模具制造是一个复杂的过程，从设计、加工、装配、调试等步骤开始，最后投入使用。 在整个生命周期中，影响模具质量的因素有很多，但影响模具寿命最重要的因素应该是模具钢材。 当然，这也与模具的成本密切相关。 今天我们就来说说注塑模具所用的钢材。

1、模具用钢：

钢材是模具质量的决定性因素，选择合理的钢材是重中之重。 选择钢材的标准是：

①对注塑材料的要求——不同的塑料需要不同的钢材，如要求高抛光、耐腐蚀等；

②价格——钢材只要能用就行，不是越贵越好； 考虑到模具的成本因素，应根据模具的寿命选择模具钢材，避免不必要的浪费； 一般P20的寿命在30万次左右； 2738、50万没问题，H13/2344一般在80万-100万以上，可以根据情况选择；

③热处理。 模具的表面处理也很重要。 氮化——可增强钢材表面硬度，有效延长模具寿命； 电镀——可以有效地对模具钢进行改性。 对于一些要求高亮度和耐腐蚀的塑料件，可以采用电镀来增强和改善钢材的性能。

钢材的定义：

钢是指含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金。 合金钢是在普通钢中添加Cr、Mo、V、Ni等合金成分而得到的。 我们的模具钢均为合金钢。

改变钢材性能的方法主要有以下三种：

1. 合金成分

碳（C）

*提高淬火组织的硬度；

*形成碳化物，提高耐磨性；

*韧性降低；

*可焊性降低

铬 (Cr)

*提高钢的硬度，形成坚硬稳定的碳化铬，从而提高耐磨性；

*可提高钢的淬透性；

*当Cr含量超过12%时，具有耐腐蚀性并提供良好的抛光性能

钼（Mo）

*Mo是强碳化物形成元素，提高耐磨性；

*Mo>0.5%可抑制其他合金元素引起的回火脆性；

*提供红硬性和热强度；

*提高淬透性和回火稳定性

钒 (V)

*可形成高硬度碳化物，提高耐磨性；

*细化钢晶粒，降低过热敏感性

*提高钢材的强度、韧性和回火稳定性

镍 (Ni)

*Ni能提高钢的淬透性；

*Ni可以细化晶粒

硫磺(S)

* 常以MnS形式存在于钢中，破坏基体的连续性，削弱材料的韧性、耐蚀性、抛光性、放电加工性和浸蚀性能。

*可提高材料的切削能力。

模具钢按用途分类

1.冷作模具钢

冷作模具钢主要用于制造在冷状态下压制成型工件的模具。 如冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拔模具、压印模具、冷挤压模具、螺纹压制模具和粉末压制模具等。冷作模具钢的范围很广，从各种碳素工具钢、合金工具钢钢、高速工具钢到粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢。

2.热作模具钢

热作模具钢主要用于制造在高温下对工件进行压力加工的模具。 如热锻模、热挤压模、压铸模、热镦模等。常用的热作模具钢有：添加Cr、W、Mo、V等合金元素的中高碳合金模具钢元素； 有特殊要求的热作模具钢有时采用高合金奥氏体耐热模具钢。 。

3、塑料模具钢

由于塑料的种类很多，对塑料制品的要求也有很大差异，对制作塑料模具的材料也提出了各种性能要求。 因此，许多工业发达国家已形成了种类繁多的塑料模具钢系列。 包括碳素结构钢、渗碳塑料模具钢、预硬塑料模具钢、时效硬化塑料模具钢、耐腐蚀塑料模具钢、易切削塑料模具钢、整体淬硬塑料模具钢、马氏体时效钢及塑料模具镜面抛光用钢等

模具按寿命分为五个等级。 对钢材的要求是：

一般模具按使用寿命分为五个等级。 第一级为100万次以上，第二级为50万-100万次，第三级为30万-50万次，第四级为10万-30万次，第五级为10万次以下。

一级模具和二级模具都需要可热处理且硬度在HRC50左右的钢材。 否则容易磨损，注塑制品容易超差。 因此，所选用的钢材必须具有良好的热处理性能和较高的硬度。 有良好切削性能的条件下，当然还有其他的考虑。

苏州永通工程塑料的永通Z33耐磨降噪滑轮专用材料用于各种门窗滑轮。 与传统的POM和尼龙材料相比，Z33材料保持了良好的承载能力，并且具有更好的耐用性。 耐磨、吸振、静音性能使滑轮滚动更加平稳，能有效降低滑轮的分贝噪音和滚动过程中的噪音。

