การเลือกใช้วัสดุทำแม่พิมพ์

การเลือกใช้วัสดุทำแม่พิมพ์

     การสร้างแม่พิมพ์แต่ละตัว จะประกอบขึ้นด้วยชิ้นส่วนจำนวนมาก แต่ถ้าพูดถึงเฉพาะตัวของแม่พิมพ์ที่ต้องสัมผัสกับชิ้นงานขณะขึ้นรูป เช่น แม่พิมพ์ปั๊มโลหะแผ่น ตัวที่ใช้ขึ้นรูป และสัมผัสกับชิ้นงานก็คือ ตัวพันซ์กับดาย ถ้าเป็นแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกก็จะเป็นโพรงช่องว่างที่มีรูปทรงตามชิ้นงานที่ ต้องการฉีดพลาสติกลงไป (Mold) ซึ่งแม่พิมพ์ทั้งสองประเภทดังกล่าว จะต้องเลือกเหล็ก หรือ วัสดุ ที่จะนำมาใช้ทำตัวของแม่พิมพ์ให้เหมาะสมกับลักษณะการใช้งานของแม่พิมพ์นั้น ๆ
ชิ้น ส่วนมาตรฐานในการสร้างแม่พิมพ์ ก่อนที่จะกล่าวถึงตัวแม่พิมพ์ จะขอกล่าวถึงส่วนประกอบของแม่พิมพ์ก่อน ปัจจุบันการสร้างแม่พิมพ์มักนิยมใช้ชิ้นส่วนมาตรฐานมาสร้างแม่พิมพ์เกือบ ทั้งหมด นอกจากนี้ ยังมีผู้ประกอบการหลายรายผลิตชิ้นส่วนมาตรฐานในการสร้างแม่พิมพ์ ทั้งแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก และแม่พิมพ์ปั๊มโลหะ ทำให้ผู้ผลิตแม่พิมพ์สามารถสั่งซื้อมาสร้างแม่พิมพ์ได้ง่าย การนำชิ้นส่วนมาตรฐานมาสร้างแม่พิมพ์ จะมีข้อดีหลายประการ ดังนี้
    ก.  ทำให้ชิ้นส่วนมีราคาถูกลง เนื่องจากการผลิตทำเป็นจำนวนมากราคาต่อชิ้นจึงถูกลง
    ข.  ทำให้ชิ้นส่วนที่ผลิตมามีคุณภาพดี เนื่องจากการผลิตชิ้นงานที่มี ขนาด รูปร่าง และทำจากเหล็กชนิดเดียวกันจำนวนมาก ๆ ทำให้การขึ้นรูปง่าย และมีความเที่ยงตรงสูง การปรับปรุงคุณสมบัติทางกล โดยการอบชุบด้วยความร้อน ก็สามารถจะใช้เตาอบที่เหมาะสมกับชิ้นงานนั่น ๆ นอกจากนี้การเลือกใช้อุณหภูมิ เวลาอบแช่ที่อุณหภูมิชุบแข็ง ตลอดจนการจุ่มชุบก็จะถูกต้องเหมาะสม ทำให้ได้คุณภาพชิ้นงานที่ดี
    ค.  ทำให้เวลาในการสร้างแม่พิมพ์สั่นลง โดยผู้ผลิตแม่พิมพ์ไม่ต้องออกแบบ และสั่งทำส่วนประกอบต่าง ๆ ของแม่พิมพ์ แต่สามารถสั่งซื้อ ชิ้นส่วนมาตรฐานที่เหมาะสมกับแม่พิมพ์ที่สร้างอยู่มาใช้งานได้เลย
    ง.  ทำให้ไม่ต้องลงทุนซื้อเครื่องจักร ผู้ผลิตแม่พิมพ์ไม่จำเป็นต้องสั่งซื้อเครื่องจักร มาผลิตส่วนประกอบของแม่พิมพ์ จึงสามารถลดต้นทุนได้มาก
      จากที่กล่าวมาแล้วว่า การใช้ชิ้นส่วนมาตรฐานมาทำการสร้างแม่พิมพ์ จะมีข้อดีหลายประการ แต่การเลือกใช้ชิ้นส่วนเหล่านี้ ต้องเลือกใช้ให้ถูกต้องเหมาะสมกับวัตถุประสงค์ในการใช้งานของแม่พิมพ์ที่จะ สร้างขึ้นด้วย ชิ้นส่วนบางชิ้นอาจมีขนาด และรูปร่างเหมือนกัน แต่ทำจากวัสดุที่ต่างกัน ดังนั้น ลักษณะการใช้งาน คุณภาพ อายุการใช้งาน และราคาก็จะแตกต่างกันด้วย

