فولاد قالب پلاستیک، ویژگی‌ها، مزایا و انواع آن

فولاد قالب پلاستیک نوعی آلیاژ ویژه است که برای تولید قالب‌ های تزریق پلاستیک استفاده می‌ شود. عناصری مانند کروم، مولیبدن و وانادیوم در ساختار این فولاد وجود دارد که خصوصیات لازم برای ساخت قالب‌ های با کیفیت را تامین می‌ کند. فولادهای قالب پلاستیک باید در برابر دما، فشار و سایش مقاوم بوده تا طول عمر مناسبی برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی داشته باشند.

فولاد قالب پلاستیک

صنعت قالب‌ سازی پلاستیک نیازمند فولادهایی با خواص مکانیکی قوی بوده و انتخاب فولاد مناسب تاثیر مستقیمی بر کیفیت نهایی محصولات پلاستیکی دارد. این فولادها به دلیل قابلیت تولید سطوح صاف و صیقلی، امکان عملیات حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی، نقش محوری در صنعت قالب‌ سازی پلاستیک دارند.

ویژگی های فولاد قالب پلاستیک

سختی، مهم‌ ترین مشخصه فولاد قالب پلاستیک بوده که معمولاً بین ۳۰ تا ۵۰ راکول C است. این سختی باعث می‌ شود قالب در برابر فشارهای تزریق پلاستیک مقاومت کند. همچنین مقاومت در برابر سایش و خوردگی از دیگر ویژگی‌ های اساسی فولادهای قالب پلاستیک است که عمر مفید قالب را افزایش می‌ دهد.

قابلیت پولیش‌ پذیری از دیگر خصوصیات مهم فولاد قالب پلاستیک است که امکان تولید سطوح صاف و براق را برای قطعات پلاستیکی نهایی فراهم می‌ کند. پایداری ابعادی، رسانایی حرارتی مناسب و مقاومت در برابر خستگی نیز از جمله ویژگی‌ های فولادهای قالب تزریق پلاستیک هستند که باعث دوام و عملکرد بهتر قالب می‌ شوند.

انواع فولاد قالب پلاستیک

فولادهای قالب پلاستیک بر اساس نوع عملیات حرارتی به چند دسته تقسیم می‌ شوند. فولادهای پیش‌ سخت شده مانند فولاد قالب پلاستیک ۱.۲۳۱۲ و فولاد P20 که به صورت آماده و سخت‌ شده به بازار عرضه شده و نیازی به عملیات حرارتی بیشتر ندارند.

این فولادها برای قالب‌ های متوسط و بزرگ با تیراژ تولید متوسط مناسب هستند. سختی این فولادها معمولاً بین ۲۸ تا ۳۲ راکول C است که امکان ماشین‌ کاری با سرعت مناسب را فراهم می‌ کند. از مزایای این فولادها می‌ توان به کوتاه شدن فرایند ساخت و جلوگیری از ایجاد ترک‌ های ریز در اثر عملیات حرارتی اشاره کرد.

فولادهای آنیل شده نیز از دیگر انواع فولاد قالب پلاستیک هستند که برای ماشین‌ کاری راحت‌ تر به صورت نرم عرضه می‌ شوند و پس از ماشین‌ کاری، تحت عملیات حرارتی قرار می‌ گیرند. فولاد MO40 نمونه‌ ای از این دسته است. دسته دیگر، فولادهای پیرسختی هستند که با گذشت زمان و استفاده، سختی آنها افزایش می‌ یابد. این دسته برای قالب‌ هایی با شرایط کاری سخت مناسب هستند.

علاوه بر این، فولادهای ضد زنگ مانند فولاد قالب پلاستیک ۱.۲۰۸۳ و ۱.۲۳۱۶ نیز در ساخت قالب‌ های پلاستیک استفاده می‌ شوند. این نوع از فولادها برای تزریق پلاستیک‌ های خورنده مانند PVC مناسب هستند. فولادهای ضد زنگ مقاومت به خوردگی بالایی داشته و عمر مفید قالب را در محیط‌ های مرطوب و خورنده افزایش می‌ دهند. فروش فولاد قالب پلاستیک در بازار متنوع بوده و انتخاب مناسب بستگی به شرایط کاری و نوع محصول پلاستیکی دارد.

