模具钢材选用表及塑料模具材料的选择方法（模具刚材料有哪些种类）

本篇文章给大家谈谈模具钢材选用表及塑料模具材料的选择方法，以及模具刚材料有哪些种类对应的知识点，希望对各位有所帮助。

塑料模具材料的选择技巧

塑料模具材料的选择技巧

塑料模具的工作条件与冷冲模不同，一般须在一百五十摄氏度到两百摄氏度下进行工作，除了受到一定压力作用外，还要承受温度影响。今天我就给大家讲讲塑料模具材料的选择技巧，大家一起来看看吧。

时下，双色注塑模具产品被广泛的使用在日常生活以及生产中，其中注射成型技术约占百分之八十。注射成型因其一次成型、尺寸精确、可带嵌件、生产率高、易于实现现代化、后加工量少等特点广泛应用于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等诸多领域。

塑料模具的工作条件与冷冲模不同，一般须在一百五十摄氏度到两百摄氏度下进行工作，除了受到一定压力作用外，还要承受温度影响。现根据塑料成型模具使用条件、加工方法的不同将塑料模具用钢的基本性能要求大致归纳如下：

一、优良的切削加工性

大多数塑料成型模具，除EMD加工外还需进行一定的切削加工与钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，增强切削性能，减少表面粗糙度，塑料模具用钢的硬度必须适当。

二、良好的热稳定性

塑料注射模的零件形状往往比较复杂，淬火后难以加工，因此应尽量选用具有良好的热稳定性的，当双色模具成型加工经热处理后因线膨胀系数小，热处理变形小，温度差异引起的尺寸变化率小，金相组织与模具尺寸稳定，可减少或不再进行加工，即可保证模具尺寸精度与表面粗糙度要求。

三、良好的抛光性能

高品质的双色注塑塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.1～0.25的水平，光学面则要求Ra0.01nm，型腔须进行抛光，减小表面粗糙度值。为此选用的钢材要求材料杂质少、组织微细均一、无纤维方向性、抛光时不应出现麻点或桔皮状缺陷。

四、足够的表面硬度与耐磨性

塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，经过热处理的模具应有足够的表面硬度，以保证模具有足够的刚度。模具在工作中由于塑料的填充与流动要承受较大的压应力与摩擦力，要求模具保持形状的精度与尺寸精度的稳定性，保证模具有足够的使用寿命。模具的耐磨性取决于钢材的'化学成分与热处理硬度，因此增强模具的硬度有利于增强其耐磨性。

五、50牌号的碳素钢具有一定的强度与耐磨性，经调质处理后多用于模架材料。

高碳工具钢、低合金工具钢经过热处理后具有较高的强度与耐磨性，多用于成型零件。但高碳工具钢因其热处理变形大，仅适用于制造尺寸小、形状简单的成型零件。

随着塑料工业的发展，塑料制品的复杂性、精度等要求愈来愈高，对双色注塑模具材料也提出更高要求。对于制造复杂、精密与耐腐蚀性的塑料模，可采用预硬钢(如PMS)、耐蚀钢(如PCR)与低碳马氏体时效钢(如18Ni-250)，均具有较好的切削加工、热处理与抛光性能及较高强度。

此外，在选择材料时还须考虑防止擦伤与胶合，如两表面存在相对运动的情况，则尽量避免选择组织结构相同的材料，特殊状况下可将一面施镀或氮化，使两面具有不同的表面结构。

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塑胶模具钢的钢种如何选择？

通常接冷作模具的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况：

（1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如．小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。

（2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国发展的一种不含Cr的冷作模具用钢．可代替或部分代替含Cr的钢。

9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小，而淬透性比碳素工具钢大．其价格只比后者高约30%因此是一个值得推广使用的钢种。

但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高，在生产使用中发现有碎裂现象．另外回火稳定性较差，回火温度一般不超过180℃在200℃回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。

9Mn2V钢可在硝盐、热油等冷却能力较为缓和的淬火介质中淬火。对于一些变形要求严格而硬度要求又不很高的模具，可采用奥氏体等温淬火。

3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢．如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WVCr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的。

用高速钢做冷作模具的倾向巴日趋增大、但应指出，此时已不再是利用高速钢所特有的红硬性长处．而用它的高淬透性和高耐磨性。为此．在热处理工艺上也应有所区别。

选用高速钢做冷模具时．应采用低温淬火．以提高韧性。例如W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290℃。而做冷作模具时，则应采用1190℃的低温淬火。又如W6Mo5Cr4V2钢．采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。

〔4)受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述．前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加切边楼、冲裁模等．其对口单薄．使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亚共折钢．以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高钢的回火稳定性和回火温度（240一270℃回火）这样有利于充分消除淬火应力使叽提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。

请问如何选择模具钢材

⒈满足工作条件要求

⑴耐磨性

坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。

硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。

⑵强韧性

模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。

模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。

⑶疲劳断裂性能

模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。

⑷高温性能

当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。

⑸耐冷热疲劳性能

有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。

⑹耐蚀性

有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。

⒉满足工艺性能要求

模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。

⑴可锻性

具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。

⑵退火工艺性

球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。

⑶切削加工性

切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。

⑷氧化、脱碳敏感性

高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。

⑸淬硬性

淬火后具有均匀而高的表面硬度。

⑹淬透性

淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。

⑺淬火变形开裂倾向

常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。

⑻可磨削性

砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。

⒊满足经济性要求

在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。

塑料模具钢的合理选择

随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛,塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中,模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高,塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。