การเลือกใช้วัสดุทำแม่พิมพ์ปั๊มโลหะ

     การเลือกใช้วัสดุทำแม่พิมพ์ปั๊มโลหะ แม่พิมพ์ปั๊มโลหะจะต้องขึ้นรูปชิ้นงานโลหะหลายลักษณะ เช่น ขึ้นรูปร้อน ขึ้นรูปเย็น รวมทั้งต้องขึ้นรูปชิ้นงานในสภาพของโลหะหลอมเหลวด้วยดังนั้น คุณสมบัติของเหล็กที่ใช้ทำแม่พิมพ์ปั๊มโลหะโดยทั่วไปจะประกอบด้วย
    -  มีความต้านทานการสึกหรอ  แม่พิมพ์โดยเฉพาะแม่พิมพ์ปั๊มโลหะแผ่น จะต้องมีความแข็งสูงเนื่องจาก ต้องปั๊มขึ้นรูปเย็นโลหะแผ่น หมายความว่าโลหะ หรือ เหล็กนั้น ๆ จะอยู่ในสภาพที่มีความแข็งสูง
    -  มีความเหนียวทนแรงกระแทกได้ดี  แม่พิมพ์ตีขึ้นรูปร้อนเป็นตัวอย่างของแม่พิมพ์ที่ต้องทนแรงกระแทกได้สูง เนื่องจากการขึ้นรูปชิ้นงานต้องตีชิ้นงานขณะร้อนแดง ด้วยแรงกระแทกที่สูงมาก
    -  มีความต้านทานแรงกดสูง  ตัวอย่างเช่น ตัวดายเจาะรูที่ต้องรับความเค้นแรงกด ในขณะใช้งานสูงอยู่ตลอดเวลา
    -  ทนความร้อน  แม่พิมพ์ตีขึ้นรูปร้อน แม่พิมพ์ฉีดโลหะ แม่พิมพ์ทั้งสองชนิดนี้ จะต้องมีคุณสมบัติด้านทนทานต่อความร้อนขณะใช้งานได้ดี
    -  มีความสามารถในการขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกลต่าง ๆ ได้ดี  แม่พิมพ์ที่ทำจากเหล็กกล้าผสมสูงมักจะขึ้นรูปยาก เนื่องจากมีส่วนผสมสูง และมีคาร์ไบด์ที่แข็งมากฝังตัวอยู่ในเนื้อเหล็กมาก ดังนั้นแม่พิมพ์เหล่านี้ ผู้ผลิตจะทำการอบอ่อนคาร์ไบด์กลมมาให้ การอบวิธีนี้จะทำให้การขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกลง่ายขึ้นมาก
    -  มีความสามารถในการชุบแข็ง เนื่องจากแม่พิมพ์กลุ่มนี้  ต้องใช้ขึ้นรูปโลหะรวมทั้งเหล็ก ดังนั้นแม่พิมพ์เหล่านี้ส่วนใหญ่จึงต้องมีความแข็งแรงสูง และสามารถชุบแข็งได้ความแข็งลึกด้วย
การเลือกใช้วัดสุทำแม่พิมพ์ปั๊มโลหะ สามารถแบ่งตามประเภทของแม่พิมพ์ได้ ดังนี้

วัสดุที่ใช้ทำแม่พิมพ์ปั๊มโลหะแผ่น (Sheet Metal Die)

