Comparație materiale pentru matrițe metalice!

Selectarea metalului pentru realizarea matriței este una dintre deciziile inițiale critice care vor influența producția, calitatea pieselor, durata de viață a sculei și costul. Alegerea celei mai potrivite depinde de cunoașterea caracteristicilor inerente ale diferitelor materiale și de corelarea acestora cu cerințele aplicației. Să comparăm acum principalele variante concurente.

1. Oțeluri pentru scule: Muncașii asidui

Proprietăți: Cunoscute pentru duritatea extremă, fenomenele de rezistență la uzură sunt remarcabile și prezintă o rezistență decentă la compresiune. Prin tratament termic, aceste proprietăți sunt semnificativ îmbunătățite. Mențin forma în condiții de presiune și temperatură ridicate.
Avantaje: Durabilitate pe termen lung fără egal în producția mare, funcționează bine cu componente abrazive, potrivite pentru geometrii complexe, serii lungi și necesită precizie ridicată. Multe tipuri oferă o bună prelucrabilitate înainte de călire.
Slăbiciuni: Cost mai ridicat decât materialele neferoase, în general. Conductivitatea termică este moderată sau scăzută, ceea ce poate necesita un design mai avansat al canalelor de răcire. Tenacitate redusă la durități foarte mari.
Cel mai potrivit pentru: Matrițe de injecție cu inserție pentru producție mare, turnare sub presiune (în special miezuri și cavitați), suflare, moldare prin compresiune și matrițe dificile pentru ambutisare și forjare.

2. Aliaje de aluminiu: Regii vitezei și conductivității

Proprietăți: Mult mai ușor în comparație cu oțelul. Are conductivitate termică ridicată (de obicei de 4-5 ori mai mare decât oțelul de scule) și prelucrabilitate ușoară (chiar și în stări călite). Rezistența la uzură și duritatea sunt mai scăzute în comparație cu oțelurile de scule.
Puncte forte: Reduce drastic timpul de așteptare și costurile, deoarece prelucrarea și lustruirea sunt mai rapide. Cu cât disiparea căldurii este mai mare, cu atât timpul de ciclu este mai scurt și, probabil, calitatea piesei este mai bună (mai puțină deformare, mai puține adâncituri). Mai ușor de modificat și reparat.
Slăbiciuni: Sunt mai puțin dure și, prin urmare, se pot uza, abrazi și pot fi deteriorate ușor – nu sunt potrivite pentru materiale foarte abrasive sau pentru volume mari extreme. Aceasta reduce presiunea de strângere și dimensiunea/complexitatea piesei în cazurile cu rezistență redusă.
Cel mai potrivit pentru: Prototipare, producție de volum mic și mediu, componente care necesită o finisare superficială extrem de bună, inserții unde răcirea piesei este complexă, termoformare, RIM (matrițare prin injectare reactivă), aplicații care necesită timpi scurți de realizare a matrițelor.

3. Aliaje de cupru (fără beriliu): Specialiștii termici

Proprietăți: Au cea mai bună conductivitate termică dintre orice metal obișnuit pentru matrițe (de obicei de 2-3 ori mai mare decât aluminiul și de 8-10 ori mai mare decât oțelul special). Rezistență bună la coroziune și duritate decentă (pot fi tratate termic).
Puncte forte: Capacități fără egal în eliminarea căldurii, foarte utile atunci când se încearcă controlul zonelor problematice cu temperaturi ridicate în matrițe. Facilitează timpi de execuție mult mai reduși și o precizie sporită a pieselor. Potențial bun pentru finisarea suprafețelor. Rezistență decentă la gripare.
Puncte slabe: Mai dur și mai puțin rezistent la uzură decât oțelurile speciale, ceea ce reduce utilizarea în zonele supuse unei uzuri intense. Mult mai scump decât aluminiul. Aluminiul poate fi mai ușor de prelucrat. Are densitate mare.
Cel mai potrivit pentru: În esență ca inserții (nuclei, detalii ale cavitații, pinteni de ejectare) în zonele matrițelor din oțel unde este necesară o evacuare intensă a căldurii, în special în turnarea prin injecție și în turnarea sub presiune. Esențial pentru gestionarea geometriilor dificil de răcit sau a materialelor sensibile la căldură.

