精密型腔模具的抛光

精密型腔模具的抛光
1、引言
随着塑料工业的飞速发展，人们对塑料制品的质量要求越来越高；模具制造商受到的压力也越来越大，需要在保证和提高质量的同时，降低模具的制造成本和加工时间。

抛光作为制造塑料模具的一个重要环节，其质量和成本与模具息息相关。

⑴、模具型腔的尺寸要求、加工精度和表面粗糙
度直接影响到制品的外观质量。

所以，对其
提出了较高的要求，譬如，注射模具型腔表
面粗糙度要求小到Ra0.1～0.25μm的水平，
光学面则要求Ra小于0.01μm。

⑵、在模具制造的过程中，抛光成本约占模具总
成本的5%～25%，其作业时间约占模具总制造
时间的1/5，其效率直接关系到模具的生产成
本和交货期。

2、抛光的内涵
先引入研磨的概念，所谓的研磨就是在不损坏工件形状的条件下，尽可能减小工件表面粗糙度的方法。

在英文上书写为Polishing。

然而在光学作业领域里研磨又分为磨合和抛光两种类型。

研磨是使用氧化铝或碳化硅磨粒和以铸铁或氧化铝制成研磨用平板从事玻璃透镜等工件研磨加工。

而抛光主要是使工件具有光泽面的作业，即经过磨合后工件，需再次经过抛光处理才具有光学性的光泽面，故抛光可以扑看成是研磨的最后工序。

3、抛光的作用
⑴、提高模具型腔表面的粗糙度，减少树脂流动
时的阻力及脱模时的阻力，从而有利于塑件
的顺利脱模，提高制品的表观质量，也可以
获得某些特别的光学性能，或者为下一道工
序如：皮纹制作或镀层作准备。

⑵、提高模具结合面的精度，防止树脂渗漏，提
高模具尺寸精度及形状精度，相对也提高了
制品精度。

⑶、提高模具刚性及使用寿命，可以防止模具生
锈，亦可以避免产品局部应力的升高，一般
在磨削过程中会形成尖锐的锯齿或拐角，将
会增加应力集中造成破坏的危险，这样的拐
角必须抛光。

4、抛光的方法
抛光的种类比较多，有手工抛光、电解抛光、超声波抛光、挤压珩磨抛光、使用抛光机械进行抛光等技术，但对于形状比较复杂的模具型腔来说以及最后的光整加工，手工抛光仍然是目前主要的操作方法。

以下重点介绍手工抛光。

5、抛光的原理
抛光是借助于介质和工具，通过带动工件表面的自由磨粒使金属去除的方法。

各种不同的方法，对金属去除的程度不一样，也就是说其效率和抛光后模腔表面所能达到的粗糙度不一样，见表1。

⑴、电解抛光是利用电化学阳极溶解的原理对金
属表面进行抛光的一种表面加工方法。

此种抛
光效率高但型腔表面经电解抛光后尺寸略有
改变，因此对尺寸精度要求高的塑件，不宜采
用。

⑵、超声波抛光是利用超声波作为动力，推动细小
的磨粒以极高的速度冲击工件的表面，从工件
刮下无数的材料磨料，而达到加工的目的。

⑶、挤压珩磨抛光是将磨料均匀地分布于半流动
状态的粘弹性物质内，在一定的压力下强迫通
过被加工表面，由于磨料的压力摩擦和切削作
用，将工件表面的凸出部分去除。

⑷、手工抛光是利用油石、砂纸、研磨膏等磨料及
超音波研磨装置、气动超音波磨具等辅助工
具，对模腔表面进行微切削加工以去掉经机械
加工或EDM加工留下的刀痕或硬层，以达到提
高表面粗糙度的目的。

