表面處理延長(zhǎng)模具使用壽命

1、表面處理延長(zhǎng)模具使用壽命 當(dāng)前，我們需要了解非常多的有關(guān)塑料制模和如何你制作或運(yùn)行的高 價(jià)值的模具上得到最佳性能。 這個(gè)指南用于提供重要的技巧和有關(guān)模 具涂層的信息。在閱讀之后，你應(yīng)該什么涂層（從非常傳統(tǒng)的到最新 推出的）將幫助你獲得你和你的客戶期望的生產(chǎn)水平。畢竟，這些模 具是一種投資，而且為了制模產(chǎn)品的壽命，它們需要被保護(hù)。 涂層的關(guān)鍵作用 在向你介紹當(dāng)今市場(chǎng)上范圍廣泛的涂層之前， 注意涂層在有效的預(yù)防 性維護(hù)（ PM）程序方面所扮演的角色是非常重要的。 PM 真正是保護(hù)你的模具、你的投資的關(guān)鍵。為什么？因?yàn)樗?jié)約時(shí) 間和資金。一旦你投資于模具涂層以提高模具性能，于是 PM 程序通 常是確

2、保你得到最大利潤(rùn)的一個(gè)好主意。 這兩步在任何一個(gè)工廠內(nèi)都 是明確的。 記住，沒(méi)有涂層能永久保持， 而用一個(gè)涂層磨損的模具生產(chǎn)達(dá)不到標(biāo) 準(zhǔn)的零件決不能贏得客戶并保持盈利。 PM 可能是你能使用的最經(jīng)濟(jì) 的策略。關(guān)鍵是要教會(huì)你的員工有關(guān)模具的涂層是如何在生產(chǎn)過(guò)程中 磨損的。每種涂層都是不同的， 所以讓員工了解如何斷定涂層何時(shí)表 現(xiàn)出退化是有好處的，尤其是諸如澆口和流道等高磨損區(qū)域。 例如，澆口內(nèi)和澆口周?chē)鷧^(qū)域粘有硬鉻鍍層的磨損是你的模具需要服 務(wù)的第一個(gè)信號(hào)。 你如何能斷定有磨損呢？鉻鍍層大約比鋼材基體硬 HRC 20 度，所以鋼材暴露將比它周?chē)耐繉颖砻婺p得更快，引起 表面上輕微的或明顯的棱邊

3、或 “臺(tái)階 ”。 相反地，鎳幾乎將是均勻地磨損，產(chǎn)生一種 “羽狀 ”效應(yīng)，使其更難于 辨別磨損。一種更可識(shí)別的區(qū)別將是顏色，因?yàn)楫?dāng)鎳涂層磨損時(shí)，它 在鋼件上生成一種陰影或暈圈效應(yīng)。 與看起來(lái)略微失去光澤的鎳涂層 相比，鋼件也將具有一種更銀亮的外觀。 通過(guò) PM 程序的一個(gè)極其重要的特征， 這種知識(shí)使得模具在涂層磨損 之前就去維護(hù)。錯(cuò)過(guò)重要的磨損信號(hào)意味著更高得維修成本和額外的 拋光費(fèi)用。 鎳硼氮化物被一致地沉積并被用于有特別需要的場(chǎng)合。 它還具有耐蝕 的作用，而且能達(dá)到 HRC67 的硬度 測(cè)量磨損 推薦用于測(cè)量任何涂層磨損水平的工具是一種電子的厚度量規(guī)， 它結(jié) 合使用磁力和渦流電流以精確地測(cè)

4、量表面厚度。 當(dāng)模具首次抵達(dá)你的 工廠時(shí)，花點(diǎn)時(shí)間使用這種特殊的工具來(lái)測(cè)量表面厚度， 尤其是高磨 損區(qū)域。當(dāng)你用該模具進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)， 不時(shí)地暫停以再次測(cè)量那些區(qū)域。 當(dāng)你已經(jīng)確定涂層的磨損達(dá)到一個(gè)關(guān)鍵水平時(shí)， 取出模具并把它送到 外面去維護(hù)。 零件計(jì)數(shù) 確保完好地記錄厚度量規(guī)測(cè)量的結(jié)果， 并且以此創(chuàng)建該模具維護(hù)需求 的歷史記錄。安裝在模具上的一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)器將使模具工程師能在記 錄磨損水平時(shí)比較生產(chǎn)的零件數(shù)量，從而使 PM 程序的效果加倍。零 件計(jì)數(shù)是確定維護(hù)需求的一個(gè)很好的方法，尤其是大批量的制模項(xiàng) 目。 從剛開(kāi)始制模起， 保持一個(gè)精確的零件計(jì)數(shù)， 一直到它的首次維護(hù)作 業(yè)。把那個(gè)計(jì)數(shù)作為下次維

