塑膠模具拋光的相關知識

1.0 掛鉤模具的表面光潔度

   在制造模具時必須注意到在模具的不同部位，其所要求的表面光潔度也隨之改變。而注塑時塑膠所接觸到的模具表面，客戶一般都會有較高的要求，尤其是透明的塑膠產品，光澤的表面對產品的賣相和價值有著正面的影響。

1.1 美國標準：

SPI將模具光潔度分為12級不同標準。每種光潔度所使用的處理材料都不同。SPI標準是使用厚3/8in，直徑1in的H13鋼料，再在圓形平面上以下表所列的表面處理材料加工而成。

表面光潔度標準及加工所使用的處理材料(SPI  AR-106)單位：inch

光潔度代號
所使用的表面處理材料
粗糙度平均Ra μ–in

A-1
第3級鑽石膏
0-1

A-2 第6級鑽石膏
1-2

A-3
第15級鑽石膏
2-3

B-1
600號砂紙
2-3

B-2
400號砂紙
4-5

B-3
320號砂紙
9-10

C-1
600號油石
10-12

C-2
400號油石
25-28

C-3
320號油石
38-42

D-1
噴11號玻璃珠
10-12

D-2
噴240號氧化砂
26-32

D-3
噴24號氧化砂
190-230

1.2 日本標準：
JIS標準是將模具光潔度分為6級。每級所使用的處理材料有其特定規格。JIS標準是使用直徑18mm，硬度由HRC56至60之間的鋼材，再在圓形平面上以下表所列的表面處理材料加工而成。
表面光潔度標準及加工所使用的處理材料(JIS K7140)單位：mm
光潔度代號
MR-1
MR-2
MR-3
MR-4
MR-5
MR-6

所使用的表面  材料

8000號(1至5μ)  鑽石粉
1200號 (8至20μ)  鑽石粉
360號鋼紙
150號油石
120號噴砂在5kgf/c㎡     氣壓下噴
46號噴在5kgf/c㎡     氣壓下噴

表面粗糙度(uRz)
最小
-
0.06
0.24
1.2
4.8
15
最大

0.03
0.12
0.48
1.7
6.6
19

2.0 影響拋光的因素：

2.1 制模的鋼材材質：
若模具表面的局部區域在硬度或其他性質方面發生偏離，就會在拋光過程中產生問題，如：各種類型的熔渣及砂孔。
真空去氧可減少大的溶渣及氧脆性，并能制造出更多的均勻材料。
電熔除渣(ESR)處理能極大的改善材料拋光性能，通過真空除氣可取得更好的效果。ESR處理可降低鋼材中熔渣的含量。

2.2 熱處理：
熱處理會多方面影響到拋光處理，一塊已經過淬火的鋼材似乎有一些不適于進行拋光的特征，主要原因是鋼材表層有小的氧化微粒。
另硬度越高，打磨工模的難度增加，但經過拋光后，則能獲得高的表面光潔度。硬度越高的模具，為使表面光潔度更高，拋光所需時間就要長些，但隨著硬度的增加，拋光過度的問題會相應減少。如熱處理工藝不當，鋼材產生太多殘余奧氏體或貝氏體，拋光效果也會不良。

2.3 拋光工藝技術：

一般來說，拋光工藝技術是影響拋光的最主要的因素，如果采用的拋光技術是適當的，而且熱處理得當，鋼材材質也較好，就能達到令人滿意的結果，然而如果采用的拋光技術不當，即使最佳的材質也會被毀掉的。

2.4 拋光前的表面狀況：
對EDM鋼材表面進行打磨要比其他進行傳統的機器加工及熱處理的表面難些。因EDM(即電火花)加工易在工模表面形成薄薄的一層加硬層。這一層的硬度要比母體的硬度高，必須除去表面更硬的一層，要比原母體材質更難于打磨。EDM后再作回火處理也可改善拋光性能。

3.0 典型的拋光程序：
機器加工
銑削加工
車削加工
磨削加工
EDM加工
粗打磨

油石粒度號
粗
80#
120#
150#
180#
220#
320#
細   400#
精打磨

砂紙粒度號
粗
320#
400#
600#
800#
1000#
細  1200#  

拋光
鉆石膏粒度號
粗
45μm
25μm
15μm
10μm
6μm
3μm
細   1μm

3.1 通常情況下，工模在經過不同的機器加工后，應采用如下流程：
◆   在銑削加工后，粗打磨、精打磨、拋光；
◆   在磨削加工后，粗打磨、精打磨、拋光；
◆   在EDM電加工后，精打磨、拋光；

