Khi nói đến chế tạo khuôn, thép hoặc nhôm là vật liệu chính cấu tạo nên một bộ khuôn và chiếm hơn 60% chi phí để sản xuất. Việc lựa chọn vật liệu làm khuôn phù hợp có thể tạo ra sự khác biệt rất lớn về chất lượng và giá thành sản phẩm. Lựa chọn sai có thể gây ra những vấn đề rất nghiêm trọng đến quá trình sản xuất, khuôn có thể bị biến dạng do không chịu được áp lực lên đến hàng trăm tấn trong quá trình ép. Thép không đạt tiêu chuẩn có thể bị nứt gãy trong quá trình ép. Đề lựa chọn được vật liệu phù hơn thông thường nhà sản xuất cần trả lời những câu hỏi sau:
Để xác định loại thép phù hợp để làm khuôn, chúng ta cần xác định rõ tính chất của từng nguyên tố có trong thép từ đó có thể lựa chọn được loại thép phù hợp nhất với nhu cầu sản xuất mong muốn.
Các nhà thiết kế khuôn mẫu xem xét nhiều yếu tố khi lựa chọn kim loại khuôn bao gồm, tính dễ gia công, khả năng hàn, khả năng chống mài mòn, độ cứng, chống ăn mòn và độ bền. Các kim loại có thể bao gồm từ các hợp kim mềm, nhiệt độ nóng chảy thấp được sử dụng trong các khuôn mẫu với chi phí thấp, kim loại xốp được sử dụng trong các miếng đệm lỗ thông hơi. Kim loại được chọn không chỉ dựa trên các yêu cầu về chi phí, sản xuất và hiệu suất của khuôn hoặc thành phần, mà còn dựa trên kinh nghiệm và nguồn cung của đơn vị làm khuôn.
Nhôm là một lựa chọn phổ biến cho các khuôn mẫu, được sử dụng trong các khuôn có độ bền trung bình, khuôn thổi. Các hợp kim nhôm ngày nay có độ bền và độ cứng cao đủ tiêu chuẩn đến sản xuất khuôn ép nhựa. Lớp phủ bên ngoài gia tăng độ cứng có thể nâng độ cứng bề mặt của khuôn nhôm lên hơn 50 Rockwell C (HRC) để cải thiện khả năng chống mài mòn. Các thanh chèn thép và các thành phần cơ khí thường được sử dụng ở những khu vực có độ mài mòn cao bên trong khuôn nhôm để kéo dài tuổi thọ khuôn. Nhôm gia công dễ dàng hơn và trong một số trường hợp khuôn nhôm có chu kỳ nhanh hơn so với khuôn thép thông thường. Vật liệu nhôm thường được ứng dụng trong khuôn thôi Một số loại nhôm thông thường được sử dụng như: Nhôm 6061, 7005, 7075,…
| AL | Mg | Và | Fe | Với | Cr | Zn | Của | Mn | Chất khác |
| 95.85 – 98.56 | 0.8 – 1.2 | 0.40 – 0.8 | 0.0 – 0.7 | 0.15 – 0.40 | 0.04 – 0.35 | 0.0 – 0.25 | 0.0 – 0.15 | 0.0 – 0.15 | 0.05-0.15 |
Hợp kim nhôm 6061 nóng chảy khi đạt điểm nhiệt độ: khoảng 580° C, dẫn nhiệt và dẫn điện kém. Tính đàn hồi từ 70-80 MPa.
Hợp kim nhôm 6061 có những đặc tính nổi bật như độ bền cao, dễ gia công do có tính dẻo dai, hàn tốt, cường độ từ trung bình đến cao.
| Thành phần | Zn | Và | Fe | Của | Với | Mn | Mg | Cr | khác | |
| Phần trăm | 5.1–6.1 | 0.40 | 0.50 | 0.20 | 1.2–2.0 | 0.30 | 2.1–2.9 | 0.18–0.28 | 0.65 |
Nhôm 7075 – Hợp kim với kẽm, magie, đồng và crom. Khả năng tạo hình kém, khả năng gia công cơ khí tốt. Độ bền từ 32.000 đến 76.000 psi.Thành phần hợp kim chính của nó là kẽm và đồng, tạo nên một trong những hợp kim nhôm có độ bền cao nhất hiện có. Trên thực tế, độ bền điển hình của nó ở trạng thái cứng T6 cao hơn hầu hết các loại thép cacbon trung bình. 7075 cũng có xếp hạng gia công cơ khí từ trung bình đến tốt, chống ăn mòn và khả năng anodizing. Tuy nhiên nhôm 7075 không thể hàn.
