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塑料模具材料及热处理
用于塑料注射成型的模具称为塑料模具或塑料注射模具。 塑料模
具由钢板和其他模具组件的组合制成， 耦合形成一个整体模具， 然后
将其可靠地组装并安装在注塑机中， 然后将热塑性树脂施加到所需的
形状以实现预期目的。
大多数塑料制品由塑料模具模制而成， 根据塑胶成型特性， 塑胶
模具分为热固性模具和热塑性塑料模具。
就其本质而言， 注塑模具在进行成型过程时必须同时满足多种需
求。 为了形成具有模腔形状的塑料部件， 模具必须在模腔内包含聚合
物熔体。 热量从热聚合物熔体传递到较冷的模具钢中， 以使注塑成型
产品尽可能均匀和廉价。 最后， 模具可对零件进行相当可重复的顶出，
从而使后续成型更加高效。
模具钢的选择对于塑料应用的成功至关重要，就像树脂的选择对
其生产的塑料部件的性能要求一样。正如树脂的配方是满足塑料应用
中的性能要求一样，钢也经过合金化以满足特定的性能要求。一些应
用可能需要具有高硬度和耐磨性的模具钢，以提高分型线的耐用性，
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而其他应用则需要具有更高韧性的模具钢，以抵抗机械疲劳。
一般来说， 具有较高硬度和耐磨性的注塑模具材料往往是那些更
脆的材料， 并且在几乎所有情况下， 具有更高韧性的钢将降低对钢对
钢磨损 （粘合剂磨损） 的抵抗力以及对含有玻璃纤维或矿物填料的树
脂的耐磨性。 例如， 模具制造商可能会为可能对大多数其他钢材具有
腐蚀性的树脂选择不锈钢。使用硬度较高的钢（洛氏硬度55 或更
高），以及钢对钢关闭产生取芯的地方， 分型线的完整性通常会更大。
一个或两个钢面的硬度范围应为罗克韦尔 55 至罗克韦尔 58 。为了
防止玻璃或矿物填充树脂的磨损，建议考虑将A-2 ，D-2 或 M-2 钢的
浇口嵌件与耐磨钢一起插入浇口对面的模芯中。
P-20 钢
虽然没有用于塑料塑料注塑模具的虽然没有用于塑料塑料注塑模具的通用钢，但 P-20 钢一直被
视为该行业的主力军。在 Rc 30-32 的预硬化状态下提供，它非常坚
韧，但相当容易加工。在型腔尺寸超过 12x12x12 英寸（ ×
× ）的应用中，它是一种很好的钢，因为这种尺寸的热处理
块的成本和相关风险可能令人望而却步。 P-20 钢也选择较小的型腔尺
寸，以消除热处理的时间和费用，因为预计模具不会超过 500 ，000
次循环。在构建 P-20 钢模具时，需要滑块，升降器或其他凸轮或移
动部件， 建议这些移动钢部件由具有不同合金和硬度的钢制成， 以减
少磨损或高粘合磨损。在 P-20 钢的大型塑料注塑模具中，一种常见
的做法是使用经过 Rc 50-52 热处理的 H-13 钢的滑块或升降机，或者
采用 Rc 55至 Rc 58 范围内钢的局部磨损表面，或两者兼而有之。
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H-13 和 S-7 钢
这些钢具有极高的韧性和机械抗疲劳性，在 H-13 （Rc 50-52 ）中
具有更高的韧性，但在 S-7 中具有更好的耐久性，因为硬度更高（ Rc
55-57 ）。两者均不具备玻璃或矿物树脂填料的出色耐磨性。
H-13 通常选择大于 8'8'8英寸（ '' 毫米）的腔体，
其中需要比P-20 更高的硬度和韧性。较小的空腔和磁芯通常由S-7
制成。 S-7 可以在空气淬火中以 2 1/2英寸（ 毫米）或更小的横
