選用不同品種鋼材作塑膠模具，其化學成分和力學效能各不相同，因此製造工藝路線不同；同樣，不同型別塑膠模具鋼採用的熱處理工藝也是不同的。本節主要介紹塑膠模具的製造工藝路線和熱處理工藝的特點。
一、塑膠模具的製造工藝路線
1.低碳鋼及低碳合金鋼制模具
例如，20，20Cr，20CrMnTi等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成形→再結晶退火→機械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
2.高合金滲碳鋼製模具
例如12CrNi3A，12CrNi4A鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→正火併高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
3.調質鋼製模具
例如，45，40Cr等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→修整、拋光→裝配。
4.碳素工具鋼及合金工具鋼製模具
例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等鋼的工藝路線為：下料→鍛成模坯→球化退火→機械粗加工→去應力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
5.預硬鋼製模具
例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等鋼。對於直接使用棒料加工的，因供貨狀態已進行了預硬化處理，可直接加工成形後拋光、裝配。對於要改鍛成坯料後再加工成形的，其工藝路線為：下料→改鍛→球化退火→刨或銑六面→預硬處理（34～42HRC）→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→拋光→裝配。
二、塑膠模具的熱處理特點
（一）滲碳鋼塑膠模的熱處理特點
1.對於有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑膠模具，要選用滲碳鋼來製造，並把滲碳、淬火和低溫回火作為最終熱處理。
2.對滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5mm，當壓制含硬質填料的塑膠時模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm，壓制軟性塑膠時滲碳層厚度為0.8～1.2mm。滲碳層的含碳量為0.7%～1.0%為佳。若採用碳、氮共滲，則耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化、防粘性就更好。
3.滲碳溫度一般在900～920℃，複雜型腔的小型模具可取840～860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時間為5～10h，具體應根據對滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以採用分級滲碳工藝為宜，即高溫階段（900～920℃）以快速將碳滲入零件表層為主；中溫階段（820～840℃）以增加滲碳層厚度為主，這樣在滲碳層內建立均勻合理的碳濃度梯度分佈，便於直接淬火。
4.滲碳後的淬火工藝按鋼種不同，滲碳後可分別採用：重新加熱淬火；分級滲碳後直接淬火（如合金滲碳鋼）；中溫碳氮共滲後直接淬火（如用工業純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具）；滲碳後空冷淬火（如高合金滲碳鋼製造的大、中型模具）。
（二）淬硬鋼塑膠模的熱處理
1.形狀比較複雜的模具，在粗加工以後即進行熱處理，然後進行精加工，才能保證熱處理時變形最小，對於精密模具，變形應小於0.05%。
2.塑膠模型腔表面要求十分嚴格，因此在淬火加熱過程中要確保型腔表面不氧化、不脫碳、不侵蝕、不過熱等。應在保護氣氛爐中或在嚴格脫氧後的鹽浴爐中加熱，若採用普通箱式電阻爐加熱，應在模腔面上塗保護劑，同時要控制加熱速度，冷卻時應選擇比較緩和的冷卻介質，控制冷卻速度，以避免在淬火過程中產生變形、開裂而報廢。一般以熱浴淬火為佳，也可採用預冷淬火的方式。
3.淬火後應及時回火，回火溫度要高於模具的工作溫度，回火時間應充分，長短視模具材料和斷面尺寸而定，但至少要在40～60min以上。
（三）預硬鋼塑膠模的熱處理
1.預硬鋼是以預硬態供貨的，一般不需熱處理，但有時需進行改鍛，改鍛後的模坯必須進行熱處理。
2.預硬鋼的預先熱處理通常採用球化退火，目的是消除鍛造應力，獲得均勻的球狀珠光體組織，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工效能或冷擠壓成形效能。
3.預硬鋼的預硬處理工藝簡單，多數採用調質處理，調質後獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度範圍很寬能夠滿足模具的各種工作硬度要求。由於這類鋼淬透性良好，淬火時可採用油冷、空冷或硝鹽分級淬火。表3-27為部分預硬鋼的預硬處理工藝，供參考。
表3-27 部分預硬鋼的預硬處理工藝
鋼 號 加熱溫度/℃ 冷卻方式 回火溫度/℃ 預硬硬度HRC
3Cr2Mo 830～840 油冷或160～180℃硝鹽分級 580～650 28～36
5NiSCa 880～930 油冷 550～680 30～45
8Cr2MnWMoVS 860～900 油或空冷 550～620 42～48
P4410 830～860 油冷或硝鹽分級 550～650 35～41
