químicas típicas del acero incluyen acero P20, su temperatura de temple de 830870-550600 ℃, temperatura de revenido de 30-35 ℃ y dureza de XNUMX ~ XNUMX HRC.

    El acero P20 es un acero para moldes de plástico preendurecido ampliamente utilizado y adecuado para fabricar moldes de diferentes tamaños.

    Un acero modificado similar, como el acero 718, tiene mayor templabilidad.

    También tiene una dureza uniforme y consistente después del templado, lo que lo hace adecuado para la fabricación de moldes de sección transversal grande.

    Aplicación:

    – Acero P20: ampliamente utilizado en la producción de moldes de plástico de diferentes tamaños, con dureza moderada y buen rendimiento de procesamiento.

    Adecuado para moldes de inyección de plástico convencionales.

    Dureza de 3035 HRC, temperatura de revenido 550600-XNUMX ℃, adecuado para la fabricación de moldes estándar.

    – Acero 718: con mayor templabilidad, adecuado para realizar moldes de plástico de gran sección transversal.

    Después del templado, la dureza es uniforme y consistente, lo que garantiza la resistencia y la vida útil de los moldes grandes.

    2. Molde de acero para plástico preendurecido de fácil corte

    Para mejorar el rendimiento de corte del acero para moldes de plástico preendurecido, se puede agregar a los elementos de corte libre.

    Estos aceros tienen un buen rendimiento en cuanto a rendimiento de corte.

    Sin embargo, el rendimiento de los moldes de sección transversal grande está algo limitado por los sulfuros que aumentan la anisotropía.

    Los aceros tratados con calcio mejoran la distribución de sulfuros y alivian este problema hasta cierto punto.

    Algunos aceros compuestos de fácil mecanización, como el 5NSCa, se han optimizado para sus propiedades de corte.
     
    También se benefician de la anisotropía utilizando tecnología de corte libre compuesto y metalurgia a chorro.

    Aplicaciones:

    – Los aceros de las series S y SSe tienen un buen rendimiento de corte.

    Son adecuados para moldes de plástico que requieren una alta precisión de mecanizado.

    Sin embargo, los moldes con secciones transversales grandes pueden verse algo afectados.

    – Acero 5NSCa: La tecnología compuesta de fácil mecanizado optimiza el rendimiento de corte y la anisotropía.

    Es adecuado para moldes que requieren alta eficiencia de corte y excelente rendimiento de mecanizado.

    3. Acero para moldes de plástico no templado

    El acero para moldes de plástico no templado no requiere tratamiento de templado.

    Puede alcanzar el estado preendurecido mediante forjado y laminado, acortando el ciclo de producción y reduciendo costos.

    Por ejemplo, acero bainítico de boro y manganeso con contenido medio de carbono enfriado por aire mediante la adición de elementos de corte libre SCa para mejorar el rendimiento de corte.

    Controlando la composición química del acero, se puede lograr una dureza uniforme en secciones grandes.

    Aplicación:

    – Los aceros bainíticos de manganeso-boro con contenido medio de carbono refrigerados por aire mejoran las propiedades de corte al agregar un elemento de corte libre (por ejemplo, SCa).

    Son adecuados para la fabricación de moldes de plástico que requieren un estado preendurecido con un ciclo de producción corto.

    – Adecuado para moldes de gran sección transversal, con dureza uniforme y buena maquinabilidad.

    4. Acero endurecido por envejecimiento

    El acero endurecido por envejecimiento se divide en acero envejecido martensítico y acero envejecido con bajo contenido de níquel.

    Entre ellos, el acero envejecido con bajo contenido de níquel es más rentable.

    Este tipo de acero puede alcanzar una alta dureza y propiedades mecánicas integrales mediante un proceso de tratamiento térmico adecuado.

    Es adecuado para fabricar moldes de productos plásticos transparentes y de alta precisión.

    Aplicación:

    – El acero martensítico y el acero de bajo contenido de níquel son adecuados para la fabricación de moldes de alta precisión y transparentes para productos plásticos.

