VẬT LIỆU THÉP TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT KHUÔN.

cosmetic lid injection mold

VẬT LIỆU THÉP TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT KHUÔN.

Khi nói đến chế tạo khuôn, thép hoặc nhôm là hai thành phần chính cấu tạo nên một bộ khuôn và chiếm hơn 60% chi phí để sản xuất. Việc lựa chọn thép công cụ phù hợp có thể tạo ra sự khác biệt rất lớn về chất lượng và giá thành sản phẩm. Lựa chọn sai có thể gây ra những vấn đề rất nghiêm trọng đến quá trình sản xuất, khuôn có thể bị biến dạng do không chịu được áp lực lên đến hàng trăm tấn trong quá trình ép. Thép không đạt tiêu chuẩn có thể bị nứt gãy trong quá trình ép. Đề lựa chọn được vật liệu phù hơn thông thường nhà sản xuất cần trả lời những câu hỏi sau:

  • Khối lượng sản sản phẩm sản xuất trên bộ khuôn là bao nhiêu?
  • Độ hoàn thiện bề mặt mong muốn sản phẩm như thế nào?
  • Thời gian chu kỳ dự kiến ​​là bao nhiêu?
  • Vật liệu nhựa sử dụng là gì ?
  • Sẽ có những khu vực thép mỏng dễ bị nứt không?
  • Công nghệ dùng để gia công sản phẩm nhựa (phun, ép thổi, …)
  • Khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn hóa học.
  • Khả năng gia công cắt, nhiệt độ chảy, khả năng quang hóa…

ĐẶC ĐIỂM CÁC CHẤT TRONG THÉP KIM LOẠI

Để xác định loại thép phù hợp để làm khuôn, chúng ta cần xác định rõ tính chất của từng nguyên tố có trong thép từ đó có thể lựa chọn được loại thép phù hợp nhất với nhu cầu sản xuất mong muốn.

  1. Cacbon (C): Carbon là yếu tố quan trọng nhất trong thép, mức độ carbon kiểm soát độ cứng và độ bền của vật liệu, cũng như đáp ứng với xử lý nhiệt, độ dẻo, khả năng gia công sẽ phù thuộc lớn đến mật độ Cacbon trong thép.
  2. Mangan (Mn): Mangan có thể là nguyên tố quan trọng thứ hai sau Carbon trên thép. Mn có các hiệu ứng tương tự như carbon và nhà sản xuất thép sử dụng kết hợp hai yếu tố này để thu được vật liệu có các đặc tính mong muốn. Vai trò của MN trong thép
    • Là một chất khử oxy nhẹ hoạt động như một chất tẩy rửa lấy lưu huỳnh và oxi ra khỏi thép nóng chảy vào xỉ.
    • Tăng độ cứng và độ bền tuy nhiên giảm độ dẻo của thép
    • Nó kết hợp với lưu huỳnh để tạo thành sunfua mangan gia tăng khả năng gia công của thép
  1. Photpho (P): Mặc dù nó làm tăng độ bền kéo của thép và cải thiện khả năng gia công, nhưng nó thường được coi là tạp chất không mong muốn do nó có tác động bất lợi đến khả năng chống ăn mòn và làm tăng xu hướng vật liệu bị nứt trong quá trình hàn.
  2. Lưu huỳnh (S): Lưu huỳnh thường được coi là tạp chất. Lưu huỳnh cải thiện khả năng gia công nhưng làm giảm độ dẻo ngang và độ bền va đập, ít ảnh hưởng đến các tính chất cơ học theo chiều dọc. Nó còn tác động bất lợi đến khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn.
  3. Silic (Si): Si là một trong những chất khử oxy chính cho thép. Si giúp loại bỏ bong bóng oxy từ thép nóng chảy. Đây là nguyên tố được sử dụng phổ biến nhất để sản xuất thép.
  4. Crom (Cr): Chromium được thêm vào thép tăng độ cứng của thép và tăng khả năng chống ăn mòn. Thép không gỉ có thể chứa hơn 12% crôm. Khi tỷ lệ phần trăm của crom trong thép lớn hơn 1,1%, một lớp bề mặt được hình thành giúp bảo vệ thép chống lại quá trình oxy hóa.
  5. Vanadi (V): Tác dụng của nguyên tố hóa học Vanadi tương tự như của Mn, Mo và Cb. Khi được sử dụng với các yếu tố hợp kim khác giúp tăng độ cứng, độ bền gãy và khả năng chống sốc. Làm mềm ở nhiệt độ cao, khả năng chịu lực và chống mài mòn được cải thiện. Vanadi được sử dụng trong thấm nitơ, gia nhiệt thép lò xo cùng với các nguyên tố hợp kim khác.
  6. Vonfram (W): Vonfram được sử dụng với crom, vanadi, molypden hoặc mangan để sản xuất thép sử dụng trong các dụng cụ cắt. Giúp thép vẫn giữ được độ cứng ở nhiệt độ cao.
  7. Molypden (Mo): Molypden có tác dụng tương tự mangan và vanadi, Nó làm tăng độ cứng và khả năng làm việc ở nhiệt độ cao cũng cải thiện khả năng chống ăn mòn.
  8. Coban (Co): Cobalt cải thiện khả năng làm việc của thép ở nhiệt độ cao và tính thấm từ. Tăng độ cứng, cũng cho phép nhiệt độ làm nguội cao hơn (trong quy trình xử lý nhiệt).
  9. Niken (Ni): Ngoài tác dụng tăng  khả năng chống ăn mòn của thép, Ni được thêm vào thép để tăng độ cứng. Niken thường được sử dụng kết hợp với các nguyên tố hợp kim khác, đặc biệt là crom và molypden. Nó là thành phần chính trong thép không gỉ nhưng ở nồng độ thấp được tìm thấy trong thép. Thép không gỉ chứa từ 8% đến 14% niken.
  10. Đồng (Cu): Đồng được thêm vào thép để tăng cường khả năng chống ăn mòn của thép.
  11. Nhôm (Al): Nhôm là một trong những chất khử oxy quan trọng nhất với số lượng rất nhỏ trong vật liệu, và cũng giúp hình thành một cấu trúc tinh thể hạt mịn hơn và tăng độ bền của thép. Nó thường được sử dụng kết hợp với silic.
  12. Nitơ (N): Nitơ hoạt động rất giống với Carbon trong hợp kim. N thay thế C với số lượng nhỏ để tăng độ cứng và khả năng chống ăn mòn. Do Nitơ ít tạo thành Chromium nitride(CrN) hơn Carbon tạo thành Chromium carbide(Cr3C2), giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn.
  13. Titan: Titanium được thêm vào để ổn định cacbua đặc biệt là khi vật liệu được hàn. Nó kết hợp với carbon để tạo thành các cacbua titan(TiC), khá ổn định và cứng hòa tan trong thép, có xu hướng giảm thiểu sự xuất hiện của ăn mòn.