      แม่พิมพ์ประเภทนี้จะต้องขึ้นรูปเย็นชิ้นงาน ดังนั้น จึงต้องใช้วัสดุที่มีความทนทานต่อการสึกหรอจากการเสียดสีสูง แม่พิมพ์ในกลุ่มนี้ ประเภทที่ใช้ในการ ตัด และ เจาะ ถ้ามี ขนาด และรูปร่างตรงตามชิ้นส่วนมาตรฐาน เช่น ต้องการสร้างแม่พิมพ์เจาะรูชิ้นงาน ถ้าขนาดของรูที่เจาะ ตรงตามชิ้นส่วนมาตรฐานก็สามารถจัดซื้อพันซ์ และดายมาใช้ได้เลย เพียงแต่ต้องพิจารณาว่าควรจะเลือกซื้อพันซ์ และดายที่ทำจากวัสดุประเภทใด ให้เหมาะสมกับแม่พิมพ์ที่สร้างขึ้น เช่น เหล็กกล้าผสมเครื่องมืองานเย็น เหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูง หรือ อาจใช้ซีเมนต์คาร์ไบด์ เป็นต้น
สำหรับแม่พิมพ์ที่ต้องใช้พันซ์ และดายที่มีขนาด และรูปร่างจำเพาะ ไม่สามารถจะเลือกใช้ชิ้นส่วนมาตรฐานได้ จำเป็นต้องซื้อเหล็กมาขึ้นรูปพันซ์ และดายเอง สามารถเลือกใช้วัสดุได้ ดังต่อไปนี้
    ก.  แม่พิมพ์ปั๊มโลหะที่มีจำนวนการผลิตไม่สูงนัก แม่พิมพ์พวกนี้ สามารถใช้เหล็กกล้าคาร์บอนเครื่องมือ เกรด SK 3 และ SK 5 แม่พิมพ์ที่ทำจากเหล็กกลุ่มนี้ ไม่สามารถใช้งานที่อุณหภูมิสูงได้ เนื่องจาก จะทำให้ความแข็งของแม่พิมพ์ตกลงอย่างรวดเร็ว และจะทำให้แม่พิมพ์สึกหรออย่างรวดเร็วตามไปด้วย
    ข.  แม่พิมพ์โลหะที่มีจำนวนการผลิตปานกลางถึงค่อนข้างสูง แม่พิมพ์ที่ต้องการคุณสมบัติในการใช้งานลักษณะนี้ สามารถใช้เหล็กกล้าผสมเครื่องมืองานเย็นเกรด SKS 3 ได้ โดยเหล็กในเกรดนี้จะสามารถผลิตชิ้นงานได้มากกว่าแม่พิมพ์ที่ทำจากเหล็กกล้า คาร์บอนเครื่องมือ เนื่องจาก มีธาตุผสมที่สามารถรวมตัวกับคาร์บอนได้คาร์ไบด์ที่ทนการเสียดสีเติมลงไปใน เหล็กด้วยเล็กน้อย
    ค.  แม่พิมพ์ปั๊มโลหะที่มีจำนวนการผลิตสูง สามารถใช้เหล็กกล้าผสมเครื่องมืองานเย็น เกรด SKD 1, SKD 2, SKD 11 และ SKD 12 สำหรับเหล็กในกลุ่มนี้เกรด SKD 11 จะนิยมใช้งานมากที่สุดทั้งในประเทศ และต่างประเทศ เนื่องจากชุบแข็งได้ความแข็งลึก และมีการเสียรูปน้อย เมื่อเปรียบเทียบกับเกรดอื่น ๆ ในกลุ่ม นอกจากนี้ เหล็กในกลุ่มนี้สามารถเพิ่มความแข็งผิว เพื่อให้มีความทนทานสูงขึ้น ด้วยการชุบผิวแข็งด้วยวิธีเสริมไนโตรเจนที่ผิวได้ดี
    ง.  แม่พิมพ์ปั๊มโลหะที่มีจำนวนการผลิตสูงมาก สามารถใช้เหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูง เกรด SKH 51, SKH 52, และ เกรด SKH 55 นอกจากนี้ ยังสามารถสั่งซื้อซีเมนต์คาร์ไบด์ ซึ่งมีจำหน่ายอยู่ในกลุ่มของชิ้นส่วนมาตรฐานในการสร้างแม่พิมพ์ โดยนำมาฝังลงใน พันซ์ และดาย ตรงบริเวณที่ใช้งานเท่านั้นก็ได้

