表面处理延长模具使用寿命

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表面处理延长模具使用寿命

关键词：表面处理 模具使用寿命
    当前，我们需要了解非常多的有关塑料制模和如何你制作或运行的高价值的模具上得到最佳性能。这个指南用于提供重要的技巧和有关模具涂层的信息。在阅读之后，你应该什么涂层（从非常传统的到最新推出的）将帮助你获得你和你的客户期望的生产水平。毕竟，这些模具是一种投资，而且为了制模产品的寿命，它们需要被保护。

涂层的关键作用
在向你介绍当今市场上范围广泛的涂层之前，注意涂层在有效的预防性维护（PM）程序方面所扮演的角色是非常重要的。
# F6 d* _* U( W) ]0 `3 ^PM真正是保护你的模具、你的投资的关键。为什么？因为它节约时间和资金。一旦你投资于模具涂层以提高模具性能，于是PM程序通常是确保你得到最大利润的一个好主意。这两步在任何一个工厂内都是明确的。
记住，没有涂层能永久保持，而用一个涂层磨损的模具生产达不到标准的零件决不能赢得客户并保持盈利。PM 可能是你能使用的最经济的策略。关键是要教会你的员工有关模具的涂层是如何在生产过程中磨损的。每种涂层都是不同的，所以让员工了解如何断定涂层何时表现出退化是有好处的，尤其是诸如浇口和流道等高磨损区域。
例如，浇口内和浇口周围区域粘有硬铬镀层的磨损是你的模具需要服务的第一个信号。你如何能断定有磨损呢？铬镀层大约比钢材基体硬HRC 20度，所以钢材暴露将比它周围的涂层表面磨损得更快，引起表面上轻微的或明显的棱边或“台阶”。
相反地，镍几乎将是均匀地磨损，产生一种“羽状”效应，使其更难于辨别磨损。一种更可识别的区别将是颜色，因为当镍涂层磨损时，它在钢件上生成一种阴影或晕圈效应。与看起来略微失去光泽的镍涂层相比，钢件也将具有一种更银亮的外观。
+ ]6 N# C' K9 i- M4 e& V  e6 A通过PM程序的一个极其重要的特征，这种知识使得模具在涂层磨损之前就去维护。错过重要的磨损信号意味着更高得维修成本和额外的抛光费用。

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镍硼氮化物被一致地沉积并被用于有特别需要的场合。它还具有耐蚀的作用，而且能达到HRC67的硬度。
照片由Bales模具服务公司提供。

◆ 测量磨损
推荐用于测量任何涂层磨损水平的工具是一种电子的厚度量规，它结合使用磁力和涡流电流以精确地测量表面厚度。当模具首次抵达你的工厂时，花点时间使用这种特殊的工具来测量表面厚度，尤其是高磨损区域。当你用该模具进行生产时，不时地暂停以再次测量那些区域。当你已经确定涂层的磨损达到一个关键水平时，取出模具并把它送到外面去维护。
& I5 F/ K5 h7 w◆ 零件计数
确保完好地记录厚度量规测量的结果，并且以此创建该模具维护需求的历史记录。安装在模具上的一个循环计数器将使模具工程师能在记录磨损水平时比较生产的零件数量，从而使PM程序的效果加倍。零件计数是确定维护需求的一个很好的方法，尤其是大批量的制模项目。
2 o8 f; d6 \6 j& B" _! b  x  }* U从刚开始制模起，保持一个精确的零件计数，一直到它的首次维护作业。把那个计数作为下次维护到期的一个基准。因为你知道大概什么时侯模具将需要再次修整，你能要求涂层厂商提前安排这个服务。这不仅能使他有充足的时间安排你的模具维护的进度，而且使你最优化模具和制模设备的使用。
6 m! f7 i: X% Z& _2 E' [5 L' C涂层的挑战
" z& u' Q7 |3 I4 ?0 F' O, ]3 x即使是现在，仍有人质疑使用价格高昂（有时更昂贵）的涂层来延长模具寿命或提高性能的好处。对某些人来说，可靠的和确切的硬铬涂层和非电镀镍涂层就是他们实现那些目标的所有需求。但是我们都知道当今的工程塑料材料对于注塑模是有相当大的损害的。
. z9 C: U6 `8 K. J& B2 Y模具维护的挑战的延伸超越了玻璃和矿物填料，包括稻壳、木纤维、金属粉末、阻燃剂和其它添加剂（不用说树脂本身）。此外，起除气和除水的酸通常伴随着磨料磨损，使得昂贵的模具的服务费用更高。
另外，模具设计复杂性的增长包括更细小、更错综复杂的流道和更频繁地使用活动型芯和滑块。所有这些因素已经促进了能使模具在两次维修之间运转更长的各种模具涂层的开发。

