Aceros para moldes de plástico

Introducción a los aceros para moldes

¿Qué es el acero para moldes?

El acero para moldes es un acero para herramientas diseñado para la fabricación de moldes, que posee propiedades como alta dureza, resistencia al desgaste, tenacidad, estabilidad térmica, resistencia a la corrosión, maquinabilidad y pulido. Diferentes tipos (p. ej., P20, P4, P6, P21 y aceros para matrices resistentes a la corrosión) son adecuados para aplicaciones industriales específicas, como el moldeo por inyección de plástico, la fundición a presión, etc., según su composición y proceso de tratamiento térmico. Estos aceros, cuyas propiedades se optimizan mediante procesos de cementación, temple y revenido para satisfacer las exigencias de entornos corrosivos y de alta presión y temperatura, son materiales indispensables para la fabricación moderna de moldes.

Propiedades principales del acero para moldes

Las propiedades de los aceros para matrices les permiten cumplir con los exigentes requisitos de la fabricación de moldes. A continuación, se presentan sus principales propiedades:

1. Dureza y resistencia al desgaste.

Los aceros para moldes requieren una alta dureza para resistir el desgaste y garantizar que el molde mantenga su forma y estabilidad dimensional durante largos periodos. Por ejemplo, tras la carburación, el acero para matrices P20 presenta una dureza superficial de 65 HRC.

2. Dureza

Los aceros para moldes deben ser lo suficientemente resistentes como para soportar las tensiones mecánicas y los impactos del proceso de moldeo y evitar el agrietamiento o la fractura. Esto es especialmente importante para la resistencia a la manipulación mecánica y al choque térmico.

3. Estabilidad térmica

En entornos de alta temperatura (p. ej., procesos de fundición a presión), los aceros para matrices deben conservar sus propiedades y no ablandarse debido a las temperaturas elevadas. Por ejemplo, el acero P20 presenta una baja resistencia al ablandamiento durante el revenido, similar a la del acero al carbono común.

4. Resistencia a la corrosión

La resistencia a la corrosión es fundamental para los moldes que entran en contacto con materiales corrosivos (p. ej., plásticos de PVC) o se utilizan en entornos húmedos. Los aceros inoxidables martensíticos para moldes con alto contenido de cromo (p. ej., 13% Cr) se utilizan habitualmente para estas aplicaciones.

5. Maquinabilidad

El acero para moldes debe mecanizarse fácilmente en la forma deseada para reducir los costos de fabricación. Por ejemplo, el acero para moldes P6 puede recocerse a baja dureza (p. ej., 180 HB) para facilitar el mecanizado.

6. Pulibilidad

Para moldes que requieren un alto acabado superficial (p. ej., moldes de plástico transparente), el acero del molde debe tener buena capacidad de pulido, estar libre de inclusiones y ser química y estructuralmente homogéneo. Por ejemplo, el acero para moldes P21 se utiliza comúnmente en estos moldes debido a su excelente capacidad de pulido.

Tipos y aplicaciones del acero para moldes

El acero para moldes se clasifica en varios tipos según su composición química y aplicación, los siguientes son los principales tipos y sus características:

1. Acero para moldes P20

Características: templabilidad media, generalmente templado en aceite, dureza en estado de tratamiento térmico de aproximadamente 300 HB, dureza de superficie de carburación de hasta 65 HRC, pero la resistencia al revenido y al ablandamiento es baja.

Aplicaciones: Se utiliza para matrices de fundición a presión y moldeo de plástico de aleaciones de bajo punto de fusión.

2. Acero para moldes P4 y P6

P4: Acero con alto contenido de cromo y molibdeno, de endurecimiento profundo, con pequeña deformación por temple, dureza de hasta 95-125 HB, con excelente resistencia al desgaste y tenacidad.

P6: Contiene aproximadamente 3,5% de níquel, se puede recocer a 180 HB, tiene buena templabilidad y es adecuado para mecanizar cavidades de moldes.

Aplicaciones: P4 se utiliza para moldes que requieren alta tenacidad y resistencia al desgaste, y P6 se utiliza para moldes que requieren mecanizado de cavidades complejas.

3. Acero para moldes P21

Características: Contiene carbono 0.80%, aleado con níquel y aluminio, carburado a una dureza superficial de 65-66 HRC, profundidad de superficie de 0.035-0.043 pulgadas, excelente capacidad de pulido.

Aplicaciones: Se utiliza en matrices de moldeo por inyección de plástico donde se requiere un alto acabado superficial.

4. Aceros para moldes resistentes a la corrosión

Características: Acero inoxidable típicamente martensítico con alto contenido de cromo (por ejemplo, 13% Cr) para una resistencia a la corrosión superior a la de los aceros al carbono de baja aleación.

Aplicación: Se utiliza para moldear moldes de plásticos corrosivos (por ejemplo, PVC).

5. Acero para matrices de estampación (calidades de hubbing)

Características: acero para matrices con bajo contenido de carbono, baja dureza recocida (por ejemplo, menos de 150 HB), fácil proceso de prensado (hubbing) para formar cavidades de molde, dureza de superficie carburada.

Aplicación: Se utiliza para la fabricación de moldes multicavidad o moldes de formas simples.

Requisitos de rendimiento para aceros para moldes

Los aceros para moldes están diseñados para cumplir con requisitos de rendimiento específicos para diferentes aplicaciones:

• Capacidad de templabilidad: Baja dureza de recocido para una estampación económica. Por ejemplo, los aceros P1 son los más adecuados para la estampación, pero se usan con menos frecuencia debido a su baja templabilidad.
• Resistencia al desgaste: Resistencia a la abrasión cuando el material fluye hacia la matriz. Por ejemplo, el acero P4 ofrece una excelente resistencia al desgaste gracias a su alto contenido de cromo.
• La alta dureza superficial evita que la cavidad de la matriz se hunda bajo alta presión. Por ejemplo, el acero P5 tiene una dureza de 65 HRC tras la cementación.
• Tenacidad: Es resistente a los choques mecánicos y térmicos, por ejemplo los núcleos endurecidos de P20 y P21 proporcionan alta tenacidad.
• La baja variación dimensional durante el temple mantiene la precisión dimensional del molde. Por ejemplo, el acero P4 presenta una distorsión mínima al templarse en aceite o aire.
• Resistencia a la corrosión: adecuado para entornos corrosivos, por ejemplo, aceros para moldes de acero inoxidable con 13% Cr.
• Baja pérdida de dureza durante el revenido: mantiene la dureza a altas temperaturas, por ejemplo, el acero P4 pierde dureza lentamente durante el revenido.