模具鋼加工指南:六大系列、硬度分級與選刀策略｜CNC57
模具鋼難加工不是單支難切,而是整族被削性系統性偏低(多在易削鋼一半以下)。本篇分清系列、硬度與被削性,並破題:同叫「718」可能是塑膠模具鋼,也可能是鎳基超合金。
一、先破題:同樣叫「718」,不是同一種鋼
最典型的雷是 718:ASSAB 718 是接近改良型 AISI P20 的預硬塑膠模具鋼(交貨約 HRC 30、可直接加工),Inconel 718 則是鎳基耐熱超合金、屬 ISO 最難削的 S 類;兩者成分與加工難度天差地遠。
切削條件完全不能通用,第一步是確認標準與系列而非只看數字。對照見模具鋼牌號對照表與ISO被削材分類總論;型錄數值以各原廠規格書為準。
二、模具鋼六大系列:先看「拿來做什麼」
模具鋼依 AISI/SAE 分六大系列,從用途回推系列比比較牌號更快。
| 系列 | 定位與特性 | 代表牌號 |
|---|---|---|
| 冷作鋼 | 室溫下的沖壓、擠壓、成形;再細分 A 系(空冷中合金)、D 系(高碳高鉻)、O 系(油冷) | A2、D2、D3、O1 |
| 熱作鋼(H 系) | 高溫下工作的壓鑄、熱鍛、擠壓模 | H11、H13、H21 |
| 水冷鋼(W 系) | 水淬硬化的碳工具鋼,成本低 | W1、W2 |
| 塑膠模具鋼(P 系) | 射出、成形塑膠模,多以預硬狀態交貨 | P20、P21 |
| 抗衝擊鋼(S 系) | 承受衝擊的沖頭、熱鍛模、冷擠壓模 | S1、S5、S7 |
| 特殊用途鋼(L 系,低合金) | 低合金、特定用途成形件 | L6 |
系列分類與代表牌號依 AISI/SAE 標準與 ISCAR 指南整理,成分以各鋼廠規格書為準。
六大系列外,麻時效鋼可預硬到約 HRC 30–36 加工、硬化後達約 HRC 58,但成本高、應用受限。麻氏體不鏽鋼(420)、合金鋼/碳鋼(4140)、鋁合金與鈹銅也用於模具零件,鋁合金加工易、成本低,是原型模首選。
三、硬度與交貨狀態:同一支鋼,退火和硬化是兩種加工
更直接影響加工的是交貨硬度:退火與硬化是兩種加工——軟材衝去除率、硬材縮餘量。
| 交貨狀態 | 硬度範圍 |
|---|---|
| 軟質退火 | ≤ HB 250 |
| 預硬(低) | HRC 30–37 |
| 預硬(高) | HRC 38–44 |
| 硬化(低) | HRC 45–49 |
| 硬化(中) | HRC 50–55 |
| 硬化(高) | HRC 56–63 以上 |
硬度分級為 ISCAR 模具加工指南整理值、非本站量測。硬度換算(HRC、HV、HB 與抗拉強度)見硬度換算表完整解析。
「預硬鋼」無統一定義,一般認為低於 HRC 45。通用原則:拿到料先確認硬度,再定粗精參數。
四、為什麼模具鋼「難加工」:被削性系統性偏低
模具鋼難加工的真正原因是整族被削性系統性偏低。下表以 AISI 1212 易削鋼為 100% 基準:
| 材料類別 | 代表牌號與被削性(%) |
|---|---|
| 碳鋼 | 1045 = 57%、1020 = 72%、1212 = 100%(基準) |
| 合金鋼 | 4140 = 66%、4340 = 57%、8620 = 68% |
| 模具鋼 | D2 = 27%、H13 = 46%、P20 = 38%、S7 = 45%、A2 = 42%、O1 = 42%(普遍落在 25–49%) |
| 灰鑄鐵 | Class 20 = 73%、Class 40 = 48% |
| 鋁合金 | 6061-T = 200%、7075-T = 140% |
被削性為以 AISI 1212 = 100% 為基準的 AISI/SAE 公開測試結果(ISCAR 整理),為原廠示例、非本站量測,實際隨熱處理與批次而變。
