ES2924877T3

ES2924877T3 - Herramientas de moldeo por inyección de plástico y un procedimiento de fabricación de las mismas

Info

Publication number: ES2924877T3
Application number: ES17165518T
Authority: ES
Inventors: Algirdas Underys
Original assignee: Finkl A and Sons Co
Current assignee: Finkl A and Sons Co
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2037-04-07
Also published as: EP3385049A1; EP3385049B1

Abstract

Esta invención se refiere a herramientas de moldeo por inyección de plástico, y también piezas forjadas grandes, formadas a partir de acero de molde con bajo contenido de carbono que tiene propiedades de endurecimiento y templabilidad marcadamente incrementadas en secciones grandes en contraste con los productos comerciales actualmente disponibles. Los atributos anteriores se obtienen junto con una maquinabilidad igual o mejor y un mejor desgaste de la línea de separación del molde. Cuando se fabrica junto con un proceso de doble fusión, esta invención puede mejorar significativamente las características de pulido y otros atributos de las piezas moldeadas en los juegos de herramientas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Herramientas de moldeo por inyección de plástico y un procedimiento de fabricación de las mismas

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a herramientas de moldeo por inyección de plástico, y también a piezas de forja grandes, formadas a partir de un acero de molde con bajo contenido en carbono que tiene propiedades de endurecimiento y templabilidad marcadamente incrementadas en secciones grandes en contraste con los productos comerciales actualmente disponibles. Los atributos anteriores se obtienen conjuntamente con una capacidad de mecanizado igual o mejor y un mejor desgaste de la línea de partición del molde. Cuando se fabrica junto con un proceso de doble fusión, la presente invención puede mejorar significativamente las características de pulido y otros atributos de las piezas moldeadas en los juegos de herramientas.

Estado de la técnica

El lugar de los plásticos en la industria del automóvil ha crecido enormemente, ya que es clave para futuros vehículos de alto rendimiento, más eficientes en el uso de combustible. Los plásticos ofrecen a los diseñadores e ingenieros múltiples ventajas en muchas aplicaciones al proporcionar diseños ligeros de peso y versátiles, así como unos costes de fabricación más bajos. La versatilidad de los plásticos se puede expresar mediante la amplia gama de formas y acabados de superficies actualmente posibles. Sin embargo, esta versatilidad no sería posible sin los aceros de moldeo por inyección de plástico de calidad. La creciente demanda de automóviles eficaces en el uso de combustible está empujando a los diseñadores a crear automóviles más aerodinámicos, que a su vez requieren piezas de plástico complejas más grandes, tales como parachoques, salpicaderos y paneles de puertas. Otras industrias tienen requisitos similares para las piezas de plástico, como el mobiliario de exterior. El moldeo por inyección de plástico se utiliza para una producción de ritmo rápido y los aceros para herramientas se utilizan para esta aplicación. Las propiedades de un acero de moldeo por inyección de plástico de calidad varían según el fabricante del molde y el usuario final. La buena capacidad de mecanizado, así como la capacidad de proporcionar un buen acabado superficial, son aspectos importantes para el fabricante de moldes. Sin embargo, la dureza uniforme es la clave para que el usuario final produzca piezas sin distorsión de forma. A medida que las piezas aumentan de tamaño, los moldes deben ser más grandes y seguir mostrando estas propiedades en toda la sección. La solicitud de patente coreana KR100960088 describe un acero para moldes de plástico con moldeo por inyección que tiene una excelente dureza y trabajabilidad uniformes. Sin embargo, todavía existe la necesidad de moldes por inyección de plástico mejorados que tengan características de templabilidad y dureza mejoradas, en particular, para moldes más grandes.

Objeto de la invención

Un objetivo principal de la presente invención es proporcionar conjuntos de herramientas de moldeo por inyección de plástico que tengan una templabilidad y dureza mejoradas en comparación con dichos conjuntos actualmente disponibles junto con (1) igual o mejor capacidad de mecanizado, (2) mayor limpieza conjuntamente con unos buenos valores de impacto y, (3) lo más importante, mayor templabilidad.

