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塑料模具抛光方法(实用)
随着塑料制品日溢广泛的应用，如日化用品和饮料包装容器等，外观的需要往往要求塑料模具型腔的表面达到镜面抛光的程度。而生产光学镜片、镭射唱片等模具对表面粗糙度要求极高，因而对抛光性的要求也极高。抛光不仅增加工件的美观，而且能够改善材料表面的耐腐蚀性、耐磨性，还可以使模具拥有其它优点，如使塑料制品易于脱模，减少生产注塑周期等。因而抛光在塑料模具制作过程中是很重要的一道工序。

1 抛光方法
目前常用的抛光方法有以下几种：
1.1 机械抛光
机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主，特殊零件如回转体表面，可使用转台等辅助工具，表面质量 要求高的可采用超精研抛的方法。超精研抛是采用特制的磨具，在含有磨料的研抛液中，紧压在工件被加工表面上，作高速旋转运动。利用该技术可以达到Ra0.008μm的表面粗糙度，是各种抛光方法中最高的。光学镜片模具常采用这种方法。

1.2 化学抛光
化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面。这种方法的主要优点是不需复杂设备，可以抛光形状复杂的工件，可以同时抛光很多工件，效率高。化学抛光的核心问题是抛光液的配制。化学抛光得到的表面粗糙度一般为数10μm。

1.3 电解抛光
电解抛光基本原理与化学抛光相同，即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。与化学抛光相比，可以消除阴极反应的影响，效果较好。电化学抛光过程分为两步：
（1）宏观整平 溶解产物向电解液中扩散，材料表面几何粗糙下降，Ra＞1μm。
（2）微光平整 阳极极化，表面光亮度提高，Ra＜1μm。

1.4 超声波抛光
将工件放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中，依靠超声波的振荡作用，使磨料在工件表面磨削抛光。超声波加工宏观力小，不会引起工件变形，但工装制作和安装较困难。超声波加工可以与化学或电化学方法结合。在溶液腐蚀、电解的基础上，再施加超声波振动搅拌溶液，使工件表面溶解产物脱离，表面附近的腐蚀或电解质均匀；超声波在液体中的空化作用还能够抑制腐蚀过程，利于表面光亮化。

1.5 流体抛光
流体抛光是依靠高速流动的液体及其携带的磨粒冲刷工件表面达到抛光的目的。常用方法有：磨料喷射加工、液体喷射加工、流体动力研磨等。流体动力研磨是由液压驱动，使携带磨粒的液体介质高速往复流过工件表面。介质主要采用在较低压力下流过性好的特殊化合物（聚合物状物质）并掺上磨料制成，磨料可采用碳化硅粉末。

1.6 磁研磨抛光
磁研磨抛光是利用磁性磨料在磁场作用下形成磨料刷，对工件磨削加工。这种方法加工效率高，质量好，加工条件容易控制，工作条件好。采用合适的磨料，表面粗糙度可以达到Ra0.1μm。

2 机械抛光基本方法
在塑料模具加工中所说的抛光与其他行业中所要求的表面抛光有很大的不同，严格来说，模具的抛光应该称为镜面加工。它不仅对抛光本身有很高的要求并且对表面平整度、光滑度以及几何精确度也有很高的标准。表面抛光一般只要求获得光亮的表面即可。镜面加工的标准分为四级：AO=Ra0.008μm，A1=Ra0.016μm，A3=Ra0.032μm，A4=Ra0.063μm，由于电解抛光、流体抛光等方法很难精确控制零件的几何精确度，而化学抛光、超声波抛光、磁研磨抛光等方法的表面质量又达不到要求，所以精密模具的镜面加工还是以机械抛光为主。

