聚合材料注塑零件往往需要为了最终的成品用途而进行表面处理,客户有多种表面处理工艺选择,不同的工艺对零件的质地、外观、触感和其他表面特征有不同的影响。无论是对客户而言,还是对设计师和工程师而言,零件的表面工艺都是一个至关重要的考虑因素,其对注塑模具的设计产生极大影响。
为什么要做表面处理
注塑工艺用到的模具大部分由铝和/或钢制造,只要模具表面有瑕疵,哪怕瑕疵再小都能体现在最终成型的零件上。如果不通过喷砂或者抛光去除这些痕迹,机械刀具的加工痕迹就会残留在成品上。大部分情况下,如果是肉眼无法观察的零件内部,有工具痕迹是没有问题的,这对零件的外观和功能也不会有任何影响。
然而那些外露的表面,则往往需要额外的加工处理。几乎所有的模具都会进行不同程度的抛光,但当然,抛光得越精细,模具的成本就越高,模具的制造工时也会越长。
![](static/picture/Injection-moulding-part-without-surface-finishing.png)
决定表面处理的关键因素
注塑成型工艺与机械加工或者3D 打印工艺生产的零件有不同的表面处理工艺。后两者的表面精加工是在零件制成后进行的,是一个加工后步骤;而对于注塑成型工艺来说,模具本身就要进行这样的处理(或者加入纹理),注塑出来的零件就是成品件。举个例子,如果成品零件想要一个哑光的表面,则模具的内部就要先进行纹理处理,才能让注塑出来的零件呈现出哑光效果。决定表面处理的关键是下列两个因素:
改善零件外观
零件的设计师可能会出于不同的审美考虑而选择成品的纹理。零件表面光滑或者哑光的纹理不仅可以改善外观,给人质量过关的感觉,还可以遮盖注塑过程中造成的如流线、织线、凹痕或者阴影痕迹等小缺陷。从商业角度来看,表面光洁度更好的零件对顾客的吸引力也更高。
改善零件功能
零件表面的纹理处理可以提高油漆或者黏贴物的附着力。举个例子,哑光质地的零件更容易上色漆,色漆的持久性也更好,哑光质地也更适合粘贴标签。纹理化处理还可以让零件变得更容易握取。通过对模具进行表面处理,我们还可以避免塑料件的过注或欠注缺陷。一个设计合理、带有纹理处理的零件还可以帮助排出模具内的空气避免困气。
表面处理工艺分类
市面上最常见的两种表面处理分类是SPI 和 VDI,我们将分别展开阐述。
SPI
塑料工业协会(SPI)制定了一套精加工工艺标准以表示成品零件的表面光洁度。模具可以通过机械或手工进行抛光或纹理处理,具体的标准请见下表:
![Injection moulding SPI surface finishes](static/picture/SPI-Finishes-light.gif)
SPI 抛光级别 | 说明 | 应用 | 表面粗糙度 (Ra µm) | 适用材料 |
A-1 | 3# ,6000 粒度钻石膏 | 类镜面抛光要求 | 0.012- 0.025 | Acrylic |
A-2 | 6# ,3000 粒度钻石膏 | 类镜面抛光要求 | 0.025-0.05 | Acrylic, PC |
A-3 | 12# ,1200 粒度钻石膏 | 高抛光要求 | 0.05-0.10 | ABS, Acrylic. PS, Nylon, PC |
B-1 | 600 # 砂纸 | 中抛光要求 | 0.05-0.10 | ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, PC |
B-2 | 400 # 砂纸 | 中抛光要求 | 0.10- 0.15 | ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, PC |
B-3 | 320 # 砂纸 | 中低抛光要求 | 0.28-0.32 | ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon |
C-1 | 600 油石 | 低抛光要求 | 0.35-0.40 | ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU |
C-2 | 400 油石 | 低抛光要求 | 0.45-0.55 | ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU |
C-3 | 320 油石 | 低抛光要求 | 0.63-0.70 | ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU |
D-1 | 喷砂处理 (粗玻璃珠) | 哑光表面 | 0.80-1.00 | ABS, PP. PS, HDPE, Nylon, PC, TPU |
D-2 | #240 氧化物 喷砂处理 | 消光表面 | 1.00-2.80 | ABS, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU |
D-3 | #24 氧化物 喷砂处理 | 消光表面 | 3.20-18 | ABS, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU |
VDI (STD)
VDI 3400 表面处理粗糙度标准 (往往被直接称为 VDI 标准)是另一套由德国工程协会(VDI)设定的模具纹理标准。VDI 3400 表面处理标准主要适用于采用放电加工 (EDM)工艺的零部件,某些传统的表面处理工艺(与SPI 一样)同样适用于 VDI 标准。尽管这套标准是由德国工程协会制订的,全球多个地区如北美、欧洲和亚洲的制造商们也广泛采用VDI 标准。
![Injection moulding VDI surface finishes](static/picture/STD-Finishes-light.gif)
VDI 标准使用不同的参数代表零部件的表面光洁度。从上面的动图里,你可以看到不同的VDI 参数对应的表面处理效果。
VDI 参数 | 说明 | 应用 | 表面粗糙度 (Ra µm) |
12 | 600 油石 | 低抛光要求 | 0.40 |
15 | 400 油石 | 低抛光要求 | 0.56 |
18 | 喷砂处理 (粗玻璃珠) | 哑光表面 | 0.80 |
21 | #24 氧化物 喷砂处理 | 消光表面 | 1.12 |
24 | #24 氧化物 喷砂处理 | 消光表面 | 1.60 |
27 | #24 氧化物 喷砂处理 | Dull finish | 2.24 |
30 | #24 氧化物 喷砂处理 | Dull finish | 3.15 |
33 | #24 氧化物 喷砂处理 | Dull finish | 4.50 |
36 | #24 氧化物 喷砂处理 | Dull finish | 6.30 |
39 | #24 氧化物 喷砂处理 | Dull finish | 9.00 |
42 | #24 氧化物 喷砂处理 | Dull finish | 12.50 |
45 | #24 氧化物 喷砂处理 | Dull finish | 18.00 |
总结
这两套注塑成型的表面处理工艺标准内,SPI A级和 B级是表面最光滑的,表面粗糙度最低,价格也比较高。如果以表面粗糙度来看,VDI 的最高参数12,大概等于 SPI C级。
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