截面进行热处理，并通过该过程提供非常好的尺寸稳定性。H-13 和
S-7 的大截面通常必须在油中淬火。
防腐
在高湿度环境中成型时， 可能需要镀镍或不锈钢来帮助防止模具
腐蚀。 冷塑料注塑模具最有可能发生腐蚀， 其中可能发生冷凝，然后
氧化，或者当使用可能释放出对大多数钢具有腐蚀性的气体的材料
时。
通常不需要镀镍或不锈钢塑料注射模具来模塑GE树脂， 因为模
具温度不应低于 140°F （60°C），并且只有少数等级的 GELOY 树脂具
有腐蚀性（ PVC ）成分。通常建议，如果可能存在长期模具储存的情
况，并且可能需要预防性喷涂以外的防腐蚀保护， 则可以采用镀镍。
化学镀镍提供出色的化学保护，与铬或其他技术相比相对便宜。
最后， 镀镍可以允许选择具有更高机械性能的钢， 例如韧性， 硬
度，耐磨性或粘附耐磨性，以及比不锈钢更高的导热性。
塑料模具零件的热处理工艺 :
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不同类型的钢材用作塑料模具， 其化学成分和机械性能不同， 因
此塑料 cnc 加工路线不同 ;同样，不同类型的塑料模具钢使用不同的热
处理工艺。 本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特
点。
一. 热处理术语
（1）.退火概念：热处理过程中将钢加热到适当的温度，保持一定
时间，然后缓慢冷却（通常用炉子冷却） 。
（2）目的：a. 增加低钢的硬度，增加其塑性（以利于切削）;
化晶粒， 甚至钢的结构和成分 ;消除 cnc 激光塑料切割钢中的残余内应
力，防止变形和开裂。
（3）分类： 完全退火 ;球化退火 ;应力消除退火 （1）概念：
将钢加热到Ac3 或 ACcm 以上的30~500C ，保持适当时间，并在空
气中冷却的工艺方法。
用途： 与退火的目的基本相同，但正火冷却速度略快于退火，因
此正火后得到的珠光体结构比较细，强度和硬度均高于退火钢。归一
化比退火生产周期短，成本低，操作简单。因此，在可能的条件下，
归一化是优选的，但退火应用于复杂零件淬火。
概念： 将钢加热到 Ac3 或 Ac1 以上的一定温度， 保持一定时间，
然后以适当的速度冷却，得到马氏体或贝氏体结构的热处理过程。 （2）
目的：为了获得马氏体，提高钢的强度和硬度。回火（ 1）概念：淬
火钢被加热到 Ac1点以下的温度，保持一定时间， 然后冷却到室温的
热处理工艺。
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目的：消除内部压力;获得所需的机械性能（提高钢的韧性，适
当调整钢的强度和硬度） 。

（1）、低碳钢和低碳合金钢模具例如， 20 、20Cr 、20CrMnTi 等钢
的工艺路线是： 冲裁 →锻模毛坯 →退火 →机械粗加工 →冷挤压成型 →
再结晶退火 →机械精加工 →渗碳 →淬火、回火 →磨和抛光 →装配
合金渗碳钢模具例如，12CrNi3A 和 12CrNi4A 钢的工艺路线是：冲
裁→锻模具毛坯→正火和高温回火→机械粗加工→高温回火→精加
工→渗碳 →淬火回火 →磨和抛光 →装配。 淬火回火钢模具例如， 45 、
40Cr 等钢的工艺路线是：冲裁→锻模毛坯→退火→机械粗加工→磨
削回火 →机械精加工 →寻址、 抛光 →装配。 碳素工具钢和合金工具钢
模具例如， T7A~T10A ，CrWMn ，9SiCr 等钢的工艺路线是：落料 →
锻造成模坯→球化退火→机械粗加工→应力退火→机械半精加工→
