模具制造用什么材料？鋼材、塑料等材質(zhì)性能對比
模具作為工業(yè)生產(chǎn)中成型加工的關(guān)鍵工具，其材料選擇直接影響模具的使用壽命、加工精度和生產(chǎn)成本。目前，不同材料的性能差異明顯，包括各種鋼材、塑料和少量有色金屬合金。以下是應(yīng)用場景和性能特點的比較。
模具制造常用材料的種類
(一)鋼類
鋼是模具制造中應(yīng)用最廣泛的材料。它以其高強度、高耐磨性和良好的加工性能，適用于大多數(shù)成型場景，主要包括以下幾類:
碳工具鋼：例如 T8、T10 等等，碳含量較高(0.8%) - 1.0%)，經(jīng)淬火回火后硬度可達到 58 - 62HRC，價格低廉，加工簡單。但韌性差，易開裂，耐磨性和耐熱性有限，主要用于制造精度要求低、批量小的簡單模具(如沖壓板的簡單沖壓模具和手動模具)。
合金工具鋼：在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入鉻、鉬、鎢等合金元素，例如 Cr12、Cr12MoV，硬度可達 58 - 64HRC，耐磨性和淬透性明顯提高，韌性優(yōu)于碳素工具鋼。適用于制造冷沖模、拉伸模、塑料模等批量適中、需要一定耐磨性的模具。
高速鋼：如 W18Cr4V，硬度極高(63) - 66HRC)和熱硬度，在高溫下(500 - 600℃)仍然可以保持良好的切削性能和優(yōu)異的耐磨性。但材料成本高，加工難度大，主要用于制造高負荷高溫的模具，如高速沖壓模具和精密鍛造模具。
塑膠模具鋼：如 P20(3Cr2Mo)、具有良好的拋光性能和切削性能，淬火后硬度適中(288H) - 35HRC)，無需后續(xù)熱處理，可通過預(yù)硬處理直接使用，適用于制造大型、精密的塑料注射模具，可保證塑料零件表面的光潔度。
(二)塑料類
塑膠模具材料主要用于制造低批量、輕量化或簡單的模具，常見類型包括：
環(huán)氧樹脂模具材料:以環(huán)氧樹脂為基體，加入固化劑、填料等。固化后具有一定的強度和表面光潔度，復(fù)制精度高，成型快。但耐熱性差(通常不超過 80℃)，耐磨性低，適用于玩具、小型家用電器外殼等試制件、小批量塑料件的成型。
模具材料：可調(diào)硬度(ShoreA60)-ShoreD 80)，彈性好，抗沖擊性能優(yōu)異，翻模速度快，復(fù)雜圖案可以很好的復(fù)制。但是耐熱性有限(一般≤120℃)，使用壽命短(一般數(shù)百次)，多用于汽車內(nèi)飾、工藝品的小批量生產(chǎn)模具。
(三)其它材料
鋁合金：如 6061、7075，重量輕，導(dǎo)熱性好，加工難度低，表面硬度和耐腐蝕性可通過陽極氧化提高。適用于塑料模具和壓鑄模具的型腔或模板，特別適用于需要快速散熱的模具，但耐磨性和強度不如鋼，不適用于高負荷成型。
鋅合金：如 ZZnAl4Cu1，熔點低，可壓鑄成型，復(fù)制精度高，表面處理性能好。主要用于制造成本低于鋼材的小型、低負荷塑料模具或沖壓模具，但耐熱性差，易變形。
二、對不同材料的性能進行比較
材質(zhì)類型 | 硬度（HRC） | 耐磨性 | 耐熱性（℃） | 加工性能 | 成本 | 典型應(yīng)用場景 |
碳素工具鋼 | 58 - 62 | 一般 | ≤200 | 良好 | 低 | 簡易沖模、小批量手工模具 |
合金工具鋼 | 58 - 64 | 優(yōu)良 | 200 - 300 | 中等 | 中 | 冷沖模、拉伸模、中等批量塑料模 |
高速鋼 | 63 - 66 | 優(yōu)異 | 500 - 600 | 較差 | 高 | 高速沖壓模、精密鍛造模 |
塑料模具鋼 | 28 - 35 | 良好 | 200 - 400 | 優(yōu)良 | 中高 | 大型、精密塑料注射模 |
環(huán)氧樹脂 | -（非鋼鐵硬度） | 差 | ≤80 | 優(yōu)良 | 中 | 試制件、小批量塑料件模具 |
聚氨酯 | -（非鋼鐵硬度） | 較差 | ≤120 | 良好 | 中 | 汽車內(nèi)飾件、工藝品小批量模具 |
鋁合金 | 10 - 15 | 較差 | 150 - 200 | 優(yōu)良 | 中 | 輕量化塑料模、散熱要求高的模具 |
鋅合金 | 8 - 12 | 一般 | ≤100 | 良好 | 中低 | 小型低負荷塑料模、沖壓模 |
三、選材原則及注意事項
根據(jù)成型工藝選擇:沖壓模具需要承受較大的沖擊力和摩擦力，合金工具鋼或高速鋼優(yōu)先；塑料注射模具注重表面光潔度和耐熱性，可選用塑料模具鋼；壓鑄模具接觸高溫金屬液(如鋁合金壓鑄溫度) 600℃)，需要選擇耐熱性好的合金工具鋼或?qū)Ｓ脡鸿T模具鋼。
大批量生產(chǎn)結(jié)合：大批量生產(chǎn)(10 一萬次以上)需要選擇耐磨性高、使用壽命長的鋼材(如合金工具鋼、高速鋼)；塑料或鋅合金模具可以用于小批量試制(數(shù)百到數(shù)千次)，以降低成本。
考慮加工難度和成本:如果復(fù)雜型腔模具采用高速鋼加工，難度大，成本高，可以選擇預(yù)硬態(tài)塑料模具鋼(如減少熱處理變形的風險，718H)，簡單的結(jié)構(gòu)模具可以選擇碳素工具鋼，控制成本。
注意使用環(huán)境:在潮濕或腐蝕性環(huán)境(如含鎂合金的壓鑄)中，應(yīng)選擇耐腐蝕材料(如不銹鋼模具鋼 4Cr13)，或者鍍鉻、氮化模具表面，提高耐腐蝕性。
綜上所述，模具材料的選擇需要綜合考慮成型工藝、批量生產(chǎn)、成本和使用環(huán)境。鋼材以其綜合性能成為主流選擇，而塑料、鋁合金等材料在特定場景(如小批量試制、輕量化需求)中發(fā)揮優(yōu)勢。合理的材料選擇可以大限度地降低生產(chǎn)成本，同時保證模具的性能。
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