2.1 机械抛光基本程序
要想获得高质量的抛光效果，最重要的是要具备有高质量的油石、砂纸和钻石研磨膏等抛光工具和辅助品。而抛光程序的选择取决于前期加工后的表面状况，如机械加工、电火花加工，磨加工等等。机械抛光的一般过程如下：
（1）粗抛 经铣、电火花、磨等工艺后的表面可以选择转速在35 000—40 000 rpm的旋转表面抛光机或超声波研磨机进行抛光。常用的方法有利用直径Φ3mm、WA # 400的轮子去除白色电火花层。然后是手工油石研磨，条状油石加煤油作为润滑剂或冷却剂。一般的使用顺序为#180 ~ #240 ~ #320 ~ #400 ~ #600 ~ #800 ~ #1000。许多模具制造商为了节约时间而选择从#400开始。
（2）半精抛 半精抛主要使用砂纸和煤油。砂纸的号数依次为：#400 ~ #600 ~ #800 ~ #1000 ~ #1200 ~ #1500。实际上#1500砂纸只用适于淬硬的模具钢（52HRC以上），而不适用于预硬钢，因为这样可能会导致预硬钢件表面烧伤。
（3）精抛 精抛主要使用钻石研磨膏。若用抛光布轮混合钻石研磨粉或研磨膏进行研磨的话，则通常的研磨顺序是9μm（#1800）~ 6μm（#3000）~3μm（#8000）。9μm的钻石研磨膏和抛光布轮可用来去除#1200和#1500号砂纸留下的发状磨痕。接着用粘毡和钻石研磨膏进行抛光，顺序为1μm（#14000）~ 1/2μm（#60000）~1/4μm（#100000）。
精度要求在1μm以上（包括1μm）的抛光工艺在模具加工车间中一个清洁的抛光室内即可进行。若进行更加精密的抛光则必需一个绝对洁净的空间。灰尘、烟雾，头皮屑和口水沫都有可能报废数个小时工作后得到的高精密抛光表面。

2.2 机械抛光中要注意的问题
用砂纸抛光应注意以下几点：
（1）用砂纸抛光需要利用软的木棒或竹棒。在抛光圆面或球面时，使用软木棒可更好的配合圆面和球面的弧度。而较硬的木条像樱桃木，则更适用于平整表面的抛光。修整木条的末端使其能与钢件表面形状保持吻合，这样可以避免木条（或竹条）的锐角接触钢件表面而造成较深的划痕。
（2）当换用不同型号的砂纸时，抛光方向应变换45°~ 90°，这样前一种型号砂纸抛光后留下的条纹阴影即可分辨出来。在换不同型号砂纸之前，必须用100％纯棉花沾取酒精之类的清洁液对抛光表面进行仔细的擦拭，因为一颗很小的沙砾留在表面都会毁坏接下去的整个抛光工作。从砂纸抛光换成钻石研磨膏抛光时，这个清洁过程同样重要。在抛光继续进行之前，所有颗粒和煤油都必须被完全清洁干净。
（3）为了避免擦伤和烧伤工件表面，在用#1200和#1500砂纸进行抛光时必须特别小心。因而有必要加载一个轻载荷以及采用两步抛光法对表面进行抛光。用每一种型号的砂纸进行抛光时都应沿两个不同方向进行两次抛光，两个方向之间每次转动45°~ 90°。
钻石研磨抛光应注意以下几点：
（1）这种抛光必须尽量在较轻的压力下进行特别是抛光预硬钢件和用细研磨膏抛光时。在用#8000研磨膏抛光时，常用载荷为100~200g/cm2，但要保持此载荷的精准度很难做到。为了更容易做到这一点，可以在木条上做一个薄且窄的手柄，比如加一铜片；或者在竹条上切去一部分而使其更加柔软。这样可以帮助控制抛光压力，以确保模具表面压力不会过高。
（2）当使用钻石研磨抛光时，不仅是工作表面要求洁净，工作者的双手也必须仔细清洁。
（3）每次抛光时间不应过长，时间越短，效果越好。如果抛光过程进行得过长将会造成“橘皮”和“点蚀”。
（4）为获得高质量的抛光效果，容易发热的抛光方法和工具都应避免。比如：抛光轮抛光，抛光轮产生的热量会很容易造成“橘皮”。
（5）当抛光过程停止时，保证工件表面洁净和仔细去除所有研磨剂和润滑剂非常重要，随后应在表面喷淋一层模具防锈涂层。

3 影响模具抛光质量的因素
由于机械抛光主要还是靠人工完成，所以抛光技术目前还是影响抛光质量的主要原因。除此之外，还与模具材料、抛光前的表面状况、热处理工艺等有关。优质的钢材是获得良好抛光质量的前提条件，如果钢材表面硬度不均或特性上有差异，往往会产生抛光困难。钢材中的各种夹杂物和气孔都不利于抛光。

