Stale do formowania tworzyw sztucznych

Wprowadzenie do stali formowych

Co to jest stal formierska

Stal formierska to stal narzędziowa przeznaczona do produkcji form, która ma takie właściwości jak wysoka twardość, odporność na zużycie, wytrzymałość, stabilność termiczna, odporność na korozję, obrabialność i polerowalność. Różne rodzaje (np. P20, P4, P6, P21 i odporne na korozję stale matrycowe) nadają się do konkretnych zastosowań przemysłowych, takich jak formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych, odlewanie ciśnieniowe itp., w zależności od ich składu i procesu obróbki cieplnej. Stale te, których właściwości są optymalizowane przez procesy nawęglania, hartowania i odpuszczania, aby sprostać wymaganiom środowisk o wysokim ciśnieniu, wysokiej temperaturze i korozyjności, są niezbędnymi materiałami do nowoczesnej produkcji form.

Główne właściwości stali formierskiej

Właściwości stali matrycowych pozwalają im sprostać wymagającym wymaganiom produkcji form. Oto ich kluczowe właściwości:

1. Twardość i odporność na zużycie

Stale do form wymagają wysokiej twardości, aby były odporne na zużycie i zapewniały, że forma zachowa swój kształt i stabilność wymiarową przez długi czas. Na przykład po nawęglaniu stal do form P20 ma twardość powierzchniową 65 HRC.

2. Wytrzymałość

Stale formierskie muszą być wystarczająco wytrzymałe, aby wytrzymać naprężenia mechaniczne i wstrząsy procesu formowania, aby uniknąć pęknięć lub rozłamów. Jest to szczególnie ważne dla odporności na manipulacje mechaniczne i szok termiczny.

3. Stabilność termiczna

W środowiskach o wysokiej temperaturze (np. w procesach odlewania ciśnieniowego) stale matrycowe muszą zachować swoje właściwości i nie zmięknąć z powodu podwyższonych temperatur. Na przykład P20 ma niską odporność na zmiękczanie po odpuszczeniu, podobnie jak zwykła stal węglowa.

4. Odporność na korozję

Odporność na korozję jest krytyczna dla form, które mają kontakt z materiałami korozyjnymi (np. tworzywami sztucznymi PVC) lub są używane w wilgotnych środowiskach. W takich zastosowaniach powszechnie stosuje się martenzytyczne stale nierdzewne do form o wysokiej zawartości chromu (np. 13% Cr).

5. Obróbka skrawaniem

Stal formowa powinna być łatwo obrabiana mechanicznie do pożądanego kształtu, aby zmniejszyć koszty produkcji. Na przykład stal formowa P6 może być wyżarzana do niskiej twardości (np. 180 HB) w celu łatwej obróbki.

6. Możliwość polerowania

W przypadku form, które wymagają wysokiej jakości wykończenia powierzchni (np. przezroczyste formy do formowania tworzyw sztucznych), stal formy musi mieć dobrą polerowalność, być wolna od wtrąceń i być chemicznie i strukturalnie jednorodna. Na przykład stal formy P21 jest powszechnie stosowana w takich formach ze względu na jej doskonałą polerowalność.

Rodzaje i zastosowania stali formierskiej

Stal formierska jest klasyfikowana na różne typy w zależności od jej składu chemicznego i zastosowania. Poniżej przedstawiono główne typy i ich właściwości:

1. Stal formierska P20

Charakterystyka: średnia hartowność, zwykle hartowanie olejowe, twardość w stanie obróbki cieplnej ok. 300 HB, twardość powierzchni nawęglanej do 65 HRC, ale odporność na zmiękczenie po odpuszczaniu jest niska.

Zastosowania: Stosowane do odlewów ciśnieniowych i form wtryskowych tworzyw sztucznych ze stopów o niskiej temperaturze topnienia.

2. Stal formierska P4 i P6

P4: Stal o wysokiej zawartości chromu i molibdenu, głęboko hartowana, niewielkie odkształcenie po hartowaniu, twardość do 95-125 HB, doskonała odporność na zużycie i wytrzymałość.

P6: Zawiera około 3,5% niklu, można go wyżarzać do 180 HB, ma dobrą hartowność i nadaje się do obróbki mechanicznej gniazd form.

Zastosowania: P4 jest używane do form wymagających dużej wytrzymałości i odporności na zużycie, a P6 do form wymagających obróbki mechanicznej skomplikowanych gniazd.

3. Stal formierska P21

Charakterystyka: Zawiera węgiel 0,80%, stop niklu i aluminium, nawęglany do twardości powierzchniowej 65-66 HRC, głębokość powierzchni 0,035-0,043 cala, doskonała polerowalność.

Zastosowania: Stosowane w formach wtryskowych tworzyw sztucznych, gdzie wymagana jest wysoka jakość wykończenia powierzchni.

4. Stale formowe odporne na korozję

Charakterystyka: Zwykle jest to stal nierdzewna martenzytyczna z wysoką zawartością chromu (np. 13% Cr) zapewniająca lepszą odporność na korozję w porównaniu do stali węglowych niskostopowych.

Zastosowanie: Stosowane do formowania tworzyw sztucznych odpornych na korozję (np. PVC).

5. Stal do tłoczenia (gatunki piast)

Charakterystyka: stal matrycowa o niskiej zawartości węgla, niska twardość po wyżarzaniu (np. poniżej 150 HB), łatwość w procesie prasowania (piaskowania) w celu formowania gniazd formy, twardość powierzchni nawęglonej.

Zastosowanie: Stosowane do produkcji form wielogniazdowych lub form o prostym kształcie.

Wymagania eksploatacyjne dla stali formowych

Stale formierskie są projektowane tak, aby spełniały określone wymagania eksploatacyjne dla różnych zastosowań:

• Hubbability: Niska twardość po wyżarzaniu dla ekonomicznego tłoczenia. Na przykład stale P1 najlepiej nadają się do tłoczenia, ale są rzadziej używane ze względu na niską hartowność.
• Odporność na zużycie: Odporność na ścieranie podczas przepływu materiału do matrycy. Na przykład stal P4 ma doskonałą odporność na zużycie ze względu na wysoką zawartość chromu.
• Wysoka twardość powierzchni zapobiega „zapadaniu się” wnęki matrycy pod wysokim ciśnieniem. Na przykład stal P5 ma twardość 65 HRC po nawęglaniu.
• Wytrzymałość: Jest odporny na wstrząsy mechaniczne i termiczne; na przykład utwardzone rdzenie P20 i P21 zapewniają wysoką wytrzymałość.
• Niska zmiana wymiarów podczas hartowania utrzymuje dokładność wymiarową formy. Na przykład stal P4 ma minimalne odkształcenie podczas hartowania w oleju lub powietrzu.
• Odporność na korozję: nadaje się do środowisk korozyjnych, np. do stali nierdzewnej na formy z dodatkiem 13% Cr.
• Niska utrata twardości podczas odpuszczania: utrzymuje twardość w wysokich temperaturach, np. stal P4 traci twardość powoli podczas odpuszczania.