    Ofrecen alta dureza y amplias propiedades mecánicas.

    El acero envejecido con bajo contenido de níquel es rentable.

    5. Acero para moldes de plástico resistente a la corrosión.

    Los moldes de plástico en el procesamiento de plástico resistente a la corrosión química necesitan acero resistente a la corrosión con resistencia a la corrosión, como 4C13, 9C18 y 17-4PH.

    El acero inoxidable es un acero resistente a la corrosión que se puede utilizar mediante el tratamiento adecuado para garantizar la resistencia a la corrosión y una buena maquinabilidad.

    Por ejemplo, GS-083S y 168S son algunos aceros para moldes de plástico resistentes a la corrosión típicos.

    Aplicaciones:

    – Aceros 4C13, 9C18 y 17-4PH: Adecuados para el mecanizado de moldes para plásticos químicamente corrosivos con buena resistencia a la corrosión, adecuados para moldes de plástico utilizados en entornos químicos.

    – GS-083S y 168S: El acero inoxidable típico para moldes de plástico resistente a la corrosión garantiza la resistencia a la corrosión después del tratamiento.

    También ofrece un mejor rendimiento de corte y mecanizado, lo que lo hace adecuado para los requisitos de moldes resistentes a la corrosión.

    6. Molde de plástico de extrusión en frío de acero

    El método de moldeo por extrusión en frío se utiliza debido a su alta eficiencia de producción, moldes de alta precisión y buen acabado superficial.

    También se utiliza ampliamente en la fabricación de moldes de plástico con cavidades complejas.

    Los tipos de acero aplicables incluyen hierro puro industrial, acero con bajo contenido de carbono, etc.

    Estos aceros requieren baja dureza y generalmente requieren un tratamiento de carburación después del moldeo por extrusión en frío para mejorar la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste.

    Aplicación:

    – Hierro puro industrial y acero con bajo contenido de carbono:

    Adecuado para el moldeo por extrusión en frío de moldes de plástico;

    El moldeo por extrusión en frío generalmente necesita carburarse para mejorar la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste después del moldeo, lo cual es ideal para la fabricación de moldes de cavidad compleja.

    Conclusión

    En resumen, el desarrollo del campo de los materiales proporciona diversas opciones de optimización del rendimiento, como dureza, rendimiento de corte, resistencia a la corrosión, etc.

    La selección del acero para moldes de plástico adecuado requiere una consideración exhaustiva del tamaño del molde, el entorno de trabajo, los requisitos de procesamiento, el costo y la vida útil esperada.

    En este sentido, RuiYi cuenta con ingenieros profesionales que brindan asesoramiento profesional para maximizar la satisfacción del cliente.

    Preguntas Frecuentes

    Algunos ejemplos son P20, H13, S7 y D2. Estos varían en propiedades como dureza, resistencia térmica y maquinabilidad, lo que los hace adecuados para diferentes aplicaciones.

    El acero modelo se utiliza en moldes de inyección, moldes de soplado, moldes de fundición a presión, matrices de estampación y matrices de extrusión.

    • Alta tenacidad y resistencia al desgaste.
    • Excelente maquinabilidad para detalles precisos.
    • Resistencia al calor y fatiga térmica.
    • Estabilidad dimensional bajo tensión.

    El acero modelo está específicamente aleado y tratado térmicamente para mejorar propiedades como tenacidad, dureza y resistencia a la deformación, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de herramientas.

    El acero preendurecido tiene un nivel de dureza específico adecuado para la fabricación de moldes, lo que elimina la necesidad de un tratamiento térmico posterior al mecanizado. Algunos ejemplos son el acero P20 y el 718.

    La selección depende de factores como el tipo de molde, el volumen de producción, el material a moldear, la dureza requerida y la resistencia térmica.

    El acero para modelismo puede ser difícil de mecanizar debido a su dureza. Para lograr resultados precisos, es esencial contar con herramientas, velocidades de corte y sistemas de enfriamiento adecuados.

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