模具的制造是一个复杂的过程，从设计、加工、装配、调试等步骤，最后才能真正地投入使用，在整个生命周期中，影响模具质量的因素有不少方面，但影响模具寿命最主要的因素就应该是模具钢了，当然这个和模具的成本也有很大的关联，今天我们一起来聊一下注塑模具用的钢材。
一.模具用的钢材：
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注塑材料的要求—不同的塑料要选用不同的钢材，如对高抛光的要求、耐腐蚀的要求等等；
②价格—钢材性能够用就好，不是越贵越好；考虑到模具的成本因素，模具钢材要选用和模具寿命相应的材料，避免不必要的浪费；一般P20的寿命在30万左右；2738，50万没问题，H13/2344通常在80-100万以上，可以根据情况选择；
③热处理。模具的表面处理也是非常重要。氮化—能够增强钢材的表面硬度，有效延长模具寿命；电镀—能对模具钢材进行有效改性，对一些需要高亮度的和耐腐蚀的塑件可以利用电镀来增强和改进钢材的性能。
钢材的定义：
钢材是指含碳量在0.0218％～2.11％的铁碳合金。在普通钢材中添加Cr,Mo,V,Ni等合金成分就得到了合金钢，我们的模具钢材都属于合金钢。
改变钢材性能的办法，主要有以下三方面：
1. 合金成分
碳：C
增加淬火组织的硬度；
形成碳化物，提高耐磨性；
降低韧性；
降低可焊性
铬：Cr
提高钢之硬度，形成坚硬及稳定的碳化铬,从而改善耐磨性；
能提高钢的淬透性；
当Cr含量超过12%, 具耐腐蚀作用，并提供良好抛旋光性
钼：Mo
Mo是强碳化物形成元素，提高耐磨性；
Mo＞0.5％能抑止其他合金元素引致之回火脆性；
提供红硬性，热强度；
提高淬透性，回火稳定性
钒：V
可以形成高硬度碳化物，提高耐磨性；
细化钢的晶粒，降低过热敏感性
提高钢之强度、韧性及回火稳定性
镍：Ni
Ni能提高钢的淬透性；
Ni能细化晶粒
硫（S）
常以MnS形式存在钢中，割裂基体的连续性，恶化材料的韧性、抗腐蚀性、抛旋光性、放电加工性、蚀纹性，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对冷状态下的工件进行压制成型的模具。如冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拉深模具、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、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对高温状态下的工件进行压力加工的模具。如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦锻模具等。常用的热作模具钢有：中高含碳量的添加Cr、W、Mo、V等合金元素的合金模具钢；对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制造。
3. 塑料模具钢
由于塑料的品种很多，对塑料制品的要求差别也很大，对制造塑料模具的材料也提出了各种不同的性 能要求。所以，不少工业发达的国家已经形成了范围很广的塑料模具用钢系列。包括碳素结构钢、渗碳型 塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀塑料模具钢、易切塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、马氏体时效钢以及镜面抛光用塑料模具钢等。
把模具按寿命长短分为五级，对钢材的要求：
一般把模具按使用寿命的长短分五级。一级在百万次以上，二级是50万-100万次，三级在30万-50万次，四级在10万-30万次，五在10万次以下。
一级与二级模具都要求用可以热处理、硬度在HRC50左右的钢材，否则易于磨损，注塑出的产品易超差，故所选的钢材既要有较好的热处理性能，又要在高硬度的状态下有好的切削性能，当然还有其他方面的考虑。
