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注塑成型零件表面處理:SPI 及 VDI

為了提高零件表面質量及增強功能性,注塑成型後的零件可能需要進行一些表面處理。我們將在此文討論兩種市面上最常見的表面處理標準:SPI 及 VDI。

聚合材料注塑零件往往需要為了最終的成品用途而進行表面處理,客戶有多種表面處理工藝選擇,不同的工藝對零件的質地、外觀、觸感和其他表面特徵有不同的影響。無論是對客戶而言,還是對設計師和工程師而言,零件的表面工藝都是一個至關重要的考慮因素,其對注塑模具的設計產生極大影響。

為什麼要做表面處理

注塑工藝用到的模具大部分由鋁和/或鋼製造,只要模具表面有瑕疵,哪怕瑕疵再小都能體現在最終成型的零件上。如果不通過噴砂或者拋光去除這些痕跡,機械刀具的加工痕跡就會殘留在成品上。大部分情況下,如果是肉眼無法觀察的零件內部,有工具痕跡是沒有問題的,這對零件的外觀和功能也不會有任何影響。

然而那些外露的表面,則往往需要額外的加工處理。幾乎所有的模具都會進行不同程度的拋光,但當然,拋光得越精細,模具的成本就越高,模具的製造工時也會越長。

未進行表面處理的注塑模具

決定表面處理的關鍵因素

注塑成型工藝與機械加工或者 3D 列印工藝生產的零件有不同的表面處理工藝。後兩者的表面精加工是在零件製成後進行的,是一個加工後步驟;而對於注塑成型工藝來說,模具本身就要進行這樣的處理(或者加入紋理),注塑出來的零件就是成品件。舉個例子,如果成品零件想要一個啞光的表面,則模具的內部就要先進行紋理處理,才能讓注塑出來的零件呈現出啞光效果。決定表面處理的關鍵是下列兩個因素:

改善零件外觀

零件的設計師可能會出於不同的審美考慮而選擇成品的紋理。零件表面光滑或者啞光的紋理不僅可以改善外觀,給人品質過關的感覺,還可以遮蓋注塑過程中造成的如流線、織線、凹痕或者陰影痕跡等小缺陷。從商業角度來看,表面光潔度更好的零件對顧客的吸引力也更高。

改善零件功能

零件表面的紋理處理可以提高油漆或者黏貼物的附著力。舉個例子,啞光質地的零件更容易上色漆,色漆的持久性也更好,啞光質地也更適合黏貼標籤。紋理化處理還可以讓零件變得更容易握取。通過對模具進行表面處理,我們還可以避免塑膠件的過注或欠注缺陷。一個設計合理、帶有紋理處理的零件還可以幫助排出模具內的空氣避免困氣。

表面處理工藝分類

市面上最常見的兩種表面處理分類是 SPI 和 VDI,我們將分別展開闡述。

SPI

塑膠工業協會(SPI)制定了一套精加工工藝標準以表示成品零件的表面光潔度。模具可以透過機械或手工進行拋光或紋理處理,具體的標準請見下表:

Injection moulding SPI surface finishes
SPI 抛光级别說明應用表面粗糙度
(Ra µm)
適用材料
A-13# ,6000 粒度鑽石膏類鏡面拋光要求0.012- 0.025Acrylic
A-26# ,3000 粒度鑽石膏類鏡面拋光要求0.025-0.05Acrylic, PC
A-312# ,1200 粒度鑽石膏高抛光要求0.05-0.10ABS, Acrylic. PS, Nylon, PC
B-1600 # 砂紙中抛光要求0.05-0.10ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, PC
B-2400 # 砂紙中抛光要求0.10- 0.15ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, PC
B-3320 # 砂紙中低抛光要求0.28-0.32ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon
C-1600 油石低抛光要求0.35-0.40ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU
C-2400 油石低抛光要求0.45-0.55ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU
C-3320 油石低抛光要求0.63-0.70ABS, Acrylic, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU
D-1噴砂處理 (粗玻璃珠)啞光表面0.80-1.00ABS, PP. PS, HDPE, Nylon, PC, TPU
D-2#240 氧化物 噴砂處理消光表面1.00-2.80ABS, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU
D-3#24 氧化物 噴砂處理消光表面3.20-18ABS, PP. PS, HDPE, Nylon, TPU

VDI (STD)

VDI 3400 表面處理粗糙度標準(往往被直接稱為 VDI 標準)是另一套由德國工程協會(VDI)設定的模具紋理標準。VDI 3400 表面處理標準主要適用於採用放電加工(EDM)工藝的零部件,某些傳統的表面處理工藝(與 SPI 一樣)同樣適用於 VDI 標準。儘管這套標準是由德國工程協會制定的,全球多個地區如北美、歐洲和亞洲的製造商們也廣泛採用 VDI 標準。

Injection moulding VDI surface finishes

VDI 標準使用不同的參數代表零部件的表面光潔度。從上面的動圖裡,你可以看到不同的 VDI 參數對應的表面處理效果。

VDI 参数說明應用表面粗糙度 (Ra µm)
12600 油石低抛光要求 0.40
15400 油石低抛光要求0.56
18噴砂處理 (粗玻璃珠)啞光表面0.80
21#24 氧化物 噴砂處理消光表面1.12
24#24 氧化物 噴砂處理消光表面1.60
27#24 氧化物 噴砂處理Dull finish2.24
30#24 氧化物 噴砂處理Dull finish3.15
33#24 氧化物 噴砂處理Dull finish4.50
36#24 氧化物 噴砂處理Dull finish6.30
39#24 氧化物 噴砂處理Dull finish9.00
42#24 氧化物 噴砂處理Dull finish12.50
45#24 氧化物 喷砂处理Dull finish18.00

總結

這兩套注塑成型的表面處理工藝標準中,SPI A 級和 B 級是表面最光滑的,表面粗糙度最低,價格也比較高。如果以表面粗糙度來看,VDI 的最高參數 12,大概等於 SPI C 級。

Infographics about injection mold finished

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