Cómo seleccionar el acero para moldes de inyección de plástico

El acero utilizado en un molde de inyección de plástico determina su rendimiento, su coste de mantenimiento, la calidad de cada pieza producida y su vida útil. Un acero adecuado mantiene la tolerancia bajo presión, resiste el desgaste y la corrosión durante el proceso de moldeo y permite controlar los tiempos de pulido y mecanizado. Un acero inadecuado provoca posteriormente marcas de hundimiento, grietas en las cavidades, corrosión en los canales de refrigeración o un desgaste prematuro del molde antes de finalizar la producción.

Los datos económicos refuerzan esta idea. El acero para herramientas en bruto suele representar solo entre el 10 y el 20 por ciento del coste total de un molde terminado, destinándose el 80 por ciento restante al mecanizado, el pulido y el ensamblaje. Elegir un acero más barato para ahorrar en materia prima rara vez resulta rentable, ya que el ahorro es mínimo en comparación con la mano de obra ya invertida en el molde y el coste de la inactividad si este falla prematuramente. El acero debe ser adecuado para su propósito, lo que implica que sus propiedades se ajusten al plástico, al volumen de producción y al acabado superficial que requiere la pieza.

Lo que debe hacer un acero para moldes

Before comparing grades, it helps to be clear about the demands a mold steel must meet, because each requirement traces back to a specific failure that the wrong material would cause.

La maquinabilidad es importante porque la mayor parte del costo de un molde proviene del corte y la perforación de cavidades complejas. Un grado que se mecaniza limpiamente acorta ese trabajo y reduce el costo de fabricación, razón por la cual los aceros pretemplados, suministrados listos para cortar, son tan utilizados.

Polishability decides whether the mold can produce transparent or high-gloss parts. The steel properties behind that finish, and the defects that appear when they are missing, are set out in the guía de pulido y texturizado. Lenses, optical components, and cosmetic surfaces require a mirror finish, and that finish requires steel with a uniform structure, high surface hardness, and a high degree of cleanliness. Non-metallic inclusions appear as pits and streaks that no amount of polishing can remove, so mold-quality steels for these jobs are refined to keep inclusion levels low.

La resistencia al desgaste y a la abrasión se vuelve fundamental cuando el propio plástico es abrasivo. La fibra de vidrio, los rellenos minerales y otros refuerzos erosionan el conducto de flujo y la compuerta, y un acero blando se erosiona primero en esas zonas.

Se requiere resistencia a la corrosión para los plásticos que se descomponen durante el moldeo. El PVC y el ABS ignífugo liberan cloruro de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno al descomponerse, y estos gases atacan el acero común, corroyendo la cavidad y grabando los canales de refrigeración. Los moldes para estos plásticos necesitan ser resistentes a la corrosión, de lo contrario se degradan desde el interior.

La tenacidad y la resistencia del núcleo mantienen el molde intacto bajo presión de sujeción y ciclos térmicos. Las cargas de compresión elevadas pueden provocar el hundimiento de una cavidad de tamaño insuficiente, y el calentamiento y enfriamiento repetidos en cada ciclo inducen fatiga térmica que agrieta el acero frágil. El material requiere una resistencia del núcleo suficiente para mantener su forma y una tenacidad adecuada para soportar los ciclos sin fallar.

La estabilidad dimensional favorece a los aceros que requieren poco o ningún acabado después del tratamiento térmico. Cualquier grado que deba endurecerse después del mecanizado corre el riesgo de deformarse, por lo que los aceros pretemplados, que alcanzan la dureza de trabajo y se utilizan directamente, evitan por completo ese riesgo.

Las principales familias de acero para moldes

Aceros de carbono medio pretemplados: La familia P20

Para moldes de uso general, la familia P20 cubre la gran mayoría de los usos de la industria. El P20 y sus equivalentes europeos DIN 1.2738, 1.2311 y 1.2312 se suministran preendurecidos a aproximadamente 30-36 HRC y alrededor de 300 HB. Esta condición de preendurecimiento es la clave. El acero se puede mecanizar y poner en servicio directamente sin un paso de endurecimiento a alta temperatura, lo que elimina la distorsión que el tratamiento térmico introduciría en la cavidad terminada. El P20 es adecuado para moldes grandes mecanizados, piezas de automoción como salpicaderos y parachoques, y bienes de consumo estándar. Si el desgaste superficial se convierte en un problema posteriormente, el molde se puede carburizar, endurecer a la llama o nitrurar para añadir una capa más dura. El P21, un grado de endurecimiento por precipitación para cojinetes de aluminio que también se suministra preendurecido a 32-36 HRC, es la opción preferida cuando la pulibilidad y los acabados críticos son más importantes que cualquier otra cosa en esta clase.

Aceros para bujes con bajo contenido de carbono: P2, P4, P6

A smaller group of grades, P2, P4, and P6, has very low carbon content, between 0.05 and 0.15 percent, and is supplied soft and annealed. The low carbon lets the cavity be formed by cold hubbing, pressing a hardened master hub into the soft blank rather than machining the cavity out. Once the cavity is formed, the mold is carburized to a hard case of 58-61 HRC over a tough, shock-resistant core. Among these, P4 offers the highest hardenability and wear resistance, making it well-suited for high-pressure injection and compression molds where surface wear is the main concern.