| Thuộc tính | Hệ Metric | Hệ Imperial |
| Sức căng | 220 MPa | 31909 psi |
| Sức mạnh | 95 MPa | 13779 psi |
| Sức chống cắt | 150 MPa | 21756 psi |
| Sức bền mệt mỏi | 160 MPa | 23206 psi |
| Mô đun đàn hồi | 70-80 GPa | 10153-11603 ksi |
| Tỷ lệ Poisson | 0.33 | 0.33 |
| Độ giãn dài khi nghỉ | 17% | 17% |
| Độ cứng | 60 | 60 |
| Al | Cr | Với | FE | Mg | Mn | VÀ | Của | Zn | Zr | Chất khác |
| 91.0- 94.7 | 0.06- 0.20 | <0,1 | <0,4 | 1.0 – 1.80 | 0.2 – 0.7 | <0,35 | 0.01 – 0.06 | 4.0- 5.0 | 0.08 – 0.2 | <0,15 |
Hầu hết các khuôn ép hiệu suất cao được chế tạo từ thép công cụ chất lượng cao. Đế khuôn thường được làm bằng P-20 đã được tôi cứng trước đến 30 – 35 HRC và thường được mạ để chống ăn mòn. Với các khuôn chất lượng cao thép được sử dụng thường sử dụng thép không gỉ và có độ cứng cao như: 2083, AISI 420, SF 420, HPM-38, Stavax.
Thép làm Cavity và cores có thể thay đổi tùy theo yêu cầu sản xuất.Độ phức tạp gia công, kích thước khuôn, nhu cầu cơ học và tính chất mài mòn hoặc ăn mòn của nhựa. Thép P-20 (30-36 HRC) có thể sử dụng trên hầu hết các loại khuôn. Thép 2083, AISI 420, SF 420, HPM-38, Stavax không gỉ đã được làm cứng sẵn (30-35 HRC) cũng có thể được sử dụng khi cần chống ăn mòn. Để có tuổi thọ khuôn cao hơn và tăng độ bền, nhiều nhà sản xuất sử dụng thép 420, Stavax, 2083 không gỉ được làm cứng đến 50-52 HRC. Những loại thép chống gỉ này có khả năng chống mài mòn cao hơn so với thép thông thường, tuy nhiên khả năng làm mát kém hiệu quả hơn so với hầu hết các loại thép khuôn khác.
Hầu hết nhựa chứa sợi thủy tinh hoặc nhựa chứa khoáng chất đều yêu cầu thép khuôn có độ cứng ít nhất là 54 HRC. Vì vậy cần sử dụng các loại thép như H-13, SKD61, DIN 1.2344.
Theo nguyên tắc độ cứng của các phần khuôn trượt vào nhau phải chênh lệch ít nhất 2 HRC để giảm khả năng hư hỏng cho cả hai bộ phận. Bộ phận nào rẻ hơn hoặc dễ thay thế hơn nên có độ cứng thấp hơn.
Các miếng chèn làm bằng BeCU hoặc hợp kim dẫn điện cao có thể làm giảm sự tích nhiệt ở những vùng khó làm mát của khuôn. Các kim loại có độ dẫn nhiệt tốt có xu hướng mềm hơn. Để bảo vệ các kim loại mềm khỏi bị mài mòn và biến dạng, chúng thường được đưa vào các lõi hoặc trong các bộ phận của thép cứng hơn.
Việc lựa chọn vật liệu làm khuôn yêu cầu cần tính toán cẩn thận về cả đặc tính sản phẩm và độ bền của khuôn. Do đó, cần lựa chọn cẩn thận để mang lại chi phí tối ưu và khả năng vận hành bền bỉ trong suốt vòng đời của khuôn. Công ty chúng tôi với đội ngũ làm khuôn hơn hơn 25 năm kinh nghiệm cùng các đối tác cung cấp vật liệu chất lượng nhất để chế tạo khuôn, cung cấp giải pháp toàn diện về tư vấn, thiết kế, gia công, và chế tạo khuôn đến khách hàng.
