Como selecionar o aço para moldes de injeção de plástico

O aço utilizado em um molde de injeção de plástico determina o desempenho do molde, o custo de manutenção, a qualidade de cada peça produzida e sua vida útil. Um aço de grau adequado mantém a tolerância sob pressão, resiste ao desgaste e à corrosão durante o processo de moldagem e controla o tempo de polimento e usinagem. Um aço de grau inadequado pode causar problemas posteriores, como marcas de afundamento, cavidades trincadas, canais de refrigeração enferrujados ou um molde que se desgasta muito antes do término da produção.

Os aspectos econômicos reforçam essa ideia. O aço ferramenta bruto normalmente representa apenas 10 a 20% do custo total de um molde acabado, com os 80% restantes destinados à usinagem, polimento e montagem. Optar por um aço mais barato para economizar em matéria-prima raramente compensa, pois a economia é pequena em comparação com a mão de obra já investida no molde e o custo da inatividade caso o molde apresente falhas prematuras. O aço precisa ser adequado à finalidade, o que significa que suas propriedades devem ser compatíveis com o plástico, o volume de produção e o acabamento superficial exigido pela peça.

O que um aço para moldes precisa fazer

Antes de comparar as classes de aço, é importante entender claramente as exigências que um aço para moldes deve atender, pois cada requisito está relacionado a uma falha específica que o uso de um material inadequado causaria.

A usinabilidade é importante porque a maior parte do custo de um molde vem do corte e da furação de cavidades complexas. Um aço que seja fácil de usinar reduz esse trabalho e diminui o custo de fabricação, o que explica, em parte, a ampla utilização de aços pré-endurecidos fornecidos prontos para corte.

A capacidade de polimento determina se o molde pode produzir peças transparentes ou com alto brilho. Lentes, componentes ópticos e superfícies cosméticas exigem um acabamento espelhado, e esse acabamento requer aço com estrutura uniforme, alta dureza superficial e alto grau de limpeza. Inclusões não metálicas aparecem como poros e estrias que nenhum polimento consegue remover; portanto, os aços de qualidade para moldes destinados a essas aplicações são refinados para manter os níveis de inclusão baixos.

A resistência ao desgaste e à abrasão torna-se crucial quando o próprio plástico é abrasivo. Fibras de vidro, cargas minerais e outros reforços desgastam o caminho do fluxo e o ponto de injeção, e o aço macio sofre erosão primeiro nessas áreas.

A resistência à corrosão é essencial para plásticos que se decompõem durante a moldagem. O PVC e o ABS retardante de chamas liberam cloreto de hidrogênio e fluoreto de hidrogênio à medida que se decompõem, e esses gases atacam o aço comum, corroendo a cavidade e danificando os canais de refrigeração. Os moldes para esses plásticos precisam ser de um material resistente à corrosão, caso contrário, degradam-se internamente.

A tenacidade e a resistência do núcleo mantêm o molde intacto sob pressão de fechamento e ciclos térmicos. Altas cargas de compressão podem fazer com que uma cavidade subdimensionada afunde, e o aquecimento e resfriamento repetidos de cada ciclo induzem fadiga térmica que trinca o aço frágil. O material precisa de resistência suficiente no núcleo para manter sua forma e tenacidade suficiente para suportar os ciclos sem falhar.

A estabilidade dimensional favorece aços que necessitam de pouco ou nenhum acabamento após o tratamento térmico. Qualquer aço que precise ser endurecido após a usinagem corre o risco de distorção; portanto, os aços pré-endurecidos, que atingem a dureza de trabalho e entram em serviço imediatamente, evitam completamente esse risco.