SM1 830～850 油冷 620～660 36～42
（四）時效硬化鋼塑膠模的熱處理
1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首先進行固溶處理，即把鋼加熱到高溫，使各種合金元素溶入奧氏體中，完成奧氏體後淬火獲得馬氏體組織。第二步進行時效處理，利用時效強化達到最後要求的力學效能。
2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進行，加熱時間分別可取：1min/mm、2～2.5min/mm，淬火採用油冷，淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時能準確控制終鍛溫度，鍛造後可直接進行固溶淬火。
3.時效處理最好在真空爐中進行，若在箱式爐中進行，為防模腔表面氧化，爐內須通入保護氣氛，或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑，在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要適當延長保溫時間，否則難以達到時效效果。部分時效硬化型塑膠模具鋼的熱處理規範可參照表3-28。
表3-28 部分時效硬化鋼的熱處理規範
鋼 號 固溶處理工藝 時效處理工藝 時效硬度HRC
06Ni6CrMoVTiAl 800～850℃油冷 510～530℃×（6～8）h 43～48
PMS 800～850℃空冷 510～530℃×（3～5）h 41～43
25CrNi3MoAl 880℃水淬或空冷 520～540℃×（6～8）h 39～42
SM2 900℃×2h油冷+700℃×2h 510℃×10h 39～40
PCR 1050℃固溶空冷 460～480℃×4h 42～44
三、塑膠模的表面處理
為了提高塑膠模表面耐磨性和耐蝕性，常對其進行適當的表面處理。
1.塑膠模鍍鉻是一種應用最多的表面處理方法，鍍鉻層在大氣中具有強烈的鈍化能力，能長久保持金屬光澤，在多種酸性介質中均不發生化學反應。鍍層硬度達1000HV，因而具有優良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性，在空氣中加熱到500℃時其外觀和硬度仍無明顯變化。
2.滲氮具有處理溫度低（一般為550～570℃），模具變形甚微和滲層硬度高（可達1000～1200HV）等優點，因而也非常適合塑膠模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮效能，用作塑膠模時進行滲氮處理可大大提高耐磨性。
適於塑膠模的表面處理方法還有：氮碳共滲、化學鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦，PVD、CVD法沉積硬質膜或超硬膜等。
選用不同品種鋼材作塑膠模具，其化學成分和力學效能各不相同，因此製造工藝路線不同；同樣，不同型別塑膠模具鋼採用的熱處理工藝也是不同的。本節主要介紹塑膠模具的製造工藝路線和熱處理工藝的特點。
一、塑膠模具的製造工藝路線
1.低碳鋼及低碳合金鋼制模具
例如，20，20Cr，20CrMnTi等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成形→再結晶退火→機械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
2.高合金滲碳鋼製模具
例如12CrNi3A，12CrNi4A鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→正火併高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
3.調質鋼製模具
例如，45，40Cr等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→修整、拋光→裝配。
4.碳素工具鋼及合金工具鋼製模具
例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等鋼的工藝路線為：下料→鍛成模坯→球化退火→機械粗加工→去應力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
5.預硬鋼製模具
例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等鋼。對於直接使用棒料加工的，因供貨狀態已進行了預硬化處理，可直接加工成形後拋光、裝配。對於要改鍛成坯料後再加工成形的，其工藝路線為：下料→改鍛→球化退火→刨或銑六面→預硬處理（34～42HRC）→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→拋光→裝配。
二、塑膠模具的熱處理特點
（一）滲碳鋼塑膠模的熱處理特點
1.對於有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑膠模具，要選用滲碳鋼來製造，並把滲碳、淬火和低溫回火作為最終熱處理。
2.對滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5mm，當壓制含硬質填料的塑膠時模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm，壓制軟性塑膠時滲碳層厚度為0.8～1.2mm。滲碳層的含碳量為0.7%～1.0%為佳。若採用碳、氮共滲，則耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化、防粘性就更好。
