多數人都有過去知名餐廳享用美味的經驗,每一道佳餚的背後除了廚師的好手藝之外,食材也是不容忽視的重要基礎,好的食材加上妥善的處理與烹煮,才能成就令人垂涎的美味;同樣的,一組表現穩定而耐用的押出模具,除了精良的加工技術之外,要如何選用適切的鋼材,也是一門鮮為人知的專業。
選用適合押出模具鋼材有幾個考量點;
1. 押出模具運作的生產條件 (包含溫度,壓力等)。
每種產品的製程都不盡相同,因此不同種類的押出模具在機台上實際運作時,就會面臨到因為製程而多種不同的溫度壓力條件組合,押出模具操作溫度多半都介於250-350℃,但有些特殊操作條件需要再更高溫(450℃)下操作,有些製程需要較高的壓力協助塑料進入模具,有的則不用,入模前的壓力從100-250bar不等。考慮押出模具長期在特定溫度與壓力下的使用,鋼材本身的穩定性和耐受度就是首要考量點
2. 押出模具製程中的各種加工方式 (CNC加工,電鍍,延磨拋光等)。
許多人都有這樣的迷思:硬度越高的鋼材越耐用。事實上要根據應用來選用適合的鋼材,對於押出模具來說,鋼材硬度約莫在HRC28-40之間是最適合的,主要是考慮模具流道加工、鑽孔以及各零件組配的因素,硬度過硬的鋼材,除增加加工的困難度以及耗損等影響加工品質外,硬度過高的鋼材甚至無法加工。早期我們採用多數人熟知的2311系列鋼材(硬度HRC28-33),隨著鋼材鍛造的工藝不斷進步,原本的2311系列鋼材也不斷改良,所以雖然都是2311系列,但我們不斷選用更適合的鋼材來製作押出模具。
( 選擇鋼材還要考慮模具流道加工、鑽孔以及各零件組配的因素 )
從2023年開始,我們發現改質過後的BPM系列鋼材,雖然成本較2311來的高,但相較起來不僅鋼材穩定度提升,改良後硬度HRC38-40,但不增加加工的困難度,反而在拋光加工表現以及耐溫度方面優於2311,而且在全球都倡導節能減碳的風潮下,BPM系列鋼材的導熱快30%,對於押出模具使用者來說,節省許多能源以及生產成本。
除了加工之外,電鍍是押出模具中很重要的製程,鍍鉻層的主要作用是為了降低塑料與鋼材之間的磨擦係數,減少塑料表面產生的魚骨現象,對於生產薄製品或透明製品的用戶來說,這點至關重要,而鍍前的拋光質量越好,鍍層的表現就越好,這也是為什麼我們會採拋光加工表現好的BPM系列鋼材的主因。
(鍍前的拋光質量越好,鍍層的表現就越好 )
另外還有一個長遠的考量,那就是日後的「維修與保養」。模具在長期使用下,難免產生損傷需要進行修補製程,在我們過往數十年替客戶維修不同廠牌的模具經驗中發現,如果押出模具的鋼材不正確,不僅縮短押出模具的使用壽命,而且在損傷修補會增加困難度,甚至無法修補,所以對於使用者來說,好的鋼材製作的押出模具不僅耐用壽命長,還可以避免日後高額的維修保樣成本。
3. 押出模具與塑料間適配性。
針對這類特殊塑料或配方的用戶,除了在押出模具設計以及加工上會調整之外,也會特別選用不同的鋼材來適配。比如PVC塑料,我們就會選用2316系列的鋼材加上鍍鉻,這支鋼材本身的耐蝕性高,而且在拋光加工後能保持鏡面水準,對模具用戶來說,不會因為使用特殊塑料生產而找不到適合的押出模具。
和PVC相比,某些生產配方中因為含有氟,其腐蝕性更強,連2316系列鋼材都無法因應,這時我們會採用目前耐腐蝕度最高的C276 (哈式合金),但C276對加工來說是很大的挑戰,素有「加工惡魔」之稱的鋼材,就連超過30年模具加工經驗的團隊,也費了好大一番功夫才找出C276最佳的加工技法,製作出符合客戶期望的押出模具。
( 左: 模具鋼是多數人熟知的模具鋼材 右: C276鋼製作的模具用於處理含氟塑料 )
除了押出模具外,針對塗佈模具也選用不同的鋼材。塗佈和押出模具在使用上有著極大的不同,比如說:塗佈模具的操作溫度多半為常溫,塗佈模具使用的各類膠料黏度相差甚大,有些膠料具有腐蝕性,塗佈後還可能有其他的不同製程等,因此塗佈模具在拋光加工的精度、模唇的R角等要求較高,不僅在塗佈模具加工製程做必要的調整,鋼材特別選用W8PH系列鋼材,具有良好耐蝕性,再加工表現上也相對穩定。
( 左: BPM鋼材用於製造押出模具 右: W8PH用於製造塗佈模具 )
鋼材之於模具,如同房子的鋼筋,如果沒有穩固的根本,就無法做出符合客戶期望的押出模具,鋼材沒有好壞之分,如何在上百種材料中選用最適合的鋼材,是身為一個模具製造商的該有的專業,這份專業也才能為客戶做好完美的品質把關。