Trong quá trình chế tạo khuôn, tùy theo chức năng làm việc của các chi tiết trong khuôn mà ta có cách chọn vật liệu khác nhau cho phù hợp. Điều đó sẽ giúp tăng thêm chất lượng cho sản phẩm, và nâng cao được tuổi bền cho khuôn. Để chọn vật liệu làm khuôn ta cũng cần chú ý đến số lượng sản phẩm yêu cầu và loại nhựa được phun vào trong khuôn, vì một số loại nhựa có thể gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu làm khuôn.
Khi sản xuất hàng loạt nhỏ, khuôn nhựa có thể được làm bằng đồng hoặc nhôm, nhưng nói chung các chi tiết trên khuôn như thân khuôn, các miếng ghép hoặc các tấm khuôn dùng để định hình các chi tiết sản phẩm và các chốt đẩy đều bằng các loại thép khác nhau. Lựa chọn vật liệu không phải là do giá vật liệu chi phối mà do tính gia công của nó và từ đó giảm bớt công sức và thời gian gia công.
Khuôn ép phun được chế tạo bằng thép có độ bền cao là chủ yếu. Các bộ phận khác có thể chế tạo bằng thép thông thường. Hiện nay, người ta còn đưa vào sử dụng các vật liệu hợp kim và phi kim loại dùng làm vật liệu làm khuôn.
Thép là vật liệu thông dụng nhất hiện nay được đưa vào dùng làm vật liệu làm khuôn. Nó đảm bảo cho khuôn làm việc với tuổi thọ cao ,tính gia công dễ dàng, độ cứng vững cao , độ biến dạng tương đối thấp, chịu mài mòn và truyền nhiệt tốt.Tuy nhiên một số bề mặt như khoang tạo hình sau khi được gia công xong cần phải nhiệt luyện trở lại để nâng cao chất lượng làm việc.
Bảng sau đây gợi ý một số vật liệu thép dùng để làm khuôn:
|
Ký hiệu thép của AISI-SAE |
Đặc tính chung và sử dụng |
|
P1 |
Dùng cho khuôn chạy ngắn và tương đối nhỏ gọn. |
|
P2, P3 |
Tương đối khó gia công nhưng các bề mặt sẽ có độ bền cao |
|
P4 |
Thép tôi ngoài khí trời. Có độ biến dạng cực tiểu khi nhiệt luyện và cho lõi có độ cứng cao. Dùng cho lòng khuôn tương đối cạn, yêu cầu dung sai chặt chẽ, dùng cho nhiệt độ phun khuôn cao hơn bình thường |
|
P5 |
Độ bền của lõi cao |
|
P6 |
Rất khó gia công in hình nhưng yêu cầu lõi thật khỏe |
|
P20 |
Thường được cung cấp đã tôi trước 300HB. Cũng có thể thấm cacbon để tăng độ cứng cho bề mặt, phù hợp với tất cả các dạng gia công cắt gọt. Rất tốt cho các phần lắp lòng khuôn. |
|
L2 |
Có cả loại tôi trước ở 300HB và loại ủ trước phù hợp với mọi loại khuôn. |
|
6115 |
Hợp kim thấm cacbon , phù hợp với tất cả các dạng khuôn nhựa nào mà sự thay đổi kích thước trong nhiệt luyện không là đáng kể. Đây không phải là một loại thép dụng cụ |
|
01,02 |
Có thể nhiệt luyện đén độ cứng cao để có độ bền tối đa thường sử dụng cho các khuôn lắp ghép nhỏ. |
|
H11,H12 |
Là sự phối hợp của độ bền cao, dễ gia công và độ chính xác kích thước sau nhiệt luyện. Tốt cho lòng khuôn và lõi ghép. |
|
A2, A6 |
Sử dụng rộng rãi cho khuôn chạy dài có yêu cầu đánh bóng. |
|
T120 không gỉ |
Dùng cho khuôn chịu điều kiện môi trường và phun PVC |
|
En2 |
Thép trung bình , phù hợp làm tấm sau, tấm bao, tấm trung gian. |
|
En8 |
Thép cacbon trung bình để làm tấm bao có vùng phun mạnh. |
Bảng dưới đây gợi ý về một số nguyên tố sau khi tham gia vào hợp kim thép sẽ làm thay đổi tính chất của thép.
