Chọn vật liệu khuôn là quyết định giao thoa giữa hai chuyên ngành: khuôn mẫu và vật liệu – nhiệt luyện. Trả lời trực tiếp: chọn theo ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC — khuôn ép nhựa ưu tiên khả năng đánh bóng (thép cải thiện sẵn P20 ~28–32 HRC, hoặc NAK80 ~37–43 HRC cho độ bóng cao hơn); khuôn dập nguội ưu tiên chịu mài mòn/va đập (SKD11 ~56–62 HRC sau tôi-ram); khuôn đúc áp lực ưu tiên chịu sốc nhiệt (SKD61/H13 ~56–58 HRC, nhóm thép làm việc nóng). Ba câu hỏi trước khi chốt mác thép: sản lượng dự kiến bao nhiêu, chế độ làm việc khắc nghiệt ở điểm nào (mài mòn/va đập/sốc nhiệt), và đơn vị nhiệt luyện có kiểm soát được quy trình không. Chọn sai, khuôn hỏng sớm; chọn "thừa", giá khuôn đội lên vô ích.
Logic chọn theo điều kiện làm việc
Khuôn ép nhựa làm việc ở nhiệt độ vừa phải nhưng yêu cầu bề mặt lòng khuôn rất cao. Các yếu tố cân nhắc: khả năng đánh bóng, độ ổn định kích thước khi nhiệt luyện, và tính chống ăn mòn nếu ép nhựa có phụ gia ăn mòn. Sản lượng thấp có thể dùng thép cải thiện sẵn không cần tôi; sản lượng lớn cần thép qua tôi – ram đạt độ cứng cao.
Khuôn dập nguội chịu mài mòn và va đập lặp lại hàng trăm nghìn chu kỳ. Đây là "sân nhà" của nhóm thép dụng cụ hợp kim cao crôm như thép SKD11 — chịu mài mòn tốt và ít biến dạng sau nhiệt luyện. Chày cối làm việc nặng có thể cần thép gió hoặc hợp kim cứng.
Khuôn đúc áp lực chịu sốc nhiệt liên tục khi kim loại lỏng phun vào rồi nguội đi. Vật liệu phải bền nóng và chống nứt mỏi nhiệt — nhóm thép làm việc nóng (điển hình là SKD61 theo JIS) là lựa chọn tiêu chuẩn, kèm các xử lý bề mặt như thấm nitơ.
Ba câu hỏi trước khi chốt mác thép
- Sản lượng dự kiến bao nhiêu? — quyết định mức đầu tư vào vật liệu và nhiệt luyện.
- Chế độ làm việc khắc nghiệt ở điểm nào? — mài mòn, va đập hay sốc nhiệt, mỗi thứ dẫn tới một nhóm thép khác nhau.
- Đơn vị nhiệt luyện có kiểm soát được quy trình không? — mác thép tốt với nhiệt luyện tồi vẫn cho khuôn tồi; luôn yêu cầu kiểm tra độ cứng HRC sau tôi – ram.
Bảng độ cứng tham chiếu 4 mác thép khuôn phổ biến
Hai nhóm thép khuôn có logic độ cứng khác hẳn nhau — bảng dưới làm rõ để không nhầm khi tra catalogue:
| Mác thép | Nhóm | Độ cứng | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| P20 | Cải thiện sẵn (pre-hardened) | ~28–32 HRC khi cấp hàng | Không cần tôi thêm, gia công trực tiếp; hợp khuôn ép nhựa sản lượng thấp-trung |
| NAK80 | Cải thiện sẵn (pre-hardened) | ~37–43 HRC khi cấp hàng | Đánh bóng tốt hơn P20, hợp khuôn cần độ bóng bề mặt cao |
| SKD11 | Qua tôi – ram | ~56–62 HRC sau nhiệt luyện | Thép dụng cụ hợp kim cao crôm, chịu mài mòn cho khuôn dập nguội |
| SKD61 | Qua tôi – ram | ~56–58 HRC sau nhiệt luyện | Thép làm việc nóng, chịu sốc nhiệt cho khuôn đúc áp lực |
Đọc bảng: P20/NAK80 mua về là dùng được ngay (không tốn thêm bước nhiệt luyện, nhưng độ cứng thấp hơn); SKD11/SKD61 mua về ở trạng thái mềm/ủ, xưởng phải tự tôi – ram mới đạt độ cứng cao nêu trên — đây chính là khoản chi phí và thời gian "ẩn" khi so sánh giá thép thô giữa hai nhóm.