此外，Z33材料具有优异的抗变形能力、回弹性和抗冲击能力，有助于解决POM滑轮跳出轨道的问题以及传统滑轮材料在受到强烈冲击时容易断裂的问题。 Z33材料的吸水率仅为尼龙66的六分之一，注塑后无需进行水处理，具有很强的机械性能。 水对Z33材料制成的滑轮的机械性能和尺寸影响很小。 同时Z33材料具有优异的耐腐蚀性能。 Z33材质耐冷水、热水、盐、酸碱等化学介质。

Z33材料在门窗滑轮上的应用特点是：承重、光滑、耐磨、静音、耐腐蚀、防脱轨、防爆防冲击、坚固、不受潮湿影响。

2、以塑料齿轮注塑模具为例，我们来看看齿轮注塑模具的模具钢材需要注意的几个点。

塑料齿轮模具型腔用钢的性能要求

①良好的机械加工性能。 选择易于切削加工并能在加工后获得高精度和高表面质量的模具钢。 为此，应主要采用中碳合金模具钢。

②强度高、韧性好。 在齿轮注塑生产过程中，型腔齿圈的分型面很容易被塑料废料压凹，导致轮齿溢流处出现毛刺。 因此，要求采用强度高、韧性好、热处理后不易崩刃的优质合金模具钢。

③良好的火花加工性能。 现代模具工业普遍采用线切割和电火花加工作为齿轮型腔的最终成形工艺。 一般情况下不能进行后序研磨抛光（带有磨料流设备的单位除外）。 因此，要求采用电加工变形和表面粗糙度较小、变质硬化层较薄的优质模具钢。

④ 良好的耐磨性和抗疲劳性。 塑料齿轮的注射成型压力较高，齿轮型腔不仅受到高压塑料熔体的冲击，而且还受到冷热温度交变应力的影响。 一般高碳合金钢可通过热处理获得高硬度，但其韧性较差，易产生表面裂纹或轮齿易崩刃，故不能使用。 另外，齿轮腔一旦发生损坏，一般是无法修复的。 因此，应选用耐磨性和抗疲劳性能良好的优质中碳合金模具钢。

⑤ 耐化学腐蚀性强。 聚甲醛等塑料对模具有一定的腐蚀作用，特别是未经除湿干燥的潮湿聚甲醛。 注射过程中容易产生气体和空气的混合物，对型腔和型芯、螺杆和料筒等零件产生化学腐蚀。 因此，应选用耐腐蚀性强的优质合金模具钢。

塑料齿轮模具型腔材料选材参考

根据塑料齿轮型腔和型芯的尺寸，可以直接由棒材或板材加工而成。 20世纪80年代以来，我国开始引进国外生产的优质模具钢来制造齿轮注塑模型腔、型芯等关键成型零件。 主要有美国、日本和德国生产的预硬模具。 与此同时，国产模具钢也不断涌现，这对降低注塑模具的制造成本起到了积极的作用。

国内常用的塑料齿轮模具钢有哪些？

1.预硬钢

国产P20（3Cr2Mo）预硬钢的硬度可达36~38HRC，抗拉强度为1330MPa。 无需热处理即可保证模块获得较高的形状和尺寸精度要求。 它还易于切割、加工和抛光，适用于注塑模具。 成型件的次数约为10万次。 在预硬钢中添加硫可以改善其切削性能。

国产SMI（55CrNiMnMoVS）和5NiSCa（5CrNiMnMoVSCa）预硬后硬度为35~45HRC，但切削性能与中碳调质钢相似，适用于注塑模数20万左右的成型模具次。

国产718（3Cr2NiMo）预硬钢是国产P20钢种的改进型。 它在质量上有很大的提高，弥补了P20的缺点。除不能用于有耐腐蚀要求的塑料模具零件外，是目前国内应用最广泛的通用模具。

用于塑料模具钢的典型钢种更适合成型15万次左右的成型零件。

2.镜面钢

镜面钢多为沉淀硬化钢，也称时效硬化钢，采用真空熔炼方法生产。 此类钢在真空环境下在500~550℃时效5~10小时。 钢中分散并沉淀出复合合金化合物，从而使钢硬化。 硬度为40~45HRC，耐磨性好，处理过程中变形小。 。 由于材质纯净，可镜面抛光，可光刻精细图案。 具有良好的电火花加工性能和防锈性能。 还有氮化高硬度钢25CrNiMoAl，淬火回火后硬度为23~25HRC，时效后硬度为38~42HRC，氮化处理后表面硬度为70HRC以上。 适用于玻璃钢注塑件。 。

3、耐腐蚀钢

国产PCR（6Cr16NiCuNb）属于不锈钢材料，但比普通不锈钢具有更高的强度、更好的切削性能和抛光性能，且热处理变形小。 使用温度小于400℃，空冷淬火可达42~53HRC。 适用于含氮、阻燃剂等腐蚀性塑料的注射成型。

