Le marché mondial de l'industrie des moules atteindra environ 285.5 milliards de dollars en 2024. Il est devenu une très grande industrie, et dans cette immense industrie, le développement des matériaux utilisés pour fabriquer des moules et des matrices devient également de plus en plus diversifié.
Les facteurs affectant la durée de vie du moule, en plus de la structure de conception principale, du processus de formage et de fabrication, du processus de traitement thermique et du renforcement de surface, de la lubrification et de l'utilisation de l'entretien, ainsi que du choix des matériaux du moule, ont une grande relation.
Selon les statistiques de l'enquête, de nombreux facteurs sont à l'origine des défaillances des moules, les matériaux de moulage et le traitement thermique inappropriés étant responsables d'environ 70 % des défaillances. Cela montre que le choix des matériaux de moulage et du traitement thermique appropriés pour améliorer la durée de vie du moule est important.
Pour vous permettre de comprendre ces connaissances, nous abandonnons la terminologie professionnelle, difficile à comprendre les graphiques, pour un langage simple et facile à comprendre pour présenter.
Premièrement, l’industrie classe les matériaux de moulage en acier à outils pour le travail à froid, en acier à outils pour le travail à chaud et en acier à outils pour le moulage en plastique.
Acier à outils pour travail à froid
Actuellement, les aciers pour matrices de travail à froid couramment utilisés comprennent l'acier à outils faiblement allié CIMn, l'acier à outils C2Mo, C2 à haute teneur en carbone, l'acier à outils à haute teneur en chrome et d'autres matériaux.
L'acier CIMn a une trempabilité et une résistance à l'usure appropriées, et la distorsion du traitement thermique est faible, mais le forgeage après la nécessité de contrôler strictement la vitesse à froid facilite la formation d'un carbure réticulé, ce qui entraîne l'utilisation du moule dans l'écaillage et la fissuration.
L'acier à outils à haute teneur en carbone et en chrome présente une résistance élevée à l'usure. Cependant, la ségrégation du carbure devient plus grave, en particulier avec les grandes tailles de spécifications, car l'effet de refoulement et de traction répété est limité, ce qui entraîne une déformation directionnelle et une baisse de la ténacité.
Comparé à l'acier C12Mo, l'acier à outils à haute teneur en carbone et en chrome D2 (Cr2MoV1) réduit légèrement la ségrégation des carbures, améliore la résistance et la ténacité et augmente la durée de vie du moule à des degrés divers.
L'acier rapide offre une résistance à l'usure et une solidité supérieures et sert de matériau courant dans la fabrication de moules, mais sa ténacité ne suffit pas à répondre aux exigences des moules complexes, grands et soumis à des chocs.
Les fonctionnalités incluent :
Dureté élevée : après traitement de durcissement, l'acier pour matrice de travail à froid peut atteindre un niveau de dureté élevé, généralement autour de 60-65 HRC.
Bonne résistance à l'usure : convient aux travaux de découpe et d'emboutissage, etc., et capable de maintenir une longue durée de vie dans des conditions de frottement élevées.
Haute résistance à la compression : il peut supporter une pression plus importante et convient à une utilisation dans des moules pour des travaux intensifs.
Ténacité et résistance aux fissures : Bien que la dureté soit élevée, elle maintient la ténacité dans une certaine mesure et peut résister aux charges de choc.
Il se divise spécifiquement en les types suivants :
1. Acier faiblement allié pour matrices de travail à froid
Les principales caractéristiques de l'acier à matrice pour travail à froid à faible alliage sont une bonne finition, une faible température de trempe, une faible distorsion du traitement thermique, une excellente résistance et ténacité et une résistance à l'usure appropriée.
L'ajout de chrome ou de manganèse à l'acier peut améliorer la trempabilité et permettre à l'acier lors de la trempe et du revenu à basse température de conserver une certaine quantité d'austénite résiduelle, de réduire la distorsion ; l'ajout de silicium ou de nickel peut améliorer la ténacité de la matrice et améliorer la résistance au revenu.
L'ajout de molybdène ou de vanadium peut affiner le grain avec la même dureté et une ténacité plus élevée que les aciers similaires.
