Plastové formovací oceli

Úvod do formovacích ocelí

Co je formovací ocel

Formovací ocel je nástrojová ocel určená pro výrobu forem, která má vlastnosti jako vysoká tvrdost, odolnost proti opotřebení, houževnatost, tepelná stabilita, odolnost proti korozi, obrobitelnost a leštitelnost. Různé typy (např. P20, P4, P6, P21 a korozivzdorné zápustkové oceli) jsou vhodné pro specifické průmyslové aplikace, jako je vstřikování plastů, tlakové lití atd., v závislosti na jejich složení a procesu tepelného zpracování. Tyto oceli, jejichž vlastnosti jsou optimalizovány procesy nauhličování, kalení a popouštění, aby splňovaly požadavky vysokotlakého, vysokoteplotního a korozního prostředí, jsou nepostradatelnými materiály pro moderní výrobu forem.

Hlavní vlastnosti formovací oceli

Vlastnosti zápustkových ocelí jim umožňují splnit náročné požadavky výroby forem. Zde jsou jeho klíčové vlastnosti:

1. Tvrdost a odolnost proti opotřebení

Formovací oceli vyžadují vysokou tvrdost, aby odolávaly opotřebení a zajistily, že forma si udrží tvar a rozměrovou stálost po dlouhou dobu. Například po nauhličení má zápustková ocel P20 povrchovou tvrdost 65 HRC.

2. Houževnatost

Formovací oceli musí být dostatečně houževnaté, aby vydržely mechanické namáhání a otřesy při procesu formování, aby se zabránilo praskání nebo lámání. To je důležité zejména pro odolnost vůči mechanické manipulaci a teplotním šokům.

3. Tepelná stabilita

Ve vysokoteplotním prostředí (např. procesy tlakového lití) si ocelové zápustky potřebují zachovat své vlastnosti a nezměknou kvůli zvýšeným teplotám. Například P20 má nízkou odolnost proti měknutí při popouštění, podobně jako běžná uhlíková ocel.

4. Odolnost proti korozi

Odolnost proti korozi je rozhodující pro formy, které přicházejí do styku s korozivními materiály (např. PVC plasty) nebo se používají ve vlhkém prostředí. Pro takové aplikace se běžně používají martenzitické nerezové formovací oceli s vysokým obsahem chrómu (např. 13% Cr).

5. Obrobitelnost

Formovací ocel by měla být snadno obrobena do požadovaného tvaru, aby se snížily výrobní náklady. Formová ocel P6 může být například žíhána na nízkou tvrdost (např. 180 HB) pro snadné obrábění.

6. Leštitelnost

U forem, které vyžadují vysokou povrchovou úpravu (např. průhledné plastové formovací formy), musí mít formovací ocel dobrou leštitelnost, nesmí obsahovat vměstky a musí být chemicky a strukturně homogenní. Například formovací ocel P21 se v takových formách běžně používá kvůli její vynikající leštitelnosti.

Typy a aplikace formovací oceli

Formovací ocel je klasifikována do různých typů podle jejího chemického složení a použití, dále jsou uvedeny hlavní typy a jejich vlastnosti:

1. Formovací ocel P20

Charakteristika: střední prokalitelnost, obvykle kaleno v oleji, tvrdost stavu tepelného zpracování asi 300 HB, tvrdost povrchu nauhličování do 65 HRC, ale odolnost proti popouštění do změknutí je nízká.

Použití: Používá se pro tlakové lití a lisování plastů ze slitin s nízkou teplotou tání.

2. Formovací ocel P4 a P6

P4: Obsahuje vysoký obsah chrómu a molybdenu, hluboko kalenou ocel, deformace kalením je malá, tvrdost do 95-125 HB, s vynikající odolností proti opotřebení a houževnatostí.

P6: Obsahuje asi 3,5% nikl, lze žíhat na 180 HB, má dobrou prokalitelnost a je vhodný pro obrábění dutin forem.

Použití: P4 se používá pro formy, které vyžadují vysokou houževnatost a odolnost proti opotřebení, a P6 se používá pro formy, které vyžadují obrábění složitých dutin.

3. Formovací ocel P21

Charakteristika: Obsahuje uhlík 0,80%, legovaný niklem a hliníkem, nauhličený na povrchovou tvrdost 65-66 HRC, hloubka povrchu 0,035-0,043 palce, výborná leštitelnost.

Použití: Používá se v nástrojích pro vstřikování plastů, kde je vyžadována vysoká povrchová úprava.

4. Formy odolné proti korozi

Charakteristika: Typicky martenzitická nerezová ocel s vysokým obsahem chrómu (např. 13% Cr) pro vynikající odolnost vůči korozi oproti nízkolegovaným uhlíkovým ocelím.

Použití: Používá se k lisování forem z korozivních plastů (např. PVC).

5. Zápustková ocel jakosti pro lisování (Hubbing Grades)

Charakteristiky: nízkouhlíková zápustková ocel, nízká žíhaná tvrdost (např. méně než 150 HB), snadno lisovatelný (hubbing) proces k vytvoření dutin forem, tvrdost povrchu nauhliče.

Použití: Používá se pro výrobu vícedutinových forem nebo jednoduchých tvarových forem.

Požadavky na vlastnosti forem

Formovací oceli jsou navrženy tak, aby splňovaly specifické požadavky na výkon pro různé aplikace:

• Hubbabilita: Nízká žíhaná tvrdost pro ekonomické lisování. Například oceli P1 jsou nejvhodnější pro lisování, ale jsou méně běžně používané kvůli jejich nízké prokalitelnosti.
• Odolnost proti opotřebení: Odolnost proti oděru při zatékání materiálu do matrice. Například ocel P4 má díky vysokému obsahu chrómu vynikající odolnost proti opotřebení.
• Vysoká tvrdost povrchu zabraňuje „potopení“ dutiny matrice pod vysokým tlakem. Například ocel P5 má po nauhličení tvrdost 65 HRC.
• Houževnatost: Je odolná vůči mechanickým a tepelným šokům; například tvrzená jádra P20 a P21 poskytují vysokou houževnatost.
• Nízká rozměrová změna během kalení udržuje rozměrovou přesnost formy. Například ocel P4 má minimální deformaci, když je kalena v oleji nebo vzduchu.
• Odolnost proti korozi: vhodné pro korozivní prostředí, např. nerezové formovací oceli s 13% Cr.
• Nízká ztráta tvrdosti při popouštění: udržuje tvrdost při vysokých teplotách, např. ocel P4 ztrácí tvrdost pomalu při popouštění.