影响塑料磨具钢选择的因素

塑料模具的零部件分为两大类:一类为结构件,包括浇注系统、导向件、顶模板、顶出机构、支承件等;另一类为成型件:包括型腔、型芯、嵌镶件等。其中第一类零件可按机械零件的要求进行强度和结构设计,材料一般选用中低碳素结构钢、合金钢和碳工钢。而成型件由于结构复杂,要求工件的尺寸精度高,表面粗糙度值低,接缝密合性好,对模具材料的力学性能、耐磨性及加工工艺都提出了专业要求。

1.1 模具的主要失效形式

由于模具的工作温度较高,压力较大,有的塑料材料易于与模具表面发生磨损和腐蚀作用,有时还会受到脱模带来的####和碰撞。其主要失效形式有以下三种。

1.1.1 表面磨损

由于塑料中增强树脂填料,对模具型腔表面产生冲刷、磨损和腐蚀作用,从而影响到模具型腔表面粗糙度值升高,尺寸超差。

1.1.2 变形

模具局部产生塑性变形,导致表面发生凹陷、皱纹、麻点和棱角堆塌等损坏。

1.1.3 断裂

由模具局部应力集中导致的断裂现象。

1.2 模具的制造和使用要求

塑料模具对材料在强度和韧度上的要求低于冷作模和热作模,根据其失效形式和工作要求,其基本性能要求归纳为:

1.2.1 足够的耐磨性

由于表面磨损是模具的主要失效形式之一,因此模具应当有足够的硬度,以保证模具的耐磨性,保证模具的寿命。通常需要选择合适的材料和恰当的热处理方法来满足硬度的要求。但当硬度达到一定值时,硬度对耐磨性的提高作用就不明显。

1.2.2 减少热处理变形影响

由于注塑零件形状往往比较复杂,塑料模具在淬硬后很难加工,有时甚至无法加工。为了提高硬度,必须进行热处理。要采取适当的措施来减低热处理变形的影响,对于必须在热处理后进行加工的模具,应选用热处理变形小的材料。

1.2.3 优良的切削加工性能

塑料模具的制造中切削加工成本常占大部分,为了延长切削刀具的使用寿命,保证加工表面质量,要求模具材料具有良好的切削加工性,对于预硬性材料,要求淬火后也有好的加工性。

1.2.4 良好的抛光性能和刻蚀性

为获得高品质的塑料制品,模具内型腔的表面必须进行抛光以减小表面粗糙度值,为了保证模具具有良好的电加工性和镜面抛光性,花纹图案刻蚀性,模具钢应当是材料的纯洁度高,组织细微、均匀、致密,无纤维方向性。

1.2.5 良好的耐腐蚀性能

注塑PVC或加有阻燃剂等添加剂的塑料制品时,会分解出具有腐蚀性的气体,对模具的表面有一定的化学腐蚀作用,制作这类模具时,应选用具有一定抗腐蚀能力的钢材。

常用模具钢的类别及特性

2.1 渗碳钢

渗碳钢由于退火后的硬度低、塑性好,可以采用冷挤压法成型,从而提高工效,减低成本。挤压复杂型腔时,退火后的硬度小于100HBS;挤浅型腔时,小于160HBS,挤压成型后,经渗碳、淬火和回火处理,表面硬度为53～62 HRC。达到表面耐磨性高,心部韧性好的要求。08Cr4NiMoV（LJ）是国内开发的冷挤压成型专用钢,具有成型性能优良、渗碳层深、热处理变形小、耐磨性好等优点。其淬火处理的最佳温度是850℃,回火温度可视模具工作条件选择。

2.2 调质型模具钢

工艺要求是在完成模具机械加工后,再进行调质处理,使模具达到较好的综合机械性能。一类是45、55等优质碳素钢,适宜于形状简单或精度要求不高、使用寿命不长的模具。可以选用SM45、SM55等塑料模具专用钢（YB/T094—1997、YB/T107—1997、YB/T129—1997）,此钢材的纯净度好,力学性能稳定。另一类是合金钢,可以在调质后进行碳氮共渗,进一步提高耐磨性和抗蚀性。其中:40 CrMo有良好的低温####韧度和低的缺口敏感性,适于制作中型模具。42 CrMo属于高强度钢,且有较高的疲劳极限,低温####韧性好,适于制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。38 CrMoA1是典型的渗碳钢,调质后渗氮处理,表面硬度高（大于850HV）并具有一定的抗蚀性。适用于PVC,PC的塑料模具。此外5 CrNiMo、5 CrMnMo等热作模具钢,在塑料模具中主要用于使用温度较高,耐磨性要求高的模具,如热固性塑料模。

2.3 预硬性塑料模具专用钢

可以直接使用已经预硬处理的模块、扁（下转第192页）（上接第91页）钢进行加工,避免了加工后再热处理所造成的各种缺陷,从而提高了模具的制作精度,同时缩短了制作周期。塑料模具钢的主流品种,可以划分为一般型和易切削型以及非调质型等几类。

模具钢的选用及热处理

塑料模具的制作成本中,加工和抛光占到了70%～80%,因此在选用模具材料时,应在保证模具使用性能要求的同时,尽可能地提高其加工工艺性能。其选用方法可按以下方式进行。

（1）根据塑料制品的种类和质量要求选用。

（2）根据塑料件的生产批量选用。在其它影响因素确定时,生产批量越小,对模具的耐磨性和使用寿命要求越低。因此,可选用性能指标低的材料。小批量时,可以选用调质型合结钢或碳结钢。中等批量（30～100万件）时,可以选用P20,5NiSCa,SM2等,大批量时,5NiSCa,PMS等。

（3）根据塑料件的尺寸大小及精度要求选用。对大型高精度的注射模,当塑料件生产批量大时,采用预硬化钢,以防止热处理变形。

（4）根据塑料件的复杂程度选用。应充分考虑模具的加工工艺性,尽量选用易切削,热处理变形小,耐磨性好的材料。

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