當前，我們需要了解非常多的有關(guān)塑料制模和如何你制作或運行的高價值的模具上得到最佳性能。這個指南用于提供重要的技巧和有關(guān)模具涂層的信息。在閱讀之后，你應(yīng)該什么涂層（從非常傳統(tǒng)的到最新推出的）將幫助你獲得你和你的客戶期望的生產(chǎn)水平。畢竟，這些模具是一種投資，而且為了制模產(chǎn)品的壽命，它們需要被保護。

涂層的關(guān)鍵作用

在向你介紹當今市場上范圍廣泛的涂層之前，注意涂層在有效的預(yù)防性維護（PM）程序方面所扮演的角色是非常重要的。

PM真正是保護你的模具、你的投資的關(guān)鍵。為什么？因為它節(jié)約時間和資金。一旦你投資于模具涂層以提高模具性能，于是PM程序通常是確保你得到最大利潤的一個好主意。這兩步在任何一個工廠內(nèi)都是明確的。

記住，沒有涂層能永久保持，而用一個涂層磨損的模具生產(chǎn)達不到標準的零件決不能贏得客戶并保持盈利。PM 可能是你能使用的最經(jīng)濟的策略。關(guān)鍵是要教會你的員工有關(guān)模具的涂層是如何在生產(chǎn)過程中磨損的。每種涂層都是不同的，所以讓員工了解如何斷定涂層何時表現(xiàn)出退化是有好處的，尤其是諸如澆口和流道等高磨損區(qū)域。

例如，澆口內(nèi)和澆口周圍區(qū)域粘有硬鉻鍍層的磨損是你的模具需要服務(wù)的第一個信號。你如何能斷定有磨損呢？鉻鍍層大約比鋼材基體硬HRC 20度，所以鋼材暴露將比它周圍的涂層表面磨損得更快，引起表面上輕微的或明顯的棱邊或“臺階”。

相反地，鎳幾乎將是均勻地磨損，產(chǎn)生一種“羽狀”效應(yīng)，使其更難于辨別磨損。一種更可識別的區(qū)別將是顏色，因為當鎳涂層磨損時，它在鋼件上生成一種陰影或暈圈效應(yīng)。與看起來略微失去光澤的鎳涂層相比，鋼件也將具有一種更銀亮的外觀。

通過PM程序的一個極其重要的特征，這種知識使得模具在涂層磨損之前就去維護。錯過重要的磨損信號意味著更高得維修成本和額外的拋光費用。

鎳硼氮化物被一致地沉積并被用于有特別需要的場合。它還具有耐蝕的作用，而且能達到HRC67的硬度。
照片由Bales模具服務(wù)公司提供。

◆ 測量磨損

推薦用于測量任何涂層磨損水平的工具是一種電子的厚度量規(guī)，它結(jié)合使用磁力和渦流電流以精確地測量表面厚度。當模具首次抵達你的工廠時，花點時間使用這種特殊的工具來測量表面厚度，尤其是高磨損區(qū)域。當你用該模具進行生產(chǎn)時，不時地暫停以再次測量那些區(qū)域。當你已經(jīng)確定涂層的磨損達到一個關(guān)鍵水平時，取出模具并把它送到外面去維護。

◆ 零件計數(shù)

確保完好地記錄厚度量規(guī)測量的結(jié)果，并且以此創(chuàng)建該模具維護需求的歷史記錄。安裝在模具上的一個循環(huán)計數(shù)器將使模具工程師能在記錄磨損水平時比較生產(chǎn)的零件數(shù)量，從而使PM程序的效果加倍。零件計數(shù)是確定維護需求的一個很好的方法，尤其是大批量的制模項目。

從剛開始制模起，保持一個精確的零件計數(shù)，一直到它的首次維護作業(yè)。把那個計數(shù)作為下次維護到期的一個基準。因為你知道大概什么時侯模具將需要再次修整，你能要求涂層廠商提前安排這個服務(wù)。這不僅能使他有充足的時間安排你的模具維護的進度，而且使你最優(yōu)化模具和制模設(shè)備的使用。

涂層的挑戰(zhàn)

即使是現(xiàn)在，仍有人質(zhì)疑使用價格高昂（有時更昂貴）的涂層來延長模具壽命或提高性能的好處。對某些人來說，可靠的和確切的硬鉻涂層和非電鍍鎳涂層就是他們實現(xiàn)那些目標的所有需求。但是我們都知道當今的工程塑料材料對于注塑模是有相當大的損害的。

