«БЭСТ»
Импортные комплектующие и инструментальные стали для штампов и пресс-форм

Стали для пресс-форм, штампов и другой технологической оснастки

Учитывая, что к инструментальным сталям предъявляются различные требования, большинство зарубежных металлургических компаний делят их по трем направлениям:

  1. стали для пресс-форм пластмассовой промышленности
  2. стали для холодной обработки материалов
  3. стали для горячей обработки материалов

1. Стали для пресс-форм пластмассовой промышленности

Стоимость инструментальной стали для изготовления пресс-формы, обычно составляет 5–10% стоимости готовой пресс-формы и еще меньшую долю в общих издержках производства.

Правильный выбор марки стали позволяет снизить себестоимость единицы пластмассового изделия, поэтому при выборе стали следует учитывать следующие параметры:

тип пластмассы
если пластмасса обладает коррозионными свойствами, то необходимо использовать нержавеющую сталь типа 40Х13 (1.2083) или проводить дополнительное хромирование поверхности. Цена нержавеющей стали ниже, чем стоимость одной переполировки или замены детали из углеродистой стали.
объем производства
для малых серий (до 100 000 изделий) можно использовать отожженные стали или дюраль;
для средних серий (100 000 — 1 000 000 изделий) следует использовать предварительно улучшенные стали с твердостью порядка 30 — 40 HRC типа 38ХНМ, 40Х (1.2311, 1.2738, Toolox). Это позволяет снизить стоимость и срок изготовления пресс-формы за счет отсутствия термообработки и последующей механической обработки по устранению закалочных деформаций и обезуглероженного слоя;
для больших серий (свыше 1 000 000 изделий) следует использовать инструментальные стали с последующей закалкой и отпуском на твердость 48 — 65 HRC. Это стали типа 40Х13 (1.2083), 4Х5МФС (1.2343), 5ХН3М (1.2721).
требуемое состояние поверхности
полировка это высококвалифицированный ручной труд и порой составляет до 30% от общей себестоимости формы. Если требуется качественная полировка, то необходимо использовать стали с однородной структурой, низким содержанием серы и неметаллических включений, т. е. это стали прошедшие или ЭШП или вакуумную дегазацию или и то и другое.
Текстурированная поверхность создается методом фотографического травления, поэтому нержавеющие стали тяжело поддаются травлению и лучше использовать среднелегированные стали с низким содержанием серы.
обрабатываемость
стоимость механической обработки составляет примерно 35% и использование материалов с однородной структурой и повышенным содержанием серы позволяет уменьшить продолжительность изготовления, расход инструмента и тем самым снизить себестоимость.
стабильность в процессе закалки и так далее
↑ наверх

2. Стали для холодной обработки материалов

Эти стали используются для изготовления инструментов, работающих при температуре не превышающей 200 °С (резка, штамповка, формовка, холодная экструзия, прессование порошков и т. д.).

Стали для холодной обработки материалов производятся 3 методами: традиционные литые стали, порошковые стали и стали, полученные методом распыления. Стали, произведенные методом распыления, является промежуточными по качеству и цене между литыми и порошковыми сталями.

Для правильного выбора марки стали необходимо предварительное установление причин, из-за которых данный инструмент может выйти из строя или иметь ограниченный срок службы.

Исследование повреждений инструмента различного применения показало, что доминируют 5 видов разрушений:

