每天我們都要接觸具有各種外觀和觸覺的塑料部件，這些外觀和觸覺是由于部件的表面結(jié)構(gòu)或紋理造成的。紋飾，有時(shí)也稱為起紋或刻花，是將一種圖案（紋理或花紋）添加到模具的模制表面上的過(guò)程。這使該模具能在每個(gè)成型部件上印下這種圖案。與修飾每一個(gè)成型產(chǎn)品相比，模具的紋飾或刻花是將復(fù)雜的圖形或圖案印在成型塑料部件上的一種非常經(jīng)濟(jì)的方式。將的紋理復(fù)制到模具表面，需要仔細(xì)考慮很多因素。
　　
　　在此我們介紹的紋理類型是化學(xué)蝕刻紋理。紋理或花紋是通過(guò)一種蝕刻劑系統(tǒng)作用于鋼中形成的。基本上，這種工藝是一個(gè)受控制的腐蝕過(guò)程。紋飾中出現(xiàn)的大多數(shù)問題可以追溯到腐蝕過(guò)程中一些參數(shù)的影響。
　　
　　材料
　　
　　蝕刻劑：大多數(shù)熱塑性塑料模具的材料包括碳素鋼、不銹鋼、鋁、銅和青銅等，紋理制備所用的化學(xué)腐蝕劑往往是氯化鐵（FeCl3）或者硝酸（HNO3）。化學(xué)蝕刻模具區(qū)域的確定，需要通過(guò)掩蔽或保護(hù)不想用蝕刻劑紋飾的區(qū)域來(lái)進(jìn)行。保護(hù)材料可以使用任何抗蝕刻劑腐蝕作用以及在加工過(guò)程中能承受塊料處理的材料。zui常用的是乙烯帶以及可以方便地用手工油漆刷進(jìn)行涂抹的蠟、瀝青或其他膠泥。乙烯帶可被用于覆蓋較寬的區(qū)域和孔。可涂覆的膠泥用于細(xì)節(jié)的保護(hù)。
　　
　　蝕刻鋁：鋁可以像鋼一樣被紋飾，但發(fā)生的腐蝕是不同的。實(shí)際上，鋁在這些蝕刻劑中反應(yīng)更迅速，從而減少了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。此外，蝕刻鋁時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是放熱的，這意味著在過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱。在這個(gè)過(guò)程中放出的熱將加熱蝕刻劑浴，從而進(jìn)一步加快了腐蝕作用。必要時(shí)，需要監(jiān)測(cè)和控制蝕刻劑的溶液溫度。與鍛造合金相反，鑄鋁像那些用于廉價(jià)吹塑模具的金屬一樣，以大致相同的速度反應(yīng)，但反應(yīng)不一樣。孔隙度是一個(gè)問題，因?yàn)檫@些孔隙被暴露，且常常比應(yīng)用的紋理圖案更深、更明顯。這些情況下就需要阻塞孔隙或進(jìn)行表面涂層——先是成型表面。通常，用于鋁的相同紋理將不會(huì)和用在鋼上一樣脆。
　　
　　蝕刻不銹鋼：不銹鋼由于含有Cr和Ni，自然更耐腐蝕。按照定義，不銹鋼是一種含有約11.5％或更多Cr的鋼。在這一Cr含量情況下，合金的暴露表面有足夠持久的Cr氧化物，可以防止鐵氧化，因此該合金“不生銹”。奧氏體不銹鋼（如AISI300系列）不容易紋飾，因?yàn)楦叩腃r含量再加上高的Ni含量使材料具有很高的耐腐蝕性。馬氏體AISI420更容易紋飾。用420SS制備的模具往往發(fā)生硬化，這會(huì)影響模具材料的耐腐蝕性以及紋飾的能力。耐腐蝕性隨著硬度的增加而增加，因此，一塊Rc（洛氏硬度）52/54的420SS毛坯將比Rc40的毛坯需要更長(zhǎng)的紋飾時(shí)間。
　　
　　硬銑削表面的作用：硬銑削方式在過(guò)去的10年中已經(jīng)使用。但是，與其他研磨過(guò)程不同，硬銑削使表面留下更大的加工硬化。由于整個(gè)表面上可變的切刀路徑以及編程和切割的性質(zhì)，造成表面硬度不均勻。而且，加工硬化后的表面因具有與母體鋼不同的分子結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)耐腐蝕性造成影響。這種非均勻的硬度產(chǎn)生了非均勻的耐腐蝕性，進(jìn)而導(dǎo)致了一種非均勻的紋理。這就是為什么硬銑削加工硬化后的表面需要拋光。
　　
　　方法
　　
　　用各種刷子把膠泥涂覆在需要保持不接觸蝕刻劑的區(qū)域上。這些刷子都是典型的小油漆刷。記住所確定的蝕刻與不蝕刻區(qū)域之間易破壞或非常小的過(guò)渡區(qū)是十分重要的，為此有的制模商會(huì)在那里貼上膠帶或涂上膠泥。
　　