模具維護的挑戰(zhàn)的延伸超越了玻璃和礦物填料，包括稻殼、木纖維、金屬粉末、阻燃劑和其它添加劑（不用說樹脂本身）。此外，起除氣和除水的酸通常伴隨著磨料磨損，使得昂貴的模具的服務(wù)費用更高。

另外，模具設(shè)計復(fù)雜性的增長包括更細小、更錯綜復(fù)雜的流道和更頻繁地使用活動型芯和滑塊。所有這些因素已經(jīng)促進了能使模具在兩次維修之間運轉(zhuǎn)更長的各種模具涂層的開發(fā)。

新的涂層科技

如果你正用模具制作非常復(fù)雜的使用玻璃填充材料的零件，你也許認為使用硬鉻涂層將是足夠充分的，因為它是保護模具免受腐蝕和磨損的一種經(jīng)典、可靠的方法。可是盡管它有很多好處，硬鉻涂層在象加強筋和凸臺等細節(jié)復(fù)雜的區(qū)域不容易涂得一致。有一個更新的方案 - 鎳鈷合金涂層能克服那個限制。

諸如很深的加強筋、凸臺和有紋理的表面等復(fù)雜細節(jié)能被涂
層并當使用鎳-PTFE涂層時將提高脫模能力。

鎳鈷涂層

鎳鈷涂層可以是硬鉻涂層的一種經(jīng)濟的替代方案。硬鉻涂層要求構(gòu)建一種一致的陽極對模具進行涂層。模具的細節(jié)越復(fù)雜，制作陽極花費的時間越多，而且工藝變得更昂貴。這種鎳鈷合金涂層不需要涂層，而且因為其非電鍍的特性，它結(jié)合的一致性要好得多。

鈷為它提供良好的耐磨性，但其硬度為HRC 62，比硬鉻涂層低10度。為硬鉻涂層優(yōu)異的磨損保護能力支付額外費用值得嗎? 你必須要考慮模具內(nèi)正在運轉(zhuǎn)的材料。玻璃的百分比是多少？腐蝕比磨損有更多的影響嗎？

◆ 金剛石鉻涂層

硬鉻涂層和鎳鈷合金涂層為耐磨性提供兩種非常好的解決方案，但是對于耐磨性要求非常高的工況，一種叫做金剛石鉻涂層的更新產(chǎn)品提供格外的保護。

它的洛氏硬度值大于85，而且它是一種鉻基復(fù)合散布的納米級球形金剛石顆粒的涂層。既然金剛石有無與倫比的硬度，這種涂層提供超出標準的保護。

雖然它們的洛氏硬度值相當，但是金剛石鉻涂層優(yōu)于氮化鈦（TiN）涂層，因為它將不會在涂層模具的尺寸完整性方面妥協(xié)。區(qū)別在于它僅能應(yīng)用于大約130 oF，而要求的應(yīng)用溫度為800 oF或更高。

金剛石鉻涂層能在預(yù)硬、熱處理或滲氮的鋼件和其它諸如鋁合金、銅鈹合金和不銹鋼等基體材料上涂層。推薦的使用場合包括型芯、型腔、滑塊、推頂套和回轉(zhuǎn)式及退扣式型芯。它的防咬合性能對于活動型芯和滑塊是有優(yōu)勢的。

金剛石鉻涂層的剝離性也非常好，而且對基體材料沒有副作用，當需要維護時節(jié)約時間和資金。就TiN涂層的剝離性而言，采用過氧化基的溶液可能花費幾天時間才能去除。在腐蝕溶液中使用反相電蝕，金剛石鉻涂層能在數(shù)分鐘內(nèi)剝離。

另外，金剛石鉻涂層在百萬分之20英寸到0.001英寸之間以任意控制的厚度被沉積。 TiN 通常僅應(yīng)用于百萬分之幾英寸的薄涂層。金剛石鉻涂層能涂覆復(fù)雜的細節(jié)，而TiN的復(fù)雜細節(jié)涂覆能力非常有限。然而TiN 是非常光滑的，摩擦系數(shù)（COF）為0.4（相對于鋼件），金剛石鉻涂層的摩擦系數(shù)為0.15，光滑程度提高近三倍。