二.以塑胶齿轮注塑模具为例，我们来看下对齿轮注塑模的模具钢需要注意的几个点。
塑胶齿轮模具型腔用钢材的性能要求
①机械加工性能好。选用易于切削，并且在加工后能得到高精度、高表面质量的模具钢种。为此，应主要选用中碳合金模具钢。
②高强度、韧性好。在齿轮注塑生产过程中，型腔齿圈分型面容易被塑料垃圾压蹋形成凹坑，致使轮齿溢料出现飞边。因此，要求选用热处理后强度高、韧性好和不易崩缺的优质的合金模具钢。
③火花加工性能好。现代模业已普遍采用电火花线切割和电火花成型作为齿轮型腔的最终成型加工工艺，一般均无法进行后序研磨抛光加工（拥有磨料流设备单位除外）。因此，要求采用在电加工变形量和表面粗糙度较小和变质硬化层较薄的优质模具钢种。
④耐磨损、抗疲劳性能好。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，而且还受冷热交变的温度应力作用。一般的高碳合金钢，通过热处理可获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹或轮齿易出现崩缺，故不能采用。此外，齿轮型腔一旦出现任何损伤，一般均无法进行修复。因此，应选用耐磨损、抗疲劳性能好的中碳合金优质模具钢。
⑤耐化学腐蚀性能强。聚甲醛等塑料对模具有一定的腐蚀作用，特别是较潮湿的未经过除湿干燥处理的聚甲醛，在注射过程中易产生瓦斯与空气混合气体，对型腔和型芯、螺杆和料筒等零部件产生化学腐蚀作用。因此，应选用耐腐蚀性能强的合金优质模具钢。
在蜗轮蜗杆减速齿轮箱的塑料斜齿轮和塑料蜗轮，以及各类减速电机塑胶齿轮的应用上，苏州维本Wintone T31高温耐磨齿轮专用工程塑料，可以帮您解决常规的齿轮材料可能遇到的一些问题：
1.常规的POM齿轮材料耐热不够的问题；
2.玻纤增强PA66工程塑料，在温度100℃到200℃的区间内，力学性能下降比较快，在齿轮啮合传动受力时变形比较大而容易失效的问题。
3.PPS高温塑料比较脆，易断齿，齿轮传动噪音比较大的问题。
4.PA46高温塑料的吸水率比较大，PA46齿轮的扭力和尺寸受水份影响比较大的问题。
5.PEEK高温塑料对一些齿轮应用的成本压力比较高的问题。
苏州维本Wintone T31高温耐磨齿轮专用工程塑料，在高温齿轮应用上最大的特点是，当连续传动的齿轮温度（这里指的齿轮温度，指的是齿轮连续工作上升到150摄氏度，并保持连续工作几百小时的时候，Wintone T31注塑的齿轮的扭力下降非常少，仍保持常温23摄氏度的扭力的80%以上，而且齿轮形变非常小），对塑料齿轮而言，高温齿轮料的最大的价值是在齿轮温度上升到100摄氏度以上时，尽量保持有效的扭力，另外重要的一点就是在150摄氏度的高温下，塑料的长期热老化后的性能可预测和管理，Wintone T31材料在150摄氏度可以安全工作超过5000小时。
Wintone T31材料应用在高温齿轮上的核心价值：在100摄氏度以上高温下控制软化的优良性能和150摄氏度能长期使用的优异的耐热老化性能。
塑胶齿轮模具型腔材料的选材参考
根据塑料齿轮型腔和型芯尺寸的大小，可直接采用棒材或板材加工。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具型腔、型芯等关键成型零部件件，主要有美国、日本和德国生产的预硬模具例，与此同时，国产模具钢也不断涌现，为降低注射模的制造成本起到了积极的促进作用。
常用的塑胶齿轮国产模具钢有哪些？
1.预硬钢
国产P20(3Cr2Mo)预硬钢的硬度可达36~38HRC,拉伸强度为1330MPa.不必热处理即可保证模件获得较高的形状和尺寸精度要求，也易于切削加工和抛光，适用于注射模数为10万次左右成型模件。在预硬钢中加入硫，能改善其切削性能。
国产SMI（55CrNiMnMoVS)和5NiSCa(5CrNiMnMoVSCa)预硬化后的硬度为35~45HRC,但切削性能类似于中碳调质钢，适用于注射模数为20万次左右成型模件。