Par exemple, la distorsion traitée thermiquement de l'acier GD (acier 6CMnNMoVSi) est faible, adaptée à la production de fractures par écaillage faciles de la matrice d'emboutissage à froid, et a une durée de vie élevée.
L'acier DS est un acier de travail à froid à haute ténacité et résistant aux chocs, principalement utilisé pour la fabrication de moules de cisaillement, d'emboutissage et de poinçonnage résistants aux chocs ; la durée de vie est nettement meilleure que celle des autres matériaux d'insertion à haute ténacité.
Application : convient à la production de matrices de poinçonnage à froid, de cisaillement résistant aux chocs, de poinçonnage et de moules de poinçonnage, la durée de vie est nettement meilleure que les autres matériaux d'insertion à haute ténacité.
2. Acier trempé à la flamme
Les lignes de production automobiles utilisent principalement de l'acier trempé à la flamme pour les pièces moulées en raison de sa large plage de températures de trempe, de sa bonne trempabilité, de sa forte ténacité et de sa résistance à l'usure.
ou trempe à la flamme, préchauffez la surface de coupe du bord du moule à 180–200 ℃, puis chauffez-la à 900–1000 ℃ à l'aide d'un pistolet pulvérisateur.
Après trempe, la dureté peut atteindre plus de 60 HRC, formant une couche durcie de plus de 1.5 mm. La déformation n'est généralement que de 0.02% à 0.05%.
La matrice à haute ténacité sous la couche durcie fournit un support solide de sorte que le bord du moule n'est pas facile à fissurer et à ébrécher et peut prolonger considérablement la durée de vie du moule.
Application : Principalement utilisé dans les pièces moulées des lignes de production automobiles pour prolonger la durée de vie du moule et réduire les fissures et l'écaillage des bords.
3. Aciers matriciels
Les aciers matriciels sont une classe d'aciers ayant la même composition chimique que la matrice dans l'organisation trempée du HSS.
La teneur en carbone de ce type d'acier est légèrement supérieure à celle de la matrice pour augmenter la quantité de carbure primaire et améliorer la résistance à l'usure tout en ajoutant une petite quantité d'éléments puissants formant du carbure (tels que le niobium ou le titane) pour améliorer les performances du processus de l'acier.
Les fabricants utilisent largement l'acier matriciel dans l'extrusion à froid, le poinçonnage à froid de plaques épaisses, le emboutissage à froid et d'autres moules. Il est particulièrement adapté à la fabrication de moules de grande taille et complexes et de moules pour matériaux difficiles à déformer.
Application : Largement utilisé dans l'extrusion à froid, le poinçonnage à froid de plaques épaisses, le frappe à froid et d'autres moules, adapté à la fabrication de moules grands et complexes et de moules de matériaux difficiles à déformer.
4. Acier pour matrice de travail à froid résistant à l'usure et à haute ténacité
Pour améliorer la ségrégation du carbure d'acier de travail à froid C12 et améliorer encore la résistance à l'usure de l'acier, les domaines concernés ont développé une variété de nouveaux aciers, tels que l'acier ID, l'acier ER5 et l'acier GM.
Ces aciers, grâce à une réduction appropriée de la teneur en chrome, augmentent la teneur en tungstène, en molybdène et en vanadium pour améliorer la capacité de durcissement secondaire et la résistance à l'usure.
Par rapport aux aciers pour matrices de travail à froid de type C12 classiques, ils présentent une meilleure ségrégation du carbure, une meilleure ténacité et une meilleure résistance à l'usure. Ils sont particulièrement adaptés aux machines de poinçonnage à grande vitesse et aux applications de poinçonnage à plusieurs postes.
Application : Particulièrement adapté aux poinçonneuses à grande vitesse et aux poinçonneuses multi-stations.
5. Acier pour matrices de travail à froid à haute résistance à l'usure issu de la métallurgie des poudres
Le développement de la technologie de la métallurgie des poudres et l’application du pressage isostatique à chaud (HIP) ont rendu possible la production et l’utilisation d’acier rapide issu de la métallurgie des poudres.
Cet acier présente une forte ténacité, une bonne aptitude au broyage et une bonne isotropie ; son aptitude au traitement thermique est meilleure que celle de l'acier rapide général et il a une durée de vie élevée.