5、護(hù)到期的一個(gè)基準(zhǔn)。 因?yàn)槟阒来蟾攀裁?時(shí)侯模具將需要再次修整， 你能要求涂層廠商提前安排這個(gè)服務(wù)。 這 不僅能使他有充足的時(shí)間安排你的模具維護(hù)的進(jìn)度， 而且使你最優(yōu)化 模具和制模設(shè)備的使用。 涂層的挑戰(zhàn) 即使是現(xiàn)在，仍有人質(zhì)疑使用價(jià)格高昂（有時(shí)更昂貴）的涂層來(lái)延長(zhǎng) 模具壽命或提高性能的好處。 對(duì)某些人來(lái)說(shuō)， 可靠的和確切的硬鉻涂 層和非電鍍鎳涂層就是他們實(shí)現(xiàn)那些目標(biāo)的所有需求。 但是我們都知 道當(dāng)今的工程塑料材料對(duì)于注塑模是有相當(dāng)大的損害的。 模具維護(hù)的挑戰(zhàn)的延伸超越了玻璃和礦物填料，包括稻殼、木纖維、 金屬粉末、阻燃劑和其它添加劑（不用說(shuō)樹(shù)脂本身） 。此外，起除氣 和除水的酸通常伴隨著磨料

6、磨損，使得昂貴的模具的服務(wù)費(fèi)用更高。 另外，模具設(shè)計(jì)復(fù)雜性的增長(zhǎng)包括更細(xì)小、 更錯(cuò)綜復(fù)雜的流道和更頻 繁地使用活動(dòng)型芯和滑塊。 所有這些因素已經(jīng)促進(jìn)了能使模具在兩次 維修之間運(yùn)轉(zhuǎn)更長(zhǎng)的各種模具涂層的開(kāi)發(fā)。 新的涂層科技 如果你正用模具制作非常復(fù)雜的使用玻璃填充材料的零件， 你也許認(rèn) 為使用硬鉻涂層將是足夠充分的， 因?yàn)樗潜Ｗo(hù)模具免受腐蝕和磨損 的一種經(jīng)典、可靠的方法。 可是盡管它有很多好處，硬鉻涂層在象加 強(qiáng)筋和凸臺(tái)等細(xì)節(jié)復(fù)雜的區(qū)域不容易涂得一致。 有一個(gè)更新的方案 - 鎳鈷合金涂層能克服那個(gè)限制。 諸如很深的加強(qiáng)筋、凸臺(tái)和有紋理的表面等復(fù)雜細(xì)節(jié)能被涂 層并當(dāng)使用鎳 -PTFE 涂層時(shí)將提高

7、脫模能力。鎳鈷涂層 鎳鈷涂層可以是硬鉻涂層的一種經(jīng)濟(jì)的替代方案。 硬鉻涂層要求構(gòu)建 一種一致的陽(yáng)極對(duì)模具進(jìn)行涂層。 模具的細(xì)節(jié)越復(fù)雜， 制作陽(yáng)極花費(fèi) 的時(shí)間越多，而且工藝變得更昂貴。這種鎳鈷合金涂層不需要涂層， 而且因?yàn)槠浞请婂兊奶匦?，它結(jié)合的一致性要好得多。 鈷為它提供良好的耐磨性，但其硬度為 HRC 62，比硬鉻涂層低 10 度。為硬鉻涂層優(yōu)異的磨損保護(hù)能力支付額外費(fèi)用值得嗎 ? 你必須要 考慮模具內(nèi)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的材料。 玻璃的百分比是多少？腐蝕比磨損有更 多的影響嗎？ 金剛石鉻涂層 硬鉻涂層和鎳鈷合金涂層為耐磨性提供兩種非常好的解決方案， 但是 對(duì)于耐磨性要求非常高的工況， 一種叫做金剛石鉻