No forman parte de la invención reivindicada los conjuntos de herramientas de inyección de plástico a partir de bloques de molde que tengan la siguiente

composición amplia de porcentaje en peso:

Carbono ,15-, 40

Manganeso ,60-1,0

Silicio 0,60 máx.

Cromo 1,00-2,00

Níquel ,15-1,00

Molibdeno ,20 - ,55

Vanadio ,05 - ,20

Aluminio , 040 máx.

Fósforo ,040 máx.

Azufre , 025 máx.

No forman parte de la invención reivindicada los conjuntos de herramientas de inyección de plástico a partir de un bloque de molde que tenga la siguiente composición en peso:

Carbono ,20 - ,35

Manganeso ,70-1,10

Silicio ,15-,50

Cromo 1,10-2,00

Níquel ,20 - ,90

Molibdeno ,30 - ,55

Vanadio ,07 - ,20

Aluminio ,040 máx.

Fósforo ,020 máx.

Azufre ,015 máx.

No forman parte de la invención reivindicada los conjuntos de herramientas de un bloque de molde que tengan la siguiente composición más preferida de porcentaje en peso:

Carbono ,25 - ,33

Manganeso ,80 - 1,10

Silicio 0,20 - ,45

Cromo 1,20 - 2,00

Níquel .30 - .80

Molibdeno ,35 - ,55

Vanadio ,10-,20

Aluminio ,020 objetivo

Fósforo ,015 máx.

Azufre , 005 máx.

Otro objetivo más de la invención es proporcionar un procedimiento eficaz y de bajo coste para fabricar moldes por inyección de plástico y troqueles para conjuntos de herramientas que tengan los componentes de aleación divulgados en el presente documento.

Otros objetivos y ventajas serán evidentes a partir de la siguiente descripción.

Descripción detallada de la invención

El carbono es necesario para proporcionar la dureza y la resistencia al desgaste requeridas. Si el carbono es significativamente superior al 0,40 %, el bloque de molde presentará unas características de pulido y capacidad de mecanizado bajas. Preferiblemente, se utiliza un máximo de 0,35 % de carbono para asegurar una buena capacidad de mecanizado. Si se utiliza sustancialmente menos del 0,15 % de carbono, la resistencia al desgaste y las propiedades mecánicas no serán adecuadas para las condiciones de servicio a las que se someten los bloques de molde. Preferiblemente, se utiliza un mínimo de 0,20 % de carbono para garantizar una resistencia al desgaste, una dureza y unas propiedades mecánicas aceptables. Lo más preferiblemente, se utiliza carbono en el intervalo del 0,25 % y 0,035 %.

El manganeso es esencial para la templabilidad y como desoxidante en el proceso de fabricación del acero. También actúa para controlar los sulfuros en las operaciones de forja en combinación con los demás elementos de aleación. Si está presente significativamente más del 1,10 %, existe el riesgo de que haya austenita retenida. Si está presente sustancialmente menos del 0,60 % de manganeso, la templabilidad del bloque de molde se verá disminuida. Además, para garantizar el control del azufre, el contenido de manganeso debe estar presente en una cantidad de al menos 20 veces el contenido de azufre. El manganeso también contribuye a la resistencia al desgaste, aunque en menor medida que otros formadores de carburos. Preferiblemente, el manganeso está presente en el intervalo del 0,70 % al 1,10 % y, más preferiblemente, del 0,80 % al 1,10 %.

El silicio se especifica por su capacidad desoxidante en el proceso de fabricación de acero. Si está presente en cantidades sustancialmente superiores al 0,60 %, existe una predisposición a la fragilidad del producto final.

El cromo es necesario para la formación de carabinas, para la templabilidad y para la resistencia al desgaste. Si está presente sustancialmente más del máximo de 2,00 % de cromo, la temperatura de endurecimiento se vuelve demasiado alta para los procesos normales de tratamiento térmico en producción. Por debajo del mínimo especificado del 1,00 %, la resistencia al desgaste se verá afectada negativamente. Preferiblemente, el cromo está presente en una cantidad del 1,10 % al 2,00 % y, más preferiblemente, del 1,20 % al 2,00 %.

