模具加工机具精度分析表

塑膠模用模具材料

模具材料的選用是否適宜，對模具的壽命、精度、加工性、價值等有很大的

影響。故模具材料的選用一般均依照下列原則：

容易取得。

機械加工性良好。

表面加工性能良好。

強度、韌性和耐磨性大。

無針孔和沉澱雜質等內部缺陷。

）可焊接性。

）熱處理容易、熱變形少。

》耐熱性好、熱膨脹系數低。

種類及特性

模具材料的種類很多，在此先將常用的幾種材料作一簡介。

一般構造用輥軋銅材(SS)

一般構造用碳銅SS41、SS50，價廉而容易取得，但質軟多針孔，因此

用於不需強度、硬度的零件，不適用於模板材料。

機械構造用碳鋼(SC、SCK)

機械構造用碳鋼S25C、S50C、S55C等，價廉而容易取得，加工性也好。

S25C用於模具的承板、定位環、豎燒道、襯套、止動螺栓、支持件等，而少用於模板。S50C、S55C原則上回火到硬度9~22HRC,以增其加工性，為標準的

模板材料。

S9CK、S15CK的含碳量少，因而質軟，所以需作表面滲碳，淬火成HRC45

~59的硬度來使用。

碳工具鋼(SK)

碳工具鋼有SK3、SK5、SK7等，含碳量為0.6％以上的高碳鋼，其淬火硬

度是SK3、SK5為HRC50~60,SK7為HRC50~55,H 此類鋼材磨耗性優良，

且為較價宜的工具鋼，用於有滑動部份需高硬度和耐磨耗性的零件，如導銷、襯

套、頂出銷、復歸銷等。

合金工具鋼（SKS、SKD）

常用的合金工具鋼有SKS2、SKS3、SKD11、SKD61等。SKS2與SKS3是

碳工具鋼加鉻、鎢增加淬火性耐磨耗性，用於特別要求硬度與耐磨性的成形模板，其硬度HRC55~60.SKD61是添加釩取代SKS的鎢，其淬火性與

耐磨性優於SKS ，且淬火應變小，其硬度SKD11為HRC55~60,SKD61為

HRC45~51,但SKD61的耐熱性、韌性都優於SKD11。

高速鋼(SNC)

此處的高速鋼是指SKC2與SNC3的鎳鉻鋼，系為碳鋼加鎳和鉻，增其韌性

與淬火性，回火硬度為22~30，用於成形模板。

鎳鉻鉬鋼（SNCM)

鎳鉻鉬鋼SNCM2是淬火性，耐磨性耗費性均好，尤其是強度、韌性特別好的鋼材，其用途與高速度鋼相同。

鉻鉬鋼(SCM)

鉻鉬鋼SCM3、SCM4是碳鋼加鉻，鉬的構造用鋼，其強度、韌性優於碳鋼，其價格較SNC及SNCM便宜。

鋁鉻鉬鋼SACM)

鋁鉻鉬鋼SACM1經氮化處理（氮化層硬度為HRC67)耐磨耗性很高，用於要

求硬度和耐磨耗性的滑動部份，如頂出銷等，鋼材本身硬度和耐耗性。

軸承用高碳鉻鋼（SUJ)

軸承用高碳鉻鋼SUJ2為軸承用的鋼材，耐心磨耗費性、淬火性均良好，其硬度為HRC55~60,用於滑動部分需有相當的硬度和耐耗性。

不鏽鋼（SUS)

如PVC的塑料，需用耐蝕性高的模具材料，可以增加鉻量，減少碳量的耐

蝕性不鏽鋼SUS來制造。

.11鈹銅合金

含鈹2.5％，含銅97.5％的鈹銅合金，常用來制作狀復雜的公模或母模。

其制作方法是將熔融的合金注入模型內，然後一直加以壓力直到冷卻為止。

熱處理

鋼材經適當的熱處理可顯著增加硬度、強度、韌度、耐磨耗性等機械性質。施行電鍍作表處理，模具精度提高、表面光亮，使脫模更順利，成品表面光度增加。因此欲模具壽命延長、品質提升、除了事先預選適當的模具材料外，對於加工後，模具的熱處理方法的選定也極其重要，以下分點說明。