　　流動(dòng)和浸泡的方法：有兩種基本的方法可以將模具暴露在蝕刻劑中：流動(dòng)和浸泡。流動(dòng)方法基本上適用于大多數(shù)模具，或者所有能被蝕刻液體蝕刻的表面（先使液體流淌在表面，然后再用噴射或其他方式將蝕刻劑施加在表面上）。該方法通常只在塊料對(duì)浸槽來(lái)說(shuō)太大或者沒有合適的模具浸槽時(shí)才使用。
　　
　　浸泡方法顧名思義就是指：簡(jiǎn)單地浸泡或?qū)⒄麄€(gè)塊料浸入到蝕刻劑浴中。對(duì)于大型的鋁制模具來(lái)說(shuō)，采用流動(dòng)法會(huì)是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)槲g刻液體會(huì)將模具表面的鋁浸蝕。浸泡方法更容易控制，因此提供了一個(gè)更均勻的蝕刻。*真正對(duì)使用浸泡方法造成限制的是槽的大小和模具塊處理設(shè)備。
　　
　　也可以進(jìn)行激光蝕刻。這是指一個(gè)圖案在浸浴前先通過(guò)抗蝕劑形成，隨后采用一個(gè)新的抗蝕劑進(jìn)行蝕刻，使它的深度更深。其結(jié)果是形成了多層的外形，而不是均勻的堆層。
　　
　　表面處理：不同的紋理有時(shí)候需要模具表面在紋飾前具有一定的光潔度，一種安全的拋光方法是采用SPIB3320砂紙。請(qǐng)記住：圖案0.025?mm深將會(huì)顯示切刀的痕跡。如果制模商不能確定一個(gè)紋理的深度，請(qǐng)咨詢紋理公司或參考書本，并為每個(gè)紋理記下默認(rèn)的深度。
　　
　　復(fù)制未知的紋理：偶爾會(huì)碰到在一個(gè)新模具中復(fù)制一種現(xiàn)在未知紋理的情況。這需要一位經(jīng)驗(yàn)豐富的圖案制作大師，利用其經(jīng)驗(yàn)來(lái)獲得這種未知的紋理。
　　
　　補(bǔ)充工序：有一個(gè)被稱為“結(jié)尾”的過(guò)程，它是一個(gè)開放蝕刻過(guò)程。如果紋理看上去有太多的邊緣，那么結(jié)尾過(guò)程會(huì)使這些表面破裂。該過(guò)程包括將所有的抗蝕材料或膠泥從紋理區(qū)域剝離，并浸泡一段時(shí)間。
　　
　　紋理深度和繪樣：每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的紋理都有一個(gè)默認(rèn)的深度。如果制模商了一個(gè)沒有深度標(biāo)注的紋理，紋理公司將使用默認(rèn)的深度。用于繪樣的一個(gè)較好的經(jīng)驗(yàn)法是針對(duì)每0.025mm的紋理深度，每邊至少增加一級(jí)。低于此增量就有可能使紋理帶上拖拉跡印。如果部件的設(shè)計(jì)讓制模商支付不起一種紋理需要的額外繪樣費(fèi)用，那么可考慮將紋理深度調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)以下。
　　
　　EDM或化學(xué)蝕刻？
　　
　　有時(shí)，成型的產(chǎn)品只需要一個(gè)EDM加工出的無(wú)光飾面，但問題也隨之出現(xiàn)了：EDM修飾應(yīng)單獨(dú)使用，還是不用EDM而改用一種化學(xué)蝕刻方法？成本是一個(gè)因素，整體的視覺質(zhì)量也是一個(gè)因素。如果該部件較小且飾面的均勻性既不重要也不容易辨別（可能由于成型產(chǎn)品的顏色等），那么采用EDM飾面可能更經(jīng)濟(jì)。
　　
　　如果EDM表面需要維修，采用化學(xué)蝕刻法進(jìn)行維修是非常困難的。EDM加工過(guò)程會(huì)留下一層白色層（或再鑄層），它是母體金屬的化學(xué)改變狀態(tài)，并且是不可蝕刻的，因此需要去除掉來(lái)獲得母體鋼。這一層不是*均勻的，因此在蝕刻劑的存在下不會(huì)被均勻地腐蝕。此外，該白色層通常不能進(jìn)行任何表面處理，如電鍍或氮化。制模商如果認(rèn)為表面會(huì)在某些時(shí)候需要修復(fù)，是對(duì)它進(jìn)行化學(xué)蝕刻，而不采用EDM。
　　
　　經(jīng)濟(jì)性
　　
　　雖然有許多提高紋理成本的因素，但是紋飾的一個(gè)合理的大概預(yù)算是模具總成本的2％~3％。
　　
　　復(fù)雜性：復(fù)雜的模具肯定會(huì)影響到成本。可能需要掩飾或選擇紋飾的零件如凸輪、滑塊、挺桿和嵌件，都需要時(shí)間來(lái)制備。不同的金屬——尤其是在模具中緊挨著放置，由于彼此不同的蝕刻速率造成了加工上的困難。此外，還要考慮每種金屬*的耐腐蝕性。
