Объем мирового рынка пресс-форм в 285.5 году составит около 2024 млрд долларов США. Он стал очень крупной отраслью, и в этой огромной отрасли разработка материалов, используемых для изготовления пресс-форм и штампов, также становится все более диверсифицированной.
Факторы, влияющие на срок службы пресс-формы, помимо основной конструкции, процесса формования и изготовления, процесса термообработки и упрочнения поверхности, смазки и использования технического обслуживания, а также выбора материалов пресс-формы, имеют большую взаимосвязь.
Согласно статистике опроса, многие факторы вызывают отказ пресс-формы, при этом неподходящие материалы пресс-формы и термическая обработка составляют около 70% отказов. Это показывает, что правильные материалы пресс-формы и термическая обработка для улучшения срока службы пресс-формы важны.
Чтобы вы могли усвоить эти знания, мы отказываемся от профессиональной терминологии, сложных для понимания диаграмм, в пользу простого и понятного языка изложения.
Во-первых, в отрасли материалы для форм подразделяются на холоднодеформируемую инструментальную сталь, горячедеформируемую инструментальную сталь и сталь для формования пластмасс.
Инструментальная сталь для холодной обработки
В настоящее время широко используемая холоднодеформируемая штамповая сталь включает в себя низколегированную инструментальную сталь CIMn, высокоуглеродистую сталь C2Mo, высокохромистую инструментальную сталь C2 и другие материалы.
Сталь CIMn обладает соответствующей прокаливаемостью и износостойкостью, а деформация при термической обработке невелика, но после ковки необходимо строго контролировать холодную скорость, что позволяет легко сформировать сетчатый карбид, что приводит к использованию формы при сколах и трещинах.
Высокоуглеродистая, высокохромистая инструментальная сталь обладает высокой износостойкостью. Тем не менее, ее карбидная сегрегация становится более серьезной, особенно при больших размерах спецификации, поскольку многократное воздействие осадки и вытягивания ограничено, что приводит к направленности деформации и снижению прочности.
По сравнению со сталью C12Mo, D2 (Cr2MoV1) высокоуглеродистая, высокохромистая инструментальная сталь незначительно снижает ликвацию карбидов, повышает прочность и ударную вязкость, а также в различной степени увеличивает срок службы формы.
Быстрорежущая сталь обеспечивает более высокую износостойкость и прочность и является распространенным материалом для изготовления пресс-форм, однако ее прочность не отвечает требованиям сложных, крупных и подвергающихся ударным нагрузкам пресс-форм.
Особенности включают в себя:
Высокая твёрдость: после закалки холоднодеформированная штампованная сталь может достигать высокого уровня твёрдости, обычно около 60-65 HRC.
Хорошая износостойкость: подходит для резки, штамповки и т. д., способен сохранять длительный срок службы в условиях высокого трения.
Высокая прочность на сжатие: выдерживает большее давление и подходит для использования в формах для тяжелых работ.
Прочность и трещиностойкость: Несмотря на высокую твердость, он в определенной степени сохраняет прочность и может выдерживать ударные нагрузки.
В частности, он подразделяется на следующие типы:
1. Низколегированная холоднодеформируемая штампованная сталь
Основными характеристиками низколегированной холоднодеформируемой штамповой стали являются хорошее качество обработки, низкая температура закалки, небольшая деформация при термической обработке, отличная прочность и вязкость, а также соответствующая износостойкость.
Добавление в сталь хрома или марганца может улучшить прокаливаемость и позволить стали при закалке и низкотемпературном отпуске сохранять определенное количество остаточного аустенита, уменьшая деформацию; добавление кремния или никеля может повысить прочность матрицы и улучшить стойкость к отпуску.
Добавление молибдена или ванадия позволяет измельчить зерно, придав ему ту же твердость и более высокую прочность, чем у аналогичных сталей.
Например, деформация стали GD (сталь 6CMnNMoVSi) после термообработки невелика, подходит для изготовления легко скалывающихся изломов штампа холодной штамповки, имеет высокий срок службы.