正常化

此項熱處理旨在消除造、鍛造、輥軋等高溫高壓處理所產生的粗晶組織，

並將加工所生的內部應力消除。其方法為將工作加熱到孌態點AC3或Acm點以

上30~50溫度後，使之在空氣中自然冷卻。使用大型構造用鋼，在材料經

鍛造成模型後，再施以正常化處理。

退火

退火是為了使鋼料軟化，調整結晶組織，除去內部應力。其方法為加熱到

AC3或AC1孌態點以上30~50，保持適當時間後，在爐中或灰中冷卻。模具

材料退火處理有兩棲種方式

消除應力退火

目的在除去加工所引起的內部應力。適用於粗切削、中切削或需淬火的模具

零件。因淬火時麻田散鐵孌態所生的應力將加大，除非先行實施退火消除內部應力，否則將造成巨大的一孌，而致淬火綱裂、翹曲。即使不淬火的零件，若經大量粗重切削，不經此項處理的話，也將因加工應力的殲存，而終致尺寸的精度改變或發生翹曲。

球狀化退火

目的在改善加工性，增了中韌性，心止淬火綱裂，使鋼中的碳化物變成球狀組織。

淬火

淬火的目的是為了瘵鋼硬化、增加強度。其方法為鋼材加熱到AC3或AC1

變態點以上約30~50,保持適當時間後，使節它在淬火液中急速度冷卻，而產生

高硬度的麻田散鐵組織。模具零件常用的淬火方法有上列三種。

普通淬火

加熱到變態點以上的溫度後在水或油中急冷以得麻田散鐵。此方法，

加熱衷必需防止過熱衷及氧化脫碳的現象發生。對於壁厚不

均勻。由於各部度差發生熱膨脹差、態點，引起變態差，而致淬火

綱裂。因此為了達到均勻加熱，最好用鹽浴或惰性氣爐。

氧化、脫碳之防止可採用鹽浴缸爐或可調整的惰性氣爐。熱處理變形的防止，宜使節用淬火溫度低，自硬性大，有氣冷程度的淬火鋼。含磊量鉻、鎳的合金鋼、高速度鋼具有此一空氣的中冷卻而硬化的特性，對於加工後再行熱處理的模具、精度、形狀能保持而不到變形，精密度失掉

麻淬火（marquenching)

將待處理機的材料加熱到淬火溫度後，投入於Ms點（冷卻時由沃斯田

鐵轉變態為麻田散鐵變態、材質變硬，不致發淬火應力及綱裂，最後再施行

回火處理。

麻回火（martempering)

將材料加熱到淬火溫度後，投入於溫度為Ms點及Mf點（冷卻時由沃斯田鐵

轉讓變為麻田鐵的終了溫度）間的熱鹽浴內淬火（100~200)，長時間性保存恆溫，直到變態終了，然後空冷。利用此法淬火者，麻田散鐵自行回火，淬火應力消除，衛擊值得以提高，韌性較回火燄處理者強。工業界一般皆不等於待到恆溫變態終了，即行撈出，如圖示，而後段則採氣冷回火。