LỰA CHỌN VẬT LIỆU LÀM KHUÔN

Các nhà thiết kế khuôn mẫu xem xét nhiều yếu tố khi lựa chọn kim loại khuôn bao gồm, tính dễ gia công, khả năng hàn, khả năng chống mài mòn, độ cứng, chống ăn mòn và độ bền. Các kim loại có thể bao gồm từ các hợp kim mềm, nhiệt độ nóng chảy thấp được sử dụng trong các khuôn mẫu với chi phí thấp, kim loại xốp được sử dụng trong các miếng đệm lỗ thông hơi. Kim loại được chọn không chỉ dựa trên các yêu cầu về chi phí, sản xuất và hiệu suất của khuôn hoặc thành phần, mà còn dựa trên kinh nghiệm và nguồn cung của đơn vị làm khuôn.

Vật liệu nhôm

Nhôm là một lựa chọn phổ biến cho các khuôn mẫu, được sử dụng trong các khuôn có độ bền trung bình, khuôn thổi. Các hợp kim nhôm ngày nay có độ bền và độ cứng cao đủ tiêu chuẩn đến sản xuất khuôn ép nhựa. Lớp phủ bên ngoài gia tăng độ cứng có thể nâng độ cứng bề mặt của khuôn nhôm lên hơn 50 Rockwell C (HRC) để cải thiện khả năng chống mài mòn. Các thanh chèn thép và các thành phần cơ khí thường được sử dụng ở những khu vực có độ mài mòn cao bên trong khuôn nhôm để kéo dài tuổi thọ khuôn. Nhôm gia công dễ dàng hơn và trong một số trường hợp khuôn nhôm có chu kỳ nhanh hơn so với khuôn thép thông thường. Một số loại nhôm thông thường được sử dụng như: Nhôm 6061, 7005, 7075,…

Khuon hu nap nhom

Nhôm 6061

AL Mg Si Fe Cu Cr Zn Ti Mn Chất khác
95.85 – 98.56 0.8 – 1.2 0.40 – 0.8 0.0 – 0.7 0.15 – 0.40 0.04 – 0.35 0.0 – 0.25 0.0 – 0.15 0.0 – 0.15 0.05-0.15

 

Hợp kim nhôm 6061 nóng chảy khi đạt điểm nhiệt độ: khoảng 580° C, dẫn nhiệt và dẫn điện kém. Tính đàn hồi từ 70-80 MPa.

Hợp kim nhôm 6061 có những đặc tính nổi bật như độ bền cao, dễ gia công do có tính dẻo dai, hàn tốt, cường độ từ trung bình đến cao.