3.滲碳溫度一般在900～920℃，複雜型腔的小型模具可取840～860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時間為5～10h，具體應根據對滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以採用分級滲碳工藝為宜，即高溫階段（900～920℃）以快速將碳滲入零件表層為主；中溫階段（820～840℃）以增加滲碳層厚度為主，這樣在滲碳層內建立均勻合理的碳濃度梯度分佈，便於直接淬火。
4.滲碳後的淬火工藝按鋼種不同，滲碳後可分別採用：重新加熱淬火；分級滲碳後直接淬火（如合金滲碳鋼）；中溫碳氮共滲後直接淬火（如用工業純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具）；滲碳後空冷淬火（如高合金滲碳鋼製造的大、中型模具）。
（二）淬硬鋼塑膠模的熱處理
1.形狀比較複雜的模具，在粗加工以後即進行熱處理，然後進行精加工，才能保證熱處理時變形最小，對於精密模具，變形應小於0.05%。
2.塑膠模型腔表面要求十分嚴格，因此在淬火加熱過程中要確保型腔表面不氧化、不脫碳、不侵蝕、不過熱等。應在保護氣氛爐中或在嚴格脫氧後的鹽浴爐中加熱，若採用普通箱式電阻爐加熱，應在模腔面上塗保護劑，同時要控制加熱速度，冷卻時應選擇比較緩和的冷卻介質，控制冷卻速度，以避免在淬火過程中產生變形、開裂而報廢。一般以熱浴淬火為佳，也可採用預冷淬火的方式。
3.淬火後應及時回火，回火溫度要高於模具的工作溫度，回火時間應充分，長短視模具材料和斷面尺寸而定，但至少要在40～60min以上。
（三）預硬鋼塑膠模的熱處理
1.預硬鋼是以預硬態供貨的，一般不需熱處理，但有時需進行改鍛，改鍛後的模坯必須進行熱處理。
2.預硬鋼的預先熱處理通常採用球化退火，目的是消除鍛造應力，獲得均勻的球狀珠光體組織，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工效能或冷擠壓成形效能。
3.預硬鋼的預硬處理工藝簡單，多數採用調質處理，調質後獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度範圍很寬能夠滿足模具的各種工作硬度要求。由於這類鋼淬透性良好，淬火時可採用油冷、空冷或硝鹽分級淬火。表3-27為部分預硬鋼的預硬處理工藝，供參考。
表3-27 部分預硬鋼的預硬處理工藝
鋼 號 加熱溫度/℃ 冷卻方式 回火溫度/℃ 預硬硬度HRC
3Cr2Mo 830～840 油冷或160～180℃硝鹽分級 580～650 28～36
5NiSCa 880～930 油冷 550～680 30～45
8Cr2MnWMoVS 860～900 油或空冷 550～620 42～48
P4410 830～860 油冷或硝鹽分級 550～650 35～41
SM1 830～850 油冷 620～660 36～42
（四）時效硬化鋼塑膠模的熱處理
1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首先進行固溶處理，即把鋼加熱到高溫，使各種合金元素溶入奧氏體中，完成奧氏體後淬火獲得馬氏體組織。第二步進行時效處理，利用時效強化達到最後要求的力學效能。
2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進行，加熱時間分別可取：1min/mm、2～2.5min/mm，淬火採用油冷，淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時能準確控制終鍛溫度，鍛造後可直接進行固溶淬火。
3.時效處理最好在真空爐中進行，若在箱式爐中進行，為防模腔表面氧化，爐內須通入保護氣氛，或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑，在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要適當延長保溫時間，否則難以達到時效效果。部分時效硬化型塑膠模具鋼的熱處理規範可參照表3-28。
表3-28 部分時效硬化鋼的熱處理規範
鋼 號 固溶處理工藝 時效處理工藝 時效硬度HRC
06Ni6CrMoVTiAl 800～850℃油冷 510～530℃×（6～8）h 43～48
PMS 800～850℃空冷 510～530℃×（3～5）h 41～43
25CrNi3MoAl 880℃水淬或空冷 520～540℃×（6～8）h 39～42
SM2 900℃×2h油冷+700℃×2h 510℃×10h 39～40
PCR 1050℃固溶空冷 460～480℃×4h 42～44
三、塑膠模的表面處理
為了提高塑膠模表面耐磨性和耐蝕性，常對其進行適當的表面處理。
1.塑膠模鍍鉻是一種應用最多的表面處理方法，鍍鉻層在大氣中具有強烈的鈍化能力，能長久保持金屬光澤，在多種酸性介質中均不發生化學反應。鍍層硬度達1000HV，因而具有優良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性，在空氣中加熱到500℃時其外觀和硬度仍無明顯變化。
2.滲氮具有處理溫度低（一般為550～570℃），模具變形甚微和滲層硬度高（可達1000～1200HV）等優點，因而也非常適合塑膠模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮效能，用作塑膠模時進行滲氮處理可大大提高耐磨性。
適於塑膠模的表面處理方法還有：氮碳共滲、化學鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦，PVD、CVD法沉積硬質膜或超硬膜等。