Pulido y texturizado de acero para moldes de plástico
Una pieza plástica reproduce la superficie del molde hasta el más mínimo detalle, por lo que el acabado de la cavidad decide el acabado del producto. Esta página reúne lo que rige la pulibilidad y la respuesta al grabado en aceros para moldes de plástico, los defectos que aparecen en el banco de trabajo, y la forma en que la dureza, la limpieza y el tamaño del bloque se alinean con las operaciones del taller de moldes.
Dónde se concentra el costo de un molde
El acero es la parte pequeña de la factura y las operaciones que lo rodean son la parte grande, por lo que una pequeña diferencia en el bloque cambia una gran diferencia en el costo.
| Concepto de costo | Participación | Qué incluye |
|---|---|---|
| Machining | 70% | Fresado de desbaste y acabado, taladrado, EDM. El concepto individual más grande en un molde. |
| Engineering | 10% | Diseño y programación. |
| Acero para herramientas | 10% | El bloque en sí, cotizado entre el 10 y el 20 por ciento del costo total del molde en el texto fuente. |
| el tratamiento térmico | 5% | Temple, revenido, alivio de tensiones, nitruración cuando se especifique. |
| Acabado superficial | 5% | Pulido y texturizado, el paso que decide cómo se ve la pieza. |
Fuente: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press), Figura 6.3a, elaborada allí a partir de datos industriales de fabricación de moldes de inyección. El acero se cotiza entre el 10 y el 20 por ciento del costo total del molde en el texto.
La consecuencia práctica
Dado que el mecanizado representa alrededor del 70 por ciento del costo, un acero que se mecaniza bien y llega con una dureza uniforme ahorra más de lo que jamás podría ahorrar un bloque más barato. La fuente lo describe como un iceberg, con el precio visible del acero en la parte superior y el costo de fabricación por debajo. Un bloque con una dureza desigual o una carga elevada de inclusiones cuesta más en cada paso posterior, y puede perder el acabado superficial para el que se pidió la pieza.
Pulibilidad frente a dureza y condición de suministro
La curva de pulibilidad sube abruptamente con la dureza hasta la región de 40 HRC y luego se aplana. Las bandas a continuación siguen la condición de suministro de los mold steels.
| Banda de dureza | Grados y condición típicos | Qué esperar |
|---|---|---|
| Condición preendurecida | ||
| 28–32 HRC | P20, 1.2311, 1.2312, 1.2738 | Las placas de molde estándar. La pulibilidad asciende abruptamente en esta banda y se estabiliza dentro del rango pulible, que cubre la mayoría de las piezas visibles que no necesitan un espejo. |
| 38–42 HRC | 1.2711 y grados similares de 40 HRC | Se suministra preendurecido, con una dureza mayor y una apariencia pulida mejor que la familia de 32 HRC. Tanto el taladrado profundo como la soldadura se vuelven más difíciles a este nivel. |
| Endurecido después del mecanizado | ||
| 50–60 HRC | ESR H13, inoxidable 420, D2, grados PM | Alta pulibilidad. La fuente sitúa la parte más pronunciada de la curva de pulibilidad por debajo de 40 HRC, por lo que la ganancia de 32 a 60 HRC es real pero menor que la ganancia de 25 a 35. |
| Tratado superficialmente | ||
| Superior a 800 HV | Nitrurado, cementado, recubierto con Cr, recubierto con N | La banda más alta del gráfico de la fuente, por encima del rango de cualquier acero para herramientas sin alear. Un recubrimiento cambia la ruta de pulido en lugar del acero. |
Fuente: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press), Figura 6.9a y la discusión en la Sección 6.3.1.
El pulido es abrasión, y el tiempo no es neutro
El pulido elimina material rayándolo con un abrasivo fino, y una superficie más dura mantiene el abrasivo más alto, por lo que las rayas permanecen más superficiales y la superficie se ve como un espejo. Esa es toda la razón por la que la dureza ayuda.
Solo funciona hasta cierto punto en el tiempo. En las curvas de la fuente, un P20 a 32 HRC alcanza su mejor rugosidad después de aproximadamente cinco minutos de pulido a presión constante y luego se vuelve progresivamente más rugoso a medida que continúa el pulido, mientras que un A2 a 60 HRC sigue mejorando durante unos doce minutos antes de revertirse. El aumento de rugosidad es el efecto de piel de naranja anterior, y el acero más duro compra tanto un mejor piso como más tiempo de trabajo antes de que aparezca.