国外进口比较常用的塑料齿轮模具钢有哪些？

我国精密塑料齿轮大批量生产中，注塑模具齿轮型腔均采用多种进口模具钢。

1.P20预硬模具钢

引进美国P20中碳Cr-Mo塑料模具钢，有P20、P20H、P20Ni等牌号，出厂硬度29~32HRC。 适合制作塑料模具型腔，材料硬度均匀，具有良好的切削、研磨、抛光性能。 为了增加模具型腔的使用寿命，可对预硬钢进行淬火+低温回火或氮化以增加硬度。

淬火+低温回火处理：淬火时，在500~600℃预热2~4h，然后在850~880℃保温2h以上，放入油中冷却至50~100℃，然后空冷至室内温度。 淬火硬度可达50~52HRC。 为了防止开裂，应立即进行200℃低温回火。 回火后硬度可保持在48HRC以上，模具的使用寿命显着提高。

氮化处理：可获得高硬度的表面组织。 氮化后表面硬度达到650~700HV（57~60HRC）。 另外，氮化层材料结构致密，表面光滑，使型腔脱模且耐潮湿空气。 并且提高了碱溶液的腐蚀性能。

P20已预处理至HB285~330，相当于瑞典618和德国GS-2311。 可直接用于成型加工，尺寸稳定性好。 由于这种预硬钢价格比较便宜，适用于一般精密塑料齿轮注塑件。

2.718预硬钢

718模具钢，我国牌号3Cr2NiMo是P20（3Cr2Mo）的改进钢种。 质量得到很大提高，使其填补了P20模具钢的缺点，满足P20模具钢的要求。 除不能用于有耐腐蚀要求的塑料模具外，是目前我国通用塑料模具钢应用最广泛的典型钢种。

ASSAB 718 预硬钢具有出色的抛光和光刻性能。 718HH预硬钢是718预硬钢的改进型号，淬火回火硬度为HB340~380。 可采用氮化和火焰硬化处理来提高型腔的表面硬度和耐磨性。 718HH材料保持高纯度、低硫品质，并具有优异的抛光、光刻和氮化性能。 718HH具有镜面抛光性能，广泛应用于透明塑料制品模具的生产。

3.2083模具钢

2083是德国布德鲁斯的特种塑料模具钢。 该钢是一种高Cr含量的不锈钢。 具有优良的耐磨性、耐酸腐蚀性能、良好的机械加工和抛光性能。 淬透性好，变形率低，淬火+回火后的型腔更耐磨； 良好的电火花加工性能，适用于酸性塑料和表面粗糙度要求极低的模具型腔。

4.S136

瑞典S136模具钢含Cr13.6%，其组织纯净、均匀、细小； 具有优良的耐腐蚀性和抛光性； 良好的耐磨性、机械切削加工性和电火花加工性能，以及优良的研磨和抛光性能； 淬火 硬时具有出色的尺寸稳定性。 是一种具有优良耐腐蚀性能的镜面塑料模具钢。

5、日本大同NAK55预硬钢

真空熔炼后，通过锻造使结构均匀化，然后经过热处理和时效处理，可以直接切割和雕刻成模块。 切削性能良好，硬度为40HRC，但切削性能仅相当于97HRB，特别优于40HRC SCM4钢。 经放电加工处理的表层不会硬化，易于磨削加工。

获得优良的镜面和满意的光泽度。 具有高硬度、高耐磨性和耐压性，模具使用寿命长。 适用于精密塑料齿轮模具型腔。

6.8407合金工具钢

德国8407是铬、钼、钒的中碳合金工具钢。 它是采用特殊的炼钢技术和严格的质量控制而获得的高纯净度和细结构的钢。 8407的各向同性（isotropy）高于普通钢。 传统精炼的H13更好。 这对于模具的抗机械疲劳和热应力疲劳性能，如质量要求较高的压铸模、锻造模、挤压模、塑料模等更有价值。 因此，使用8407制作的模具硬度可比普通H13提高1~2HRC而不牺牲其韧性。

8407作为我国高精度塑料齿轮、蜗杆注塑模具型腔钢号。 该材料具有以下优点：

①优良的抗热震性和抗裂性；

②高温强度；

③ 无论尺寸大小，均具有高韧性和延展性，且各向同性；

④优良的加工性能和抛光性能；

⑤优良的淬透性和良好的热处理尺寸稳定性。

其热处理和磨削有以下要求：

A.球化退火

将模坯在受保护的环境中加热至850℃，均热后在炉中以10℃/h的速率冷却至600℃，然后在空气中冷却。

B. 消除应力和回火

模坯粗加工后必须进行去应力处理。 将半成品加热至650℃，均热2小时，入炉冷却至550℃，然后在空气中冷却至室温。

C.淬火

预热600~800℃，淬火温度980~1080℃（常用1020℃），均热时间（50±3）min。 200~550℃等温1~100min，然后空冷或油冷。 当钢材冷却到70~100℃时，应立即进行回火。 目的如下：