Nhôm 7075

Composition Zn Si   Fe Ti Cu Mn Mg Cr other
Percentage 5.1–6.1 0.40 0.50 0.20 1.2–2.0 0.30 2.1–2.9 0.18–0.28 0.65

 

Nhôm 7075 – Hợp kim với kẽm, magie, đồng và crom. Khả năng tạo hình kém, khả năng gia công cơ khí tốt. Độ bền từ 32.000 đến 76.000 psi.Thành phần hợp kim chính của nó là kẽm và đồng, tạo nên một trong những hợp kim nhôm có độ bền cao nhất hiện có. Trên thực tế, độ bền điển hình của nó ở trạng thái cứng T6 cao hơn hầu hết các loại thép cacbon trung bình. 7075 cũng có xếp hạng gia công cơ khí từ trung bình đến tốt, chống ăn mòn và khả năng anodizing. Tuy nhiên nhôm 7075 không thể hàn.

Thuộc tính Hệ Metric Hệ Imperial
Sức căng 220 MPa 31909 psi
Sức mạnh 95 MPa 13779 psi
Shear strength 150 MPa 21756 psi
Fatigue strength 160 MPa 23206 psi
Elastic modulus 70-80 GPa 10153-11603 ksi
Poisson’s ratio 0.33 0.33
Elongation at break 17% 17%
Độ cứng 60 60

Nhôm 7005

Al Cr Cu FE Mg Mn SI Ti Zn Zr Chất khác
91.0- 94.7 0.06- 0.20 <0.1 <0.4 1.0 – 1.80 0.2 – 0.7 <0.35 0.01 – 0.06 4.0- 5.0 0.08 – 0.2 <0.15

Vật liệu thép

Hầu hết các khuôn ép hiệu suất cao được chế tạo từ thép công cụ chất lượng cao. Đế khuôn thường được làm bằng P-20 đã được tôi cứng trước đến 30 – 35 HRC và thường được mạ để chống ăn mòn. Với các khuôn chất lượng cao thép được sử dụng thường sử dụng thép không gỉ và có độ cứng cao như: 2083, AISI 420, SF 420, HPM-38, Stavax.

Thép làm Cavity và cores có thể thay đổi tùy theo yêu cầu sản xuất.Độ phức tạp gia công, kích thước khuôn, nhu cầu cơ học và tính chất mài mòn hoặc ăn mòn của nhựa. Thép P-20 (30-36 HRC) có thể sử dụng trên hầu hết các loại khuôn. Thép 2083, AISI 420, SF 420, HPM-38, Stavax không gỉ đã được làm cứng sẵn (30-35 HRC) cũng có thể được sử dụng khi cần chống ăn mòn. Để có tuổi thọ khuôn cao hơn và tăng độ bền, nhiều nhà sản xuất sử dụng thép 420, Stavax, 2083 không gỉ được làm cứng đến 50-52 HRC. Những loại thép chống gỉ này có khả năng chống mài mòn cao hơn so với thép thông thường, tuy nhiên khả năng làm mát kém hiệu quả hơn so với hầu hết các loại thép khuôn khác.

hop dung thuc pham

Lựa chọn vật liệu theo đặc tính

Vật liệu chứa sợi thủy tinh

Hầu hết nhựa chứa sợi thủy tinh hoặc nhựa chứa khoáng chất đều yêu cầu thép khuôn có độ cứng ít nhất là 54 HRC. Vì vậy cần sử dụng các loại thép như H-13, SKD61, DIN 1.2344.

Vật liệu sử dụng trong các bộ phận trượt

Theo nguyên tắc độ cứng của các phần khuôn trượt vào nhau phải chênh lệch ít nhất 2 HRC để giảm khả năng hư hỏng cho cả hai bộ phận. Bộ phận nào rẻ hơn hoặc dễ thay thế hơn nên có độ cứng thấp hơn.

Vật liệu dẫn nhiệt.

Các miếng chèn làm bằng BeCU hoặc hợp kim dẫn điện cao có thể làm giảm sự tích nhiệt ở những vùng khó làm mát của khuôn. Các kim loại có độ dẫn nhiệt tốt có xu hướng mềm hơn. Để bảo vệ các kim loại mềm khỏi bị mài mòn và biến dạng, chúng thường được đưa vào các lõi hoặc trong các bộ phận của thép cứng hơn.

Kết Luận

Việc lựa chọn vật liệu làm khuôn yêu cầu cần tính toán cẩn thận về cả đặc tính sản phẩm và độ bền của khuôn.Do đó, cần lựa chọn cẩn thận để mang lại chi phí tối ưu và khả năng vận hành bền bỉ trong suốt vòng đời của khuôn. Công Ty TNHH Khuôn Chính Xác Duy Tân với  đội ngũ làm khuôn  hơn hơn 25 năm kinh nghiệm cùng các đối tác cung cấp vật liệu chất lượng nhất để chế tạo khuôn, cung cấp giải pháp toàn diện về  tư vấn, thiết kế, gia công, và chế tạo khuôn đến khách hàng.

Liên Hệ :

Công ty TNHH Khuôn Chính Xác Duy Tân
Hotline :📞 +84 28 3754 5418 (ext. 728) |📠 Fax: +84 28 37 54 54 16
📧 Info@duytanmold.com | Facbook: https://www.facebook.com/KhuonChinhXacDuyTan