◆ 鎳-氮化硼涂層

就制模工需要的能提供極佳的脫模性能和很高的耐磨損、耐熱及耐蝕的特殊涂層而言，應(yīng)該考慮包含氮化硼顆粒的非電鍍鎳-磷基涂層。

它具有非常低的摩擦系數(shù)（相對于鋼件為0.05）和洛氏54度的硬度，在熱處理后硬度能提高到HRC67（一種獨特的特性）。鎳-氮化硼涂層僅在185oF時能被應(yīng)用于任何基體，而且能容易地剝離而不損害基體材料。雖然它的價格比鎳-PTFE涂層大約貴20%，這種涂層在不超過1250oF時將優(yōu)于鎳-PTFE涂層，遠遠超越所有PTFE基涂層在500oF時的最大限制。

因為應(yīng)用鎳-氮化硼涂層是一種自動催化的工藝，它不需要陽極，因此節(jié)約時間和資金。此外，它將不會損害模具的導(dǎo)熱性。應(yīng)用場合包括用于罩蓋的退扣式型芯，縮短加工節(jié)拍是至關(guān)重要的。

當為了從深加強筋、不抽取型芯、紋理表面和“粘”的聚合物中獲得更好的脫模而需要光滑時，一種鎳-PTFE涂層將大幅提高零件的脫模性能并提高樹脂流動性，加工節(jié)拍縮短多達4%到8%。相對于鋼件的摩擦系數(shù)為0.10。

應(yīng)該注意，將純的PTFE應(yīng)用于模具增加了很高的潤滑能力，但僅僅是一個時間非常短的好處。PTFE本身并不硬，因此它不持久。但是散布的體積為25%的PTFE 與鎳共同沉積獲得HRC 45度的硬度，提高了耐磨性和耐蝕性。

可靠且確切

盡管有新的涂層科技，我們不能拋棄老式、可靠的涂層，就像現(xiàn)在還存在的硬鉻涂層和非電鍍鎳涂層。無疑它們?nèi)匀挥衅溆锰帯?

◆ 硬鉻涂層

例如，硬鉻涂層最大的優(yōu)勢是它的硬度為洛氏72度并且能被應(yīng)用于130 oF的低溫。當應(yīng)用它最純的形式時，它使你在制模時獲得任意SPI的精度。

硬鉻涂層通常是電路保護器模具的一個很好的選擇，因為他們使用的材料包含多達40%的玻璃。為了幫助防止腐蝕并保護模具澆口及其周圍的區(qū)域免于嚴重的損壞，通常推薦使用一種高質(zhì)量的金剛石拋光，為了增強防護能力，接下來涂一層0.0003到0.0005英寸的硬鉻鍍層。

不利的一面可能是成本，因為鉻涂層可到達的區(qū)域受陽極的限制。如果你的模具有復(fù)雜的細節(jié)，它可能需要一致性特別好的陽極結(jié)構(gòu)，而那樣做增加了項目的時間和費用。另一個可能的缺點是鉻的環(huán)境影響-鉻是一種致癌物質(zhì)。一些公司正在試圖開發(fā)更好、更清潔的替代品，但是迄今從模具的觀點看，比不上硬鉻涂層的好處。

◆ 非電鍍的鎳涂層

象硬鉻涂層那樣，非電鍍的鎳涂層已經(jīng)成功地使用很多年了，尤其是在諸如PVC或鹵化的 阻燃劑等材料生成腐蝕性逸出氣體的場合保護模具。看到這些樹脂產(chǎn)生橘黃的銹跡是常見的，幾乎就在你眼前腐蝕未受保護的模具。用于電子或醫(yī)療行業(yè)的這些材料進行制模的產(chǎn)品通常不能容忍任何氧化的副產(chǎn)品出現(xiàn)。

非電鍍的鎳涂層對于抵制氧化有極佳的表現(xiàn)，因為它涂得非常一致，薄薄的涂層厚度在0.0002到0.0003英寸。甚至是細節(jié)復(fù)雜零件的致密區(qū)域，洛氏硬度50度的非電鍍鎳涂層對于防護腐蝕是理想的。它能以非常精確的0.002到0.003英寸的厚度進行沉積，而且能進行磨削或EDM加工。因此，非電鍍鎳涂層通常被用于閃亮的鉻下面的尺寸加厚、用于擴大帶螺紋的型芯和鑲塊或精密尺寸的型腔。它對于整個模架、A板和B板、頂板支架、推板和支撐板也做得很好，提供多年的維修少、不生銹的加工。