Grâce au procédé de métallurgie des poudres, il est également possible de produire de l'acier pour matrices de travail à froid à haute teneur en carbone, à haute teneur en vanadium et à haute résistance à l'usure, ce qui est difficile à fabriquer par les méthodes traditionnelles.
Application : Adapté à la production d'acier pour matrices de travail à froid à haute teneur en carbone, à haute teneur en vanadium et à haute résistance à l'usure, la méthode traditionnelle rend difficile la fabrication de moules spéciaux.
Acier pour moules de travail à chaud
Les aciers pour matrices de travail à chaud couramment utilisés comprennent l'acier 5CMnMa5CNMo et l'acier 3C2W8V.
L'acier 5CMmMo est utilisé pour les moules de forgeage de petite et moyenne taille, et l'acier 5CNMo est principalement utilisé pour les moules de grande et moyenne taille.
Cependant, la trempabilité et la stabilité de revenu de l'acier 5CNMo ne sont pas suffisamment élevées et ses performances ne peuvent pas répondre à la demande de moules de forgeage de grande section.
L'acier 3C2W8V est largement utilisé dans les matrices d'extrusion à chaud ferreuses et non ferreuses et de moulage sous pression en alliage CAI.
Cet acier présente une stabilité thermique élevée et peut être utilisé jusqu'à 650°C, mais sa conductivité thermique est faible et sa fatigue à froid et à chaud est médiocre.
L'acier H13 a une bonne fatigue à chaud et à froid, la température d'utilisation ne dépasse pas 600 ℃ peut remplacer l'acier 3C2W8V ; la durée de vie du moule a été considérablement améliorée, de sorte que l'acier H13 s'est rapidement popularisé.
Pour répondre au nouveau processus de traitement sous pression et aux derniers équipements sur l'acier de matrice dans la ténacité et la stabilité thermique des exigences les plus élevées.
1. Acier pour matrice de forgeage à chaud
L'acier 5CNMo est un acier de forgeage à chaud couramment utilisé, mais sa trempabilité ne permet pas de répondre aux besoins des matrices de forgeage au marteau de grande section. Lorsque la taille de la section transversale est supérieure à 300 mm, la dureté du cœur rend difficile de répondre aux exigences d'une température ne dépassant pas 500 ℃.
L'acier 5CNM est largement utilisé pour le forgeage de l'acier de matrice, 55CNMoV6 est une nuance d'acier allemande, ces aciers CNiMo contiennent une petite quantité de V et peuvent être entièrement durcis dans une section transversale de 400 mm × 400 mm, la stabilité de revenu est de 100 ℃ supérieure à celle du 5CNMo, utilisée pour une grande section transversale d'une matrice de forgeage à chaud lorsque la durée de vie de la matrice est supérieure à celle de l'acier 5CNMo.
Par rapport à l'acier 5CÃNMoVSi, l'acier 5CÃNMoVSi présente une teneur en carbone légèrement inférieure, une teneur en Cr et Mo accrue et une quantité appropriée de V et de Si ajoutée pour avoir une trempabilité élevée. Après revenu, il est possible de maintenir la même dureté en surface et à cœur sur une section de 500 mm x 500 mm.
Lors de la trempe, l'acier subit un durcissement secondaire dû à la précipitation de carbures de type M2C et MC. Ces aciers améliorés offrent des avantages significatifs en termes de résistance et de ténacité à haute température, et leur durée de vie est augmentée d'un facteur de 0.5 à 1.5 par rapport aux aciers précédents.
Applications
– Acier 5CNMo : couramment utilisé dans les moules de forgeage à chaud, mais pour les moules de petite section, la température applicable ne dépasse pas 500 ℃. Il est plus adapté aux moules de forgeage à chaud de petite section.
– Acier 5CNMoV6 : adapté aux matrices de forgeage à chaud de grande section (supérieure à 300 mm), peut être entièrement durci en section transversale de 400 mm × 400 mm, stabilité de revenu plus élevée, adapté aux exigences plus élevées des moules de forgeage à chaud, durée de vie plus longue.