فولادهای گرمکار مانند H13 نیز در برخی از قالب‌ های پلاستیک با دمای تزریق بالا استفاده می‌ شوند. این فولادها مقاومت حرارتی بالایی داشته و در دماهای بالا خواص مکانیکی خود را حفظ می‌ کنند. فولادهای قالب تزریق پلاستیک با عناصر آلیاژی متفاوت، خواص متنوعی را ارائه می‌ دهند که انتخاب آنها را بر اساس نیازهای خاص هر پروژه امکان‌ پذیر می‌ سازد.

بهترین فولاد برای ساخت قالب پلاستیک

انتخاب بهترین فولاد برای قالب پلاستیک به عوامل مختلفی بستگی دارد. فولاد P20 (۱.۲۳۱۱) یکی از پرکاربردترین فولادهای قالب پلاستیک است که برای ساخت قالب‌ های عمومی با تیراژ متوسط استفاده می‌ شود. فولاد ۱.۲۳۱۲ (M200) نیز گزینه مناسبی برای قالب‌ های با کیفیت سطح بالا و امکان پولیش‌ کاری عالی است.

فولاد قالب پلاستیک ۲۳۱۲ به دلیل افزودن نیکل، چقرمگی بهتری نسبت به ۱.۲۳۱۱ دارد. این فولاد با درجه سختی برینل ۳۰۰HB قابلیت ماشین‌ کاری بسیار خوبی داشته و در صنایع مختلف از جمله قالب‌ های پلاستیک ضربه‌ ای و تزریقی کاربرد فراوان دارد.

فولاد H13 (۱.۲۳۴۴) نیز برای قالب‌ های با تیراژ بالا و یا قالب‌ هایی با پیچیدگی زیاد گزینه مطلوبی است. فولاد ۱.۲۰۸۳ (M310) برای قالب‌ های پلاستیکی که در شرایط خورنده کار می‌ کنند مناسب بوده و فولادهای قالب تزریق پلاستیک مانند NAK80 و S136 نیز برای قالب‌ هایی با کیفیت سطح بسیار بالا و مقاومت به خوردگی بیشتر استفاده می‌ شوند.

قیمت فولاد قالب سازی در این دسته‌ های تخصصی معمولا بالاتر است، اما به دلیل کیفیت و طول عمر بیشتر، سرمایه‌ گذاری مناسبی خواهد بود. فولاد D2 (۱.۲۳۷۹) نیز از دیگر فولادهای مورد استفاده در ساخت قالب پلاستیک است که به دلیل سختی بسیار بالا (حدود ۶۰ راکول C) و مقاومت به سایش عالی، برای قالب‌ هایی با حجم تولید بالا استفاده می شود.

چگالی این فولاد حدود ۷.۷۵ گرم بر سانتی‌ متر مکعب بوده و در مواردی که سایش شدید وجود دارد، کاربردی است. فولاد قالب پلاستیک ۱.۲۳۱۱ (M201) نیز از فولادهای پرکاربرد با سختی متوسط بوده که برای تولید طیف گسترده‌ ای از قطعات پلاستیکی استفاده می‌ شود.

فولاد ۱.۲۳۱۶ به دلیل مقاومت به خوردگی بسیار خوب، قابلیت پولیش‌ پذیری عالی و سختی مناسب، برای محیط‌ های مرطوب یا در تماس با مواد شیمیایی خورنده، انتخاب خوبی است. این فولاد در ساخت قالب‌ های قطعات پزشکی و غذایی نیز کاربرد دارد. در مواردی که نیاز به صافی سطح فوق‌ العاده بالا باشد، فولادهای آلیاژی مخصوص مانند HC RS135 با کربن و کروم بالا استفاده می‌ شوند که سختی و مقاومت به سایش بالایی دارند.