Aceros inoxidables y resistentes a la corrosión

Cuando el plástico es corrosivo o el entorno del taller hace que los canales de refrigeración sean propensos a la oxidación, los aceros inoxidables martensíticos son la solución. AISI 420, El acero inoxidable DIN 1.2083 es el más común. Su contenido aproximado de cromo (13 %) le confiere una excelente combinación de resistencia a la corrosión, a la abrasión y pulido a espejo, y suele tener una dureza de 46 a 52 HRC. Cuando la deformación por tratamiento térmico es un factor importante, los aceros inoxidables pretemplados, como el DIN 1.2316 y el tipo 414, ofrecen resistencia a la oxidación sin necesidad de endurecimiento, razón por la cual son habituales en el moldeo de PVC y en aplicaciones médicas y ópticas.

Aceros para herramientas de trabajo en caliente y de alta dureza: H13, S7

Para la producción en grandes volúmenes o para moldes que requieren alta tenacidad y resistencia al calor, se utilizan aceros para herramientas de trabajo en caliente en el moldeo de plásticos en lugar de la fundición a presión. El acero H13 es altamente aleado, tenaz y resistente en su núcleo. Se somete a tratamiento térmico hasta alcanzar una dureza de 48 a 54 HRC y se nitrura excepcionalmente bien, logrando una dureza superficial de 65 a 70 HRC que soporta un desgaste abrasivo severo. S7 Es el grado ideal cuando la resistencia a los golpes y la robustez son la prioridad. Alcanza aproximadamente 58 HRC y se pule lo suficientemente bien para plásticos transparentes.

Aceros resistentes al desgaste y aceros para metalurgia de polvos: grados A2, D2 y P/M

When the plastic is heavily filled with abrasive material such as fiberglass or ceramic powder, standard mold steels erode too fast to be economical. The high-carbon, high-chromium cold work steels A2 y D2 Proporcionan una resistencia extrema a la abrasión y se utilizan comúnmente para insertos pequeños, puntos de desgaste y cavidades que utilizan compuestos abrasivos. Los grados de metalurgia de polvos van más allá. Elmax, ASP-23 y CPM 440V poseen una estructura de carburo ultrafina y uniformemente distribuida que combina una alta resistencia al desgaste con una tenacidad que la fusión convencional no puede igualar. Elmax, un acero inoxidable de metalurgia de polvos, añade resistencia a la corrosión y una excelente capacidad de pulido a su resistencia al desgaste, lo que lo hace idóneo para moldes electrónicos y de circuitos integrados sometidos a un alto desgaste.

Adaptar el nivel al puesto

Por volumen de producción

El volumen de producción establece la base. Los moldes construidos para una producción muy alta, la gama SPI Clase 101 por encima de un millón de ciclos, necesitan aceros al carbono y para herramientas de alta dureza, con H13, acero inoxidable 420 o A2 y D2 en las zonas de desgaste. Los moldes de volumen medio a alto, Clase 102 y 103, son donde se utilizan P20 pretemplados y DIN 1.2738 Se han ganado su lugar porque combinan una vida útil adecuada con un bajo costo y sin riesgo de tratamiento térmico. Para prototipos y series cortas de unos pocos miles de piezas a baja presión de moldeo, los grados de aluminio de alta resistencia como el 7075-T6 y el Alcoa QC-10, o incluso las herramientas de polímero impresas en 3D, son mucho más económicos y conducen mejor el calor que el acero.

Por material plástico

El tipo de plástico que se moldea limita aún más las opciones. Los termoplásticos estándar, como el polietileno, el polipropileno y el ABS, funcionan bien en grados P20 y similares de carbono medio. Los plásticos corrosivos, incluidos el PVC, los fluoroplásticos y el ABS ignífugo, requieren grados de acero inoxidable como el 420, el 414, el DIN 1.2083 y el DIN 1.2316 para resistir los gases ácidos que liberan; de lo contrario, la cavidad se corroerá y se grabará. Los plásticos abrasivos y reforzados, como el POM reforzado con fibra de vidrio y el policarbonato, requieren aceros para herramientas de alta dureza como el D2 y el A2, el H13 nitrurado o los grados de metalurgia de polvos.

Por acabado superficial

El acabado que requiere la pieza puede anular los demás factores. Un acabado de alta pérdida o espejo para lentes, piezas ópticas y acrílicos transparentes depende de un acero libre de inclusiones, lo que significa grados de calidad de molde refinados por refundición por electroescoria o refundición por arco al vacío. Los aceros P21, 420 y los aceros maraging o de endurecimiento por envejecimiento especializados ofrecen los mejores resultados. Las superficies texturizadas y grabadas tienen la sensibilidad opuesta. El fotograbado químico requiere una estructura muy homogénea para que el ácido actúe de manera uniforme, y deben evitarse los aceros con alta segregación o los grados de fácil mecanizado con alto contenido de azufre, como el DIN 1.2312, cuando la uniformidad de la textura es importante, ya que su variación interna se manifiesta como un grabado irregular.

Analizando la decisión

No existe un único grado de plástico ideal para todos los moldes. La elección correcta surge de responder a las mismas tres preguntas en este orden: cuántas piezas debe fabricar el molde, qué tipo de plástico utilizará y qué acabado requiere la pieza. Una vez respondidas estas preguntas, la lista de opciones se reduce generalmente a dos o tres grados, y a partir de ahí, la maquinabilidad, la disponibilidad y el costo determinan el resto.

La mayoría de los grados en esta decisión están en stock en Aobo Steel. Gama de acero para moldes de plástico Va desde acero inoxidable pretemplado P20 y 420 para moldes generales y resistentes a la corrosión hasta H13, S7, A2 y D2 para trabajos de alto desgaste y alto volumen. Para referencias cruzadas entre las designaciones AISI, DIN y JIS, consulte nuestra buscador de grado equivalente de acero para herramientas Cubre todo el mapa.