表面處理技術(shù)延長(zhǎng)模具使用壽命

1、表面處理技術(shù)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)該什么涂層將幫助你獲得你和你的客戶(hù)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

2、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(hù)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

3、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)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

4、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)作為下次維護(hù)到期的一個(gè)基準(zhǔn)。因?yàn)槟阒来蟾攀裁磿r(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

5、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

6、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?？墒潜M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

7、，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

8、（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。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

9、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

10、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)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

11、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?#160; 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)樗麄兪褂玫牟牧习噙_(dá)40%的玻璃。為了幫助防止腐蝕

12、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)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

13、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)于抵制氧化有極佳的表現(xiàn)，因?yàn)樗康梅浅Ｒ恢?，薄薄的涂層厚度?.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

14、。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

15、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)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(hù)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

16、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)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