如何纹饰热塑性塑料模具

　　每天我们都要接触具有各种外观和触觉的塑料部件，这些外观和触觉是由于部件的表面结构或纹理造成的。纹饰，有时也称为起纹或刻花，是将一种图案（纹理或花纹）添加到模具的模制表面上的过程。这使该模具能在每个成型部件上印下这种图案。与修饰每一个成型产品相比，模具的纹饰或刻花是将复杂的图形或图案印在成型塑料部件上的一种非常经济的方式。将的纹理复制到模具表面，需要仔细考虑很多因素。
　　
　　在此我们介绍的纹理类型是化学蚀刻纹理。纹理或花纹是通过一种蚀刻剂系统作用于钢中形成的。基本上，这种工艺是一个受控制的腐蚀过程。纹饰中出现的大多数问题可以追溯到腐蚀过程中一些参数的影响。
　　
　　材料
　　
　　蚀刻剂：大多数热塑性塑料模具的材料包括碳素钢、不锈钢、铝、铜和青铜等，纹理制备所用的化学腐蚀剂往往是氯化铁（FeCl3）或者硝酸（HNO3）。化学蚀刻模具区域的确定，需要通过掩蔽或保护不想用蚀刻剂纹饰的区域来进行。保护材料可以使用任何抗蚀刻剂腐蚀作用以及在加工过程中能承受块料处理的材料。zui常用的是乙烯带以及可以方便地用手工油漆刷进行涂抹的蜡、沥青或其他胶泥。乙烯带可被用于覆盖较宽的区域和孔。可涂覆的胶泥用于细节的保护。
　　
　　蚀刻铝：铝可以像钢一样被纹饰，但发生的腐蚀是不同的。实际上，铝在这些蚀刻剂中反应更迅速，从而减少了出错的机会。此外，蚀刻铝时发生的化学反应是放热的，这意味着在过程中会产生热。在这个过程中放出的热将加热蚀刻剂浴，从而进一步加快了腐蚀作用。必要时，需要监测和控制蚀刻剂的溶液温度。与锻造合金相反，铸铝像那些用于廉价吹塑模具的金属一样，以大致相同的速度反应，但反应不一样。孔隙度是一个问题，因为这些孔隙被暴露，且常常比应用的纹理图案更深、更明显。这些情况下就需要阻塞孔隙或进行表面涂层——先是成型表面。通常，用于铝的相同纹理将不会和用在钢上一样脆。
　　
　　蚀刻不锈钢：不锈钢由于含有Cr和Ni，自然更耐腐蚀。按照定义，不锈钢是一种含有约11.5％或更多Cr的钢。在这一Cr含量情况下，合金的暴露表面有足够持久的Cr氧化物，可以防止铁氧化，因此该合金“不生锈”。奥氏体不锈钢（如AISI300系列）不容易纹饰，因为高的Cr含量再加上高的Ni含量使材料具有很高的耐腐蚀性。马氏体AISI420更容易纹饰。用420SS制备的模具往往发生硬化，这会影响模具材料的耐腐蚀性以及纹饰的能力。耐腐蚀性随着硬度的增加而增加，因此，一块Rc（洛氏硬度）52/54的420SS毛坯将比Rc40的毛坯需要更长的纹饰时间。
　　
　　硬铣削表面的作用：硬铣削方式在过去的10年中已经使用。但是，与其他研磨过程不同，硬铣削使表面留下更大的加工硬化。由于整个表面上可变的切刀路径以及编程和切割的性质，造成表面硬度不均匀。而且，加工硬化后的表面因具有与母体钢不同的分子结构会对耐腐蚀性造成影响。这种非均匀的硬度产生了非均匀的耐腐蚀性，进而导致了一种非均匀的纹理。这就是为什么硬铣削加工硬化后的表面需要抛光。
　　
　　方法
　　
　　用各种刷子把胶泥涂覆在需要保持不接触蚀刻剂的区域上。这些刷子都是典型的小油漆刷。记住所确定的蚀刻与不蚀刻区域之间易破坏或非常小的过渡区是十分重要的，为此有的制模商会在那里贴上胶带或涂上胶泥。
　　
　　流动和浸泡的方法：有两种基本的方法可以将模具暴露在蚀刻剂中：流动和浸泡。流动方法基本上适用于大多数模具，或者所有能被蚀刻液体蚀刻的表面（先使液体流淌在表面，然后再用喷射或其他方式将蚀刻剂施加在表面上）。该方法通常只在块料对浸槽来说太大或者没有合适的模具浸槽时才使用。
　　
　　浸泡方法顾名思义就是指：简单地浸泡或将整个块料浸入到蚀刻剂浴中。对于大型的铝制模具来说，采用流动法会是一个挑战，因为蚀刻液体会将模具表面的铝浸蚀。浸泡方法更容易控制，因此提供了一个更均匀的蚀刻。*真正对使用浸泡方法造成限制的是槽的大小和模具块处理设备。
　　
　　也可以进行激光蚀刻。这是指一个图案在浸浴前先通过抗蚀剂形成，随后采用一个新的抗蚀剂进行蚀刻，使它的深度更深。其结果是形成了多层的外形，而不是均匀的堆层。
　　
　　表面处理：不同的纹理有时候需要模具表面在纹饰前具有一定的光洁度，一种安全的抛光方法是采用SPIB3320砂纸。请记住：图案0.025?mm深将会显示切刀的痕迹。如果制模商不能确定一个纹理的深度，请咨询纹理公司或参考书本，并为每个纹理记下默认的深度。
　　
　　复制未知的纹理：偶尔会碰到在一个新模具中复制一种现在未知纹理的情况。这需要一位经验丰富的图案制作大师，利用其经验来获得这种未知的纹理。
　　