Сталь DS — это высокопрочная, ударопрочная холоднодеформируемая штамповая сталь, в основном используемая для изготовления ударопрочных пресс-форм для сдвиговых, штамповочных и пробивных штампов; срок службы значительно выше, чем у других высокопрочных материалов для вставок.
Применение: подходит для изготовления штампов холодной штамповки, ударопрочных сдвиговых, пробивных и штамповочных форм, срок службы значительно выше, чем у других материалов для вставок с высокой прочностью.
2. Закаленная сталь
На линиях по производству автомобилей для изготовления деталей пресс-форм в основном используется закаленная в пламени сталь из-за ее широкого диапазона температур закалки, хорошей прокаливаемости, высокой прочности и износостойкости.
или закалка пламенем, предварительно нагрейте поверхность реза кромки формы до 180–200 ℃, затем нагрейте ее до 900–1000 ℃ с помощью распылителя.
После закалки твердость может достигать более 60 HRC, образуя закаленный слой толщиной более 1.5 мм. Деформация обычно составляет всего 0.02% - 0.05%.
Высокопрочная матрица под закаленным слоем обеспечивает надежную поддержку, благодаря чему края формы не подвержены растрескиванию и сколам, что может значительно продлить срок службы формы.
Применение: В основном используется в деталях форм на линиях по производству автомобилей для продления срока службы форм и уменьшения растрескивания и сколов по краям.
3. Матричные стали
Матричные стали — это класс сталей с тем же химическим составом, что и матрица в закаленной организации HSS.
Содержание углерода в этом типе стали немного выше, чем в матрице, что увеличивает количество первичного карбида и повышает износостойкость, а также добавляет небольшое количество сильных карбидообразующих элементов (таких как ниобий или титан) для улучшения технологических характеристик стали.
Производители широко используют матричную сталь в холодном выдавливании, холодной штамповке толстолистовых материалов, холодной высадке и других формах. Она особенно подходит для изготовления больших, сложных форм и форм для труднодеформируемых материалов.
Применение: Широко используется в холодной экструзии, холодной штамповке толстых листов, холодной высадке и других формах, подходит для изготовления больших и сложных форм, а также форм из труднодеформируемых материалов.
4. Износостойкая холоднодеформируемая штамповая сталь с повышенной прочностью
Для улучшения ликвации карбидов в холоднодеформируемой штамповой стали С12 и дальнейшего повышения износостойкости стали в соответствующих областях были разработаны различные новые стали, такие как сталь ID, сталь ER5 и сталь GM.
В этих сталях за счет соответствующего снижения содержания хрома увеличивается содержание вольфрама, молибдена и ванадия, что повышает способность к вторичной закалке и износостойкость.
По сравнению с обычными холоднодеформируемыми штамповыми сталями типа C12, эти стали обладают улучшенной сегрегацией карбидов, прочностью и износостойкостью. Они особенно подходят для высокоскоростных штамповочных машин и многопозиционных штамповочных машин.
Применение: Особенно подходит для высокоскоростных пробивных машин и многопозиционных пробивных машин.
5. Порошковая металлургия, высокоизносостойкая холоднодеформируемая штампованная сталь
Развитие технологии порошковой металлургии и применение горячего изостатического прессования (ГИП) сделали возможным производство и использование порошковой быстрорежущей стали.
Эта сталь обладает высокой вязкостью, шлифуемостью и изотропностью; ее термическая обрабатываемость лучше, чем у обычной быстрорежущей стали, и она имеет длительный срок службы.
С помощью процесса порошковой металлургии также можно производить высокоуглеродистую, высокованадиевую и износостойкую холоднодеформируемую штамповую сталь, которую сложно изготовить традиционными методами.
Применение: Подходит для производства высокоуглеродистой, высокованадиевой и износостойкой холоднодеформируемой штамповой стали. Традиционный метод затрудняет изготовление специальных форм.