Se requiere níquel para fortalecer la ferrita y proporcionar tenacidad al bloque del molde. Si está presente en una cantidad sustancialmente superior al 1,00 %, existe el riesgo de retención de austenita y disminución de la capacidad de mecanizado. El exceso de níquel también puede fomentar el agrietamiento capilar a alta temperatura lo cual requiere escarpado y/o acondicionamiento durante el proceso de forjado. Si el níquel es sustancialmente menor que el mínimo especificado de 0,30 %, el bloque del molde tendrá una capacidad de templabilidad reducida y carencia de tenacidad durante el servicio. El níquel debería estar presente preferiblemente en el intervalo del 0,20 % y 0,90 % y, más preferiblemente, en el intervalo del 0,30 % y 0,80 %.

El molibdeno es un elemento clave que contribuye a la templabilidad y a la resistencia al desgaste por el hecho de que es un potente formador de carburos. Sus efectos beneficiosos son eficaces en el intervalo del 0,20 % al 0,55 % de molibdeno, pero preferiblemente se mantiene en la banda superior del intervalo del 0,30 % al 0,55 % de molibdeno y, más preferiblemente, en el intervalo del 0,35 % al 0,55 % de molibdeno.

El vanadio es un elemento clave y se especifica por su alto efecto sobre la templabilidad, la resistencia al desgaste y las propiedades de refinado del grano. Se ha descubierto que la adición de vanadio en el intervalo especificado de 0,05 % a 0,20 % combinado con el tratamiento térmico adecuado puede mejorar significativamente la templabilidad, particularmente en secciones grandes de al menos 0,508 m (20 pulgadas). Las pruebas de muestras de acero con componentes de aleación estadísticamente constantes, excepto el vanadio, como se muestra en la Tabla 1, mostraron que la adición de vanadio aumentó significativamente la templabilidad.

TABLA 1

En el acero X0, estaba presente sobre todo un tipo de carabina que contenía molibdeno y manganeso. X20 mostró los mismos carburos, pero con la adición de un segundo tipo de carburos que contenían vanadio. La familia de carburos de vanadio es mucho más estable al envejecimiento en comparación con los carburos de cromo. Para tener un efecto óptimo sobre todas las características, preferiblemente el vanadio está presente en el intervalo del 0,07 % al 0,20 % y, lo más preferiblemente, en el intervalo del 0,10 % al 0,20 % con un objetivo del 0,15 % como se muestra en la figura. El vanadio también tiene un impacto significativo en la resistencia al desgaste y la capacidad de mecanizado.

El aluminio es deseable para el refinamiento del grano, pero puede tener un efecto perjudicial sobre la calidad del acero al provocar la presencia de aluminatos, una impureza indeseable. Por lo tanto, es importante minimizar la adición de aluminio a un máximo de 0,040 % en la composición final de la masa fundida. Lo más preferiblemente, un objetivo de 0,020 % de aluminio logrará el refinamiento del grano.

El fósforo podría aumentar la capacidad de mecanizado, pero los efectos perjudiciales de este elemento en los aceros para herramientas, tales como un aumento en la temperatura de transición dúctil-frágil, superan cualquier efecto beneficioso. En consecuencia, el contenido de fósforo no debe ser superior al máximo especificado de 0,025 % y, lo más preferiblemente, inferior a 0,015 %.

El azufre es un elemento clave para la capacidad de mecanizado y comúnmente se cree que un contenido de hasta E0.045 % en el acero para herramientas haría que la capacidad de mecanizado fuera aceptable. Sin embargo, el azufre también tiene varios efectos perjudiciales en este tipo de acero, incluida la fragilidad en caliente durante el procesamiento y la reducción de las características de pulido y texturizado. Dado que el efecto del vanadio en el tamaño del carburo tiene un impacto significativo en la capacidad de mecanizado, es deseable mantener el azufre en un valor inferior al 0,025 %, preferentemente inferior al 0,015 % y, lo más preferentemente, inferior al 0,005 %.

