一、塑膠齒輪模具型腔用材料的性能要求
①機械加工性能好。選用切割方便、加工后能獲得高精度、高表面質量的模具鋼。因此，應主要選用中碳合金模具鋼。
②強度高，韌性好。在齒輪注塑生產過程中，型腔齒圈的分型面容易被塑料垃圾壓碎形成凹坑，導致齒輪溢出飛邊。因此，需要高強度、良好的韌性和不易崩潰的優質合金模具鋼。
③火花加工性能好。現代模具行業一般采用電火花線切割和電火花成型作為齒輪腔的最終成型加工工藝，一般不能進行后磨拋光加工（除磨料流設備單位除外）。因此，需要采用電加工變形量小、表面粗糙度小、變質硬化層薄的優質模具鋼。
④良好的耐磨性和抗疲勞性。塑料齒輪的注射成型壓力較高，齒輪腔不僅受到高壓塑料熔體的沖擊，而且受到冷熱交替的溫度應力的影響。一般的高碳合金鋼，通過熱處理可以獲得高硬度，但韌性差容易形成表面裂紋或輪齒容易崩潰，因此不能使用。此外，齒輪腔一旦損壞，一般無法修復。因此，應選擇耐磨、耐疲勞性好的中碳合金優質模具鋼。
⑤耐化學腐蝕性強。聚甲醛等塑料對模具有一定的腐蝕作用，特別是未經除濕干燥處理的潮濕聚甲醛，在注射過程中容易產生氣體和空氣混合氣體，對型腔、型芯、螺桿、料筒等部件產生化學腐蝕。因此，應選擇耐腐蝕性強的合金優質模具鋼。
二、塑料齒輪模具型腔材料的選擇參考
根據塑料齒輪腔和芯的尺寸，棒或板可以直接加工。自20世紀80年代以來，我國開始引進國外生產的優質模具鋼，制造齒輪注塑模具腔、芯等關鍵成型部件，主要包括美國、日本、德國生產的預硬模具，同時，國內模具銷售也出現，降低注射模具制造成本發揮了積極作用。
國產常用的塑料齒輪模具鋼有哪些？
1.預硬鋼
國產P20(3Cr2Mo)預硬鋼的硬度可達36~38HRC,拉伸強度為1330MPa.無需熱處理，可保證模具的形狀和尺寸精度要求高，切割拋光方便。適用于注射模數約10萬次的成型模具。在預硬鋼中加入硫可以提高其切割性能。
國產SMI（55CrNiMnMoVS)和5NiSCa(5CrNiMnMoVSCa)預硬化后的硬度為35~45HRC,但切削性能與中碳調質鋼相似，適用于注射模數約20萬次的成型模件。
國產718(3Cr2NiMo)國產預硬鋼P20改進型鋼號質量有了很大提高，彌補了P20缺點。目前，它是中國應用最廣泛的塑料模具零件，除了不能用于耐腐蝕性要求的塑料模具零件外。
典型的塑料模具鋼型號更適合15萬次左右的成型模具。
2.鏡面鋼
鏡面鋼多為沉淀硬化鋼，又稱及時硬化鋼，采用真空熔化法生產。這種鋼在真空環境中經過5000次~550℃,進行5~10h及時處理，鋼彌散沉淀復合金化合物，使鋼硬化，40~45HRC硬度好，耐磨性好，處理過程變形小。由于材料純凈，可進行鏡面拋光，光腐蝕精細圖案，具有良好的電火花加工和耐腐蝕性。還有一種氮化高硬度鋼25CrNiMoAl,調質后硬度為23~25HRC,時效后硬度38~42HRC,氮化處理后，表面硬度可達700HRC適用于玻璃纖維增強塑料注射模成型零件。
3.耐腐蝕鋼
國產PCR(6Cr16NiCuNb)屬于不銹鋼鋼種，但強度高于一般不銹鋼，切削拋光性能好，熱處理變形小，使用溫度小于400℃,空冷淬硬可達42~53HRC,腐蝕性塑料注射成型模件適用于含氮和阻燃劑。
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在我國精密塑料齒輪的大規模生產中，國外引進模具鋼的幾種化學成分如下表所示。
國外引進的幾種主要化學成分(單位%)
1.P20預硬模具鋼
引進美國P20中碳Cr-Mo是塑料模具鋼，是的P20、P20H,P20Ni等牌號，出廠硬度29~32HRC。適用于制作塑料模具型腔，材質硬度均勻，具有良好的可切削加工和研磨拋光性能。為了提高模具型腔的使用壽命，可對預硬鋼實施淬火＋低溫回火或氮化處理來提高硬度。
淬火+低溫回火~600℃預熱2~4h,然后在850~880℃下保溫2h以上，將油冷卻至50~100℃然后空冷至室溫。淬火硬度可達50~52HRC.為防止開裂，應立即進行2000℃回火后硬度可保持48HRC模具的使用壽命顯著提高。
氮化處理：高硬度表面組織，氮化后表面硬度達到650~700HV(57~60HRC).此外，氮化層材料組織致密，表面光滑，提高了型腔脫模、防潮空氣和堿腐蝕性能。