了解模具的保護層

如果需要，在確定使用什么涂層之前，必須考慮模具的涂層，如前所指，因為某種保護層可能真正提高了對模具涂層得需要，而一些制品的工作性能極好，提高潤滑性和脫模性能。

有四種標準的SPI保護層：金剛石、石頭、紙張和噴丸。每一種都為模具表面提供一種不同的外觀，從光澤的、像鏡面的表面（A-1金剛石）到相當粗糙的、顆粒狀組織（用玻璃珠或氧化鋁進行噴丸）。四種保護層中的每一種也都各有三種牌號。

◆ 金剛石

A-1金剛石保護層是現(xiàn)有最完美的保護層，這意味著它具有最低的RA值（粗糙度平均值）。沒有高高低低的波峰、波谷。例如，鋼件上的擦痕能使粗糙度達到RA 2到4，然而A-1金剛石是鏡頭般的光滑，通常為RA 1或更低。粗糙度幾乎測量不出。

但是很多塑料材料象膠水那樣粘在無瑕疵、像鏡面的保護層上，使這樣完美的光滑度在很多制模應(yīng)用中幾乎是有害的。一個很好的例子就是在一個拋光的直壁型芯上用1d或更低的抽取力進行聚苯乙烯的制模。零件上會出現(xiàn)條紋或拖痕。這可通過在型芯上涂閃亮的鉻涂層得到解決，在表面生成微裂紋。用PTFE浸滲那些裂紋并接著重建A-1 金剛石保護層解決95%以上的問題。

薄壁容器模具增加了使用金剛石保護層的又一方面。酸奶油、酸奶酪和松軟干酪容器的制模工發(fā)現(xiàn)如果他們的產(chǎn)品具有一些光澤則對客戶更有吸引力。為了獲得那個效果，這些零件要求一個具有輕微斷續(xù)的光澤調(diào)節(jié)的金剛石含量高的保護層，那樣就產(chǎn)生稍稍的光澤。這個保護層的調(diào)節(jié)也使得零件的脫模效果更好。

在諸如這一類的薄壁制模應(yīng)用中，應(yīng)用了一種玻璃噴丸的保護層 - 僅夠非常輕微的中斷無瑕疵的A-2 金剛石表面。表面被再次拋光，僅留有少量幾乎看不見的點刻。這個保護層加上鎳-PTFE涂層將很大地改善零件的脫模并提高模具的填料。

酚醛塑料和其它熱固塑料幾乎需要一個完美的保護層，并且用金剛石保護層能工作得特別好。把它和一種類似鉻或金剛石-鉻的高硬度保護涂層結(jié)合在一起，你將強化模具的表面并最優(yōu)化脫模性能。

再者，使用一種局部的PTFE涂層將有最小的好處，因為它將不會持續(xù)很長的時間。純粹的PTFE的成功應(yīng)用取決于擁有模具保護層中充分的顆粒結(jié)構(gòu)來支撐涂層。既然熱固塑料的制模需要模具上有完美的保護層，PTFE自身將對表面產(chǎn)生有限的粘附并因此將相當快地失效。

紋理與脫模

當今有很多帶紋理的表面，包括汽車儀表板的人造革，呼叫機、手機和計算機部件上可見到的木材紋理、幾何花紋和點狀符號圖形。電鍍的模具涂層對于獲得具有足夠潤滑性的紋理表面通常是至關(guān)重要的。

紋理表面需要保護。紋理表面的波峰是模具細節(jié)特征遭受磨損的第一個區(qū)域，使其對于用輪廓曲線儀定期測量模具的顆粒深度和波峰數(shù)量的檢查變得非常重要。通過維護紋理表面的完整性，模具涂層有助于減少維修和翻新的頻次。

如果金剛石保護層出現(xiàn)脫模問題，噴丸保護層則是答案，尤其是當帶紋理的制模零件使用諸如硅橡膠、柔軟的PVC、TPE和一些軟的聚丙烯時。這些產(chǎn)品易于粘附到拋光的保護層上，但是用輕微的噴丸打碎表面改善了脫模。添加鎳-PTFE涂層將使你得到更好的脫模性能。

總結(jié)：如果你正在尋找提高模具性能的方法，正確地結(jié)合表面處理和保護層能提供額外的好處，延長預(yù)防性維護之間的生產(chǎn)時間。涂層供應(yīng)商可以成為培訓(xùn)員工的一個有價值的資源，培訓(xùn)你所使用的涂層如何隨時間的變遷而磨損以及減少停機時間和削減成本的途徑。

原載國際模具制造商情 ( http://www.newmaker.com)