8、涂層的更新產(chǎn)品提 供格外的保護(hù)。 它的洛氏硬度值大于 85，而且它是一種鉻基復(fù)合散布的納米級(jí)球形 金剛石顆粒的涂層。 既然金剛石有無(wú)與倫比的硬度， 這種涂層提供超 出標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)。 雖然它們的洛氏硬度值相當(dāng)，但是金剛石鉻涂層優(yōu)于氮化鈦（ TiN） 涂層，因?yàn)樗鼘⒉粫?huì)在涂層模具的尺寸完整性方面妥協(xié)。 區(qū)別在于它 僅能應(yīng)用于大約 130 oF，而要求的應(yīng)用溫度為 800 oF 或更高。 金剛石鉻涂層能在預(yù)硬、 熱處理或滲氮的鋼件和其它諸如鋁合金、 銅 鈹合金和不銹鋼等基體材料上涂層。 推薦的使用場(chǎng)合包括型芯、 型腔、 滑塊、推頂套和回轉(zhuǎn)式及退扣式型芯。 它的防咬合性能對(duì)于活動(dòng)型芯 和滑塊是有優(yōu)勢(shì)的。

9、 金剛石鉻涂層的剝離性也非常好， 而且對(duì)基體材料沒(méi)有副作用， 當(dāng)需 要維護(hù)時(shí)節(jié)約時(shí)間和資金。 就 TiN 涂層的剝離性而言， 采用過(guò)氧化基 的溶液可能花費(fèi)幾天時(shí)間才能去除。 在腐蝕溶液中使用反相電蝕， 金 剛石鉻涂層能在數(shù)分鐘內(nèi)剝離。 另外，金剛石鉻涂層在百萬(wàn)分之 20 英寸到 0.001 英寸之間以任意控 制的厚度被沉積。 TiN 通常僅應(yīng)用于百萬(wàn)分之幾英寸的薄涂層。金 剛石鉻涂層能涂覆復(fù)雜的細(xì)節(jié)，而 TiN 的復(fù)雜細(xì)節(jié)涂覆能力非常有 限。然而 TiN 是非常光滑的， 摩擦系數(shù)（ COF）為 0.4（相對(duì)于鋼件）， 金剛石鉻涂層的摩擦系數(shù)為 0.15 ，光滑程度提高近三倍。 鎳- 氮化硼涂層

10、 就制模工需要的能提供極佳的脫模性能和很高的耐磨損、 耐熱及耐蝕 的特殊涂層而言，應(yīng)該考慮包含氮化硼顆粒的非電鍍鎳 -磷基涂層。 它具有非常低的摩擦系數(shù) （相對(duì)于鋼件為 0.05 ）和洛氏 54 度的硬度， 在熱處理后硬度能提高到 HRC67（一種獨(dú)特的特性） 。鎳-氮化硼涂層 僅在 185oF 時(shí)能被應(yīng)用于任何基體，而且能容易地剝離而不損害基 體材料。雖然它的價(jià)格比鎳 -PTFE涂層大約貴 20% ，這種涂層在不超 過(guò) 1250oF 時(shí)將優(yōu)于鎳 -PTFE 涂層，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越所有 PTFE 基涂層在 500oF 時(shí)的最大限制 因?yàn)閼?yīng)用鎳 - 氮化硼涂層是一種自動(dòng)催化的工藝，它不需要陽(yáng)極，因 此節(jié)

11、約時(shí)間和資金。此外， 它將不會(huì)損害模具的導(dǎo)熱性。應(yīng)用場(chǎng)合包 括用于罩蓋的退扣式型芯，縮短加工節(jié)拍是至關(guān)重要的。 當(dāng)為了從深加強(qiáng)筋、不抽取型芯、紋理表面和 “粘”的聚合物中獲得更 好的脫模而需要光滑時(shí)， 一種鎳-PTFE 涂層將大幅提高零件的脫模性 能并提高樹(shù)脂流動(dòng)性，加工節(jié)拍縮短多達(dá) 4% 到 8% 。相對(duì)于鋼件的 摩擦系數(shù)為 0.10 。 應(yīng)該注意，將純的 PTFE 應(yīng)用于模具增加了很高的潤(rùn)滑能力，但僅僅 是一個(gè)時(shí)間非常短的好處。 PTFE 本身并不硬，因此它不持久。但是 散布的體積為 25%的 PTFE 與鎳共同沉積獲得 HRC 45度的硬度，提 高了耐磨性和耐蝕性。 可靠且確切 盡管有新