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新的涂层科技
: a. d1 A6 T9 n" P! b: z: E( k如果你正用模具制作非常复杂的使用玻璃填充材料的零件，你也许认为使用硬铬涂层将是足够充分的，因为它是保护模具免受腐蚀和磨损的一种经典、可靠的方法。可是尽管它有很多好处，硬铬涂层在象加强筋和凸台等细节复杂的区域不容易涂得一致。有一个更新的方案 - 镍钴合金涂层能克服那个限制。
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诸如很深的加强筋、凸台和有纹理的表面等复杂细节能被涂
层并当使用镍-PTFE涂层时将提高脱模能力。

镍钴涂层
镍钴涂层可以是硬铬涂层的一种经济的替代方案。硬铬涂层要求构建一种一致的阳极对模具进行涂层。模具的细节越复杂，制作阳极花费的时间越多，而且工艺变得更昂贵。这种镍钴合金涂层不需要涂层，而且因为其非电镀的特性，它结合的一致性要好得多。
+ k5 Y2 Q, ]7 n7 o& E7 e: \; p钴为它提供良好的耐磨性，但其硬度为HRC 62，比硬铬涂层低10度。为硬铬涂层优异的磨损保护能力支付额外费用值得吗? 你必须要考虑模具内正在运转的材料。玻璃的百分比是多少？腐蚀比磨损有更多的影响吗？
) r6 M" G; @: f4 ?$ W, k' I◆ 金刚石铬涂层
硬铬涂层和镍钴合金涂层为耐磨性提供两种非常好的解决方案，但是对于耐磨性要求非常高的工况，一种叫做金刚石铬涂层的更新产品提供格外的保护。
; \- A& L: N' Y8 ^" ?! ^它的洛氏硬度值大于85，而且它是一种铬基复合散布的纳米级球形金刚石颗粒的涂层。既然金刚石有无与伦比的硬度，这种涂层提供超出标准的保护。
虽然它们的洛氏硬度值相当，但是金刚石铬涂层优于氮化钛（TiN）涂层，因为它将不会在涂层模具的尺寸完整性方面妥协。区别在于它仅能应用于大约130 oF，而要求的应用温度为800 oF或更高。
金刚石铬涂层能在预硬、热处理或渗氮的钢件和其它诸如铝合金、铜铍合金和不锈钢等基体材料上涂层。推荐的使用场合包括型芯、型腔、滑块、推顶套和回转式及退扣式型芯。它的防咬合性能对于活动型芯和滑块是有优势的。
金刚石铬涂层的剥离性也非常好，而且对基体材料没有副作用，当需要维护时节约时间和资金。就TiN涂层的剥离性而言，采用过氧化基的溶液可能花费几天时间才能去除。在腐蚀溶液中使用反相电蚀，金刚石铬涂层能在数分钟内剥离。
/ c' T+ A$ ^! C- j另外，金刚石铬涂层在百万分之20英寸到0.001英寸之间以任意控制的厚度被沉积。 TiN 通常仅应用于百万分之几英寸的薄涂层。金刚石铬涂层能涂覆复杂的细节，而TiN的复杂细节涂覆能力非常有限。然而TiN 是非常光滑的，摩擦系数（COF）为0.4（相对于钢件），金刚石铬涂层的摩擦系数为0.15，光滑程度提高近三倍。
◆ 镍-氮化硼涂层
就制模工需要的能提供极佳的脱模性能和很高的耐磨损、耐热及耐蚀的特殊涂层而言，应该考虑包含氮化硼颗粒的非电镀镍-磷基涂层。
它具有非常低的摩擦系数（相对于钢件为0.05）和洛氏54度的硬度，在热处理后硬度能提高到HRC67（一种独特的特性）。镍-氮化硼涂层仅在185oF时能被应用于任何基体，而且能容易地剥离而不损害基体材料。虽然它的价格比镍-PTFE涂层大约贵20%，这种涂层在不超过1250oF时将优于镍-PTFE涂层，远远超越所有PTFE基涂层在500oF时的最大限制。
) X5 x) P* B. I! y% Y; h4 P因为应用镍-氮化硼涂层是一种自动催化的工艺，它不需要阳极，因此节约时间和资金。此外，它将不会损害模具的导热性。应用场合包括用于罩盖的退扣式型芯，缩短加工节拍是至关重要的。
当为了从深加强筋、不抽取型芯、纹理表面和“粘”的聚合物中获得更好的脱模而需要光滑时，一种镍-PTFE涂层将大幅提高零件的脱模性能并提高树脂流动性，加工节拍缩短多达4%到8%。相对于钢件的摩擦系数为0.10。
应该注意，将纯的PTFE应用于模具增加了很高的润滑能力，但仅仅是一个时间非常短的好处。PTFE本身并不硬，因此它不持久。但是散布的体积为25%的PTFE 与镍共同沉积获得HRC 45度的硬度，提高了耐磨性和耐蚀性。
可靠且确切