Сталь для горячей штамповки
К наиболее часто используемым сталям для штамповки при высоких температурах относятся стали 5CMnMa5CNMo и 3C2W8V.
Сталь 5CMmMo используется для изготовления малых и средних ковочных форм, а сталь 5CNMo — в основном для крупных и средних.
Однако закаливаемость и отпускная стойкость стали 5CNMo недостаточно высоки, и ее эксплуатационные характеристики не могут удовлетворить требования к ковочным формам большого сечения.
Сталь 3C2W8V широко используется в литьевых формах для горячего прессования черных и цветных металлов, а также для литья под давлением сплавов CAI.
Эта сталь обладает высокой термической стабильностью и может использоваться при температурах до 650°C, однако ее теплопроводность низкая, а усталость при низких и высоких температурах низкая.
Сталь H13 имеет хорошую усталостную прочность при высоких и низких температурах, температура использования не превышает 600 ℃, может заменить сталь 3C2W8V; срок службы пресс-формы был значительно увеличен, поэтому сталь H13 быстро стала популярной.
Для удовлетворения новых процессов обработки давлением и новейшего оборудования по штампованной стали в отношении вязкости и термической стабильности предъявляются более высокие требования.
1. Горячая штамповка стали
Сталь 5CNMo обычно используется в качестве стали для горячей ковки, но ее закаливаемость не может удовлетворить потребности в штампах для молотовой ковки большого сечения. Когда размер поперечного сечения превышает 300 мм, твердость сердцевины затрудняет выполнение требований температуры, которая не превышает 500 ℃.
Сталь 5CNM широко используется для штамповочной стали, 55CNMoV6 — немецкая марка стали, эти стали CNiMo содержат небольшое количество V, могут быть полностью закалены в поперечном сечении 400 мм × 400 мм, стойкость к отпуску на 100 ℃ выше, чем у 5CNMo, используются для большого поперечного сечения штампа горячей ковки, когда срок службы штампа выше, чем у стали 5CNMo.
По сравнению со сталью 5CÃNMoVSi, сталь 5CÃNMoVSi имеет немного меньшее содержание углерода, большее содержание Cr и Mo, а также добавленное соответствующее количество V и Si для высокой прокаливаемости. После отпуска можно поддерживать одинаковую твердость на поверхности и в сердцевине на сечении 500 мм x 500 мм.
При отпуске сталь подвергается вторичной закалке за счет выделения карбидов типа M2C и MC. Эти улучшенные стали обладают значительными преимуществами в жаропрочности и вязкости, а их срок службы увеличивается в 0.5–1.5 раза по сравнению с предыдущими сталями.
Области применения
– Сталь 5CNMo: Обычно используется в штампах горячей ковки, но для штампов небольшого сечения применимая температура не превышает 500 ℃. Она больше подходит для штампов горячей ковки небольшого сечения.
– Сталь 5CNMoV6: подходит для штампов горячей ковки большого сечения (более 300 мм), может быть полностью закалена до поперечного сечения 400 мм × 400 мм, более высокая стойкость к отпуску, подходит для более высоких требований к штампам горячей ковки, более длительный срок службы.
– Сталь 5CNMoVSi: высокая прокаливаемость и значительная жаропрочность и вязкость, срок службы в 1.5 раза больше, чем у традиционной стали, подходит для форм, требующих высокой прочности и вязкости.
2. Сталь для горячей экструзии
Сталь H13 широко используется в штампованной стали для горячей обработки, температура которой не превышает 600 ℃, и демонстрирует хорошие усталостные характеристики при высоких и низких температурах для штампов горячей экструзии и штампов для литья под давлением алюминиевых сплавов с длительным сроком службы.
Для улучшения размерного эффекта применяются некоторые методы рафинирования в печи, высокотемпературный диффузионный отжиг, изотропная ковка и другие методы, такие как электрошлаковый переплав.