|
Ti |
|
− |
|
|
+ |
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
+ |
|
Cu |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
+ |
|
W |
+ |
− |
|
− |
+ |
|
+ |
− |
− |
− |
− |
+ |
+ |
|
+ |
|
V |
+ |
− |
|
|
+ |
|
+ |
− |
− |
|
|
+ |
− |
|
+ |
|
Mo |
+ |
− |
|
− |
+ |
+ |
+ |
|
− |
|
− |
+ |
− |
|
+ |
|
Co |
+ |
− |
|
|
|
|
+ |
|
− |
− |
|
+ |
− |
|
+ |
|
Mn |
+ |
− |
|
− |
+ |
+ |
|
− |
− |
− |
|
|
− |
|
+ |
|
Ni |
+ |
+ |
|
− |
|
+ |
+ |
− |
− |
− |
|
|
− |
|
+ |
|
Cr |
+ |
− |
− |
− |
+ |
+ |
+ |
− |
− |
− |
|
+ |
+ |
|
+ |
|
P |
+ |
− |
− |
− |
|
|
|
− |
− |
− |
|
+ |
+ |
|
+ |
|
S |
|
− |
− |
− |
|
|
|
− |
− |
− |
− |
|
|
|
− |
|
Si |
+ |
− |
− |
− |
|
+ |
+ |
− |
− |
− |
− |
+ |
− |
+ |
+ |
|
C |
+ |
− |
− |
− |
+ |
|
+ |
− |
− |
− |
− |
+ |
− |
+ |
|
|
Thành phần Đặc tính |
Ứng suất |
Tính bền |
Tính va đập |
Tính đàn hồi |
Chống mài mòn |
Tính cứng |
Độ cứng |
Tính gia công |
Tính hàn |
Tính kéo sợi |
Tính dễ dát mỏng |
Chịu nhiẹt |
Độ nhạy quá nhiệt |
Duy trì độ cứng |
Tính chịu mài mòn |
Khi đưa các thành phần hợp kim vào trong thép, ta sẽ có các mác thép khác nhau, sau đây là một số mác thép hợp kim cùng với hệ số dặc tính của nó:
|
Loại thép |
Mã số AISI |
Thành phần (%) |
Tính dẫn nhiệt (W/m.0K) |
Hệ số nở nhiệt (10-6K-1) |
|
|
Thép cacbon |
1020 |
0.18-0.23C 0.30-0.6Mn 0.04P 0.05S |
46.67 |
10-15 |
|
|
1030 |
0.28-0.34C 0.6-0.9Mn 0.04P 0.05S |
46.7 |
14.9 |
||
|
1040 |
0.37-0.44C 0.6-0.9Mn 0.04P 0.05S |
46.7 |
14.9 |
||
|
1095 |
0.90-1.03C 0.3-0.5Mn 0.04P 0.05S |
43.3 |
11-14 |
||
|
Thép hợp kim |
4130 |
0.28-0.33C 0.30-0.60Mn 0.20-0.35Si 0.80-1.10Cr 0.15-0.25Mo 0.035P 0.04S |
46.7 |
|
|
|
4140 |
0.38-0.43C 0.75-1.00Mn 0.20-0.35Si 0.80-1.10Cr 0.15-0.25Mo 0.035P 0.04S |
|
|||
|
6150 |
0.48-0.53C 0.70-0.90Mn 0.20-0.35Si 0.80-1.10Cr 0.15V 0.25Mo 0.035P 0.04S |
||||
|
8620 |
0.18-0.23C 0.70-0.90Mn 0.20-0.35Si 0.4-0.7Ni 0.15V 0.15-0.25Mo 0.035P 0.04S |
60.6 |
10-12 |
||
|
Thép công cụ |
Thép chịu va đập |
S1 |
0.5C 0.75Si 1.25Cr 2.50W 0.20V |
62.3 |
11-13 |
|
S7 |
0.50C 0.70Mn 0.25Si 3.25Cr 1.4Mo |
|
14.9 |
||
|
Thép nguội |
Thép ma sát thấp |
O1 |