3.1 不同硬度对抛光工艺的影响
硬度增高使研磨的困难增大，但抛光后的粗糙度减小。由于硬度的增高，要达到较低的粗糙度所需的抛光时间相应增长。同时硬度增高，抛光过度的可能性相应减少。

3.2 工件表面状况对抛光工艺的影响
钢材在切削机械加工的破碎过程中，表层会因热量、内应力或其他因素而损坏，切削参数不当会影响抛光效果。电火花加工后的表面比普通机械加工或热处理后的表面更难研磨，因此电火花加工结束前应采用精规准电火花修整，否则表面会形成硬化薄层。如果电火花精修规准选择不当，热影响层的深度最大可达0.4mm。硬化薄层的硬度比基体硬度高，必须去除。因此最好增加一道粗磨加工，彻底清除损坏表面层，构成一片平均粗糙的金属面，为抛光加工提供一个良好基础.
模具表面为什么要力求光洁
随着塑胶制品日益广泛的应用，对塑胶模具的表面质量往往要求达到镜面抛光度。生产光学镜片的模具对表面光洁度要求极高，因而对抛光性的要求也极高。
提高表面光洁度还可以使用模具拥有其它优点，这些优点包括：
 l       使塑料制品易于脱模
        减少局部腐蚀的危险l
       l 减少由于骤然高温或疲劳而产生断裂和开裂的危险
本文总结了影响模具抛光性的各种因素，针对常使用的钢材如何以较经济的方式获得所需的光洁度及提出了加工方面的建议。在采纳这些建议以求达到所需光洁度时，抛光操作者的技巧、经验和技术起着很重要的作用。
如何判断模具的表面质量
判断模具表面质量时要注意两点：道德模具表面必须具有准确的几何形状，并没有起伏不平的长形波浪纹。这种现象是由于早前用吵轮或油石研磨时留下的缺陷。
其次，经镜面处理的模具表面必须没有刮痕、小孔、橙皮纹（橘皮）及微坑（针孔）等缺陷。能常采用肉眼来判断模具的表面质量，但有时会有些困难，因为用肉眼判断会产生偏差，看上去很光洁的平面在几何学上并非完全的平坦。
在较复杂的情况下，模具的表面质量需要用仪器来检测，如采用光学干涉技术。
影响表面抛光性的因素
采用研磨的方法可使模具表面光洁，光洁的程度与下列因素有关：
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  工具钢的品质
        热处理工艺l
       l 抛光技术
通常认为抛光技术是最重要的影响因素。恰当的抛光技术配合品质优良的工具钢材及正确的热处理工艺才能得到满意的光洁度。反之，抛光技术不当，即使采用最优质的钢材也不会达到高度镜面的效果。

工具钢的质量
钢材表面硬度不均匀或特性上有差异往往会产生抛光困难。钢材中的各种夹杂物和气孔都不利于抛光。为了提高抛光性能，ASSAB在其模具钢材生产中采用了真空除气和电渣重熔精炼（ESR）技术。
采用真空除气技术可减少形成大量夹杂物和出现氢脆性的危险，同时亦获得组织均匀的钢材。
采用电渣重熔精炼（ESR）技术可显著地提高抛光性能，比采用真空除气技术效果更佳。采用电渣重熔精炼法（ESR）可减少杂质含量，合不可消除而剩余的微量杂质均匀地分段在钢材基体中，如图1所示。
采用电渣重熔炼法（ESR）炼制的STAVAX ESR 和OPTIMAX不锈模具钢特别适合制作表面光洁度要求极高的模具，如光学镜片模具。
热处理工艺
热处理在很多方面会影响到抛光性能。
表面硬化钢材由于表面碳成份啬，其细微组织不利于抛光。因为钢材表面的小氧化物颗粒曾加使抛光困难。钢材表面的渗碳或脱碳都会使硬度发生变化，造成抛光上的困难。