Сталь 3C3Mo3V — это молибденовая штамповая сталь для горячей обработки с производительностью между хромом и вольфрамом. Благодаря оптимизации соотношения легирующих элементов многие новые штамповые стали для горячей обработки обладают высокой температурой и усталостной прочностью при высоких и низких температурах.
В последние годы были разработаны новые марки стали, такие как QR080M и QR090M, которые отличаются превосходной стойкостью к высокотемпературному износу и общей производительностью.
Области применения
– Сталь H13: широко используется в матрицах для горячей экструзии и литья под давлением алюминиевых сплавов, подходит для использования в средах с температурой до 600 ° C. Она демонстрирует отличные усталостные свойства при высоких и низких температурах и имеет длительный срок службы.
– Сталь 3C3Mo3V: подходит для горячедеформационных форм, по эксплуатационным характеристикам находится между хромом и вольфрамом, с улучшенными характеристиками высокотемпературной и высоко- и низкотемпературной усталости, подходит для форм, используемых в условиях высокотемпературной эксплуатации.
– Стали QR080M и QR090M: новые разработанные стали, особенно подходящие для пресс-форм для горячей экструзии с требованиями к высокотемпературному износу и комплексным эксплуатационным характеристикам, отличная стойкость к высоким температурам и исключительные эксплуатационные характеристики.
3. Дисперсионно-твердеющие стали
Характеристики горячештамповой стали с дисперсионным твердением заключаются в том, что штамп подвергается механической обработке после закалки и низкотемпературного отпуска. В это время твердость составляет около 40HRC и используется непосредственно после механической обработки.
Поверхность формы подвергается термическому осаждению карбидов, что приводит к вторичному упрочнению, твердость достигает 48HRC, в то время как сердцевина сохраняет высокую прочность.
Эта сталь не подвержена проблемам деформации, поверхностного окисления и обезуглероживания после термической обработки, поэтому она особенно подходит для изготовления высокопрочных форм.
Области применения
– Подходит для высокопрочных форм, после закалки и низкотемпературного отпуска твердость достигает 40HRC и может использоваться непосредственно после обработки.
Поверхность формы подвергается термическому осаждению карбидов, образованию вторичной закалки и имеет твердость до 48HRC для сохранения высокой прочности.
Пластиковые формы стали
Литье пластмасс под давлением в пресс-формах в объеме производства занимает важное место.
Эксплуатационные характеристики литейной стали в основном определяются следующими критериями, основанными на разновидностях пластика.
К ним относятся комплексные механические свойства, хорошая износостойкость и превосходные режущие характеристики.
Другие критерии включают в себя производительность полировки, производительность фототравления узора, коррозионную стойкость и производительность сварки.
Требования к пластиковому каркасу и техническим характеристикам для многогнездных форм невысокие.
Обычно используются среднеуглеродистые стали, такие как S50C и S55C.
Этот тип стали находится в нормализованном состоянии с твердостью 180–220 НВ.
Из-за низкой твердости, плохой стойкости и низкого качества поверхности срок службы форм, изготавливаемых из этой стали, невелик, а качество пластиковых изделий неудовлетворительное.
Для обеспечения высоких технических характеристик и длительного срока службы формовочной полости необходимо использовать специальную сталь для пластиковых форм.
За последние годы благодаря развитию технологий было разработано много новых форм для литья пластмасс.
1. Предварительно закаленная сталь для формования пластика
В базовый состав добавляется предварительно закаленная сталь для пластиковых форм путем добавления соответствующего количества Cr, Mn, Ni, Mo, V и других элементов.
Обычно термическая обработка применяется для придания твердости в соответствии с требованиями, предъявляемыми непосредственно к изготовлению пресс-форм.
Типичный химический состав стали включает сталь P20, ее температура закалки составляет 830870-550600 ℃, температура отпуска — 30-35 ℃, а твердость — XNUMX ~ XNUMX HRC.
Сталь P20 — широко используемая предварительно закаленная сталь для изготовления пластмассовых форм, подходящая для изготовления форм различных размеров.