Principais famílias de aço para moldes

Aços pré-endurecidos de médio carbono: a família P20

Para moldes de uso geral, a família P20 abrange a grande maioria dos materiais utilizados na indústria. O P20 e seus equivalentes europeus DIN 1.2738, 1.2311 e 1.2312 são fornecidos pré-endurecidos com dureza aproximada de 30-36 HRC e dureza de cerca de 300 HB. Essa condição de pré-endurecimento é o principal objetivo. O aço pode ser usinado e colocado em serviço diretamente, sem a necessidade de um processo de têmpera em alta temperatura, o que elimina a distorção que o tratamento térmico introduziria na cavidade acabada. O P20 é adequado para moldes de grande porte usinados, peças automotivas como painéis e para-choques, e bens de consumo em geral. Quando o desgaste superficial se torna um problema posteriormente, o molde pode ser cementado, temperado por chama ou nitretado para adicionar uma camada mais dura. O P21, um aço de endurecimento por precipitação com suporte de alumínio, também fornecido pré-endurecido com dureza de 32 a 36 HRC, é a escolha ideal quando a capacidade de polimento e os acabamentos críticos são mais importantes do que qualquer outro material desta classe.

Aços de baixo carbono para cubos: P2, P4, P6

Um grupo menor de classes, P2, P4 e P6, possui um teor de carbono muito baixo, entre 0,05 e 0,15%, e é fornecido em estado macio e recozido. O baixo teor de carbono permite que a cavidade seja formada por cunhagem a frio, prensando um cubo mestre endurecido no tarugo macio em vez de usinar a cavidade. Uma vez formada a cavidade, o molde é cementado para uma camada dura de 58-61 HRC sobre um núcleo resistente e com alta resistência a impactos. Dentre essas classes, a P4 oferece a maior temperabilidade e resistência ao desgaste, tornando-a ideal para moldes de injeção e compressão de alta pressão, onde o desgaste superficial é a principal preocupação.

Aços inoxidáveis e resistentes à corrosão

Quando o plástico é corrosivo ou o ambiente da oficina deixa os canais de refrigeração propensos à ferrugem, os aços inoxidáveis martensíticos são a solução. AISI 420, O aço inoxidável DIN 1.2083 é o mais comum. Seu teor de cromo de aproximadamente 13% proporciona uma forte combinação de resistência à corrosão, resistência à abrasão e capacidade de polimento espelhado, sendo tipicamente endurecido a uma dureza de 46 a 52 HRC. Quando a distorção por tratamento térmico é uma preocupação, os aços inoxidáveis pré-endurecidos, como o DIN 1.2316 e o tipo 414, oferecem resistência à ferrugem sem a necessidade de endurecimento, razão pela qual são comuns em moldagem de PVC e em aplicações médicas e ópticas.

Aços para ferramentas de alta dureza e para trabalho a quente: H13, S7

Para produção em larga escala ou moldes que exigem alta tenacidade e resistência ao calor, os aços-ferramenta para trabalho a quente são usados na moldagem de plásticos em vez da fundição sob pressão. O H13 é altamente ligado, tenaz e resistente no núcleo. Ele sofre tratamento térmico para atingir dureza de 48 a 54 HRC e nitreta excepcionalmente bem, alcançando uma dureza superficial de 65 a 70 HRC que resiste ao desgaste abrasivo severo. S7 É a dureza ideal quando a resistência a impactos e a resistência mecânica são prioridades. Atinge cerca de 58 HRC e permite um polimento suficientemente bom para plásticos transparentes.

Aços resistentes ao desgaste e aços para metalurgia do pó: graus A2, D2 e P/M

Quando o plástico é preenchido com uma grande quantidade de material abrasivo, como fibra de vidro ou pó cerâmico, os aços para moldes padrão sofrem erosão muito rapidamente para serem economicamente viáveis. Os aços para trabalho a frio com alto teor de carbono e cromo A2 e D2 Oferecem extrema resistência à abrasão e são comumente usados para pequenos insertos, pontos de desgaste e cavidades que operam com compostos abrasivos. Os aços produzidos por metalurgia do pó vão além. Elmax, ASP-23 e CPM 440V possuem uma estrutura de carboneto ultrafina e uniformemente distribuída que combina alta resistência ao desgaste com tenacidade, algo que a fusão convencional não consegue igualar. O Elmax, um aço inoxidável produzido por metalurgia do pó, adiciona resistência à corrosão e excelente polibilidade, além de sua resistência ao desgaste, o que o torna ideal para moldes eletrônicos e de circuitos integrados sujeitos a alto desgaste.