4. Aliaje de cupru (alternative fără beriliu):

Proprietăți: Concepute pentru a oferi o conductivitate termică semnificativă (ajungând la nivelul cuprului-beriliu convențional), fără riscurile legate de sănătate asociate beriliului. Astfel de aliaje sunt aliaje de cupru-nichel-siliciu, cupru-crom-zirconiu.
Avantaje: Conductivitate termică excelentă cu duritate, rezistență și rezistență la uzură sporite în comparație cu aliajele tradiționale bogate în cupru. Prelucrare și manipulare mai puțin periculoase.
Dezavantaj: în general, conductivitate termică ușor mai scăzută, care este mai redusă în comparație cu aliajele pure bogate în cupru sau cu cupru-beriliu. Poate fi costisitor. Disponibilitatea diferitelor calități poate varia.
Cel mai bun utilizare: Utilizare ca inserție termică acolo unde se cere și siguranța fără beriliu, necesitând totodată un echilibru între conductivitate, rezistență și rezistență la uzură.

5. Oțeluri speciale pentru scule (metalurgie pulberilor - PM):

Proprietăți: Au fost produse printr-o microstructură mai fină și mai uniformă, posibilă datorită metodei avansate de metalurgie pulberilor. Acest lucru permite o duritate mai mare, o tenacitate mult îmbunătățită și o rezistență la uzură semnificativ superioară față de oțelurile pentru scule prelucrate prin metode convenționale.
Puncte forte: Echilibru excelent între duritate, tenacitate și rezistență la uzură. Poate fi lustruit foarte bine și este rezistent la ciupirea sau fisurarea materialului, în special la lucrări detaliate sau în prezența unor eforturi severe. Izotropie îmbunătățită (aceeași proprietate în toate direcțiile).
Puncte slabe: Costul materialului este cel mai ridicat comparativ cu celelalte opțiuni. Oțelul pulberilor călit poate fi mai greu de prelucrat și poate necesita unelte mai specializate.
Cel mai potrivit pentru: Matrițe de înaltă precizie, dificil de prelucrat, utilizate pentru fabricarea produselor abrazive, serii foarte lungi de producție, matrițe cu elemente mici care tind să se uzeze sau să se ciobească, zone critice și cavitați severe în turnarea sub presiune.

Factori importanți de selecție:

Volumul de Producție: Volumul este mare și necesită oțel pentru scule sau oțel pulberi pentru a-l suporta. Un volum mic favorizează utilizarea aluminiului.
Materialul piesei: Umplute cu sticlă, minerale (abrazive) au cerințe mari de rezistență la uzură (oțel pentru scule/oțel pulberi). Conductivitatea ridicată (inserții din cupru / aluminiu) este avantajoasă pentru materialele sensibile la căldură.
Geometria și complexitatea piesei: Inserțiile cu conductivitate ridicată sunt complicate de răcit. Se cere o duritate mare pentru lustruire (oțel pentru scule/PM) pentru detaliile fine.
Cerințe privind timpul de ciclu: Maximizarea ciclurilor/oră implică utilizarea materialelor cu conductivitate ridicată (inserții din cupru/aluminiu).
Buget: Aluminiul va avea cel mai mic cost inițial, în timp ce oțelul PM va fi cel mai scump. Decideți asupra costului total de deținere (costul materialului, prelucrare, durată de viață, cicluri).

Concluzia:

Dacă ar exista un metal ideal pentru matrițe, sigur nu este acesta. Oțelurile de sculă oferă o durabilitate fără precedent pe termen lung. Aluminiul are avantajul în ceea ce privește viteza (prelucrare și răcire) pentru prototipuri și cantități mici. Inserție superstar în gestionarea termică: aliaje de cupru (în special fără beriliu). Oțeluri de sculă de înaltă performanță care extind limitele în cele mai exigente aplicații: scule de precizie cu duritate extremă. Echilibrați prioritățile proiectului dumneavoastră, în special volumul, materialul, complexitatea și cerințele de răcire față de buget, având în vedere aceste proprietăți principale ale materialelor, pentru a lua cea mai bună decizie în ceea ce privește durata matriței, calitatea pieselor și eficiența producției.