Ståltyper för formsprutningsverktyg – val av verktygsstål

Ståltyper för formsprutningsverktyg – val av verktygsstål

Valet av stål till ett formsprutningsverktyg är ett av de beslut som har störst inverkan på verktygets livslängd, underhållsbehov och förmåga att leverera enhetlig produktkvalitet över tid.

Trots detta behandlas valet av stål i många projekt som en teknisk detalj som överlåts till verktygstillverkaren, snarare än som ett strategiskt beslut som bör fattas utifrån en konkret förståelse av produktionskraven.

Denna artikel går igenom de vanligaste ståltyperna för formsprutningsverktyg, hur de skiljer sig åt och vilka faktorer som bör ligga till grund för valet i ett konkret projekt.

Varför valet av stål är avgörande

En formsprutningsform utsätts för upprepade termiska och mekaniska påfrestningar under varje enskild cykel. Plastmassan sprutas in under högt tryck, kyls ned och krymper, varefter detaljen stöts ut. Detta upprepas hundratusentals eller miljoner gånger under formens livslängd.

Stålet ska tåla dessa belastningar utan att deformeras, spricka eller slitas i en sådan utsträckning att det påverkar ämnets kvalitet. Det ska samtidigt kunna bearbetas enligt de föreskrivna toleranserna, poleras till önskad ytkvalitet och i många fall härdas för att öka slitstyrkan.

Det rätta stålet är det som bäst balanserar dessa krav i förhållande till det specifika projektets volym, material och toleranskrav. Här kan du läsa mer om vad ett formsprutningsverktyg kan kosta.

De vanligaste ståltyperna

Förhärdat stål

Förhärdat stål levereras i ett förhärdat tillstånd och kräver ingen ytterligare värmebehandling efter bearbetning. Det är den vanligaste kategorin för formsprutningsverktyg vid standard- och medelstor volymproduktion.

Stål i denna kategori är väl lämpade för formhål och kärnor, lätta att bearbeta och ger god polerbarhet. De är inte lämpliga för mycket slipande material eller extremt höga produktionsvolymer, men täcker ett brett spektrum av användningsområden. Typiska beteckningar är P20 och 718 – eller leverantörsspecifika varianter som Impax Supreme och Holdax från Uddeholm med motsvarande egenskaper.

Härdat stål

Härdat stål uppnår sin slutliga hårdhet genom en värmebehandling efter bearbetning. Det ger en betydligt högre slitstyrka och lämpar sig väl för storskalig produktion samt för bearbetning av slitande material, såsom glasfiberarmerade och mineralfyllda plasttyper.

H13 är en av de vanligaste beteckningarna i denna kategori och är känd under produktnamn som Orvar Supreme från Uddeholm. Det har god seghet och värmebeständighet, vilket gör det lämpligt för krävande produktionsförhållanden med höga temperaturer och långa drifttider. För särskilt slitande material och extremt stora volymer finns dessutom pulvermetallurgiska stål som Vanadis 4 Extra och Unimax, som kombinerar hög hårdhet med god seghet.

Rostfritt stål

Rostfritt stål används främst i situationer där korrosionsbeständighet är ett krav. Detta gäller särskilt vid tillverkning av medicinsk utrustning, livsmedelsförpackningar och komponenter tillverkade av PVC eller andra korrosiva plasttyper.

Stål i denna kategori, som vanligtvis betecknas S136 eller går under produktnamn som Stavax ESR och Corrax från Uddeholm, kombinerar god polerbarhet med hög korrosionsbeständighet och är väl lämpade för formkaviteter med höga krav på ytkvalitet. Corrax utmärker sig genom att vara ett förhärdat rostfritt stål som inte kräver värmebehandling, vilket gör det enklare att bearbeta och reparera.

Stål med god polerbarhet

För applikationer med särskilt höga krav på spegelpolering – till exempel optiska komponenter eller synliga designytor – används stål med extra hög renhetsgrad. Polmax från Uddeholm är ett exempel på ett stål som utvecklats specifikt för denna tillämpning, där renheten i stålsmältan är avgörande för det slutliga poleringsresultatet.

Insatser av kopparlegering

Kopparlegerade material används inte som konstruktionsstål för hela formhalvorna, utan som insatser i områden med särskilda kylningskrav. De har en betydligt högre värmeledningsförmåga än stål och kan användas för att öka kylningseffektiviteten i lokala värmezoner.

Vid tillverkning för livsmedelssegmentet och medicinsk utrustning bör materialvalet i dessa zoner alltid kontrolleras mot gällande lagkrav, eftersom inte alla kopparlegerade material är godkända för kontakt med eller närhet till livsmedel.

De faktorer som styr valet

Produktionsvolym

Den förväntade livslängden är den avgörande enskilda faktorn. För prototyptillverkning och små volymer kan ett mjukare och billigare stål mycket väl duga. För serier på flera miljoner är härdat stål en förutsättning för att undvika för tidigt utbyte av formhål och kärnor. Du kan läsa mer om detta i artikeln: Vad avgör livslängden på ett formsprutningsverktyg?

Plastmaterial

Slipande plasttyper som glasfiberarmerad polyamid eller mineralfylld PP sliter på stål betydligt snabbare än standardmaterial. För dessa material krävs högre hårdhet och slitstyrka. Korrosiva plasttyper som PVC och POM ställer krav på korrosionsbeständighet. I artikeln ”Från idé till färdigt formsprutningsverktyg” beskrivs bland annat detta område.

Krav på ytbehandling

Objekt med höga krav på spegelpolering eller strukturerad yta ställer särskilda krav på stålkvalitet och renhet. Inte allt stål kan poleras till optisk kvalitet – här är renheten i stålsmältan avgörande, och specialstål med hög renhetsgrad krävs vanligtvis.
Toleranskrav och dimensionsstabilitet Snäva toleranser ställer krav på stål med god dimensionsstabilitet under värmebehandling. Vissa ståltyper deformeras mer än andra under härdning, vilket kan kräva efterbearbetning.

Kylningskrav

I de fall där standardkylningen inte är tillräcklig och det krävs anpassade kylkanaler eller lokala kylinsatser kan materialvalet i de specifika zonerna avvika från resten av verktyget.

Val av stål och underhåll

Valet av stål har direkt inverkan på hur enkelt och kostsamt det är att underhålla ett verktyg över tid. Härdat stål är mer slitstarkt, men svårare och dyrare att reparera, eftersom svetsning och efterbearbetning kräver mer specialiserade insatser. Förhärdat stål är lättare att bearbeta och reparera, men slits snabbare under krävande produktionsförhållanden.

Valet handlar därför inte bara om verktygets initiala livslängd, utan om den övergripande underhållsstrategin för verktyget.

Sammanfattning

Valet av stål till ett formsprutningsverktyg bör baseras på produktionsvolym, plastmaterial, ytkrav och toleranskrav. Det finns ingen universallösning – det rätta stålet är det som bäst uppfyller projektets specifika krav och den planerade underhållsstrategin.

Ett korrekt val av stål redan från början minskar risken för förtida slitage, minimerar underhållsbehovet och säkerställer att investeringen i verktyget ger den förväntade avkastningen under hela livslängden.