วัสดุที่ใช้ทำแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปร้อน (Forging Die)

     แม่พิมพ์ประเภทนี้จะใช้เหล็กกล้าผสมเครื่องมืองานร้อนเกรด SKD 5, SKD 61 และ SKD 62 สำหรับเหล็กในกลุ่มนี้เกรด SKD 61 จะนิยมใช้งานมากที่สุดทั้งในประเทศ และต่างประเทศ เนื่องจากชุบแข็งได้ความแข็งลึก และมีความเหนียวดีมากกว่าเกรดอื่น ๆ ในกลุ่ม นอกจากนี้เหล็กในกลุ่มนี้ สามารถเพิ่มความแข็งผิว เพื่อให้มีความทนทานต่อการสึกหรอสูงขึ้น ด้วยการชุบผิวแข็งด้วยวิธีเสริมไนโตรเจนที่ผิวได้ดี 

วัสดุที่ใช้ทำแม่พิมพ์อัดขึ้นรูป (Extrusion Die) 

     แม่พิมพ์ประเภทนี้จะใช้เหล็กในกลุ่มเดียวกับแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปร้อน และเกรด SKD 61 จะนิยมนำมาใช้งานสูงสุดเช่นกัน และควรจะนำแม่พิมพ์ไปชุบผิวแข็งด้วยวิธีเสริมไนโตรเจนที่ผิว เนื่องจากจะได้ผิวแข็งและลื่น ทำให้การอัดขึ้นรูปชิ้นงานทำได้ดีขึ้น 

วัสดุที่ใช้ทำแม่พิมพ์ Die Casting 

แม่พิมพ์ประเภทนี้ จะใช้เหล็กในกลุ่มเดียวกับแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปร้อน และเกรด SKD 61 จะนิยมใช้งานสูงสุดเช่นกัน

การเลือกใช้วัสดุทำแม่พิมพ์พลาสติก 

     แม่พิมพ์พลาสติกมีอยู่ด้วยกันหลายประเภทตามลักษณะการใช้งาน นอกจากนี้ พลาสติกที่ ฉีด อัด หรือ เป่า เข้าไปในแม่พิมพ์ก็มีความแตกต่างกัน ดังนั้น การเลือกใช้วัสดุ หรือ เหล็ก ให้มีคุณสมบัติถูกต้อง เหมาะสมกับพลาสติกที่ใช้กับแม่พิมพ์ และลักษณะการใช้งานของแม่พิมพ์แต่ละประเภท จึงมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง คุณสมบัติของวัสดุ หรือ เหล็ก ที่ใช้ทำแม่พิมพ์ โดยทั่วไปจะประกอบด้วย
-  มีความสามารถในการขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกลต่าง ๆ ได้ดี
-  มีการเปลี่ยนรูปน้อยภายหลังการชุบแข็ง
-  มีความสามารถในการขัดตกแต่งให้เป็นเงาได้ดี
-  มีความทนทานต่อการสึกหรอได้ดี
-  มีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี
-  มีความสามารถในการระบายความร้อนได้ดี
     