Подобная модифицированная сталь, например, сталь 718, имеет более высокую прокаливаемость.
После отпуска он также имеет равномерную и постоянную твердость, что делает его пригодным для изготовления форм большого сечения.
Применение:
– Сталь P20: широко используется для изготовления пластиковых форм различных размеров, обладает умеренной твердостью и хорошими технологическими характеристиками.
Подходит для обычных форм для литья пластмасс под давлением.
Твердость 3035 HRC, температура отпуска 550600–XNUMX ℃, подходит для изготовления стандартных форм.
– Сталь 718: с более высокой прокаливаемостью, подходит для изготовления пластиковых форм большого сечения.
После отпуска твердость становится однородной и постоянной, что обеспечивает прочность и срок службы крупногабаритных форм.
2. Автоматная предварительно закаленная сталь для формования пластика
Для улучшения режущих свойств предварительно закаленной стали для пластиковых форм ее можно добавлять в легкорежущие элементы.
Эти стали демонстрируют хорошие режущие свойства.
Однако эксплуатационные характеристики форм большого сечения несколько ограничены сульфидами, которые увеличивают анизотропию.
Обработанные кальцием стали улучшают распределение сульфидов и в некоторой степени смягчают эту проблему.
Области применения:
– Стали серий S и SSe обладают хорошими режущими характеристиками.
Они подходят для пластиковых форм, требующих высокой точности обработки.
Однако формы с большим поперечным сечением могут быть в некоторой степени затронуты.
– Сталь 5NSCa: Композитная технология легкой резки оптимизирует производительность резки и анизотропию.
Подходит для пресс-форм, требующих высокой эффективности резки и превосходной производительности обработки.
3. Незакаленная сталь для изготовления пластиковых форм
Незакаленная сталь для пластмассовых форм не требует отпуска.
Достичь предварительно закаленного состояния можно путем ковки и прокатки, что сокращает производственный цикл и снижает затраты.
Например, среднеуглеродистая марганцево-боровая бейнитная сталь с воздушным охлаждением с добавлением легкообрабатываемых элементов SCa для улучшения производительности резания.
Контролируя химический состав стали, можно добиться равномерной твердости на больших участках.
Применение:
– Среднеуглеродистые марганцево-боровые бейнитные стали с воздушным охлаждением улучшают режущие свойства за счет добавления легкообрабатываемого элемента (например, SCa).
Они подходят для изготовления пластиковых форм, требующих предварительного затвердевания с коротким производственным циклом.
– Подходит для форм большого сечения, обладает равномерной твердостью и хорошей обрабатываемостью.
4. Стареющая сталь
Стареющая сталь подразделяется на стареющую мартенситную сталь и стареющую сталь с низким содержанием никеля.
Среди них наиболее экономически эффективна стареющая сталь с низким содержанием никеля.
Этот тип стали может обладать высокой твердостью и комплексными механическими свойствами посредством соответствующего процесса термической обработки.
Подходит для изготовления высокоточных и прозрачных форм для изделий из пластика.
Применение:
–Мартенситная и низконикелевая стареющая сталь подходит для изготовления высокоточных и прозрачных форм для пластиковых изделий.
Они обладают высокой твердостью и комплексными механическими свойствами.
Сталь с низким содержанием никеля и старением экономически эффективна.
5. коррозионно-стойкая пластиковая формовочная сталь
Пластиковые формы при переработке химически коррозионно-стойкого пластика должны изготавливаться из коррозионно-стойкой стали, например, 4С13, 9С18 и 17-4PH.
Нержавеющая сталь — это коррозионно-стойкая сталь, которую можно использовать при соответствующей обработке для обеспечения коррозионной стойкости и хорошей обрабатываемости.
Например, GS-083S и 168S — это типичные коррозионно-стойкие стали для формования пластика.
Области применения:
– Стали 4C13, 9C18 и 17-4PH: подходят для обработки пресс-форм для химически агрессивных пластмасс с хорошей коррозионной стойкостью, подходят для пластмассовых пресс-форм, используемых в химических средах.