کاربرد فولاد قالب پلاستیک

فولاد قالب پلاستیک به عنوان ماده اولیه اصلی در صنعت تزریق پلاستیک، نقش حیاتی در تولید قطعات با کیفیت و دقت بالا ایفا می کند و در ساخت قالب های پیچیده برای قطعات خودرو، لوازم خانگی و الکترونیک کاربرد گسترده ای دارد. انتخاب نوع صحیح این فولاد بستگی به نوع پلیمر مورد استفاده و حجم تولید دارد؛ برای مثال، در تولید قطعات حساس بهداشتی یا شفاف، ممکن است نیاز باشد از فولاد ضدزنگ استفاده شود تا از خوردگی و تغییر رنگ محصول نهایی جلوگیری شود. این فولادها باید خواص مکانیکی عالی داشته باشند تا بتوانند فشارهای تزریق و سیکل های گرم و سرد شدن مکرر را بدون تغییر شکل تحمل کنند.

علاوه بر مقاومت مکانیکی، کیفیت سطحی قالب تأثیر مستقیمی بر ظاهر قطعه پلاستیکی دارد، بنابراین فولادهای انتخابی باید قابلیت پولیش پذیری بالایی داشته باشند. پس از عملیات حرارتی و ماشین کاری، کارشناسان با استفاده از تست سختی راکول اطمینان حاصل می کنند که فولاد به سختی مطلوب رسیده است تا در برابر سایش و فشار مقاومت کافی داشته باشد. این ویژگی ها باعث می شود که قالب ها طول عمر بالایی داشته باشند و در تولید انبوه، دقت ابعادی قطعات را حفظ کنند که این امر هزینه های تعمیر و نگهداری را به شدت کاهش می دهد.

فرآیند تولید و آماده‌ سازی فولاد قالب پلاستیک

فرآیند تولید فولاد قالب پلاستیک شامل چندین مرحله است. ابتدا فولاد پایه با افزودن عناصر آلیاژی مختلف ذوب شده و سپس عملیات فورجینگ در دمای بین ۸۵۰ تا ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد انجام می‌ گیرد. پس از آن، فولاد تحت عملیات آنیل کاری در دمای حدود ۷۲۰ تا ۷۴۰ درجه قرار می‌ گیرد تا تنش‌ های داخلی کاهش یافته و برای ماشین‌ کاری آماده شود.

برای فولادهای پیش‌ سخت شده، عملیات سختی‌ پذیری در دمای ۸۴۰ تا ۸۸۰ درجه انجام شده و سپس فولاد در روغن یا هوا خنک می‌ شود. در نهایت، عملیات تمپر در دمای ۶۰۰ تا ۶۵۰ درجه صورت می‌ گیرد تا سختی مناسب (حدود ۳۰۰ برینل) حاصل شود. قیمت فولاد MO40 و سایر فولادهای قالب پلاستیک به عوامل مختلفی از جمله نوع فولاد، ابعاد و عملیات انجام شده بستگی دارد.

نکات مهم در انتخاب فولاد قالب پلاستیک

هنگام انتخاب فولاد قالب پلاستیک، باید به نوع پلاستیک مورد استفاده توجه داشت. برخی پلاستیک‌ ها مانند پلی‌ آمید و PVC خاصیت خورندگی داشته و نیازمند فولادهایی با مقاومت به خوردگی بالاتر هستند. ابعاد و پیچیدگی قطعه نیز عامل مهمی است؛ قطعات بزرگ‌ تر و پیچیده‌ تر به فولادهایی با استحکام و مقاومت بیشتر نیاز دارند. تعداد قطعات تولیدی نیز در انتخاب فولاد قالب تأثیرگذار است.

شرایط کاری قالب مانند دما و فشار تزریق نیز در انتخاب فولاد قالب سازی اهمیت دارد. برای قالب‌ هایی که در دمای بالا کار می‌ کنند، فولادهایی با مقاومت حرارتی بیشتر مورد نیاز است. هزینه و در دسترس بودن فولاد نیز از عوامل مؤثر در انتخاب است. قیمت فولاد قالب سازی با توجه به نوع فولاد، کارخانه تولیدکننده و خواص آن متغیر است.

شرایط اقتصادی و بودجه پروژه نیز در انتخاب فولاد قالب تاثیرگذار است. اگرچه قیمت آهن معمولی برای ساخت سازه‌ های ساده مناسب است، اما برای قالب‌ های پلاستیک باید فولادهای آلیاژی خاص با قیمت بالاتر انتخاب شوند تا خواص مکانیکی مورد نیاز تامین گردد.