12、的涂層科技，我們不能拋棄老式、可靠的涂層，就像現(xiàn)在還 存在的硬鉻涂層和非電鍍鎳涂層。無(wú)疑它們?nèi)匀挥衅溆锰帯?硬鉻涂層 例如，硬鉻涂層最大的優(yōu)勢(shì)是它的硬度為洛氏 72 度并且能被應(yīng)用于 130 oF 的低溫。當(dāng)應(yīng)用它最純的形式時(shí)，它使你在制模時(shí)獲得任意 SPI 的精度。 硬鉻涂層通常是電路保護(hù)器模具的一個(gè)很好的選擇， 因?yàn)樗麄兪褂玫?材料包含多達(dá) 40% 的玻璃。為了幫助防止腐蝕并保護(hù)模具澆口及其 周?chē)膮^(qū)域免于嚴(yán)重的損壞，通常推薦使用一種高質(zhì)量的金剛石拋 光，為了增強(qiáng)防護(hù)能力， 接下來(lái)涂一層 0.0003 到 0.0005 英寸的硬鉻 鍍層。 不利的一面可能是成本， 因?yàn)殂t涂層可到達(dá)的區(qū)域受陽(yáng)

13、極的限制。 如 果你的模具有復(fù)雜的細(xì)節(jié)， 它可能需要一致性特別好的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)， 而 那樣做增加了項(xiàng)目的時(shí)間和費(fèi)用。 另一個(gè)可能的缺點(diǎn)是鉻的環(huán)境影響 -鉻是一種致癌物質(zhì)。一些公司正在試圖開(kāi)發(fā)更好、更清潔的替代品， 但是迄今從模具的觀點(diǎn)看，比不上硬鉻涂層的好處。 非電鍍的鎳涂層 象硬鉻涂層那樣， 非電鍍的鎳涂層已經(jīng)成功地使用很多年了， 尤其是 在諸如 PVC或鹵化的 阻燃劑等材料生成腐蝕性逸出氣體的場(chǎng)合保護(hù) 模具?？吹竭@些樹(shù)脂產(chǎn)生橘黃的銹跡是常見(jiàn)的， 幾乎就在你眼前腐蝕 未受保護(hù)的模具。 用于電子或醫(yī)療行業(yè)的這些材料進(jìn)行制模的產(chǎn)品通 常不能容忍任何氧化的副產(chǎn)品出現(xiàn)。 非電鍍的鎳涂層對(duì)于抵制氧化有極佳

14、的表現(xiàn)，因?yàn)樗康梅浅Ｒ恢拢?薄薄的涂層厚度在 0.0002 到 0.0003 英寸。甚至是細(xì)節(jié)復(fù)雜零件的致 密區(qū)域，洛氏硬度 50 度的非電鍍鎳涂層對(duì)于防護(hù)腐蝕是理想的。它 能以非常精確的 0.002 到 0.003 英寸的厚度進(jìn)行沉積， 而且能進(jìn)行磨 削或 EDM 加工。因此，非電鍍鎳涂層通常被用于閃亮的鉻下面的尺 寸加厚、用于擴(kuò)大帶螺紋的型芯和鑲塊或精密尺寸的型腔。 它對(duì)于整 個(gè)模架、 A板和 B板、頂板支架、推板和支撐板也做得很好，提供多 年的維修少、不生銹的加工。 了解模具的保護(hù)層 如果需要，在確定使用什么涂層之前，必須考慮模具的涂層，如前所 指，因?yàn)槟撤N保護(hù)層可能真正提高了對(duì)模具涂