回火

淬火後的鋼針雖然然強度大硬度高，但是很脆。假如淬火鋼加熱到A1變態點以

下的適當溫度時，不但可以除去淬火鋼的內部應力，又能調節硬度得到適當的強韌性，這種處理叫回火。依照回火之目的，可分為低溫回火與高溫回火兩種。

低溫回火

適用於淬火硬度需要相當高的情況下，將高碳鋼加熱於溫度約200度的低

溫，目的應於消除淬火所產生的內部應力。殘留的沃斯田鐵組織不易產生變化，

可維持相當高的硬度

高溫回火

適用於構造用鋼，將其加熱在溫度500~600度之間使其組織變為有韌性的

糙斑鐵。此時可兼顧鋼材的韌度和硬度。

對於施行一次回火，不能得到滿意的機械性質的鋼材如高合金鋼及高速度鋼，

可施行手術2~3次的反復回火

表面處理

表面處理是指以加熱或化學處理的方法，使鋼料表面增加硬度到達某一深

度。其方法有滲碳、高周波及火燄淬火、氮化及電鍍。分別敘述如下。

滲透淬火

低面鋼針或表在淬火鋼（低鎳鋼、低鎳鉻等低碳合金鋼）在適當的滲碳劑中加熱，使表面起滲碳到某一深度，使成高碳的狀態的表面硬化法。在滲碳劑中以

850~900加熱8~10小時，則鋼料表面起滲碳約2mm的深度。滲碳完後再施

以淬火處理，使滲碳部份硬化。若有不想滲碳的部份地，可預先鍍銅以防止。一般滲碳劑可分為固體滲碳、氣體滲碳與液體滲碳等三種。

固體滲碳的滲碳劑為氣體，主要為一氧化碳或甲烷碳化氫，滲碳濃度容易調節，

可使滲碳均勻。滲碳能力大，不隻表面，連心部也可均勻滲碳

液體滲碳劑為溶融的氰化物，將鋼加熱到AC1變態點以上而滲碳。通常

薄層硬化是濃度較高的氰化鈉鹽浴中作低溫（850~900）處理，而厚層硬化以濃

度較低的氰化鈉鹽浴作高溫（900~950)的處理

高周波硬化

藉高周波感應電流將鋼料表面急熱，在到達淬火溫度後，用適當的冷卻劑急

冷，稱為高於周波淬火。主要用於需具強韌及耐磨耗的機械性質的模具零件，如導銷、復歸銷、斜銷等等。含碳量0.4~0.5％的碳鋼，或合金鋼皆適用於本方法。

火燄淬火

以氧氣-乙炔火燄將鋼料表面急速加熱到淬火濕度，再以水急速度使表

面硬化。本方法的特色在於隻將外周表面淬火硬化，因此淬火應變小，可應用於

各種形狀及大小的鋼制品。淬火方法大致分別有兩種。

全面同時淬火法

適用於小面績的處理。全面同時加熱，然後對此加熱到淬火溫度後面進行

冷卻以硬化之。

移動淬火法

大面績不適宜用全面同量淬火法，乃改用順序移動加熱及冷卻的組合吹管，

以行加溫冷卻全面積。也可應用於不易全面淬火的模具的局部淬火、零件的零的磨擦面，可增高耐磨性，延長模具壽命。

氮化

氮化是在氨氣或含氨的媒體中加熱，增加氮含量而將鋼表面硬化的方法。加

熱溫度高時，硬度減低，但氮化深度加深。氯化時間取決於所以需氮化深度，大約是50小時0.5mm，標準是100小時0.7mm。鍍錫或鍍鎳的部份，可以後防止

氮化。

氮化用鋼，其標準成份大約是碳0.35~0.45％、鋁1.0~1.3、鉻1.3

~1.8％、鉬0.5％以下，此時的氮化溫度500~500，表面硬度為HRC67~

70，為一非常硬的氮化層。

氮化法依其媒劑可分為氣氮化，液體氮化、軟氮化（低溫鹽浴氮化法）。

氣體氮化法

被處理的料件裝於氮化箱內，放入於爐中，通入氨氣，溫度為500~500

左右，氮化時間為50~100小時。此種方法為低溫處理變形接近於無。

液體氮化法

液體氮化法與液體滲碳法之不同點，在於本法是在AC1變態點以下加溫而

滲碳法卻在AC1以上，且本法所用之鹽浴含較高的氮量而較少的碳量。將氰化

鈉鹽與氰酸鹽適當混合，加溫到560度，將料浸入約2~3小時，即可形

成薄層的氮化層，可增耐磨耗性，防止燒焦及疲勞性。

此種方法使用於氰化鉀（KCN)等的鹽浴槽中，溫度在520~570的低溫。其

處理與液體滲碳法相同，唯溫度較低，且其硬度約隻為氣體的一半，故稱為

軟氮法。氮化時間較氣體氮化法為低，約1~2小時。此種方法處理的低碳鋼、

中碳鋼其硬度增加有限，約可達到HRC53~59。但其耐磨耗費性與耐疲勞性顯著

增加。

離子氮化法(Iron-Nite)