مزایای استفاده از فولاد قالب پلاستیک با کیفیت

استفاده از فولاد قالب پلاستیک با کیفیت مزایای زیادی در پی دارد. عمر طولانی قالب، كاهش هزینه‌ های تعمیر و نگهداری و افزایش بهره‌ وری تولید از جمله این مزایا هستند. فولاد قالب با کیفیت بالا باعث تولید قطعات پلاستیکی با دقت ابعادی بیشتر و کیفیت سطح بهتر می‌ شود که در نهایت رضایت مشتری را افزایش می‌ دهد.

همچنین استفاده از فولاد مرغوب سبب کاهش ضایعات تولید می‌ شود، چراکه قالب‌ های ساخته شده از این نوع فولادها پایداری ابعادی بهتری در طول زمان داشته و دچار تغییر شکل کمتری می‌شوند. فروش فولاد قالب با کیفیت توسط شرکت‌ های معتبر انجام می‌ شود. در هنگام خرید فولاد قالب پلاستیک باید به استانداردهای تولید، گواهینامه‌ های کیفیت و سابقه شرکت تولید کننده توجه کرد. 

فولادهای قالب پلاستیک با کیفیت، اگرچه هزینه اولیه بیشتری نسبت به فولادهای ساختمانی معمولی دارند، اما در درازمدت به دلیل کاهش هزینه‌ های تعمیر و تعویض، مقرون به صرفه‌ تر خواهند بود. سرعت ماشین‌ کاری بهتر در برخی فولادهای قالب پلاستیک با کیفیت نیز زمان ساخت قالب را کاهش می‌ دهد که این امر در پروژه‌ های با زمان‌ بندی فشرده اهمیت زیادی دارد.

از دیگر مزایای استفاده از فولاد قالب پلاستیک با کیفیت می‌ توان به قابلیت پولیش‌ پذیری بهتر اشاره داشت که در صنایع تولید لوازم پزشکی، بسته‌ بندی مواد غذایی و لوازم آرایشی که نیازمند سطوح صاف و براق هستند، بسیار مهم است. همچنین این فولادها معمولا مقاومت به خوردگی بهتری دارند که برای تزریق پلاستیک‌ های حاوی مواد افزودنی خورنده مانند مواد آتش‌ گیر یا رنگدانه‌ های خاص ضروری است. 

معایب استفاده از فولاد قالب پلاستیک

یکی از معایب اصلی استفاده از فولاد قالب پلاستیک، هزینه بالای اولیه آن نسبت به سایر مواد مانند آلومینیوم یا چدن است که می تواند بودجه پروژه های کوچک را تحت تأثیر قرار دهد. علاوه بر هزینه، فرآیند ماشین کاری و شکل دهی این فولادها به دلیل سختی بالا، دشوار، زمان بر و نیازمند ابزارهای پیشرفته و تخصصی است که هزینه های تولید را افزایش می دهد. همچنین، فولادهای قالب پلاستیک به دلیل رسانایی حرارتی پایین تر نسبت به مس یا آلومینیوم، چرخه های خنک سازی طولانی تری دارند که می تواند سرعت تولید را در خطوط تزریق کاهش دهد و نیاز به طراحی دقیق سیستم های خنک کننده را اجتناب ناپذیر سازد.

در مجموع، با وجود چالش های ذکر شده، انتخاب فولاد قالب پلاستیک نیازمند یک ارزیابی دقیق اقتصادی و فنی است. اگرچه هزینه های خرید و آماده سازی این فولادها بالاست، اما دوام و طول عمر بالای آن ها در تولید انبوه، این هزینه ها را در طول زمان جبران می کند. بنابراین، مهندسان و تولیدکنندگان باید با در نظر گرفتن حجم تولید، نوع پلیمر و بودجه در دسترس، تعادلی میان هزینه های اولیه سنگین و مزایای بلندمدت این فولادها ایجاد کنند تا بهره وری نهایی سیستم تزریق تضمین گردد.

سوالات متداول