15、層得需要， 而一些制品 的工作性能極好，提高潤(rùn)滑性和脫模性能。 有四種標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 保護(hù)層：金剛石、石頭、紙張和噴丸。每一種都為 模具表面提供一種不同的外觀，從光澤的、像鏡面的表面（ A-1 金剛 石）到相當(dāng)粗糙的、顆粒狀組織（用玻璃珠或氧化鋁進(jìn)行噴丸） 。四 種保護(hù)層中的每一種也都各有三種牌號(hào)。 金剛石 A-1 金剛石保護(hù)層是現(xiàn)有最完美的保護(hù)層， 這意味著它具有最低的 RA 值（粗糙度平均值）。沒(méi)有高高低低的波峰、波谷。例如，鋼件上的 擦痕能使粗糙度達(dá)到 RA 2 到 4，然而 A-1 金剛石是鏡頭般的光滑， 通常為 RA 1 或更低。粗糙度幾乎測(cè)量不出。 但是很多塑料材料象膠水那樣粘在無(wú)

16、瑕疵、 像鏡面的保護(hù)層上， 使這 樣完美的光滑度在很多制模應(yīng)用中幾乎是有害的。 一個(gè)很好的例子就 是在一個(gè)拋光的直壁型芯上用 1d 或更低的抽取力進(jìn)行聚苯乙烯的制 模。零件上會(huì)出現(xiàn)條紋或拖痕。 這可通過(guò)在型芯上涂閃亮的鉻涂層得 到解決，在表面生成微裂紋。用 PTFE浸滲那些裂紋并接著重建 A-1 金 剛石保護(hù)層解決 95% 以上的問(wèn)題。 薄壁容器模具增加了使用金剛石保護(hù)層的又一方面。 酸奶油、酸奶酪 和松軟干酪容器的制模工發(fā)現(xiàn)如果他們的產(chǎn)品具有一些光澤則對(duì)客 戶更有吸引力。 為了獲得那個(gè)效果， 這些零件要求一個(gè)具有輕微斷續(xù) 的光澤調(diào)節(jié)的金剛石含量高的保護(hù)層， 那樣就產(chǎn)生稍稍的光澤。 這個(gè) 保護(hù)

17、層的調(diào)節(jié)也使得零件的脫模效果更好。 在諸如這一類(lèi)的薄壁制模應(yīng)用中，應(yīng)用了一種玻璃噴丸的保護(hù)層 - 僅夠非常輕微的中斷無(wú)瑕疵的 A-2 金剛石表面。表面被再次拋光， 僅留有少量幾乎看不見(jiàn)的點(diǎn)刻。 這個(gè)保護(hù)層加上鎳 -PTFE 涂層將很大 地改善零件的脫模并提高模具的填料。 酚醛塑料和其它熱固塑料幾乎需要一個(gè)完美的保護(hù)層， 并且用金剛石 保護(hù)層能工作得特別好。把它和一種類(lèi)似鉻或金剛石 -鉻的高硬度保 護(hù)涂層結(jié)合在一起，你將強(qiáng)化模具的表面并最優(yōu)化脫模性能。 再者，使用一種局部的 PTFE 涂層將有最小的好處，因?yàn)樗鼘⒉粫?huì)持 續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間。純粹的 PTFE 的成功應(yīng)用取決于擁有模具保護(hù)層中充 分的顆粒結(jié)構(gòu)來(lái)支撐涂層。 既然熱固塑料的制模需要模具上有完美的 保護(hù)層，PTFE自身將對(duì)表面產(chǎn)生有限的粘附并因此將相當(dāng)快地失效。 紋理與脫模 當(dāng)今有很多帶紋理的表面，包括汽車(chē)儀表板的人造革，呼叫機(jī)、手機(jī) 和計(jì)算機(jī)部件上可見(jiàn)到的木材紋理、 幾何花紋和點(diǎn)狀符號(hào)圖形。 電鍍 的模具涂層對(duì)于獲得具有足夠潤(rùn)滑性的紋理表面通常是至關(guān)重要的。 紋理表面需要保護(hù)。 紋理表面的波峰是模具細(xì)節(jié)特征遭受磨損的第一 個(gè)區(qū)域，使其對(duì)于用輪廓曲線儀定期測(cè)量模具的顆粒深度和波峰數(shù)量 的檢查變得非常重要。 通過(guò)維護(hù)紋理表面的完整性