0.90C 1.20Mn 0.50Cr 0.50W 0.20V |
|
|
|
Hợp kim trung bình |
A2 |
1.00C 1.00Mo 5.00Cr |
|||
|
Tốc độ cao |
A4 |
0.95C 2.0Mn 0.35Si 0.20G 1.15Mo |
|||
|
A6 |
0.70C 2.00Mn 1.00Cr 1.00Mn |
||||
|
Cacbon Crom cao |
D2 |
1.50C 1.00Mn 12.0Cr 1.00V |
|||
|
Thép chịu nhiệt |
Nền Crôm |
H13 |
0.35C 0.40Mn 1.00Si 1.40Mo 5.00Cr 1.00V |
24.6 |
12-13 |
|
Nền Tungsten |
H23 |
0.30C 12.0Cr 12.0W |
|
|
|
|
Hợp kim thấp |
L6 |
0.75C 0.75Mn 0.90Cr 1.75Ni 0.35Mo |
|||
|
Thép làm khuôn |
Cacbon thấp |
P2 |
0.07C 0.20Mo 2.00Cr |
||
|
Hợp kim trung bình |
P20 |
0.35C 0.80Mn 0.50Si 0.45Mo 1.70Cr |
29.0 |
12.7 |
|
|
Thép không gỉ |
420 |
0.15C 1.00Mn 1.00Si 12.00-14.00Cr |
23.0 |
11-12 |
|
Bằng kinh nghiệm thực tế người ta có một số kết luận rằng khi nhiệt luyện: như thấm C , N2 , hay một số chất hóa học khác thì sẽ góp phần tăng được cơ tính của những bề mặt làm việc của khuôn làm việc, đồng thời tuổi thọ làm việc của khuôn cũng tăng lên khoảng 30%÷50%.
Mặt khác, đôi khi có một số vật liệu làm khuôn thông dụng nhưng có một số nước hoặc tổ chức khác nhau thì ký hiệu vật liệu cũng khác nhau.Ví dụ bảng dưới đây so sánh một vài vật liệu cơ bản dùng làm thân khuôn , các miếng ghép, tấm khuôn cho lòng khuôn và lõi.
|
Vạn Năng |
Châu Âu |
Đức , Áo, Hà Lan |
DIN |
AISI |
|
40NiCrMoV4 dạng H1 |
40NiCrMoV16 |
X45NiCrMo4 |
1.2767 |
|
|
40Cr13 dạng 29 |
X41Cr13 |
X42 Cr13 |
1.2083 |
AISI 420 |
|
35CrMo2 dạng H3 |
35CrMo8 |
40 CrMnMo 8.6 |
1.2312 |
AISI P20+S |
|
|
|
40 CrMnMo 7 |
1.2311 |
AISI P20 |
Trong đó,những loại thép hóa tốt khi dùng không cần phải tôi:
Loại 35CrMo2 thường được dùng làm thân khuôn ,với quy trình sản xuất cao, với quy trình sản xuất thông thường có hể dùng thép cacbon trung bình (CW 45W). Đặc điểm loại 35CrMo2 là loại này tốt cho gia công, nhưng không tốt cho đánh bóng và chạm trổ
Loại 40 CrMnMo7, đặc điểm loại này hơi khó gia công nhưng dễ cho đánh bóng và chạm trổ.
Nếu cần phải tôi cứng khi dùng thì có thể dùng các loại thép:
40 NiCrMoV4, đây là loại thông dụng để làm các miếng ghép hoặc các miếng tôi cứng hoàn toàn
40 Cr13 là loại chịu đánh bóng hay đồng thời cũng là loại chịu ăn mòn tốt.