①为了获得模块最合适的性能；

②在不产生严重变形和裂纹的情况下，淬火冷却速度应尽可能快。

D、回火

至少两次，时间2小时以上，最低回火温度180℃。 每次回火后，必须冷却至室温后才能进行下一次回火。 回火时应避开425~525℃之间的回火脆性区。

五、一些建议

① 若型腔硬度在48HRC以上，则每注射2000~4000次模具后应加回火。

②放电加工后需进行回火处理。

③设计模具时，尽量采用较大的圆角，以避免应力集中。

F.氮化处理

为了使组件表面具有更好的耐磨性，可以进行氮化处理，在组件表面生成更硬的氮化层。 在525℃氮化时，表面硬度可达1000~1250HV。 当氮化时间分别为20h/30h/60h时，硬化层深度分别可达0.20mm/0.25mm/0.30mm。

G.研磨抛光技术

正确的打磨技术可以防止组件表面裂纹的出现，增加组件的使用寿命。 如果模具在低温回火状态下磨削，则裂纹的敏感性较高。 只能使用倒角、软质和开纹砂轮，并需要适当的磨削速度和良好的冷却液。

H.放电加工

如果模块在淬火+回火状态下进行电火花加工，则电加工后腔体必须在比原回火温度低25℃的环境中进一步回火，以消除其内应力。 。

近年来，许多制作蜗轮、塑料斜齿轮或蜗轮的客户都采用了Wintone T31和Winton T33耐热蠕变耐磨齿轮工程塑料，解决了传统玻纤增强尼龙或POM在蜗轮中的问题。 蜗杆的塑料蜗轮或斜齿轮在连续运转时存在​​扭矩不足、疲劳寿命不足的问题。 当然，也有一些客户通过使用PEEK工程塑料暂时解决了问题，但是PEEK的成本太高，给批量生产带来了很大的问题。 由于成本压力，可用Wintone T31或Wintone T33成功替代。 事实上，这类齿轮失效的根本原因往往不是材料不够耐磨，而是塑料齿轮在中高负荷下，齿轮因传动摩擦而明显升温时“蠕变”。 塑料齿轮在温度显着升高时受力能力的变化+塑料齿轮尺寸变化的综合作用导致齿轮传动失效。

苏州Wintone T31耐热蠕变耐磨齿轮专用工程塑料，应用于电动晾衣架交流电机蜗杆变速箱第一级塑料斜齿轮，可以对蜗轮进行减速您的电动晾衣架。 解决了变速箱“刹车刹不住”的问题。

在各类减速电机传动齿轮的应用中，苏州Wintone T31耐热蠕变耐磨齿轮专用工程塑料可以帮助您解决传统齿轮材料可能遇到的一些问题：

1、玻纤增强PA66工程塑料的机械性能在50摄氏度~150摄氏度的温度范围内迅速下降。 齿轮进行高扭矩啮合传动时，变形较大，容易发生故障。

2、常规POM齿轮材料耐热性不够的问题；

3、PPS高温塑料比较脆，容易断齿，齿轮传动噪音比较大。

4、PA46高温塑料吸水率比较高，PA46齿轮的扭矩和尺寸受水分影响较大。

5. PEEK高温塑料给一些齿轮应用带来很高的成本压力。

电动晾衣架直流电机蜗轮箱的塑料斜齿轮的材料选择与交流电机的塑料斜齿轮的材料选择有很大不同。 直流电机电动晾衣架的塑料斜齿轮采用Wintone Z33耐磨静音齿轮专用材料。 作为一级传动，疲劳寿命长，噪音低，可靠性好，但成本会较高。

电动晾衣架的交流电机减速齿轮箱采用两级传动，这实际上是一种降低成本的设计。 第一级双斜齿轮（模数比较小）的材料选择非常重要，而模数较大的第二级齿轮可以使用很常见的纤维增强尼龙6（可以使用纤维增强尼龙） 6具有成本优势）是成本降低点之一，但更重要的成本降低点是交流电机电动晾衣架蜗轮减速箱的简化制造。 动态设计甚至取消制动锁紧装置），因此第一级斜齿轮的材料选择非常重要。 如果做得不好，很容易出现刹车失灵的问题。

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