国产718(3Cr2NiMo)预硬钢是国产P20改进型钢号，品质上有较大改进，弥补了P20的不足。除了不能用于有耐腐蚀性要求的塑料模具零件外，目前是国内应用最广泛的通
用型塑料模具钢材的典型钢号，比较适用于15万次左右成型模件。
2.镜面钢
镜面钢多属于析出硬化钢，也称之为时效硬化钢，是采用真空熔炼方法生产的。这种钢在真空环境下经过500~550℃,进行5~10h时效处理，钢材弥散析出复合合金化合物，使钢材发生硬化，具有40~45HRC硬度，且耐磨性好、处理过程的变形量小。由于材质纯净，可做镜面抛光，并能光腐蚀精细图案，具有较好的电火花加工及抗锈蚀性能。还有一种氮化高硬度钢25CrNiMoAl,调质后硬度为23~25HRC,时效后硬度38~42HRC,经过氮化处理后表层硬度可达70HRC以上，适用于玻璃纤维增强塑料的注射模成型零部件。
3.耐腐蚀钢
国产PCR(6Cr16NiCuNb)属于不锈钢料钢种，但比一般不锈钢具有更高强度，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℃,空冷淬硬可达42~53HRC,适用于含氮和阻燃剂的腐蚀性塑料注射成型模件。
国外引进较常用的塑胶齿轮模具钢有哪些？
在我国精密塑料齿轮大量生产中，注射模齿轮型腔所使用的几种国外引进模具钢。
1.P20预硬模具钢
引进美国P20中碳Cr-Mo系塑料模具钢，有P20、P20H,P20Ni等牌号，出厂硬度29~32HRC。适用于制作塑料模具型腔，材质硬度均匀，具有良好的可切削加工和研磨抛光性能。为了提高模具型腔的使用寿命，可对预硬钢实施淬火＋低温回火或氮化处理来提高硬度。
淬火＋低温回火处理：淬火时先在500~600℃预热2~4h,然后在850~880℃下保温2h以上，置入油中冷却至50~100℃后再空冷至室温。淬火硬度可达50~52HRC.为了防止开裂应立即进行200℃低温回火处理，回火后硬度可保持48HRC以上，模具使用寿命有明显提高。
氮化处理：可得到高硬度表层组织，氮化后的表层硬度达到650~700HV(57~60HRC).此外，氮化层的材料组织致密，表面光滑，致使型腔的脱模、抗潮湿空气及碱液腐蚀性能提高。
P20已预先处理至HB285~330,与瑞典618和德国GS-2311的状态相当，可直接用于制模加工，并具有尺寸稳定性好的特点。这种预硬钢由于价格相对比较便宜，适用一般精度塑料齿轮注射模成型零部件。
2.718预硬钢
718模具钢，我国牌号3Cr2NiMo是P20(3Cr2Mo)改进型钢号，品质上有较大改进，使之填补P20模具钢材的不足，满足P20模具钢材达不到要求的场合。除了不能用于有耐腐蚀性要求的塑料模件外，目前是我国应用最广泛的通用型塑料模具钢材的典型钢号。
一胜百718预硬钢具有优良的抛光和照相蚀刻性能，718HH预硬钢是属于718预硬钢的改良型号，淬硬及回火硬度HB340~380。可施以氮化及火焰硬化处理，以增进型腔表面硬度及耐磨性能。718HH材质保持高纯净度、低硫量品质，拥有优良的抛光性、光蚀刻花性和氮化处理性能。具有镜面抛光性能的718HH被广泛用于制作透明塑胶产品的模具上。
3.2083模具钢
2083为德国布德鲁斯特殊塑胶模具钢，该钢为高含Cr不锈钢，拥有非常出色的耐磨性，耐酸腐蚀性能，良好的机械加工及其抛光性能。良好的淬透性，低的变形率，经淬火＋回火后的型腔更具耐磨性；良好的电火花成型加工性能，适合酸性塑料以及表面粗糙度要求特低的模具型腔。
4.S136
瑞典S136模具钢含Cr量达13.6%,组织纯洁、均匀、细微；具有优良的耐蚀性、抛光性；良好的耐磨性、机械切削和电火花加工性，极佳的研磨抛光性；淬硬时具有优良的尺寸稳定性。是优良的耐蚀性的镜面塑料模具钢。
5.日本大同NAK55预硬钢