P20已經預先硬化了HB285~330（HRC30~36)，瑞典618和德國GS-2311狀態相當，可直接用于模具加工，具有尺寸穩定性好的特點。該預硬鋼價格相對便宜，適用于一般精密塑料齒輪注射模具成型部件。
2.718預硬鋼
718模具鋼，中國品牌3Cr2NiMo是P20(3Cr2Mo)改進型鋼號的質量有了很大的提高，可以填補P滿足20模具鋼的不足P20模具鋼不符合要求。除不能用于耐腐蝕性要求的塑料模具外，是我國應用最廣泛的通用塑料模具鋼的典型鋼號。
1勝1718預硬鋼具有優異的拋光和相機蝕刻性能，718HH預硬鋼是718預硬鋼的改良型號，硬化和回火硬度HB340~380(HRC36~40).氮化和火焰硬化可用于提高型腔的表面硬度和耐磨性。HH材質保持高純凈度、低硫量品質，擁有優良的拋光性、光蝕刻花性和氮化處理性能。具有鏡面拋光性能的718HH廣泛應用于制作透明塑料制品的模具。
3.2083模具鋼
2083是德國布德魯斯特殊塑料模具鋼，含量高Cr不銹鋼具有優異的耐磨性、耐酸腐蝕性、良好的機械加工和拋光性能。淬火性好，變形率低，淬火+回火后的型腔更耐磨；電火花成型加工性能好，適用于表面粗糙度要求極低的酸性塑料和模具型腔。
4.S136
瑞典S136模具鋼含Cr量達13.6%，組織純凈、均勻、細膩；優異的耐腐蝕性和拋光性；良好的耐磨性、機械切割和電火花加工性，優異的研磨和拋光性；淬火時尺寸穩定性好。是耐腐蝕性好的鏡面塑料模具鋼。
5.日本大同NAK55預硬鋼
真空冶煉后，組織通過鍛造均勻化，熱處理及時處理后，可直接切割雕刻成模具。切割性能好，硬度40HRC,但切削性能僅相當于97HRB物間，比40HRC的SCM4鋼具有優異的切削性。放電加工表面不硬化，易磨削，
良好的鏡面和令人滿意的光澤。硬度高，耐磨性高，耐壓性高，模具使用壽命高，適用于精密塑料齒輪模腔。
6.8407合金工具鋼
德國8407是一種鉻、鉬、釩中碳合金工具鋼。它是一種純度高、質量控制嚴鋼，采用特殊的煉鋼技術和嚴格的質量控制。8407的等向性（各向同性）比傳統的煉鋼要好H13更好。這對壓鑄模具、鍛造模具、擠壓疲勞性能更有價值，如壓鑄模具、鍛造模具、擠壓模具和高質量要求的塑料模具。因此，8407模具的硬度可以與普通模具相比H13提1~2HRC而不是犧牲它的韌性。
8407在我國被用作高精度塑料齒輪和蝸桿注射模型腔鋼號，具有以下優點：
①耐熱沖擊和抗裂性好；
②高溫強度；
③無論尺寸大小，韌性和延展性高，各向同性；
④優良的加工性能和拋光能力；
⑤淬透性好，熱處理尺寸穩定性好。
對其熱處理和研磨有以下要求：
A.球化退火
在保護環境熱到850℃，爐中以10后均熱℃/h冷卻冷卻到600℃，然后在空氣中冷卻。
B.去應力回火
模具坯經粗加工后，必須進行去應力處理。將半成品加熱至650℃，均熱2h爐內冷卻至550℃，然后將空氣冷卻到室溫。
C.淬火
預熱600~800℃，淬火溫度980~1080℃(常用1020℃)，均熱時間為(50±3) min。在200~550℃等溫1~100min再空冷或油冷。鋼材冷卻至70~100℃應立即回火，其目的如下：
①為使模件獲得最合適的性能；
②淬火冷卻速度越快越好，無嚴重變形或破裂。
D.回火
至少兩次，時間2h上述最低回火溫度為180℃，每次回火后，必須冷至室溫，然后進行下一次回火。回火時應避免425~525℃回火脆性區之間。
E.幾點建議
①型腔硬度在48HRC 每次注射2萬以上~4000模后， 再加回火。
②放電后，需要回火。
③盡量在模具設計中使用較大的圓角，避免應力集中。
F.氮化處理
為使模具表面具有更好的耐磨性，可進行氮化處理，在模具表面形成較硬的氮化層。℃下氮化，表面硬度可達1萬~1250HV.氮化時間分別為20h/30h/60h硬化層的深度分別為0.20mm/0.25mm/0.30mm。
G.研磨拋光技術
正確的研磨技術可以看到模具表面裂紋的產生，并提高模具的使用壽命。如果模具在低溫回火下研磨，則裂紋的敏感性很高。只能使用邊緣切割、柔軟、開放的顆粒砂輪，并需要適當的研磨速度和良好的冷卻劑。
H.放電加工
如果電火花在淬火 回火狀態下放電，型腔必須低于原回火溫度的25℃為消除其內應力，應進一步回火。
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