　　
　　尺寸：工件的總尺寸當(dāng)然發(fā)揮著作用。基于制備和操控的因素，一個(gè)200kg的塊料要比質(zhì)量1000kg的塊料更便宜。此外，如果掩蔽材料的用量更少，并且采用一個(gè)多層圖案，需要紋飾的方形區(qū)域?qū)⒃黾有枰?gòu)買的圖案片材的數(shù)量。多層圖案往往看起來(lái)更真實(shí)。通常，它們是彼此重疊的一個(gè)或多個(gè)圖案。
　　
　　模具類型：熱成型和吹塑模具在紋飾上會(huì)比注塑模具更便宜。熱成型模具和吹塑模具根據(jù)其較低壓力的性質(zhì)難以地復(fù)制圖案。換句話說(shuō)，在注塑成型部件中所出現(xiàn)的紋理將不會(huì)在熱成型或吹塑成型部件上出現(xiàn)。其結(jié)果是，制模商以不太清晰的圖案也能得到用戶的認(rèn)可。
　　
　　在熱成型和吹塑模具上會(huì)抵消一些紋理節(jié)省的一個(gè)因素是增加了通風(fēng)口或真空孔。這些孔增加了紋飾的時(shí)間，因?yàn)橹颇Ｉ瘫仨氃诩y飾前用塞子塞住這些孔，在紋飾后再拔去塞子。如果一個(gè)工件在紋飾之前不需要進(jìn)行采樣，那么先紋飾模具然后添加真空孔或通風(fēng)口更經(jīng)濟(jì)。
　　
　　圖案選擇：稱為“噴紋”的圖案是*的。它們之所以獲得這個(gè)名稱是因?yàn)閷⒖刮g劑應(yīng)用到要紋飾的表面上的方式——采用噴霧器。轉(zhuǎn)移或多層圖案需要更多的工作，并且圖案是從片材轉(zhuǎn)移到金屬上。多層圖案通過(guò)反復(fù)使用一種轉(zhuǎn)移蝕刻工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)移圖案可能需要用手微調(diào)片材融合在一起的區(qū)域。多層圖案在每次轉(zhuǎn)移之間也可能需要手工操作。
　　
　　模具準(zhǔn)備：當(dāng)模具準(zhǔn)備紋飾時(shí)，它的情況會(huì)影響制造成本。切刀痕跡和EDM痕跡都需要拋光。這是因?yàn)椋呵械逗圹E可能會(huì)顯示出表面的起伏，或者切割的表面可能發(fā)生加工硬化；EDM重鑄的白色層其特性和母體鋼*不同。
　　
　　焊接區(qū)域：焊接時(shí)如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱和后加熱可能會(huì)特別困難。預(yù)加熱和后加熱的目的是為了形成均勻的分子結(jié)構(gòu)，從而使表面與蝕刻劑發(fā)生均勻的反應(yīng)。在焊接區(qū)域中形成一個(gè)均勻的熱影響區(qū)的過(guò)程，通常被稱為顏色匹配。在一般情況下，焊接需要在馬氏體相變區(qū)以上發(fā)生。粗略地說(shuō)，硬化是奧氏體向馬氏體的控制轉(zhuǎn)變，并且在一個(gè)非預(yù)熱焊接區(qū)中，巨大的熱梯度（在短距離內(nèi)由鋼水到冷鋼）產(chǎn)生了不同的分子結(jié)構(gòu)，使其zui終發(fā)生的腐蝕或蝕刻也不一樣。從顏色匹配術(shù)語(yǔ)上來(lái)講，采用預(yù)加熱和后加熱基本上是對(duì)鋼材的真空回火，使其恢復(fù)到一個(gè)均勻且更穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)（如圖3a、圖3b?所示）。
　　
　　過(guò)程廢物：來(lái)自紋飾過(guò)程的廢物處置多年來(lái)已發(fā)生了改變并且費(fèi)用增加很多。蝕刻劑廢液經(jīng)檢測(cè)具有毒性，在蝕刻海外來(lái)的工件后經(jīng)常會(huì)查出廢液中有重金屬存在，這無(wú)疑增加了紋飾的整體成本。而不幸的是，這是一個(gè)看不見的成本，直到項(xiàng)目完成后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。
　　
　　結(jié)語(yǔ)：模具紋飾技術(shù)廣泛融合了舊時(shí)代的工藝和化學(xué)技術(shù)以及的科學(xué)知識(shí)。制模商只有對(duì)紋飾的工藝過(guò)程有了充分地理解，才能促進(jìn)他們?cè)诩y飾模具上（從建造階段一直到模具的使用期）取得成功。