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注塑模具的性能特质、选用准则

• 2025-06-30

 注塑模具的性能特质、选用准则

本文系统阐述注塑模具材料的关键特性、主流类型、选择依据及发展趋势。通过剖析模具钢、合金材料、新型复合材料等在注塑模具中的应用表现，结合材料性能指标与实际生产需求，为合理选用注塑模具材料提供参考。同时，探讨行业在高性能、轻量化、环保化等方面的发展方向，助力提升注塑模具制造水平与塑料制品生产质量。

一、引言

注塑模具是塑料制品成型的关键工序，其性能直接影响塑料制品的质量、生产效率和成本。而模具材料作为模具的物质基础，对模具的强度、耐磨性、耐腐蚀性、加工性能等起着决定性作用 。随着塑料制品应用领域的不断拓展，从日常生活用品到精密电子部件，对注塑模具的要求日益提高，这也推动了注塑模具材料的持续发展与创新。深入了解注塑模具材料的特性与应用，是优化模具设计、提高模具使用寿命和生产效益的重要前提。

二、注塑模具材料的性能要求

2.1 力学性能

1. 强度与硬度：注塑过程中，模具需承受高温高压的塑料熔体冲击，因此必须具备足够的强度和硬度。高强度可防止模具在注塑压力下发生变形或破裂，如大型汽车保险杠注塑模具，需承受数百吨的锁模力，要求材料屈服强度达到较高水平；高硬度则能增强模具的耐磨性，减少型芯、型腔等成型部件的磨损，延长模具使用寿命。例如，用于生产塑料齿轮的模具，需要材料硬度在HRC50 - 60之间，以保证齿轮齿型的长期精度。

2. 韧性：韧性是模具材料抵抗冲击和开裂的能力。在模具开合模过程中，以及塑料熔体快速填充型腔时，模具会受到瞬时冲击力，良好的韧性可避免模具出现崩裂、掉块等现象。尤其对于复杂形状或薄壁制品的模具，韧性至关重要，如手机外壳注塑模具，需在保证强度的同时，具备一定韧性以应对频繁的开合模动作。

2.2 热性能

1. 热稳定性：注塑过程中模具温度会随塑料熔体注入而升高，随后又需快速冷却定型。模具材料需在高温下保持尺寸稳定，不发生热变形，且在反复加热 - 冷却循环中性能稳定。例如，生产聚碳酸酯（PC）制品时，成型温度高达280 - 320℃，模具材料必须具备良好的热稳定性，以确保制品尺寸精度。

2. 导热性：高效的热量传递有助于缩短塑料制品的冷却时间，提高生产效率。导热性良好的材料能使模具温度分布均匀，减少制品因冷却不均产生的翘曲、变形等缺陷。如铝合金模具材料，其导热系数远高于模具钢，常用于对冷却效率要求高的注塑生产场景。

2.3 化学性能

1. 耐腐蚀性：部分塑料原料在成型过程中会分解产生酸性气体（如PVC分解产生氯化氢），或使用含有腐蚀性添加剂的塑料，这要求模具材料具备良好的耐腐蚀性。否则，模具表面会被腐蚀，影响制品表面质量，甚至导致模具报废。如生产PVC管件的模具，需采用耐蚀性强的模具钢或进行表面防腐处理。

2. 抗氧化性：在高温注塑环境下，模具材料与空气接触易发生氧化，表面形成氧化皮会影响模具的脱模性能和制品外观。抗氧化性好的材料可减少表面氧化现象，维持模具良好的工作状态。

双色模具_台州杰锋模具有限公司 (jfmoulds.com)

三、注塑模具材料的主要类型

3.1 模具钢

1. 预硬型模具钢：预硬型模具钢在出厂前已进行预硬化处理，硬度一般在HRC28 - 45之间，具有良好的切削加工性能，可直接进行机械加工成型，无需再进行淬火处理，能有效避免热处理变形问题。常见的牌号有P20、718等。P20钢应用广泛，适用于生产一般要求的塑料模具，如家电外壳、玩具模具等；718钢则在P20基础上进一步提高了纯净度和韧性，适用于对表面质量要求较高的塑料制品，如汽车内饰件模具。

2. 时效硬化型模具钢：以NAK80为代表的时效硬化型模具钢，在固溶处理后硬度较低，便于加工成型，成型后通过时效处理可获得高硬度（HRC38 - 43）和良好的抛光性能。其镜面抛光效果极佳，常用于生产光学镜片、化妆品包装等对表面光洁度要求极高的塑料制品模具。

3.淬火回火型模具钢：H13是典型的淬火回火型模具钢，具有高硬度、高韧性和良好的热疲劳性能，适用于承受较大热负荷和机械负荷的模具，如压铸模具、热塑性塑料注塑模具。经淬火回火处理后，H13钢硬度可达HRC48 - 52，常用于生产汽车保险杠、大型塑料箱体等模具。