Una comparación de los ensayos de núcleo frente a dureza en secciones de bloque de molde y troquel de 0,508 m (20 pulgadas) y mayores ha divulgado que la templabilidad de las piezas es sustancialmente uniforme en toda la sección transversal. Esta es una mejora notable con respecto a los conjuntos de herramientas fabricados con aceros actualmente disponibles en los que la templabilidad de secciones tan grandes tiende a disminuir cerca del centro.

El procedimiento preferido de fabricación de los bloques de moldes y troqueles para conjuntos de herramientas de la presente invención es el siguiente.

Se forma una masa fundida de acero en una unidad de calentamiento, preferiblemente un horno de arco eléctrico, la masa fundida que contiene una mayoría, pero menos de todas las aleaciones requeridas, el aluminio, por ejemplo, que se aplaza hasta cerca del final del proceso. Después de que se forma la masa fundida, se transfiere a un receptáculo, tal como un cucharón de vertido inferior, para formar así un calor.

A partir de entonces, calentar, alear más y refinar el calor con purga de argón hasta que las aleaciones se dispersan de manera uniforme y la composición de la aleación del calor se ajusta a las especificaciones.

A partir de entonces, el calor se somete a desgasificación de argón al vacío y, a continuación, se vierte en moldes de lingotes mediante colada en sifón.

Después de la solidificación, los lingotes se trabajan en caliente para formar el acero de baja aleación resultante en bloques de molde y troquel.

A continuación, los bloques se tratan térmicamente mediante enfriamiento rápido, preferiblemente en agua, y se templan.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para fabricar herramientas de moldes por inyección de plástico y de troqueles que tienen una excelente templabilidad en secciones de 0,508 m (20 pulgadas) y mayores, dicho procedimiento que comprende las etapas de:

(1) formar una masa fundida de acero en una unidad de calentamiento que tenga menos de todos los ingredientes de la aleación,

(2) transferir dicha masa fundida a un receptáculo para formar así un calor,

(3) calentar, alear adicionalmente y refinar dicho calor con purga de argón de la composición de aleación según la especificación,

(4) desgasificar con argón al vacío, hervir y fundir dicho calor para formar lingotes mediante colada en sifón,

(5) trabajar en caliente dichos lingotes para formar dicho acero de baja aleación en dichos bloques de molde y troquel que tienen secciones transversales de 0,508 m (20 pulgadas) y mayores, dichos bloques de molde y troquel que tienen la siguiente composición de porcentaje en peso:

C ,36

Mn 1,01

Si ,43

Cr 1,85

Ni

Mo ,53

V 0,13

(6) tratamiento térmico mediante enfriamiento y temple, y

(7) formar herramientas de moldeo por inyección de plástico a partir de dichos bloques enfriados y templados.

2. Un procedimiento para fabricar herramientas de moldes por inyección de plástico y de troqueles que tienen una excelente templabilidad en secciones de 0,508 m (20 pulgadas) y mayores, dicho procedimiento que comprende las etapas de:

(2) transferir dicha masa fundida a un receptáculo para formar así un calor,

(5) trabajar en caliente dichos lingotes para formar dicho acero de baja aleación en dichos bloques de molde y troquel que tienen secciones transversales de

0,508 m (20 pulgadas) y mayores, dichos bloques de molde y matriz que tienen la siguiente composición de porcentaje en peso:

C ,35

Mn ,97

Si ,43

Cr 1,87

Ni ,47

Mo

V ,10

(6) tratamiento térmico mediante enfriamiento y temple, y

3. Un acero para herramientas de moldeo por inyección de plástico que tiene una alta templabilidad uniforme en secciones transversales de 0,508 m (20 pulgadas) y mayores y que tiene la siguiente composición de porcentaje en peso:

C ,36

Mn 1,01

Si ,43

Cr 1,85

Ni

Mo ,53

V 0,13

4. Un acero para herramientas de moldeo por inyección de plástico que tiene una alta templabilidad uniforme en secciones transversales de 0,508 m (20 pulgadas) y mayores y que tiene la siguiente composición de porcentaje en peso:

C 35.

Mn ,97

Si ,43

Cr 1,87

Ni ,47

Mo

V ,10