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尽管有新的涂层科技，我们不能抛弃老式、可靠的涂层，就像现在还存在的硬铬涂层和非电镀镍涂层。无疑它们仍然有其用处。
◆ 硬铬涂层
5 w3 j* d/ z. u$ I例如，硬铬涂层最大的优势是它的硬度为洛氏72度并且能被应用于130 oF的低温。当应用它最纯的形式时，它使你在制模时获得任意SPI的精度。
( m9 f" ?6 E* b! G9 L硬铬涂层通常是电路保护器模具的一个很好的选择，因为他们使用的材料包含多达40%的玻璃。为了帮助防止腐蚀并保护模具浇口及其周围的区域免于严重的损坏，通常推荐使用一种高质量的金刚石抛光，为了增强防护能力，接下来涂一层0.0003到0.0005英寸的硬铬镀层。
不利的一面可能是成本，因为铬涂层可到达的区域受阳极的限制。如果你的模具有复杂的细节，它可能需要一致性特别好的阳极结构，而那样做增加了项目的时间和费用。另一个可能的缺点是铬的环境影响-铬是一种致癌物质。一些公司正在试图开发更好、更清洁的替代品，但是迄今从模具的观点看，比不上硬铬涂层的好处。
◆ 非电镀的镍涂层
象硬铬涂层那样，非电镀的镍涂层已经成功地使用很多年了，尤其是在诸如PVC或卤化的 阻燃剂等材料生成腐蚀性逸出气体的场合保护模具。看到这些树脂产生橘黄的锈迹是常见的，几乎就在你眼前腐蚀未受保护的模具。用于电子或医疗行业的这些材料进行制模的产品通常不能容忍任何氧化的副产品出现。
! o/ e, F4 O- {非电镀的镍涂层对于抵制氧化有极佳的表现，因为它涂得非常一致，薄薄的涂层厚度在0.0002到0.0003英寸。甚至是细节复杂零件的致密区域，洛氏硬度50度的非电镀镍涂层对于防护腐蚀是理想的。它能以非常精确的0.002到0.003英寸的厚度进行沉积，而且能进行磨削或EDM加工。因此，非电镀镍涂层通常被用于闪亮的铬下面的尺寸加厚、用于扩大带螺纹的型芯和镶块或精密尺寸的型腔。它对于整个模架、A板和B板、顶板支架、推板和支撑板也做得很好，提供多年的维修少、不生锈的加工。
了解模具的保护层
7 s  O( E$ S* |/ y如果需要，在确定使用什么涂层之前，必须考虑模具的涂层，如前所指，因为某种保护层可能真正提高了对模具涂层得需要，而一些制品的工作性能极好，提高润滑性和脱模性能。
, ^5 B4 d3 l$ }- D6 D有四种标准的SPI保护层：金刚石、石头、纸张和喷丸。每一种都为模具表面提供一种不同的外观，从光泽的、像镜面的表面（A-1金刚石）到相当粗糙的、颗粒状组织（用玻璃珠或氧化铝进行喷丸）。四种保护层中的每一种也都各有三种牌号。
◆ 金刚石
; e7 C$ N+ k) H! |+ C; @1 tA-1金刚石保护层是现有最完美的保护层，这意味着它具有最低的RA值（粗糙度平均值）。没有高高低低的波峰、波谷。例如，钢件上的擦痕能使粗糙度达到RA 2到4，然而A-1金刚石是镜头般的光滑，通常为RA 1或更低。粗糙度几乎测量不出。
4 l+ t& I/ ^' n# @但是很多塑料材料象胶水那样粘在无瑕疵、像镜面的保护层上，使这样完美的光滑度在很多制模应用中几乎是有害的。一个很好的例子就是在一个抛光的直壁型芯上用1d或更低的抽取力进行聚苯乙烯的制模。零件上会出现条纹或拖痕。这可通过在型芯上涂闪亮的铬涂层得到解决，在表面生成微裂纹。用PTFE浸渗那些裂纹并接着重建A-1 金刚石保护层解决95%以上的问题。
1 [! A4 c. h3 I8 K  F9 F" H薄壁容器模具增加了使用金刚石保护层的又一方面。酸奶油、酸奶酪和松软干酪容器的制模工发现如果他们的产品具有一些光泽则对客户更有吸引力。为了获得那个效果，这些零件要求一个具有轻微断续的光泽调节的金刚石含量高的保护层，那样就产生稍稍的光泽。这个保护层的调节也使得零件的脱模效果更好。
在诸如这一类的薄壁制模应用中，应用了一种玻璃喷丸的保护层 - 仅够非常轻微的中断无瑕疵的A-2 金刚石表面。表面被再次抛光，仅留有少量几乎看不见的点刻。这个保护层加上镍-PTFE涂层将很大地改善零件的脱模并提高模具的填料。
酚醛塑料和其它热固塑料几乎需要一个完美的保护层，并且用金刚石保护层能工作得特别好。把它和一种类似铬或金刚石-铬的高硬度保护涂层结合在一起，你将强化模具的表面并最优化脱模性能。