抛光技术
不同钢种对抛光工艺的影响
一般ASSAB模具钢材，在使用同等硬度时，采用标准的抛光工艺，所需的抛光时间基本相约。但STAVAX ESR（S-136）和OPTIMAX不锈模具钢材例外，由于它们的表面光洁度极高，所采用的研磨工艺也略有不同：在抛光之前要尽量将表面研磨至最幼细的砂号。最重要是抛光时在消除了上一道抛光刮痕后要立即停止抛光操作。
不同硬度对抛光工艺的影响
硬度增高使研磨的困难增大，但抛光后的光洁度增高。由于硬度增高，要达到较高的光洁度所需的抛光时间相应增长。同时，硬度增高，抛光过度的可能性相应减少。
硬度增高与研磨性能和抛光性能之间的关系见图2。
模具的研磨和油石打磨
实际提示
模具的型腔通常是采用铣床加工、电火花加工或模压法来加工。若要获得非常光洁的表面，需遵循下列的加工程序：
铣床加工之后：进行粗研磨、精研磨和抛光。
电火花加工之后：进行精研磨和抛光。
模压加工之后：经热处理之后只需进行一次抛光。
需要强调的是研磨结果直接影响抛光效果的好坏。机械加工留下的刮痕，经过研磨去除后，得到形状正确的纯金属表面。要提高警惕工作效率，确保处理质量，机械研磨和手动人工打磨操作必须遵循这些加工守则。
研磨时不应产生过多的热量和使用过大的压力，以免影响钢材的组织和硬度。研磨时要使用大量的冷却剂。
 l       对于硬度较高的表面，只能采用清洁和软的油石打磨工具。
       l 研磨中需转换砂号级别时，工件和操作者的双手必须清洗，避免将粗磨粒和尘埃带到下一级较细砂号的研磨操作中。
       l 研磨砂粒越细，每级别之间的清洗就越重要。
       l 要进行下一道更细一道的研磨时，研磨方向应与前一级研磨方向成45°角，直至消除前一级研磨的刮痕。前一级研磨刮痕消除后，将研磨时间延长25%才转换下一道更细的砂号（STAVAX ESR和OPTIMAX除外）。这样做的目的是为了去除在产一级研磨时由于机械应力所引起的研磨表面的变形层。
       l 变换研磨方向对于避免开成缺陷和凹凸不平也十分重要。
       l 研磨大型模具的平面时，应避免使用手动操作的砂轮。使用油石打磨可减少形成较大的面积缺陷。
模具的抛光
实际提示
钻石膏是抛光操作最常用的研磨材料。
采用正确的研磨膏和抛光工具可获得极佳的抛光效果。手动（人工）抛光常用的工具有研磨棒、研磨片和研磨块，机械抛光常用的工具有抛光布轮，抛光刷和抛光转盘。
抛光工具的材料有着不同的硬度，从金属材料，各种纤维（如木材，人造纤维）到软毛//。抛光工具的硬度直接影响着钻石磨粒露出的程度，从而影响金属的去除速率，如下图所示。
抛光操作是一项耗费时间和费用昂贵的工序，遵循一定的守则可以降低抛光操作的成本。抛光的每一个步骤必须保持清洁，这上点最重要。
 l       抛光必须在清洁无尘的室内进行。硬尘粒会污染研磨材料，损害已接近完成的模具表面。
       l 每个抛光工具只使用一个级别的抛光钻石膏，并存放在防尘或密封的容器内。
       l 由于另了钻石膏，抛光工具会显得饱和，随着不断使用情况会有所改善。
       l 当要转换更细一级的砂号时，必须清洁双手和工件。用肥皂清洗双手，用除脂溶剂清洗工件。
手动（人工）抛光时，钻石膏要涂在抛光工具上，机械抛光时研磨膏要涂在工件上。
       l 抛光时所使用的压力与抛光工具的硬度和研磨膏的等级应互相高速和适应。进行最细一级的抛光时，压力要高速到与抛光工具的重量相约。
       l 要获得较大的钢材除去率，必须使用较硬的抛光工具和较粗砂粒的钻石膏。
        塑胶模具的最终抛光应沿着工件脱模的方向进行。l
       l 处理尖角及边角应特别小心，注意不要形成圆角或圆边，应尽量采用较硬的抛光工具。
抛光操作的程序
如休选择研麻和抛光的操作次序，完全取决于抛光操作者的经验和其使用的工具与设备。材料的特性对操作程序也有影响。
