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)受控制的腐蝕過程。紋飾中出現(xiàn)的大多數(shù)問題可以追溯到腐蝕過程中一些參數(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，需要通過掩蔽或保護(hù)不想用蝕刻劑紋飾的區(qū)域來進(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，這意味著在過程中會(huì)產(chǎn)生熱。在這個(gè)過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的毛坯需要更長的紋飾時(shí)間。
　　
　　硬銑削表面的作用：硬銑削方式在過去的10年中已經(jīng)使用。但是，與其他研磨過程不同，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)浸槽來說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說，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”的過程，它是一個(gè)開放蝕刻過程。如果紋理看上去有太多的邊緣，那么結(jié)尾過程會(huì)使這些表面破裂。該過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徺I的圖案片材的數(shù)量。多層圖案往往看起來更真實(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，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。多層圖案通過反復(fù)使用一種轉(zhuǎn)移蝕刻工藝來實(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，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)語上來講，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）。
　　
　　過程廢物：來自紋飾過程的廢物處置多年來已發(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，在蝕刻海外來的工件后經(jīng)常會(huì)查出廢液中有重金屬存在，這無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：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。