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, ?( ~6 L# M! k# ]; o0 p. l再者，使用一种局部的PTFE涂层将有最小的好处，因为它将不会持续很长的时间。纯粹的PTFE的成功应用取决于拥有模具保护层中充分的颗粒结构来支撑涂层。既然热固塑料的制模需要模具上有完美的保护层，PTFE自身将对表面产生有限的粘附并因此将相当快地失效。
$ S  n  T* x& \# C6 R5 V! N5 g$ M纹理与脱模
- k* O3 U$ J/ W7 v* E9 ]* |! e6 n/ J8 Y当今有很多带纹理的表面，包括汽车仪表板的人造革，呼叫机、手机和计算机部件上可见到的木材纹理、几何花纹和点状符号图形。电镀的模具涂层对于获得具有足够润滑性的纹理表面通常是至关重要的。
纹理表面需要保护。纹理表面的波峰是模具细节特征遭受磨损的第一个区域，使其对于用轮廓曲线仪定期测量模具的颗粒深度和波峰数量的检查变得非常重要。通过维护纹理表面的完整性，模具涂层有助于减少维修和翻新的频次。
, j& ]% ]" D) c+ V如果金刚石保护层出现脱模问题，喷丸保护层则是答案，尤其是当带纹理的制模零件使用诸如硅橡胶、柔软的PVC、TPE和一些软的聚丙烯时。这些产品易于粘附到抛光的保护层上，但是用轻微的喷丸打碎表面改善了脱模。添加镍-PTFE涂层将使你得到更好的脱模性能。
* l9 n) s' g" \* Q. I6 z4 x总结：如果你正在寻找提高模具性能的方法，正确地结合表面处理和保护层能提供额外的好处，延长预防性维护之间的生产时间。涂层供应商可以成为培训员工的一个有价值的资源，培训你所使用的涂层如何随时间的变迁而磨损以及减少停机时间和削减成本的途径。