– GS-083S и 168S: Типичная нержавеющая коррозионно-стойкая сталь для формования пластика обеспечивает коррозионную стойкость после обработки.
Он также обеспечивает лучшую производительность резки и обработки, что делает его пригодным для изготовления коррозионно-стойких пресс-форм.
6. Холодная экструзия стали для формования пластика
Метод холодного выдавливания применяется из-за его высокой эффективности производства, высокой точности форм и хорошего качества поверхности.
Он также широко используется при изготовлении пластиковых форм со сложными полостями.
Применимые типы стали включают в себя чистое промышленное железо, низкоуглеродистую сталь и т. д.
Эти стали требуют низкой твердости и обычно требуют цементации после холодного прессования для повышения твердости поверхности и износостойкости.
Применение:
– Промышленное чистое железо и низкоуглеродистая сталь:
Подходит для холодного экструзионного формования пластиковых форм;
Изделия, формованные методом холодной экструзии, обычно требуют цементации для повышения твердости поверхности и износостойкости после формования, что идеально подходит для изготовления пресс-форм со сложными полостями.
Заключение
Подводя итог, можно сказать, что развитие области материалов обеспечивает различные варианты оптимизации характеристик, таких как твердость, производительность резания, коррозионная стойкость и т. д.
При выборе подходящей стали для пресс-форм для пластика необходимо всесторонне рассмотреть размер пресс-формы, рабочую среду, требования к обработке, стоимость и ожидаемый срок службы.
В связи с этим в RuiYi работают профессиональные инженеры, которые предоставляют профессиональные консультации для максимального удовлетворения потребностей клиентов.
Какие типы модельной стали наиболее распространены?
Примерами являются P20, H13, S7 и D2. Они различаются по таким свойствам, как твердость, термостойкость и обрабатываемость, что делает их подходящими для различных применений.
Каковы типичные области применения модельной стали?
Модельная сталь используется в литьевых формах, выдувных формах, формах для литья под давлением, штамповочных формах и экструзионных формах.
Какие свойства делают модельную сталь идеальной для изготовления форм?
- Высокая прочность и износостойкость.
- Превосходная обрабатываемость для точной детализации.
- Устойчивость к нагреву и термической усталости.
- Стабильность размеров под нагрузкой.
Чем модельная сталь отличается от обычной стали?
Модельная сталь специально легируется и подвергается термической обработке для улучшения таких свойств, как прочность, твердость и устойчивость к деформации, что делает ее пригодной для использования в инструментах.
Что такое предварительно закаленная модельная сталь?
Предварительно закаленная сталь имеет определенный уровень твердости, подходящий для изготовления форм, что исключает необходимость в последующей термической обработке. Примерами служат стали P20 и 718.
Как выбрать подходящую модельную сталь для проекта?
Выбор зависит от таких факторов, как тип пресс-формы, объем производства, формуемый материал, требуемая твердость и термостойкость.
Какие типичные проблемы возникают при обработке модельной стали?
Модельная сталь может быть труднообрабатываемой из-за своей твердости. Правильные инструменты, скорости резки и системы охлаждения имеют важное значение для достижения точных результатов.
Соломон Янг — профессионал в производственной отрасли с обширным опытом работы в производстве электронных, механических и промышленных компонентов. Занимая различные должности в американских и тайваньских производственных компаниях, он приобрел всестороннее понимание производственных процессов, управления производством, контроля качества и операций в глобальных цепочках поставок.
Обладая опытом в развитии бизнеса, организации продаж, международной торговле, управлении взаимоотношениями с клиентами и поддержке инженерных проектов, Соломон сочетает технические знания с коммерческой стратегией для предоставления инновационных и экономически эффективных производственных решений. Он увлечен передовыми производственными технологиями, совершенствованием процессов и непрерывным профессиональным ростом, твердо привержен созданию ценности для клиентов и партнеров по всему миру.