真空冶炼后，通过锻造使组织均匀化，再经过热处理及时效处理后，可直接切削、雕刻加工为模件。切削性能良好，硬度为40HRC,但切削性能仅相当于97HRB物间，比40HRC的SCM4钢的切削性尤佳。放电加工加工表层不会硬化，容易研磨加工，
得到优良的镜面及满意的光泽度。硬度高，耐磨性、耐压性高，模具使用寿命高，适用于精密塑料齿轮模具型腔使用。
6.8407合金工具钢
德国8407是一种铬、钼、钒中碳合金工具钢，是采用特殊炼钢技术和严密质量控制所得到的纯度高且组织微细的钢材，8407的等向性（各向同性）要比一般传统炼制的H13更佳。这对于模具的抗机械疲劳及热应力疲劳性能更具价值，如压铸模具、锻造模具、挤压成型模具以及有高品质要求的塑胶模具等。因此，采用8407的模具硬度可比普通H13提1~2HRC而不会牺牲其韧性。
8407在我国被用作高精度塑料齿轮和蜗杆注射模型腔钢号，该材料具有以下优点：
①优良的耐热冲击和抗龟裂能力；
②高温强度高；
③不论大小尺寸，韧性及延展性高，且各向同性；
④加工性能及抛光能性优良；
⑤优良的淬透性和良好的热处理尺寸稳定性。
对其热处理及研磨有以下要求:
A.球化退火
将模具坯件在保护环境中加热至850℃，均热后于炉中以10℃/h的速度冷却到600℃，再置于空气中冷却。
B.去应力回火
模具坯件经粗加工后，须进行去应力处理。将半成品加热到650℃，均热2h后，在炉中冷却至550℃，再于空气中冷却到室温。
C.淬火
预热600~800℃，淬火温度980~1080℃(常用1020℃)，均热时间均为(50±3) min。在200~550℃等温1~100min再空冷或油冷。钢材冷却到70~100℃时应立即回火，其目的如下：
①为了使模件获得最适当的性能；
②在保证没有严重变形或破裂情况下，淬火冷却速度应愈快愈好。
D.回火
至少两次，时间2h以上，最低回火温度180℃，每次回火后必须冷至室温后，再进行下一次回火，回火时应避开425~525℃之间的回火脆性区。
E.几点建议
①型腔硬度在48HRC以上， 每注射2000~4000模后， 再补加一次回火。
②经过放电加工后，要求进行回火。
③模具设计时要尽量采用较大的圆角，避免应力集中。
F.氮化处理
为了使模件表面具有更好的耐磨性，可以进行氮化处理，在模件表面生成一层较硬的氮化层。在525℃下氮化，表面硬度可达1000~1250HV.当氮化时间分别为20h/30h/60h时，其硬化层深度分别可达0.20mm/0.25mm/0.30mm。
G.研磨抛光技术
正确的研磨技术能见模件表面裂纹的产生，并且增加模件的使用寿命。如果模件是在低温回火的状态下研磨，则产生裂纹的敏感性很高。只有经过削边、柔软的及开放晶粒式的砂轮才能使用，并要求采用适当的研磨速度及良好的冷却剂。
H.放电加工
如果模件在淬火 回火状态下进行电火花放电加工，则型腔在电加工后必须在低于原先回火温度的25℃的环境下，做进一步的回火处理，以消除其内应力。
在各类减速齿轮箱塑胶齿轮的应用上，苏州维本Wintone ST550深度静音齿轮专用工程塑料，比常规的POM和PA66塑胶齿轮平均降噪6～12个分贝，ST550材料在兼顾齿轮的传递扭力、耐疲劳性和可靠性的基础上，可帮助大幅降低分贝噪音和冲击型噪音。
Wintone ST550材料可以帮助解决传统的齿轮传动“软性”降噪材料可能会遇到的以下问题：
1.用了一段时间，齿轮被磨掉了或者“堵转”的时候滑牙了----耐磨耐疲劳性不够；
2.减速齿轮箱装配的时候，加了润滑脂，过段时间，齿轮溶胀了---耐油脂耐化学性不够；
3.在温度稍微高一些的应用环境，比如70摄氏度左右，齿轮箱失效速度会比较快---耐温不够。
Wintone ST550材料在齿轮应用上的特点是：更优异的吸振性能、更静音、耐磨耐疲劳、耐腐蚀、超韧且不受水份影响。
苏州维本工程塑料有限公司——您身边的工程塑料创新应用开发伙伴。
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