為了改進氣體氮化法（硬氮化），處理時間長、效率低、最外層的氮化物很脆等缺點。德國的Berkard berghaus 發明離子氮化法。離子氮化法首先企業化的是

西德的Klockner .Ionon.Gmbh.其方法是將待處理的工作裝入電氮化爐內（圖

7），首先將爐內排氣至10-2~10-3T 後導入N2氣體（或N2+H2混合氣體），使爐

內保持所需要之處理氣壓（通常10-4~10Torr).以爐本體作正極，處理機工作作負極，將兩棲極間施加500V~1000V的直流電壓，爐氣便因輝光放電而電離化（即氣體被離子化而成正離子向負極的處理工作表面衛擊），處理工作表面受到加熱，

同時氮化也因此而進行。

處理溫度與般的氮化塑樣，通常在480~570的溫度范疇內。溫度

的控制系以幅射高溫計測定溫度而以電流值控制之，表面氮氣體濃度可改變爐內充填的混合氣體（N2+H2）的分壓比而調整之。

電離氣中生成之氮離子便向工作表面快速沖撞，動能轉變成熱能，造成溫度

上升。這時由於對氮離子的沖擊及飛濺(spattering)，所以產生的排斥作用，Fe、C、O等元素由工作表面被打出來，飛散出來的Fe在放電的電離子中與N離子結合

而形成Fe-N的氮化鐵。Fe-N的氮化鐵由於附著作用而附著於表面上，N便向最

外層擴散侵入。即最外來層的化合物層由於擴散順序發生

Fe-N Fe-2N Fe-3N Fe-4N等組織變化而產生氮化作用。最外層由離子沖擊作用Fe不斷分飛散出來繼續形成氮化物，成主氮氣供應的輸送源而促進氮化的進行。

離子氮化的特點為處理溫度低，處理的工件變形小又無化害問題，為最新最

新進步的表面硬化法。其可處理的除了碳鋼、模具鋼、工具鋼、氮化鋼、合金

鋼、高速鋼外，過去認為難以處理機的不鏽鋼、鈦、鈷等利用本法已能實施良好的表面硬化。處理機的材料，可得到極高的表面硬度，並可獲致極優良的耐磨耗性、

耐疲勞性、耐蝕性及耐剝離性

電鍍

電鍍是在模具表面被復其他金屬，以增加表面光度、提高表面硬度，增強耐

蝕性的表面處理，以下分述之。

鍍硬鉻

將模具欲鍍的部分浸入於無水鉻酸為主的電解液中，通以電流，鉻析出而附

著於模具表面。鍍層比普通鍍層厚，約0.01~0.02mm，硬度HRC67~70。

使用本處理增進下列優點。據脫模良好。鍍硬鉻表面光滑如鏡，脫模非常順利。舐鍍層表面硬，耐磨耗費性佳，不易刮傷，硬度達HRC 67~70.

竺對鹽酸、稀硫酸以外的化學品有良好的耐蝕性。

竽鍍鉻表面有精美的光輝，模具凹穴經此處理，所射出的成品也能具備精美的光澤，提升產品價值。

無電解鍍鎳

此法不經電解作用，不像上法，乃純粹的化學方法施行鍍著。鍍著經由附著

於模具上的觸媒劑的作用，使鎳被還原，而形成表面鍍著層。此種鍍著的特性為：據不致發生是電鍍層厚度差，為一較均勻的鍍著法。

舐表面不生針孔，光滑而硬。鍍層硬度HRC49，經熱處理更可提高HRC64~67.

竺密著性良好，不易剝離。竽耐蝕性良好。