      โดยแบ่งตามลักษณะการใช้งาน และประเภทของพลาสติกที่ผนังของแม่พิมพ์ต้องสัมผัส โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกได้ ดังนี้
       ก.  แม่พิมพ์พลาสติกที่มีจำนวนการผลิตไม่สูงนัก  แม่พิมพ์ ฉีด อัด และ เป่า ชิ้นงานพลาสติกที่มีจำนวนไม่มากนักจะใช้เหล็กเกรด  S 45 C หรือ S 50 C แม่พิมพ์ที่ทำจากเหล็กเกรดนี้จะมีราคาถูก นอกจากนี้ ถ้าต้องการเพิ่มความทนทาน และเพิ่มความมันเงาของผิว สามารถนำไปชุบเคลือบผิวแข็งฮาร์ทโครมได้ นอกจากนี้ ยังสามารถใช้อลูมิเนียมผสมทำแม่พิมพ์ชนิดนี้ได้
       ข.  แม่พิมพ์พลาสติกทีมีจำนวนการผลิตค่อนข้างสูง  แม่พิมพ์ที่มีจำนวนการผลิตค่อนข้างสูง จะใช้เหล็กที่ผ่านการชุบแข็งมาแล้ว เกรด AISI P 20,   P20+S,   P21 (ไม่สามารถเทียบเกรดได้ตาม JIS) ในกรณีที่ต้องการใช้งานที่มีจำนวนการผลิตสูงขึ้น อาจเลือกใช้เหล็กในกลุ่มนี้ที่มีความแข็งในสภาพจำหน่ายประมาณ 40 HRC แต่ความแข็งที่เพิ่มขึ้นจะทำให้การขึ้นรูปแม่พิมพ์ค่อนข้างยาก นอกจากนี้ยังสามารถเลือกใช้เหล็กชุบผิวแข็งมาใช้ก็ได้ แต่ต้องระวังเรื่องการเสียรูป และขนาด ของแม่พิมพ์ ภายหลักการชุบผิวแข็งด้วย
      ค.  แม่พิมพ์พลาสติกที่มีจำนวนการผลิตสูง  ในนิยมใช้ทำแม่พิมพ์ที่ต้องการจำนวนผลิตสูงมีอยู่ด้วยกันหลายเกรด ดังนี้
       -  เหล็กกล้าผสมเครื่องมืองานร้อน เกรด SKD 61 ในแม่พิมพ์ ฉีด อัด และ เป่า ชิ้นงานพลาสติกจะชุบแข็ง และอบคืนตัวให้มีความแข็งใช้งานระหว่าง 46-50 HRC นอกจากนี้ ยังสามารถเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อนได้ด้วยการนำไปเสริม ไนโตรเจนที่ผิว (Nitriding)
       -  เหล็กกล้าผสมเครื่องมืองานเย็นเกรด SKD 11, SKS 3 และ SKD 12 เหล็กทั้ง 3 เกรดนี้ จะมีคาร์บอนผสมอยู่สูง ทำให้เมื่อชุบแข็งแล้วจะมีความแข็งสูง ทนต่อการเสียดสีได้ดี จึงทำให้แม่พิมพ์มีความทนทานสูง สามารถใช้ผลิตชิ้นงานพลาสติกได้จำนวนมาก การใช้งานจะไม่นิยมทำแม่พิมพ์จากเหล็กกลุ่มนี้ทั้งชิ้น แต่จะนิยมใช้ทำแม่พิมพ์แบบฝัง (Insert) ข้อเสียของเหล็กในกลุ่มนี้ที่จะนำมาทำแม่พิมพ์พลาสติกคือ เหล็กกลุ่มนี้จะมีความเปราะ และการขัดเงาเหล็กในกลุ่มนี้จะค่อนข้างยากเนื่องจาก มีคาร์ไบด์ที่แข็งมากฝังตัวอยู่ในเนื้อเหล็ก
      ง.  แม่พิมพ์พลาสติกที่ต้องทนต่อการกัดกร่อนของพลาสติกบางประเภท สำหรับแม่พิมพ์ที่ต้องการให้ทนทานต่อการเกิดสนิม หรือ ให้ทนทานต่อการกัดกร่อนของพลาสติกบางประเภท เช่น PVC และ PET พลาสติกประเภทนี้ จะใช้แม่พิมพ์ที่ทำจากเหล็กกล้าไร้สนิม กลุ่มที่สามารถชุบแข็งได้ในเกรด SUS 420 J2 และ SUS 431 สำหรับแม่พิมพ์ที่ต้องการความทนทานสูง จะใช้เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด SUS 440 C เนื่องจากมีคาร์บอนสูงกว่าใน 2 เกรดแรก นอกจากนี้ ยังสามารถใช้อลูมิเนียมผสมในกลุ่มที่ใช้ทำแม่พิมพ์ได้ แต่ความทนทานจะต่ำกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม

Cr.http://plastic.freevar.com