3.2 打磨：
打磨是后面拋光作業成功的基礎，通過打磨將機器加工時留下的刮痕去除掉，使表面更平整，打磨時需留意：
a．打磨過程中不應產生大量的熱與壓力，這些會影響到材料的結構及硬度，應有充足的冷卻劑。
b.在每次紋理大小變更期間，應對手及工件進行清洗，以防止粗的磨粒或灰塵被帶入下一工作階段以影響更細的紋理。
c.在每次紋理大小變更時，應變換打磨方向。從向著與先前打磨方向成45°或90°角打磨，直至比上一次打磨的紋理更細致、均勻。

3.3 拋光：
鉆石膏是常用的拋光劑，如使用得當可獲得最佳的效果。
拋光用的工具，從不同類型的纖維到粘墊品，不同硬度的材質都很適當。如尼龍、紙、天鵝絨、棉花等。

拋光時需留意：

a．拋光應在一個無塵、通風處進行，因堅硬的塵粒易沾附于鉆石膏上會損毀快要磨好的表面；
b.每一個拋光工具都應僅用于一種鉆石膏，并注意防塵：
c.在每次更換鉆石膏時應清洗手與工件；
d．調節拋光壓力使之與拋光工具的硬度及鉆石膏粒度相適應，對于最細的鉆石膏，該壓力只有拋光工具的重量那么大即可。
e.拋光應從工模的角、邊、片或其他部位開始。

4.0 拋光中出現問題的解決：

  拋光所出現的主要問題是拋光過度。所謂拋光過度就是指拋光時間越長表面狀況反而越差。表面拋光過度通常是指以下兩種現象：“桔皮狀剝層”與“針孔” 。應當指出的是通常使用機器拋光時出現的機會較大。

4.1 桔皮狀剝層：

  拋光后，工件表面出現桔皮狀不規則剝層，主要原因是材質較軟、拋光施壓過大所致，堅硬的材質可以承受較高的拋光壓力，不易出現拋光過度。

  見到拋光表面出現變質就增加拋光壓力繼續進行拋光，這樣做就不可避免地會增加對表面的打磨。

  變質后要重新修復材料表面可采用如下方法：
方法1：在拋光前採用細打磨的方法除去表面變質的一層，在最后打磨完成后再開始拋光。在拋光時應當使用一個低于先前的拋光壓力。
方法2：在溫度低于最后一次回火溫度25℃(45F)時釋放應力，拋光前重復進行打磨直到表面狀態達到令人満意為止。再開始進行拋光，但拋光壓力應低于先前的拋光壓力。
   若結果仍不理想，就應增加材質的硬度，增加硬度有以下方法：
◆   可採用滲氮或滲碳的熱處理方法增加鋼材的表面硬度。

4.2 針孔：

一般在拋光過程中會產生的非常細小的針孔，這是由于一層已在拋光時磨掉熔渣物造成的，該溶渣物以堅硬的氧化物形態存在。在這一過程中常見的重要因素有：
◆拋光時間及壓力；
◆鋼材的純度，尤其是有關的熔渣物；
◆拋光使用工具；
◆磨料

為何會出現針孔原因之一是母體材質及熔渣硬度不同。在拋光過程中，磨去母體的速度高于磨去熔渣的速度，拋光可逐漸將下層地溶渣粒磨出來直到通過進一步的拋光將其它材料表面除去為止，這樣就剩下針孔，這個問題在磨料規則低于10μm及拋光工具太軟時較易出現。

最大限度的減少針孔的出現的一個方法是選擇高純度的工模鋼材，這主要取決于生產過程中的真空排氣及電子熔渣的提煉(ESR)。另外可以採用如下方法：

◆   在拋光前，使用一個軟的切割自如的磨石進行打磨，接著進行拋光。
◆   當使用磨料規則為10μm或小于10μm時就避免使用最軟的拋光工具。
◆   拋光時間應盡可能短些，使用壓力應盡量小些。

SPE標準與SPI標準對應表

#1 = A-1
#2 = A-3
#3 = B-3
#4 = C-3
#5 = D-2
#6 = D-3