– Acier 5CNMoVSi : haute trempabilité et résistance et ténacité importantes à haute température, la durée de vie est 1.5 fois supérieure à celle de l'acier traditionnel, adapté aux moules nécessitant une résistance et une ténacité élevées.
2. Acier pour extrusion à chaud
Le H13 a été largement utilisé dans les matrices de travail à chaud en acier, dans lesquelles la température ne dépasse pas 600 ℃, et présente de bonnes performances de fatigue à chaud et à froid pour les matrices d'extrusion à chaud et les matrices de moulage sous pression en alliage d'aluminium avec une durée de vie élevée.
Pour améliorer son effet dimensionnel, certains procédés d'affinage au four, de recuit de diffusion à haute température, de forgeage isotrope et d'autres méthodes telles que la refusion sous laitier électrolytique sont utilisés.
L'acier 3C3Mo3V est un acier de travail à chaud au molybdène dont les performances se situent entre celles du chrome et du tungstène. En optimisant le rapport des éléments d'alliage, de nombreux nouveaux aciers de travail à chaud présentent des performances élevées en termes de résistance à la fatigue à chaud et à froid.
Ces dernières années, de nouvelles nuances, telles que les aciers QR080M et QR090M, ont été développées, qui excellent en termes de résistance à l’usure à haute température et de performances globales.
Applications
– Acier H13 : largement utilisé dans les matrices d'extrusion à chaud et les matrices de moulage sous pression en alliage d'aluminium, adapté à une utilisation dans des environnements avec des températures allant jusqu'à 600 °C. Il présente d'excellentes propriétés de fatigue à chaud et à froid et a une longue durée de vie.
– Acier 3C3Mo3V : adapté aux moules de travail à chaud, performances entre le chrome et le tungstène, avec de meilleures performances à haute température et à la fatigue à chaud et à froid, adapté aux moules utilisés dans des conditions de fonctionnement à haute température.
– Aciers QR080M et QR090M : aciers nouvellement développés particulièrement adaptés aux moules d'extrusion à chaud avec usure à haute température et exigences de performances complètes, excellente résistance à haute température et performances complètes.
3. Aciers à durcissement par précipitation
L'acier à matrice de travail à chaud durci par précipitation se caractérise par le fait que la matrice est usinée après trempe et revenu à basse température. À ce stade, la dureté est d'environ 40 HRC et est utilisée directement après l'usinage.
La surface du moule est due à la précipitation de carbure thermique, ce qui entraîne un durcissement secondaire, une dureté jusqu'à 48 HRC, tandis que le cœur maintient une ténacité élevée.
Cet acier ne présente pas de problèmes de distorsion et de décarburation par oxydation de surface après traitement thermique, il est donc particulièrement adapté à la fabrication de moules à haute résistance.
Applications
– Convient aux moules à haute résistance, après trempe et revenu à basse température, la dureté atteint 40 HRC et peut être utilisée directement après l'usinage.
La surface du moule est due à la précipitation de carbure thermique, à la formation du deuxième durcissement et à une dureté jusqu'à 48 HRC pour maintenir une ténacité élevée.
Acier moule en plastique
Le moulage de plastique avec moule dans l'industrie du moule occupe une position importante dans la valeur de sortie.
Les performances de l'acier moulé répondent principalement aux critères suivants en fonction des variétés de plastique.
Il s’agit notamment de propriétés mécaniques complètes, d’une bonne résistance à l’usure et d’excellentes performances de coupe.
D’autres critères incluent les performances de polissage, les performances de photogravure de motifs, la résistance à la corrosion et les performances de soudage.
Le cadre du moule en plastique et les exigences de performances techniques ne sont pas élevés pour les moules à cavité.
Les aciers à teneur moyenne en carbone, tels que S50C et S55C, sont généralement utilisés.
Ce type d’acier est à l’état normalisé avec une dureté de 180–220 HB.
En raison de la faible dureté, de la faible résistance et de la faible finition de surface, la durée de vie de ce type d'acier fabriqué à partir de moules est faible et la qualité des produits en plastique est médiocre.
Vous devez utiliser un acier de moule en plastique spécial pour des exigences de performances techniques élevées et un moule de cavité à longue durée de vie.
Ces dernières années, de nombreux nouveaux moules en plastique ont été développés grâce aux progrès de la technologie.