Bồi thêm: 3 mác thép quốc tế thường gặp
Ngoài 4 mác kể trên (hệ JIS phổ biến tại Việt Nam), thị trường quốc tế/đơn hàng xuất khẩu thường gặp thêm các mác sau — cần biết để đối chiếu khi khách hàng hoặc nhà cung cấp dùng ký hiệu khác:
| Mác thép | Nhóm | Độ cứng | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| H13 (DIN 1.2344) | Qua tôi – ram | ~40–48 HRC (khuôn đúc áp lực thường tôi tới ~44–48 HRC) | Tương đương SKD61 (Nhật) — cùng nhóm thép làm việc nóng, khác biệt chủ yếu ở tiêu chuẩn/dung sai thành phần giữa các hệ, không phải khác biệt vật liệu căn bản |
| S136 | Cải thiện sẵn hoặc qua tôi (tùy phiên bản H) | ~HB 270–340 (bản pre-hardened) | Thép khuôn có tính chống ăn mòn tốt (hàm lượng crôm cao hơn P20), phù hợp khuôn ép nhựa có phụ gia ăn mòn hoặc yêu cầu độ bóng cao lâu dài |
| 718 / 718H | Cải thiện sẵn (pre-hardened) | ~HB 270–340 | Cùng nhóm pre-hardened với P20/NAK80 nhưng có thêm biến thể cải thiện độ đồng đều cấu trúc, phổ biến cho khuôn cỡ lớn/sản lượng trung-cao |
H13 tương đương SKD61 — khi khách hàng quốc tế yêu cầu H13 và xưởng trong nước quen dùng SKD61, về cơ bản là cùng một nhóm thép làm việc nóng, không cần coi là hai lựa chọn khác biệt.
Thuật ngữ
- Thép cải thiện sẵn (pre-hardened steel): thép khuôn được nhà cung cấp nhiệt luyện sẵn tới độ cứng làm việc, xưởng không cần tôi thêm — đổi lại độ cứng thấp hơn nhóm phải tôi.
- Thép dụng cụ (tool steel): nhóm thép hợp kim cao, chịu mài mòn/va đập/sốc nhiệt, dùng làm khuôn và dao cụ — đạt độ cứng cao qua tôi – ram.
- HRC (Hardness Rockwell C): thang đo độ cứng phổ biến nhất cho thép khuôn và dao cụ.
Tài liệu tham khảo
- MWalloys, SKD11 Tool Steel: Equivalent, Hardness, Composition, Properties (độ cứng SKD11 sau tôi – ram ~58–62 HRC): https://www.mwalloys.com/skd11-tool-steel-equivalent-hardness-composition-properties/
- SANS Machining, SKD11 Tool Steel: A Comprehensive Guide to Properties, Heat Treatment & Machining (đối chiếu độc lập dải 58–62 HRC): https://www.sansmachining.com/skd11-tool-steel-a-comprehensive-guide-to-properties-heat-treatment-machining/
- Topworks Plastic Mold, Steel Grade Comparison Chart (độ cứng cấp hàng P20 ~28–32 HRC, NAK80 ~37–43 HRC, SKD61 dải tham chiếu): https://myplasticmold.com/steel-grade-comparison-chart.html
- Otai Special Steel, H13 Tool Steel | 1.2344 | SKD61 Hot Work Steel (tương đương H13-SKD61, độ cứng 40-48 HRC): https://www.astmsteel.com/product/h13-tool-steel-x40crmov5-1-skd61-hot-work-steel/
- Moldchina, The steels for plastic injection mold (S136/718/718H, độ cứng HB270-340): https://www.moldchina.com/post/the-steels-for-plastic-injection-mold/
Tham khảo thêm hai chuyên mục gốc: Khuôn mẫu & đúc và Vật liệu & nhiệt luyện.
FAQ
P20 và SKD11 khác nhau ở đâu? P20 là thép cải thiện sẵn (~28–32 HRC, dùng ngay không cần tôi thêm) cho khuôn ép nhựa sản lượng thấp-trung; SKD11 phải qua tôi–ram mới đạt độ cứng cao (~56–62 HRC), dùng cho khuôn dập nguội chịu mài mòn.
H13 và SKD61 có phải hai mác thép khác nhau không? Về cơ bản là cùng một nhóm thép làm việc nóng — H13 (DIN 1.2344) tương đương SKD61 (JIS), khác biệt chủ yếu ở tiêu chuẩn/dung sai thành phần giữa các hệ, không phải khác biệt vật liệu căn bản.
Vì sao thép pre-hardened lại rẻ hơn thép phải tôi dù cùng dùng làm khuôn? Thép cải thiện sẵn không tốn thêm bước nhiệt luyện tại xưởng vì nhà cung cấp đã xử lý sẵn, nhưng đổi lại độ cứng thấp hơn nhóm phải tôi — nhóm SKD mua về ở trạng thái mềm, xưởng phải tự tôi–ram, đây chính là chi phí và thời gian "ẩn" khi so sánh giá thép thô.
Mác thép tốt có đảm bảo khuôn bền không? Không — mác thép tốt với nhiệt luyện tồi vẫn cho khuôn tồi; luôn cần yêu cầu kiểm tra độ cứng HRC sau tôi–ram để xác nhận đơn vị nhiệt luyện thực hiện đúng quy trình.
Xem thêm: NX/Creo thiết kế khuôn: góc thoát, đường phân khuôn, cavity/core →
Xem thêm trong chủ đề này: độ bóng bề mặt khuôn → · nguyên lý công nghệ đúc → · nguyên lý khuôn dập → · nguyên lý khuôn ép nhựa → · nguyên lý khuôn đùn (extrusion die) →