模具鋼普遍 25–49%,遠低於碳鋼、合金鋼的 57–100%;鋁合金反而超基準(140–200%),故鋁原型模加工快、成本低。
五、JIS 和 AISI 對照:看懂 SKD11 就是 D2
台灣同時流通日規(JIS)與美規(AISI),一支鋼常有兩三個名字,下表為最常用對應。
| JIS 代號 | AISI 對應 | 類別 |
|---|---|---|
| SKD11 | D2 | 冷作模具鋼 |
| SKD1 | D3 | 冷作模具鋼 |
| SKD12 | A2 | 冷作模具鋼 |
| SKD61 | H13 | 熱作模具鋼 |
| SKT4 | L6 | 熱作模具鋼 |
| SK105 | W1-10 | 碳工具鋼 |
| SKH51 | M2 | 高速鋼(鉬系) |
JIS／AISI 對照引自日本特殊鋼俱樂部 2017 年改訂版(日立型錄轉載);「對應」為分類對應、不代表成分完全相同,跨廠替代查各廠規格書。更完整對照見模具鋼牌號對照表。
六、依硬度選刀:軟材、預硬、硬化各有打法
把硬度與被削性擺一起,按硬度區間拆開。
軟質退火到預硬(HB 250 以下到約 HRC 44)以高效率去除為主,主流是高進給銑削(HFM):小切深加超高每齒進給,可從軟材做到預硬鋼。細節見P 類鋼料加工指南。
硬化到 HRC 45 以上進入硬銑硬車、縮餘量精加工,常用 CBN 而非鑽石(鑽石對鐵易反應、高溫加速磨損,鋼鐵仍靠 CBN、陶瓷或鎢鋼)。細節見H 類高硬度鋼加工指南與切削刀具材料大全。
複雜型腔的分工:HFM 管軟材與預硬鋼粗加工、幫浦銑削管複雜型腔粗加工、HSM 管硬鋼精加工。
七、選型框架:先分難度,再走 AGG 三步
先判加工難度、再照 AGG 框架選刀;難度是幾何複雜度乘材料被削性,分低、中、高三級。
照 AGG 順序選刀,順序不能顛倒:
| 步驟 | 要回答的問題 |
|---|---|
| A 應用(Application) | 加工類型、工件材料與硬度、所需精度與表面品質、加工餘量、策略、加工強度、夾持型式、工具機功率與轉速、冷卻方式 |
| G 幾何(Geometry) | 針對上述需求,哪種切削幾何合適;可轉位式與整體式兩種概念都要一起評估,不預設立場 |
| G 牌號(Grade) | 針對上述需求,哪種刀具材料牌號最合適 |
AGG 強制先定應用、再選幾何、最後才選牌號。刀具採購占單件成本很小卻常是效率瓶頸,應追求最高效率而非最低採購價;依 P/M/K/N/S/H 選材見刀具材料系列分類。
最後更新:2026-07-26
八、常見問題 FAQ
Q：ASSAB 718 和 Inconel 718 是同一種鋼嗎?
不是,只是數字都是 718。ASSAB 718 是接近改良型 AISI P20 的預硬塑膠模具鋼(約 HRC 30、可直接加工),Inconel 718 是鎳基耐熱超合金、屬最難削 S 類,切削條件不能通用。
Q：為什麼模具鋼普遍被認為難加工?
因為整族被削性系統性偏低:以 1212=100% 為基準,模具鋼普遍 25–49%(D2 約 27%、P20 約 38%、H13 約 46%),遠低於碳鋼合金鋼的 57–100%。鋁合金反而超基準(6061 約 200%、7075 約 140%)。
Q：預硬鋼到底是多硬?可以直接精加工嗎?
無統一定義,一般認為低於 HRC 45(如 P20 多在 HRC 30–37 交貨)。多數可直接從粗加工做到精加工、免熱處理,實務以拿到料先確認硬度為準。
Q：硬化到 HRC 50 以上的模具鋼,該用什麼刀?
HRC 50 以上進入硬銑硬車、常用 CBN。別用鑽石(PCD)切鋼鐵(碳對鐵易反應、高溫加速磨損),鐵基硬材用 CBN、陶瓷或鎢鋼並搭配 HSM。