在抛光过程中通常采用两种方法，第一种方法是确定合适砂号的钻石膏，先使用较硬的抛光工具，然后使用较软和更软的抛光工具第一种方法是选定中等硬定的抛光工具先使用粗砂号的钻石膏，然后改用越来越细砂号的钻石膏。将以上两种方法结合使用效果更佳，以下举例说明：
——首先使用较硬的抛光工具和粗砂号钻石膏。
——使用相同砂号的钻石膏，但改用较软的抛光工具。
——改用中等硬度的抛光工具和中等砂号的钻石膏。
——改用较软的抛光工具，但选用相同砂号的钻石膏。
——最后使用较软的抛光工具和细砂号的钻石膏。
抛光工具配合砂粒粒度的例子：
抛光前的各种表面状态
电火花加工后的表面比普通机械加工或执处理后的表面更难研磨完成电火花加工前应采用细（幼）电火花程序操作正确，不会产生问题。否则，表面会形成再硬化薄层。再硬化薄层的硬度比基体硬度高，必须去除。
已氮化或表面硬化的钢材表面比其基体材料更难研磨但抛光后的光洁度更高。表面上的细微加工缺陷使其难以达到很好的抛光效果。
经火焰硬化或补焊的模具，经处理部位和钢材基体层之间存在一个较软的区域，为了避免研磨时产生沟槽，应使用接触面积较宽的油石条。
不同热处理后的表面粗度
许多模具制造商提出同样的问题：“模具在热处理前应研磨到什么程度？”
模具在热处理过程中会产生尺寸变化，需要进行最后的修正程序。而且，模具表面的光洁度会受热处理介质影响。由于热处理过程中会发生尺寸/形状变化和/或表面变形，模具需要进行精磨所以在热处理前没有必要把模具表面研磨得非常光洁。
如何解决抛光中出现的问题
抛光中遇到的最大问题就是“抛光过度”，抛光过度是指抛光时间越长，模具表面质量越差。发生抛光过度时有两种现象，即“橘皮”（橙皮）和“微坑”（针孔）。抛光过度多发生于机械抛光。
“橘皮”（橙皮）
不规则、粗糙的表面被称为“橘皮” （橙皮），产生“橘皮” （橙皮）有许多不同的原因，最常风的原因是由于模具表面过热或渗碳过度，加上抛光压力过大及抛光时间过长，较硬的钢材能承受较大的抛光压力，较软的钢材容易发生抛光过度，研究证明产生抛光过度的时间因材料硬度不同而有所不同。
发现表面质量不好，许多人就会增加抛光压力，并延长时间。这种作法往往使表面质量变得更差。
可采用下列一种方法来补救：
方法1：把有缺陷的表面除去，研磨的粒度比先前使用砂号略粗一级。然后进行精研磨，抛光压力要比行前的压力低。
方法2：以低于回火温度25℃的温度进行应力消除。在抛光前使用最幼细的砂号进行研磨直至达到满意效果。最后以稍低的压力进行抛光。
若效果仍不满意，必须将模具的硬度提高，以下是几种方法的提示：
 l       采用氮化或渗碳的方法提高钢材的表面硬度。
       l 采用热处理技术提高钢材的整体硬度。

“微坑”（针孔）
“微坑”或“针孔”的形成是由于钢材中的非金属夹杂物（杂质），通常是硬而脆的氧化物；在抛光过程中从钢材表面被拉出，形成“微坑”或“针孔”。主要影响因素如下：
 l       抛光压力和抛光时间
        钢材的纯净度，特别是硬性夹杂物（杂质）的含量l
       l 抛光研磨材料
产生“微坑”（针孔）的原因是由于钢材基体与夹杂物（杂质）的硬度不同。抛光时基体补研磨去除的速度比夹杂物大，倘若继续抛光，夹杂物突出，最终会被拉出，留下微坑（针孔）。若钻石膏的砂粒小于10μm和使用较软的抛光工具时（如毛//），最易出现微坑（针孔）。
减少出现微坑（针孔）的方法之一就是选用经真空除气处理或电渣生熔精炼（ESR）的高纯净度的模具钢材。
若仍然出现微坑（针孔），可采用以下措施：
 l       小心地将表面重新研磨，砂粒粒度比前所使用的粒度粗一级。采用软质及削锐的油石进行最后步骤的研磨才再进行抛光程序。
       l 当砂粒尺寸小于10μm应避免采用最软的抛光尽可能采用最短的抛光时间和最小的抛光压力。