Los tres defectos que aparecen en el banco de trabajo
Cada uno tiene una causa distinta y una solución distinta, por lo que el primer paso es nombrar correctamente el defecto.
| Defecto | Mecanismo | Qué cambiar |
|---|---|---|
| Pin-holes | Las inclusiones no metálicas se arrancan de la superficie durante el pulido y dejan pequeñas fosas. Los carburos no disueltos se comportan de la misma manera, por lo que aceros para moldes de plástico se diseñan sin ellos. | Buy cleaner steel. Remelting by ESR or VAR is the route to a low inclusion level, and pin-holes are the defect it removes. |
| Piel de naranja, también llamado sobrepulido | El pulido repetido endurece por deformación la capa superficial, y después de cierto punto la rugosidad aumenta con cada pasada adicional en lugar de disminuir. | Rectifique para eliminar la capa dañada y luego pula de nuevo a una presión controlada. Una mayor dureza del acero retrasa la aparición, y el daño por mecanizado, rectificado o EDM en la superficie la adelanta. |
| Brillo desigual, líneas de ataque | Las diferencias microestructurales se pulen a velocidades distintas. La descarburación, el bandeado y la macrosegregación se manifiestan como una textura en la superficie. | Mantenga el trabajo superficial cerca de la geometría final con cuidado, y espere que un bloque grande de un lingote grande presente más segregación que uno pequeño. |
Fuentes: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press), Secciones 6.3.1 y 6.3.2, y los datos de pulido detrás de la Figura 6.9b.
El mecanizado y el pulido tiran en direcciones opuestas
Las características metalúrgicas que se pulen bien son cercanas a las que se mecanizan mal. La dureza es el ejemplo obvio. Las inclusiones se dividen en dos familias, y solo una de ellas es mala para ambos.
| Material | Nivel de azufre | Machining | Pulido | Dónde se utiliza |
|---|---|---|---|---|
| 1.2738, P20 regular | S bajo | Moderado | Bien | La opción predeterminada para piezas visibles y trabajos generales de moldes. |
| 1.2312, P20 alto azufre | Aproximadamente 0,07–0,1 % de S | Alto, es la razón de ser del grado | Deficiente a moderada | Zonas posteriores y piezas macho que no se pulirán ni serán visibles. Las inclusiones blandas de sulfuro de manganeso fragmentan la viruta en el mecanizado y causan defectos puntuales en el pulido. |
| P20 y H13 refinados por ESR | S bajo | Moderado | Alto | Donde se especifica un acabado exigente, hasta trabajo óptico para el H13. |
| Acero de endurecimiento por precipitación refinado por VAR | S alto posible | Alto | Bien | La combinación que la fuente destaca a 40 HRC, con el costo de la vía de vacío correspondiente. |
Interpretar el oficio
Las inclusiones duras de óxido y los carburos no disueltos aumentan el desgaste de la herramienta en el mecanizado y dejan picaduras en el pulido, por lo que ambas operaciones quieren eliminarlas. Las inclusiones blandas de sulfuro de manganeso hacen lo contrario. Lubrican y fragmentan la viruta en el mecanizado y son la razón por la que un P20 con azufre añadido corta con tanta facilidad, mientras que en el pulido esas mismas inclusiones se convierten en defectos puntuales y la superficie alcanza antes el umbral de piel de naranja. Los grados con alto contenido de azufre están por tanto orientados a las zonas del molde que soportan más mecanizado y menos pulido, como la parte posterior de un molde de parachoques.
El lado del mecanizado de este mismo oficio, con las calificaciones de los aceros para herramientas de todas las familias, se recopila en la tabla de calificación de maquinabilidad.
El texturizado es corrosión controlada
Se graba una textura en la cavidad a través de una película protectora, y cualquier cosa que cambie cómo se corroe el acero cambia el patrón. La fuente agrupa las causas en tres, y la mayoría de las discusiones sobre una textura defectuosa recaen en la equivocada.
| Grupo variable | Qué abarca | El control |
|---|---|---|
| Condición superficial antes del ataque | Calidad de rectificado, lijado, mecanizado y EDM en la cavidad. El metal afectado por EDM que no se elimina se muestra como manchas blancas después del grabado, y los rayones que eran invisibles antes del ácido pueden grabarse como líneas. | Corte y acabado lentos y controlados a medida que la cavidad se aproxima a su geometría final. |
| El proceso de ataque | El tipo de ácido, la concentración, el pH, el contenido de hierro del baño, la temperatura, la homogeneidad del baño y el flujo cambian el patrón y la rugosidad superficial dentro de la textura. | Controle el baño como un proceso, no como un arte. El mismo acero se graba de forma diferente en dos baños. |
| El propio acero | Grado, dureza y microestructura. Una zona soldada se graba más claro que el metal base, y la segregación se graba como bandas visibles. | Vuelva a revenir después de soldar para uniformar la estructura, y ajuste las condiciones de grabado al grado y su tratamiento térmico. |
Fuente: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press), sección 6.3.3 y los ejemplos de defectos en la figura 6.12.
