抛光技术.doc

抛光建议
模具表面为什么要力求光洁
如何判断模具的表面质量
影响表面抛光性的因素
模具的研磨和油石打磨
模具的抛光
典型的抛光程序
抛光前的各种表面状态
热处理后的表面粗糙度
如何解决抛光的问题

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，对塑胶磨具的表面往往要求达到镜面抛光程度。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磨具拥有其他优点，这些优点包括：
·使塑料制品易于脱模
·减小局部腐蚀的危险
·减少由于骤然高温或疲劳而产生断裂和开裂的危险
本文总结了影响磨具抛光性的各种因素，针对常使用的钢材如何以经济的方式获得所需的光洁度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：首先，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砂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）及微抗（针孔）等缺陷。通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尚并非完全的平坦。
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：
·工具钢的品质
·热处理工艺
·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，如果技术不当，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。钢材中的各种夹杂无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（ESR）技术 。

采用真空除气技术可减少形成大量夹杂物和出现脆性的危险，同时亦获得组织均匀的钢材。采用电渣重熔（ESR）精炼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（ESR）精炼可减少杂质含量，使不可消除而剩余的微量杂质均匀地分布在钢材基体中，如图1所示。
采用电渣重熔(ESR)精炼法炼制的ASSAB S-136等不锈钢模具钢特别适合制作表面光洁度要求极高的模具，比光学镜片模具。

图1：采用传统炼钢工艺贺电渣重熔（ESR）精炼工艺的杂质含量对比（上图是由70张高倍放大图叠加而成的）

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过渡增碳，其组织部利于抛光。因为钢材表面的小氧气物颗粒增加使抛光困难。

抛光技术

不同钢钟对抛光工艺的影响

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同。但ASSAB-136等不朽模具钢材例外，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细的砂号。最重要的是抛光时在消除了上一道抛光刮痕后要立即停止此道抛光操作。

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
模具的型腔通常是采用铣床加工、电火花加工或磨牙法来加工。若要获得非常光洁的表面，需遵循下列加工程序：
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：精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。研磨使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。
·对于硬度较高的表面，只能采用清洁和软的油石打磨工具。
·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。
·研磨砂粒越细，每级别之间的清洗就越重要。
·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，将研磨使将延长25%才转换下一道更细的砂号（ASSAB S-136除外）。这样做的目的是为了在前一级研磨时由于机械应力所引起的研磨表面的变形层。
·变换研磨方向对于避免形成缺陷和凹凸不平也十分重要。
·研磨大型磨具的平面时，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
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，各种纤维（如木材，人造纤维）到软毛耗。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。

抛光操作时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，这一点最重要。
·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。
·每个抛光工具只使用一个级别的抛光钻石膏，抛光工具会显得饱和，随着不断使用情况会有所改善。
·当要转换更细一级的砂号时，必须清洗双手和工件。用肥皂清洗双手，用除至容积清洗工件。用肥皂清洗双手，用除脂容积清洗工件。
·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。
·抛光时所用的压力与抛光工具的硬度和研磨膏的等级应互相调整和适应。进行最细一级的抛光时，压力要调整到与抛光工具的重量相当。
·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。
·开始抛光是要先处理角落、边角和圆角等较难抛光的地方。
·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。

塑胶模具的抛光

抛光操作的程序
如何选择研磨和抛光的操作次序，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。第二种方法是选定中等硬度的抛光工具，先使用粗砂号的钻石膏，然后改用越来越细沙号的钻石膏。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沙号的钻石膏。

抛光工具配合砂粒粒度的例子：

抛光步硬度
抛光布材料
砂砾粒度 微米
非常硬

硬
硬

硬

软
软
非常软
钢
强化尼龙
涂层尼龙
丝绸

纸

纯羊毛
密织混纺天鹅绒
天鹅绒

氧化抛光剂

钻石膏45,15,6,3
钻石膏9,6,3
钻石膏15,6,3,1
氧化铝
钻石膏15,6,3
氧化铝
钻石膏6,3,1
钻石膏3

钻石膏1或更细氧化铝
氧化镁（MgO)
OP-S

磨床加工后的表面粗糙度，放大倍300×

砂粒尺寸（微米90-75)
27-24
16-14

用钻石膏在尼龙布上抛光后的表面粗糙度，放大倍数300×

砂粒尺寸（微米）30
7
1

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加热处理后的表面更难研磨，完成电火花加工前应采用细电火花程序。若细电火花程序操作正确，不会产生问题。否则，表面会形成在硬化薄层的硬度比基体硬度更高，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糙度

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产生尺寸变化，需要进行最后的修整程序。而且，模具表面的光洁度会受热处理介质影响。由于热处理过程中发生尺寸/形状变化或表面变形，模具需要进行研磨，所以在热处理前没有必要把模具表面研磨的非常光洁。

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。最常见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应力，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，并延长抛光时间。这种做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，抛光压力要比先前的压力低。
方法2：以低于回火温度25℃的温度进行去应力。在抛光前使用最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，以下使几种方法的提示：
采用氮化或渗碳的方法提高钢材的表面硬度。
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除，形成"微坑"或"针孔"。主要影响因素如下：
·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
·抛光工具
·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。抛光时基体被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）。若钻石膏的砂粒尺寸小于10Цm和使用较软的抛光工具时（如毛耗），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中熔（ESR）精炼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：
·小心地将表面重新研磨，砂粒粒度比先前所使用的粒度略粗一级。采用软质及削锐的油石进行最后步骤的研磨才在进行抛光程序。
·当砂粒尺寸小于Цm应避免采用最软的抛光工具。
·尽可能采用最短的抛光时间和最小的抛光压力。
ASSAB钢材抛光可达到的表面光洁度
研磨及抛光过程
ASSAB钢种
粗研磨
砂号粒度
细研磨
砂号粒度
钻石膏抛光
钻石粒度及抛光工具
表面粗造度Ra
S136 54HRC
8407 52HRC
180
220及320
54m硬/软木材
15，6，3，1m/尼龙纤维
氧化铬/毛氊
0.005ｍ
DR-2 58HRC
XW-10 60HRC
180
220及320
45m硬/软木材
15m纤维
6m毛氊
0.01ｍ
S136 300HB
718 SUPREME 300HB
180
220及320
15m纤维
6m毛氊
0.01ｍ