Adequar o nível hierárquico ao cargo

Por volume de produção

O volume de produção define a base. Moldes construídos para altíssima produção, da classe SPI 101, acima de um milhão de ciclos, necessitam de aços carbono e ferramentas de alta dureza, com H13, aço inoxidável 420 ou A2 e D2 nas áreas de desgaste. Moldes de médio a alto volume, classes 102 e 103, são onde se utilizam aços pré-endurecidos P20 e DIN 1.2738 Conquistam seu lugar por combinarem vida útil adequada com baixo custo e ausência de risco de tratamento térmico. Para protótipos e pequenas tiragens de alguns milhares de peças com baixa pressão de moldagem, ligas de alumínio de alta resistência, como o 7075-T6 e o Alcoa QC-10, ou mesmo ferramentas de polímero impressas em 3D, são muito mais econômicas e conduzem melhor o calor do que o aço.

Feito de material plástico

O tipo de plástico a ser moldado restringe ainda mais as opções. Termoplásticos padrão, como polietileno, polipropileno e ABS, apresentam bom desempenho em aços P20 e similares com teor médio de carbono. Plásticos corrosivos, incluindo PVC, fluoroplásticos e ABS retardante de chamas, exigem aços inoxidáveis como 420, 414, DIN 1.2083 e DIN 1.2316 para resistir aos gases ácidos que liberam; caso contrário, a cavidade apresentará corrosão e corrosão áspera. Plásticos abrasivos e reforçados, como POM com fibra de vidro e policarbonato, requerem aços ferramenta de alta dureza, como D2 e A2, H13 nitretado ou aços produzidos por metalurgia do pó.

Por acabamento de superfície

O acabamento exigido pela peça pode sobrepor-se a outros fatores. Um acabamento de alto brilho ou espelhado para lentes, peças ópticas e acrílicos transparentes depende de aço isento de inclusões, o que significa graus de qualidade de molde refinados por refusão por eletroescória ou refusão por arco a vácuo. Os aços inoxidáveis P21 e 420, bem como os aços especiais de endurecimento por precipitação ou maraging, proporcionam os melhores resultados nesse processo. Superfícies texturizadas e gravadas apresentam sensibilidade oposta. A fotogravação química exige uma estrutura altamente homogênea para que o ácido penetre uniformemente, e aços com alta segregação ou aços de usinagem livre com alto teor de enxofre, como o DIN 1.2312, devem ser evitados quando a uniformidade da textura for importante, pois suas variações internas se manifestam como uma gravação irregular.

Analisando a decisão

Não existe um tipo de plástico ideal para todos os moldes. A escolha certa surge ao responder às mesmas três perguntas, nesta ordem: quantas peças o molde precisa produzir, qual tipo de plástico será utilizado e qual o acabamento necessário para a peça. Respondendo a essas perguntas, as opções geralmente se reduzem a dois ou três tipos de plástico, e a partir daí, a usinabilidade, a disponibilidade e o custo definem o restante.

A maioria dos aços desta categoria está em estoque na Aobo Steel. gama de aço para moldes de plástico A gama de aços inoxidáveis pré-endurecidos varia dos P20 e 420 para moldes de uso geral e resistentes à corrosão, aos H13, S7, A2 e D2 para trabalhos de alto desgaste e grande volume. Para referências cruzadas entre as designações AISI, DIN e JIS, consulte nosso catálogo. Localizador de equivalência de aço ferramenta Abrange o mapeamento completo.