Por qué la soldadura y la segregación aparecen aquí
Una reparación soldada es una microestructura diferente situada en el centro de la cavidad. Por lo general retiene más aleación en solución y se corroe más lentamente, por lo que se graba más claro que el acero circundante y la textura queda irregular en toda la reparación. Volver a revenir después de la soldadura uniforma la dureza y la respuesta. La segregación es más lenta de corregir, porque un bloque grande de un lingote grande siempre llevará algo de ella, y la respuesta práctica es ajustar el grabado para que las bandas no se resalten en lugar de exigir acero sin ninguna.
Las rutas de refusión que empujan la limpieza y la segregación en la dirección correcta, incluidas las variantes de ESR a presión y VAR que los fabricantes de acero para herramientas emplean para trabajos de moldes, se describen en la página de acero para herramientas ESR.
El tamaño del bloque cambia la superficie
Los talleres cortan cavidades pequeñas de bloques maestros grandes por conveniencia, y el acabado superficial es donde se nota esa decisión. El núcleo de un bloque grande enfría más lentamente que una barra pequeña, y una P20 composición química pobre no puede mantener su dureza a través del núcleo de una sección gruesa.
Los dos números que vale la pena recordar
El grado 1.2311 cubre placas de hasta aproximadamente 400 mm y da el mismo resultado que el 1.2738 en ese rango. Por encima de 500 mm, el níquel en el 1.2738 es lo que mantiene alta la dureza del núcleo y uniforme la respuesta al temple, por lo que es el grado cotizado para bloques grandes. Bajo la superficie, un molde grande queda alrededor de 4 HRC más blando que la curva de revenido de 1 inch para el mismo acero, siempre que el núcleo enfríe a bainita en lugar de a perlita.
Un núcleo cuya dureza disminuye se pule y se graba de forma diferente a la superficie, por lo que el acabado sufre exactamente donde la cavidad es más profunda. La comparación de P20+Ni (1.2738) frente a P20 (1.2311) es en realidad una comparación de en qué grosor de bloque cada uno mantiene su dureza.
Los grados, según el requisito superficial
Las piezas visibles ordinarias funcionan con P20 modificado a 32 HRC. Un mayor brillo y una vida útil más larga llevan el molde a un grado preendurecido de 40 HRC como el 1.2711, y el trabajo óptico lo lleva a un H13 refinado por ESR por encima de 50 HRC, o a un grado inoxidable para plásticos corrosivos. El conjunto completo, con las condiciones preendurecidas, está en el catálogo de aceros para moldes de plástico.
Los aceros para moldes inoxidables tienen su propia regla
Para el PVC y otros polímeros corrosivos, el molde pasa a un inoxidable con 12 por ciento de cromo, normalmente un 420 modificado como el 1.2083, o al 1.2316 donde se necesita más resistencia a la corrosión. Una regla acompaña a estos grados. Un tipo 420 debe revenirse en el extremo bajo, cerca de 250 °C, porque el revenido alrededor de 500 °C precipita carburo de cromo y saca el cromo de la solución, que es exactamente el elemento del que depende la resistencia a la corrosión.
Los plásticos abrasivos cambian el grado de nuevo
Los compuestos con carga de vidrio y fibra abrasionan la cavidad, y la respuesta es una mayor dureza de la matriz o un grado con carburos, lo que normalmente implica pagar en pulibilidad. Un acero de metalurgia de polvos es la excepción, porque sus carburos son lo suficientemente finos para desgastarse bien manteniendo la superficie pulible. Las fases duras en sí y su clasificación de dureza se exponen en los tipos de carburo y dureza referencia.
La nitruración es la respuesta superficial habitual
Cuando un molde necesita más resistencia al desgaste que la que le da su dureza masiva, la nitruración añade una capa de más de 1000 HV sin tocar el núcleo ni el tamaño del bloque. La profundidad a la que debe mantenerse, y la capa que debe permanecer delgada en trabajos sensibles al agrietamiento, se tratan en la guía de nitruración de acero para herramientas.
Confirmar antes de cotizar
La dureza, el contenido de azufre y la pulibilidad son solo para referencia general. El comportamiento real varía según el grado, la acería, el número de colada y el tratamiento térmico. Confirme con el certificado de ensayo del material (MTC) o contacte con Aobo Steel.
Páginas de referencia relacionadas
aceros inoxidables · Aceros para trabajo en frío · Guía de selección de acero para moldes de plástico · Tratamiento superficial del acero para herramientas · Grados equivalentes de acero para herramientas · Suministro de acero para herramientas
Fuentes: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press, 2017), Capítulo 6 con Figuras 6.3, 6.5, 6.9, 6.10 y 6.12. Datos de referencia solo para comparación. Confirme el grado, la condición de suministro y la ruta de acabado con su taller de moldes y la hoja de datos del fabricante antes de la producción. Aobo Steel suministra acero para moldes en condición preendurecida o recocida.