изнашивание (абразивное, адгезионное, смешанное)
Абразивный износ преобладает в тех случаях, если обрабатываемый (рабочий) материал твердый и/или имеет твердые частицы, такие как оксиды и карбиды (закаленные стали, керамика, дерево и т. д.). Важнейшими свойствами инструмента, позволяющими снизить абразивный износ, являются высокая твердость, большая объемная доля карбидов, высокая твердость карбидов, большой размер карбидов. Следует использовать стали типа Х12 (1.2436), Х12МФ (1.2379).
Причиной адгезионного износа является возникновение локальных микроспаек между поверхностью инструмента и рабочим материалом. Движение инструмента относительно рабочего материала приводит к тому, что микроспайки разрываются и небольшие фрагменты материала инструмента отделяются. Постоянная потеря инструментального материала приводит, таким образом, к значительному износу инструмента. Отделившиеся фрагменты могут также застрять в рабочем материале и вызвать абразивный износ инструмента. Адгезионный износ может также стать причиной возникновения микротрещин в местах разрыва микроспаек, которые в процессе работы увеличиваются и могут привести к растрескиванию и разрушению инструмента. Адгезионный износ возникает при обработке мягких и склеивающихся материалов (алюминий, медь, аустенитная нержавеющая и низкоуглеродистая стали). Важнейшими свойствами инструмента, позволяющими устранить адгезионный износ, являются высокая твердость, низкий коэффициент трения между инструментом и рабочим материалом, а также высокая вязкость. Оптимальной для этого вида износа является сталь типа 6Х5МФ (1.2358).
Следует отметить, что не все металлические рабочие материалы являются причиной только абразивного или только адгезионного износа. Некоторые из них вызывают частично абразивный и частично адгезионный износ. Такой вид износа называют смешанным и следует использовать стали типа 100Х5МФ (1.2363).
скалывание
Этот вид износа может возникнуть уже после короткого времени эксплуатации инструмента и начинается как малоцикловая усталость. На рабочей поверхности инструмента образуются мелкие трещины, которые со временем увеличиваются и приводят к скалыванию небольших кусочков. Для снижения вероятности появления и увеличения трещин следует использовать инструментальную сталь с высокой пластичностью типа 6Х5МФ (1.2358).
пластическая деформация
Возникает при превышении предела текучести при растяжении материала инструмента и вызывает повреждение или изменение формы рабочих поверхностей инструмента. Высокая твердость материала инструмента уменьшает риск возникновения пластической деформации, однако при выборе уровня твердости материала следует обращать внимание на его вязкость. Рекомендуется использовать быстрорежущие стали типа Р6М5 (1.3344).
растрескивание
Этот вид износа возникает спонтанно и обычно означает, что инструмент следует заменить. Причина его возникновения в образовании трещин вблизи концентраторов напряжений (царапин после механической обработки и шлифовки, углов и радиусов) и в «белом» слое после электроэрозионной обработки. Низкая твердость материала инструмента и его высокая микроструктурная вязкость снижает вероятность растрескивания. Рекомендуется использовать стали типа 6Х5МФ (1.2358).
налипание
Этот вид износа встречается у мягких, склеивающихся металлических рабочих материалов. Налипание представляет собой постепенное нарастание небольших отделившихся фрагментов рабочего материала, прилипших к рабочей поверхности инструмента. Низкий коэффициент трения между поверхностью инструмента и рабочим материалом может предотвратить налипание. Снижение коэффициента трения можно добиться использованием смазок и других технологических приемов.

Все эти виды разрушения имеют механическое происхождение и являются следствием больших усилий и скользящих контактов между активной поверхностью инструмента и рабочего материала.

Изнашивание, в большей или меньшей степени, имеет место всегда. В зависимости от области применения, рабочих параметров и обрабатываемого материала, одно или несколько повреждений могут иметь место одновременно.

Основная идея выбора марки стали такова, что все виды разрушения, кроме изнашивания, могут быть устранены. Изнашивание можно только уменьшить.

Следует учитывать, что для больших программ выпуска изделий из рабочего материала следует использовать инструментальные стали более высокого качества и свойств (распыленные и порошковые стали). Если затруднительно определить преобладающий вид износа, то можно использовать универсальную сталь типа 9Х8М3Ф.

↑ наверх

3. Стали для горячей обработки материалов

Эти стали используются для изготовления оснастки по обработке цветных сплавов и сталей при высоких температурах. Наиболее часто встречаемые области применения — это литье под давлением цветных сплавов, экструзия алюминиевых профилей, ковка, горячая штамповка.

Высокая температура рабочего материала предъявляет особые требования к свойствам инструментальной стали. Это достаточная прочность при высоких температурах, хорошая сопротивляемость тепловому износу, термическим ударам, тепловой усталости и отпуску.

Наиболее подходящими для этих условий работы сталями являются: 5ХНМ (1.2714), 4Х5МФС (1.2343) и 4Х5МФ1С (1.2344).

Для инструмента, испытывающего высокие механические и термические усталостные напряжения особенно важны изотропические свойства материала. Эти свойства могут быть улучшены дополнительным электрошлаковым переплавом. В этом случае инструмент может использоваться с более высокой твердостью (+2 HRC) без снижения вязкости.

↑ наверх