6、抛光的成本
每一副模具都有一个最佳的抛光时间，这个时间在很大程度上取决于模具表面的硬度、操作者的抛光技巧、前道工序的精整质量以及材料的抛光性能等因素。

抛光应遵循的原则：在细磨和抛光时，要有耐性循序渐进，要采取多道工序由粗到细，不要在很粗糙的表面进行抛光，上一道抛光所遗留的痕迹被去除后就必须立即停止抛光。

延时的抛光会使其成本大大增加，过度的抛光可能造成低品质的表面，即使和原先平整的表面遭到破坏，使较软的区域产生波纹，使之为“橘皮”效应（橘皮面）
7、影响模具抛光质量的因素
⑴、操作者的技能。

操作者的技能是指操作者在进行抛光时控制作用力的三要素（力的大小、方向、作用点）和作
用时间的能力。

A 、在手工抛光中，当对模具型腔施加的作用力的方向不同时，被抛光面各点去屑的速度也不同，因而将影响其表面质量。

如果要去除模腔表面的凹坑，抛光时作用力的方向应交错进行，以增大其端的去屑速度，这样有利于消除模腔表面的凹坑；若要消除模腔表面的凸形，抛光时作用力的方向应垂直于被抛模腔表面，以增加其中心的去屑速度，从而消除模腔表面的凸形。

在手工抛光中，模腔表面受作用力大的方向，其去屑速度也快，因而，作用力的大小及方向对模腔的抛光质量也有影响。

抛光所加的压力差不多以手指尖轻轻推压的力量就够了。

若推压的力太大会在工件表面留下伤痕，同时也会使形状精度降低。

B 、在手工抛光中，作用力的时间过短即：前道抛光手续遗留的痕迹没有去除就匆忙进入下一道手续，这样下去，其抛光结果一定很不理想；作用力的时间过长，则会增加其成本，还有可能引起“橘皮”效应，所以，作用力的时间对模腔的抛光质量也有影响。

⑵、磨料的性能
依据日本界研磨专家的解释，研磨剂应该包含有研磨材料的含义，其中“材料”指具有木材、原料和加工的含义。

但在研磨加工中是以钻石粉末或铝质磨料等材料或砂纸形成磨料，所以两者物质可以称为研磨剂也称为磨料。

A 、 磨料的硬度。

磨料的硬度是决定磨料抛光性能的最主要的因素之一。

磨料的硬度越高，其抛光能力越强。

所谓的抛光能力是指同粒度的不同种类的磨料，在相同工艺条件下的切削能力。

B 、 磨料的粒度。

磨料在实际的生产中是由一定范围内的大小颗粒组成，其形状与大小排列整齐，且不会和工件产生反应，这些颗粒包括最粗粒、粗粒、基本粒、混合粒和细粒，其中最粗粒、粗粒对磨料的质量影响归大，细粒在抛光中起非常小的切削作用。

为了提高磨料的抛光能力，提高磨料的基本粒的数量是行之有效的方法。

磨料的颗粒尺寸越小，抛光后所能达到的表面质量就越高。

表2列出了磨料的颗粒尺寸。

磨料的介质最常用的是金刚石磨料，用筛孔的尺寸来划分其级别，其数目越多，砂粒越细。

表3列出了常用抛光的磨料尺寸。

表3 抛光磨料的尺寸
⑶、模具材料的抛光性能。

A 、为了获得高品质的塑料制品，要求成型模具型腔的表面粗糙度要小（模腔表面要求纹理加工除外），因为型腔必须进行抛光以提高型腔表面的光洁度。

不同材质的工件以相同的加工方法及研磨加工方法进行加工时，所获得加工表面的粗糙度也不一样，见表4。

高碳钢抛光时易出现橘皮状缺陷，难以抛光到镜面程度。

选用的钢材应具有良好的抛光性能和切削性能且应组织微细均匀，无粗糙杂质和气孔存在，同时抛光时不应出现麻点或皮状缺陷。

B 、热处理是获得良好抛光表面的先决条件。

国内注重于发展易切、镜面抛光预硬塑料模具钢，采用调质态预硬处理，硬度可达23～45HR
C ，加工后不热处理，保证精度和耐磨性，又可加入适量S 、S-Ca 、S-Se 等易切屑元素以改善其抛光性能和切削性能。

表5列出了国内外新型塑料模具钢材（易切、抛光预硬钢类）。