精细 cnc 加工零件 →淬火，回火 →磨削和抛光 →组件。预硬化钢模具
例如 5NiSiCa ，3Cr2Mo （P20 ）和其他钢。对于那些直接用棒材加工
的，由于供应状态，它们已经过预硬化，可以直接加工和成型，然后
抛光和组装。 对于那些需要锻造成毛坯再加工成形的， 工艺路线是：
冲裁 →锻造 →球化退火 →平面或铣削六面 →预硬化处理 （3442HRC ）
→机械粗加工 →应力浮雕退火→机械精加工 →抛光 →装配。
三、渗碳钢塑模具的热处理特性
（1）.对于硬度高、耐磨性高、韧性要求高的塑料模具，应采用
渗碳钢进行制造，渗碳、淬火、低温回火是最终的热处理。
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（2）.对渗碳层的要求， 一般渗碳层的厚度为 ~ ，当压制
含有硬填料的塑料时，模具渗碳层厚度要求为 ~ ，当压制软
塑料时，~ 。%
~% 。如果使用碳氮共渗，耐磨性，耐腐蚀性，抗氧化性和抗粘性
会更好。
（3）、渗碳温度一般为 900~920°C ，腔体复杂的小模具可采用 840
~860°C 介质温度的碳氮共渗。 渗碳保温时间为 5-10h ，应根据渗碳层
厚度的要求进行选择。 渗碳工艺适合采用分层渗碳工艺， 即高温阶段
（900~920°C ）主要是快速渗入零件表面 ;介质温度阶段 （820~840°C ）
主要是增加渗碳层的厚度。 在渗碳层中建立了均匀合理的碳浓度梯度
分布，便于直接淬火。
（4）.渗碳后的淬火工艺因钢型而异。渗碳后可单独使用：再加
热和淬火 ;分级渗碳后直接淬火（如合金渗碳钢） ;中温碳氮共渗后直
接淬火（如纯铁或低碳钢冷挤压形成的工业小型精密模具）;渗碳后
的空气淬火（如由高合金渗碳钢制成的大中型模具）。
四、淬硬钢塑料热处理模具加工模具
（1）.对于形状较复杂的模具，应在粗加工后进行热处理，然后
进行精加工，以确保热处理过程中最小的变形。对于精密模具，变形
应小于 % 。
（2）.加工uhmw 塑料模腔的表面要求非常严格，因此在淬火和
加热过程中，必须确保型腔表面不被氧化，脱碳，不腐蚀，过热等。
在严格脱氧后，应在保护气氛炉或盐浴炉中加热。 如果使用普通的箱
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式电阻炉进行加热， 则应在模腔表面涂上保护剂， 并控制加热速率。
冷却介质，控制冷却速率，避免淬火过程中变形、开裂、报废。一般
来说，热浴淬火更好，也可以使用预冷淬火。
（3）.淬火后，应及时回火，回火温度应高于模具的工作温度，
回火时间应足够。 长度取决于模具材料和截面尺寸， 但至少 40-60min 。
五、预硬化钢塑模具的热处理
（1）.预淬火钢以预淬火状态供应，一般不需要热处理，但有时需
要改性锻造，改性后的模毛坯必须进行热处理。
（2）.预淬火钢的预热处理通常采用球化退火，目的是消除锻造应
力，获得均匀的球形珠光体结构，降低硬度，增加塑性，提高模毛坯
的切削性能或冷挤压成型性能。
（3）、预淬火钢的预淬火工艺简单，大部分采用淬火和回火处理，
淬火回火后得到回火山梨石结构。高温回火温度范围宽，可以满足模
具的各种工作硬度要求。由于这种钢具有良好的淬透性， 在淬火过程
中可以使用油冷却，风冷或硝酸盐级分级淬火。
六、时效硬化钢塑胶模具的热处理
（1）.时效淬火钢的热处理塑料 cnc 加工分为两个基本步骤。首先
进行固溶处理， 即将钢加热到高温， 使各种合金元素溶解在奥氏体中，
奥氏体完成后，通过淬火得到马氏体结构。 第二步是时效处理，使