1. Acier pour moules en plastique pré-durci
L'acier pour moules en plastique pré-durci est ajouté à la composition de base en ajoutant des quantités appropriées de Cr, Mn, Ni, Mo, V et d'autres éléments.
En général, le traitement thermique est utilisé pour ajuster la dureté aux exigences directement liées à la fabrication de moules.
Certaines compositions chimiques d'acier typiques comprennent l'acier P20, sa température de trempe de 830870 à 550600 ℃, sa température de revenu de 30 à 35 ℃ et sa dureté de XNUMX à XNUMX HRC.
L'acier P20 est un acier pour moules en plastique pré-durci largement utilisé, adapté à la fabrication de moules de différentes tailles.
L'acier modifié similaire, tel que l'acier 718, a une trempabilité plus élevée.
Il présente également une dureté uniforme et constante après trempe, ce qui le rend adapté à la fabrication de moules à grande section.
Application:
– Acier P20 : largement utilisé dans la production de moules en plastique de différentes tailles, avec une dureté modérée et de bonnes performances de traitement.
Convient aux moules d'injection plastique conventionnels.
Dureté de 3035 HRC, température de revenu 550600 ℃, convient à la fabrication de moules standard.
– Acier 718 : avec une trempabilité plus élevée, adapté à la fabrication de moules en plastique de grande section.
Après la trempe, la dureté est uniforme et constante, garantissant la résistance et la durée de vie des grands moules.
2. Acier de décolletage pré-durci pour moules en plastique
Pour améliorer les performances de coupe de l'acier moulé en plastique prédurci, il peut être ajouté aux éléments de coupe libre.
Ces aciers offrent de bonnes performances de coupe.
Cependant, les performances des moules à grande section sont quelque peu limitées par les sulfures qui augmentent l'anisotropie.
Les aciers traités au calcium améliorent la répartition des sulfures et atténuent ce problème dans une certaine mesure.
Applications :
– Les aciers des séries S et SSe présentent de bonnes performances de coupe.
Ils conviennent aux moules en plastique nécessitant une grande précision d'usinage.
Cependant, les moules de grande section peuvent être quelque peu affectés.
– Acier 5NSCa : La technologie composite de coupe facile optimise les performances de coupe et l'anisotropie.
Il convient aux moules nécessitant une efficacité de coupe élevée et d'excellentes performances d'usinage.
3. Acier pour moules en plastique non trempé
L'acier pour moules en plastique non trempé ne nécessite pas de traitement de revenu.
Il peut atteindre l'état pré-durci grâce au forgeage et au laminage, raccourcissant ainsi le cycle de production et réduisant les coûts.
Par exemple, l'acier bainitique au manganèse-bore refroidi par air à teneur moyenne en carbone en ajoutant des éléments de coupe libres SCa pour améliorer les performances de coupe.
En contrôlant la composition chimique de l’acier, une dureté uniforme peut être obtenue dans de grandes sections.
Application:
– Les aciers bainitiques au manganèse-bore refroidis à l'air à teneur moyenne en carbone améliorent les propriétés de coupe en ajoutant un élément de coupe libre (par exemple, SCa).
Ils conviennent à la fabrication de moules en plastique qui nécessitent un état pré-durci avec un cycle de production court.
– Convient aux moules de grande section, avec une dureté uniforme et une bonne usinabilité.
4. Acier durcissant par vieillissement
L'acier durcissable par vieillissement est divisé en acier vieillissant martensitique et en acier vieillissant à faible teneur en nickel.
Parmi eux, l’acier vieillissant à faible teneur en nickel est plus rentable.
Ce type d'acier peut atteindre une dureté élevée et des propriétés mécaniques complètes grâce à un processus de traitement thermique approprié.
Il convient à la fabrication de moules de produits en plastique de haute précision et transparents.
Application:
– Les aciers martensitiques et à faible teneur en nickel vieillis conviennent à la fabrication de moules de haute précision pour produits en plastique transparents.
Ils offrent une dureté élevée et des propriétés mécaniques complètes.
L’acier vieillissant à faible teneur en nickel est rentable.
