Сравнение материалов для металлических форм!

Выбор металла для изготовления вашей формы — одно из ключевых начальных решений, которое повлияет на производительность работы, качество деталей, срок службы инструмента и стоимость. Выбор оптимального варианта зависит от знания характерных особенностей различных материалов и их согласования с требованиями конкретного применения. Сравним теперь основных конкурентов.

1. Инструментальные стали: Основная рабочая сила

Свойства: Известны своей высокой твёрдостью, выдающейся износостойкостью и хорошей прочностью на сжатие. Благодаря термической обработке эти свойства значительно улучшаются. Они сохраняют форму при высоком давлении и температуре.
Преимущества: Непревзойдённая долговечность в условиях массового производства, подходят для работы с абразивными материалами, применимы для сложных геометрий при длительных сериях и высоких требованиях к точности. Многие марки обладают хорошей обрабатываемостью до закалки.
Недостатки: Обычно более высокая стоимость по сравнению с цветными металлами. Теплопроводность умеренная или низкая, что может потребовать более сложной конструкции каналов охлаждения. Сниженная вязкость при очень высокой твердости.
Наиболее подходит для: Вставок литья под давлением с высоким объемом производства, литья под давлением (особенно сердечников и полостей), выдувного и компрессионного формования, а также сложных штампов для штамповки и ковки.

2. Алюминиевые сплавы: Лидеры по скорости и теплопроводности

Свойства: Значительно легче по сравнению со сталью. Обладают высокой теплопроводностью (обычно в 4–5 раз выше, чем у инструментальной стали) и хорошей обрабатываемостью (в том числе в закаленном состоянии). У инструментальных сталей ниже износостойкость и твердость.
Преимущества: Резко сокращает сроки и стоимость, поскольку обработка и полировка выполняются быстрее. Более высокая теплоотдача снижает длительность цикла и может улучшить качество детали (меньше коробления, усадки). Проще вносить изменения и выполнять ремонт.
Недостатки: Они менее твердые, поэтому могут изнашиваться, подвергаться абразивному износу и легко повреждаться — не подходят для работы с очень абразивными материалами или при высоких объемах. Это снижает усилие зажима и ограничивает размер/сложность детали в случаях, когда прочность ниже.
Наилучшим образом подходит для: Прототипирования, производства малых и средних серий, компонентов, требующих исключительно хорошей отделки поверхности, вставок, где охлаждение детали является сложным, термоформовки, литья реакционных смол (RIM), применений, требующих быстрого изготовления оснастки.

3. Медные сплавы (без бериллия): Специалисты по тепловым характеристикам

Свойства: Обладают наилучшей теплопроводностью среди всех распространенных металлов для форм (обычно в 2–3 раза выше, чем у алюминия, и в 8–10 раз выше, чем у инструментальной стали). Хорошая коррозионная стойкость и достаточная твердость (поддаются термической обработке).
Преимущества: Непревзойденные способности отвода тепла, очень полезны при контроле проблемных участков с перегревом в формах. Способствует значительно более коротким срокам изготовления и точности деталей. Хороший потенциал отделки поверхности. Высокая стойкость к заеданию.
Недостатки: Более высокая твердость и износ по сравнению с инструментальными сталями снижают пригодность для зон с высоким износом. Значительно дороже алюминия. Алюминий может быть легче в обработке. Имеет высокую плотность.
Наилучшее применение: По сути, в качестве вставок (сердечников, деталей полости, выталкивателей) в зонах стальных форм с высокими требованиями к отводу тепла, особенно при литье под давлением и в литье под давлением металлов. Критически важен для сложных в охлаждении геометрий или материалов, чувствительных к перегреву.

4. Медные сплавы (альтернативы без бериллия):

Свойства: Разработаны для обеспечения высокой теплопроводности (сопоставимой с традиционным медно-бериллиевым сплавом) без связанных с бериллием рисков для здоровья. К таким сплавам относятся медно-никелево-кремнистые, медно-хромо-циркониевые сплавы.
Преимущества: отличная теплопроводность в сочетании с повышенной твердостью, прочностью и износостойкостью по сравнению с традиционными медными сплавами с высоким содержанием меди. Более безопасная обработка и обращение.
Недостатки: как правило, несколько более низкая теплопроводность по сравнению с чистыми медными сплавами или медно-бериллиевыми сплавами. Может быть дорогим. Доступность различных марок может различаться.
Оптимальное применение: использование тепловставок, где требуется отсутствие бериллия и соблюдается баланс между теплопроводностью, прочностью и износостойкостью.

5. Высококачественные инструментальные стали (порошковая металлургия — PM):

Свойства: производятся методом порошковой металлургии, обеспечивающим более тонкую и однородную микроструктуру. Это позволяет достичь более высокой твердости, значительно улучшенной вязкости и износостойкости по сравнению с инструментальными сталями, обработанными традиционными методами.
Преимущества: Отличный баланс твердости, вязкости и износостойкости. Хорошо полируется, устойчив к скалыванию и растрескиванию, особенно при детальной работе или при наличии высоких напряжений. Улучшенная изотропность (одинаковые свойства по всем направлениям).
Недостатки: Наиболее высокая стоимость материала по сравнению с другими вариантами. Закаленная порошковая сталь может обрабатываться медленнее и требовать более специализированного инструмента.
Рекомендуется для: Высокоточных, труднообрабатываемых пресс-форм для производства абразивных изделий, очень длительных производственных циклов, форм с мелкими элементами, склонными к износу или выкрашиванию, а также для сердечников и полостей в литьевых формах под давлением.

Ключевые факторы выбора:

Объем производства: Большой объем требует применения инструментальной или порошковой стали; небольшой объем предпочтительнее выполнять из алюминия.
Материал детали: Наполненные стекловолокном, минеральные (абразивные) материалы предъявляют высокие требования к износостойкости (инструментальная сталь/ПС). Высокая теплопроводность (вставки из меди / алюминия) выгодна для термочувствительных материалов.
Геометрия и сложность детали: Вставки с высокой теплопроводностью сложно охлаждать. Для мелких деталей требуется высокая полируемость и твердость (инструментальная сталь/порошковый металл).
Требования к времени цикла: Максимизация количества циклов в час требует использования материалов с высокой теплопроводностью (вставки из меди/алюминия).
Бюджет: Алюминий будет стоить дешевле всего на начальном этапе, тогда как сталь PM будет самой дорогой. Определитесь с общей стоимостью владения (стоимость материала, обработки, долговечность, количество циклов).

Вывод:

Если бы существовал один идеальный металл для формы, то это определенно не он. Инструментальные стали обеспечивают беспрецедентную долговечность в долгосрочной перспективе. Алюминий имеет преимущество, когда речь идет о скорости (обработки и охлаждения) при изготовлении прототипов и небольших партий. Вставки-лидеры по тепловому управлению: медные сплавы (в частности, без бериллия). Высококачественные инструментальные стали расширяют границы применения в самых сложных случаях: прецизионные инструменты с экстремальной твердостью. Сбалансируйте приоритеты вашего проекта — объем, материал, сложность и требования к охлаждению против бюджета — с учетом основных свойств материалов, чтобы принять наилучшее решение с точки зрения срока службы формы, качества деталей и эффективности производства.