　　补充工序：有一个被称为“结尾”的过程，它是一个开放蚀刻过程。如果纹理看上去有太多的边缘，那么结尾过程会使这些表面破裂。该过程包括将所有的抗蚀材料或胶泥从纹理区域剥离，并浸泡一段时间。
　　
　　纹理深度和绘样：每个标准的纹理都有一个默认的深度。如果制模商了一个没有深度标注的纹理，纹理公司将使用默认的深度。用于绘样的一个较好的经验法是针对每0.025mm的纹理深度，每边至少增加一级。低于此增量就有可能使纹理带上拖拉迹印。如果部件的设计让制模商支付不起一种纹理需要的额外绘样费用，那么可考虑将纹理深度调至标准以下。
　　
　　EDM或化学蚀刻？
　　
　　有时，成型的产品只需要一个EDM加工出的无光饰面，但问题也随之出现了：EDM修饰应单独使用，还是不用EDM而改用一种化学蚀刻方法？成本是一个因素，整体的视觉质量也是一个因素。如果该部件较小且饰面的均匀性既不重要也不容易辨别（可能由于成型产品的颜色等），那么采用EDM饰面可能更经济。
　　
　　如果EDM表面需要维修，采用化学蚀刻法进行维修是非常困难的。EDM加工过程会留下一层白色层（或再铸层），它是母体金属的化学改变状态，并且是不可蚀刻的，因此需要去除掉来获得母体钢。这一层不是*均匀的，因此在蚀刻剂的存在下不会被均匀地腐蚀。此外，该白色层通常不能进行任何表面处理，如电镀或氮化。制模商如果认为表面会在某些时候需要修复，是对它进行化学蚀刻，而不采用EDM。
　　
　　经济性
　　
　　虽然有许多提高纹理成本的因素，但是纹饰的一个合理的大概预算是模具总成本的2％~3％。
　　
　　复杂性：复杂的模具肯定会影响到成本。可能需要掩饰或选择纹饰的零件如凸轮、滑块、挺杆和嵌件，都需要时间来制备。不同的金属——尤其是在模具中紧挨着放置，由于彼此不同的蚀刻速率造成了加工上的困难。此外，还要考虑每种金属*的耐腐蚀性。
　　
　　尺寸：工件的总尺寸当然发挥着作用。基于制备和操控的因素，一个200kg的块料要比质量1000kg的块料更便宜。此外，如果掩蔽材料的用量更少，并且采用一个多层图案，需要纹饰的方形区域将增加需要购买的图案片材的数量。多层图案往往看起来更真实。通常，它们是彼此重叠的一个或多个图案。
　　
　　模具类型：热成型和吹塑模具在纹饰上会比注塑模具更便宜。热成型模具和吹塑模具根据其较低压力的性质难以地复制图案。换句话说，在注塑成型部件中所出现的纹理将不会在热成型或吹塑成型部件上出现。其结果是，制模商以不太清晰的图案也能得到用户的认可。
　　
　　在热成型和吹塑模具上会抵消一些纹理节省的一个因素是增加了通风口或真空孔。这些孔增加了纹饰的时间，因为制模商必须在纹饰前用塞子塞住这些孔，在纹饰后再拔去塞子。如果一个工件在纹饰之前不需要进行采样，那么先纹饰模具然后添加真空孔或通风口更经济。
　　
　　图案选择：称为“喷纹”的图案是*的。它们之所以获得这个名称是因为将抗蚀剂应用到要纹饰的表面上的方式——采用喷雾器。转移或多层图案需要更多的工作，并且图案是从片材转移到金属上。多层图案通过反复使用一种转移蚀刻工艺来实现。转移图案可能需要用手微调片材融合在一起的区域。多层图案在每次转移之间也可能需要手工操作。
　　
　　模具准备：当模具准备纹饰时，它的情况会影响制造成本。切刀痕迹和EDM痕迹都需要抛光。这是因为：切刀痕迹可能会显示出表面的起伏，或者切割的表面可能发生加工硬化；EDM重铸的白色层其特性和母体钢*不同。
　　
　　焊接区域：焊接时如果进行适当的预热和后加热可能会特别困难。预加热和后加热的目的是为了形成均匀的分子结构，从而使表面与蚀刻剂发生均匀的反应。在焊接区域中形成一个均匀的热影响区的过程，通常被称为颜色匹配。在一般情况下，焊接需要在马氏体相变区以上发生。粗略地说，硬化是奥氏体向马氏体的控制转变，并且在一个非预热焊接区中，巨大的热梯度（在短距离内由钢水到冷钢）产生了不同的分子结构，使其zui终发生的腐蚀或蚀刻也不一样。从颜色匹配术语上来讲，采用预加热和后加热基本上是对钢材的真空回火，使其恢复到一个均匀且更稳定的分子结构（如图3a、图3b?所示）。
　　
　　过程废物：来自纹饰过程的废物处置多年来已发生了改变并且费用增加很多。蚀刻剂废液经检测具有毒性，在蚀刻海外来的工件后经常会查出废液中有重金属存在，这无疑增加了纹饰的整体成本。而不幸的是，这是一个看不见的成本，直到项目完成后才会被发现。
　　
　　结语：模具纹饰技术广泛融合了旧时代的工艺和化学技术以及的科学知识。制模商只有对纹饰的工艺过程有了充分地理解，才能促进他们在纹饰模具上（从建造阶段一直到模具的使用期）取得成功。