4. 耐蚀型模具钢：S136是常用的耐蚀型模具钢，其铬含量较高，具有优异的耐腐蚀性和抛光性能。不仅能抵抗塑料分解产生的腐蚀性气体，还可使模具表面达到镜面效果，适用于生产PVC制品、医疗器械等对耐蚀性和表面质量要求高的模具。

3.2 合金材料

1.铝合金：铝合金具有密度小、导热性好（约为模具钢的3 - 5倍）、加工性能优良等特点。如6061铝合金，常用于制造小型、精密且对冷却效率要求高的注塑模具，如3C产品零部件模具。但其硬度和耐磨性相对较低，通常需要通过表面处理（如硬质阳极氧化）提高表面性能，以满足模具使用要求。

2. 铜合金：铜合金的导热性能极佳，铍铜合金是注塑模具中常用的铜合金材料。它不仅导热快，还具有较高的强度和硬度，可用于制造模具的局部镶件，如在模具冷却困难的部位嵌入铍铜镶件，加快热量传递，改善冷却效果，提高生产效率。不过，铜合金成本较高，限制了其在模具整体结构中的广泛应用。

3.3 新型复合材料

1. 碳纤维增强复合材料：碳纤维增强复合材料具有高强度、高刚性、低密度的特点，其比强度和比模量远高于传统金属材料。在注塑模具领域，可用于制造模具的轻量化结构部件，如模具的支撑框架、顶出机构等。虽然目前其在注塑模具中的应用尚处于探索阶段，但凭借优异的性能，未来有望在高端模具制造中发挥重要作用。

2. 金属基复合材料：金属基复合材料以金属为基体，添加陶瓷颗粒、碳纤维等增强相，可显著提高材料的硬度、耐磨性和热稳定性。例如，碳化硅颗粒增强铝基复合材料，可用于制造注塑模具的耐磨部件，如滑块、导柱等，有效提高模具的使用寿命 。

四、注塑模具材料的选择依据

4.1 塑料制品要求

1.产品形状与尺寸：复杂形状的塑料制品需要模具具有精细的结构，应选择加工性能良好的材料，如预铸型模具钢便于加工复杂型腔；大型制品模具则需材料具备足够的强度和刚性，以承受注塑压力，如采用H13等高强度模具钢。

2. 表面质量要求：对表面光洁度、透明度要求高的制品，如光学镜片、透明塑料容器，需选用抛光性能好的材料，如NAK80、S136等；对于外观要求不高的日用品，可选用成本较低的普通模具钢。

3. 使用性能要求：若制品需在高温环境下使用，模具材料应具备良好的热稳定性；对于接触腐蚀性物质的制品，需选择耐蚀性强的材料。

4.2 生产批量

1.小批量生产：小批量生产时，模具成本是重要考虑因素。可选用价格相对较低、加工性能好的材料，如P20钢，降低模具制造成本。同时，也可考虑采用铝合金等轻量化材料，缩短生产周期。

2. 大批量生产：大批量生产要求模具具有较长的使用寿命，应选择硬度高、耐磨性好、综合性能优异的材料，如H13钢、S136钢等，尽管材料成本较高，但可通过提高模具使用寿命降低单位产品的模具分摊成本。

4.3 成本因素

模具材料成本在模具总成本中占比较大，需综合考虑材料价格、加工成本和使用寿命。例如，虽然铍铜合金性能优异，但成本高昂，仅适用于对冷却效率要求极高且预算充足的模具；而普通模具钢价格低廉，适合对性能要求不特别严苛的模具 。

五、注塑模具材料

5.1 高性能化

随着塑料制品向高精度、高性能方向发展，对模具材料的性能要求不断提高。未来，模具钢将朝着更高强度、更高韧性、更好热稳定性和耐磨性方向发展，通过优化化学成分和热处理工艺，开发新型模具钢牌号。同时，新型复合材料的性能也将不断提升，扩大在注塑模具领域的应用范围。

5.2 轻量化

在汽车、航空航天等领域，对塑料制品轻量化的需求日益迫切，这也推动注塑模具材料向轻量化方向发展。铝合金、镁合金等轻质合金材料以及碳纤维增强复合材料的应用将更加广泛，通过结构优化和材料创新，实现模具的轻量化设计，降低模具重量，提高生产效率。

注塑模具材料是决定模具性能和塑料制品质量的关键因素。不同类型的模具材料各有特点，在实际应用中需根据塑料制品要求、生产批量和成本等因素综合选择。随着制造业的发展，注塑模具材料正朝着高性能、轻量化、绿色环保和智能化方向不断创新与进步。深入研究模具材料的性能与发展趋势，有助于推动注塑模具技术的提升，满足日益多样化的塑料制品生产需求，促进塑料加工行业的可持续发展。

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