5. Acier pour moules en plastique résistant à la corrosion
Les moules en plastique dans le traitement du plastique résistant à la corrosion chimique nécessitent un acier résistant à la corrosion, tel que 4C13, 9C18 et 17-4PH.
L'acier inoxydable est un acier résistant à la corrosion qui peut être utilisé grâce au traitement approprié pour garantir une résistance à la corrosion et une bonne usinabilité.
Par exemple, les aciers GS-083S et 168S sont des aciers pour moules en plastique résistants à la corrosion.
Applications :
– Aciers 4C13, 9C18 et 17-4PH : Adaptés à l’usinage de moules pour plastiques chimiquement corrosifs avec une bonne résistance à la corrosion, adaptés aux moules en plastique utilisés dans des environnements chimiques.
– GS-083S et 168S : L’acier inoxydable typique pour moules en plastique résistant à la corrosion garantit une résistance à la corrosion après traitement.
Il offre également de meilleures performances de coupe et d'usinage, ce qui le rend adapté aux exigences des moules résistants à la corrosion.
6. Acier pour moules en plastique extrudés à froid
La méthode de moulage par extrusion à froid est utilisée en raison de sa grande efficacité de production, de ses moules de haute précision et de sa bonne finition de surface.
Il est également largement utilisé dans la fabrication de moules en plastique à cavités complexes.
Les types d'acier applicables comprennent le fer pur industriel, l'acier à faible teneur en carbone, etc.
Ces aciers nécessitent une faible dureté et nécessitent généralement un traitement de cémentation après le moulage par extrusion à froid pour améliorer la dureté de surface et la résistance à l'usure.
Application:
– Fer pur industriel et acier à faible teneur en carbone :
Convient pour le moulage par extrusion à froid de moules en plastique ;
Le moulage par extrusion à froid doit généralement être carburé pour améliorer la dureté de la surface et la résistance à l'usure après le moulage, ce qui est idéal pour la fabrication de moules à cavités complexes.
Conclusion
En résumé, le développement du domaine des matériaux offre diverses options d’optimisation des performances, telles que la dureté, les performances de coupe, la résistance à la corrosion, etc.
La sélection d'un acier de moulage en plastique approprié nécessite une prise en compte complète de la taille du moule, de l'environnement de travail, des exigences de traitement, du coût et de la durée de vie prévue.
À cet égard, RuiYi dispose d'ingénieurs professionnels qui fournissent des conseils professionnels pour maximiser la satisfaction des clients.
Quels sont les types courants d’acier pour modèles ?
Les exemples incluent P20, H13, S7 et D2. Ces métaux présentent des propriétés différentes, comme la dureté, la résistance thermique et l'usinabilité, ce qui les rend adaptés à différentes applications.
Quelles sont les applications typiques de l’acier modèle ?
L'acier modèle est utilisé dans les moules d'injection, les moules de soufflage, les moules de moulage sous pression, les matrices d'emboutissage et les matrices d'extrusion.
Quelles propriétés rendent l’acier modèle idéal pour la fabrication de moules ?
- Haute ténacité et résistance à l'usure.
- Excellente usinabilité pour des détails précis.
- Résistance à la chaleur et à la fatigue thermique.
- Stabilité dimensionnelle sous contrainte.
En quoi l’acier modèle est-il différent de l’acier ordinaire ?
L'acier modèle est spécifiquement allié et traité thermiquement pour améliorer les propriétés telles que la ténacité, la dureté et la résistance à la déformation, ce qui le rend adapté aux applications d'outillage.
Qu'est-ce que l'acier modèle pré-durci ?
L'acier pré-durci présente un niveau de dureté spécifique adapté à la fabrication de moules, éliminant ainsi le besoin de traitement thermique après usinage. Les exemples incluent l'acier P20 et 718.
Comment choisir le bon modèle d’acier pour un projet ?
La sélection dépend de facteurs tels que le type de moule, le volume de production, le matériau à mouler, la dureté requise et la résistance thermique.
Quels sont les défis d’usinage courants avec l’acier modèle ?
L'acier pour modèles réduits peut être difficile à usiner en raison de sa dureté. Un outillage, des vitesses de coupe et des systèmes de refroidissement appropriés sont essentiels pour obtenir des résultats précis.
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