■型創科技 / 羅偉航 應用工程師
前言
在為型腔選擇鋼材或合金時，如何選到最合適的鋼材是我們需要考慮的，而這裡面影響到我們的選擇有很多變量，這其中需要考慮的包括：成型所用的材料、預計的週期時間、零件的標準、型腔體積、模具成本和維護成本等等因素。
選擇的因素
在不同的影響因素中，每個選項都各有利弊，因此在選擇鋼材的過程中，最重要的是要瞭解所有因素，從而計算出長期成本與前期工具成本。比如說，如果需要一種耐磨的鋼，則可以使用一種硬化的工具鋼。雖然這會增加模具的成本，但從長遠來看會降低維護的成本。但同時，硬化鋼的導熱性比較低，如果模具設計中的冷卻系統設計不好，則會影響產品的冷卻時間。反過來，如果使用非硬化的標準工具鋼，則前期成本會降低，但長期維護成本則會更高。
除此之外，還可以進行塗層或表面處理從而減少磨損，這種方法依然會比硬化鋼便宜，但是如果型腔發生損壞，特別是對於表面處理要求比較高的零件，修復塗層和表面硬化則需要花大量的時間和成本。但是熱導率將比淬硬的工具鋼高10-15％，所以產品的成型週期會比硬化鋼要低。這正是為什麽說每個選項都有其中的利與弊。
不同鋼材的選擇
首先要考慮的是成型材料。對於玻璃充填材料，除非預期的體積很小，否則需要把重心放在解決有關磨損和腐蝕的問題上。對於最常見的玻璃填充材料而言，冷卻同樣是令人關心的問題，但解決磨損的最佳鋼材的導熱係數也較低。
對於PVC等腐蝕性材料，不鏽鋼是常見的選擇。使用便宜的選件將需要特殊工序來防止腐蝕。在具有表面處理要求比較高的零件上，應考慮使用具有鏡片級別規格的工具鋼。對於不含玻璃纖維或腐蝕性成分的成型材料，P-20鋼是最常見的選擇。但是對於大批量生產的小型工具，淬硬的工具鋼始終是延長工具壽命並減少維護的良好選擇。另一方面，鋁可以作為小批量工具減少循環時間的絕佳選擇。
最常見的工具鋼是P-20或類似的鋼，其硬度為30-36 HRC。這種鋼還具有高硬度版本(50-52 HRC)，並且在需要高表面處理要求的情况下具有鏡片等級。在大多數情况下，當使用不帶磨料添加劑的塑料時，P-20是首選，但除非用於小批量使用，否則需要通過塗層或表面硬化來保護鋼材免遭腐蝕。
對於公差非常嚴格的大批量零件，S-7是常見的選擇。這是一種非常耐用，耐衝擊的工具鋼，可以硬化到56 HRC。這種鋼在熱處理過程中也更加穩定，其收縮或膨脹程度小於H-13或不鏽鋼。
在大多數情况下，型腔會硬化到50-52 HRC。S-7也可用於滑梯或升降機，並已硬化至54-56 HRC。它們具有出色的耐磨性能，可抵抗50-52 HRC的S-7型腔。這樣的鋼材通常可整周每天運行，並配有複雜的起重工具，而且從來沒有磨損或擦傷的問題。
不鏽鋼不僅通常用於PVC，而且在醫療工具中通常用於提供高度拋光的型腔。不鏽鋼的硬度上限是50-58 HRC。
H-13通常是工具鋼解決磨蝕性材料磨損時的首選。在大多數情况下，在50 HRC以上的腔體不會硬化，以減少出現應力裂紋的風險。典型範圍是44-48 HRC。
圖1：鋼材考慮因素對比
圖2：不鏽鋼鋼材（圖片來源：https://baike.so.com/doc/5343529-5578972.html）
