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押出模具的電鍍技術:現代製造工藝中的雙重挑戰與解決方案
2024.09.26

押出模具從鋼材選用到最終完成模具,需要數十道程序,其中包含選用材質、加工設備與手法、製程、檢測等,除了大家熟知的CNC加工處理外,「電鍍」也是影響押出模具性能相當重要的關鍵製程。


電鍍簡單來說就是透過電解原理,讓導電體(被鍍物品)表面附著一層金屬,主要的目的是為了讓物品的表面光滑增亮,防止物品寶面鏽蝕磨損,因此電鍍層具有保護作用,電鍍又可區分為裝飾用以及工業使用,裝飾電鍍常見於衛浴用品、五金用品、珠寶首飾等,除了前述的主要功能外,還具有增加美觀作用。


 裝飾電鍍廣泛運用在日常生活用品防鏽並且增加美觀。


相較於裝飾電鍍,工業用途的電鍍相對較厚,而且會因為物品的應用,電鍍層可能必須具有增加強度以及多樣功能性,如:增加導電性、增加表面光澤度以及確保底層物件材料在高溫下的完整所需的耐熱性。


工業電鍍通常用來增加強度以及表面亮度,同時具有增加導電性或是耐熱性。()電鍍前 ()電鍍後。


正因為工業電鍍可以具有如此的特性,所以電鍍對押出模具來說是延展模具使用壽命以及增加模具表現穩定的關鍵製程,電鍍可選用金、銀、錫、、鋅、鎳、銅與鉻來電鍍,選用時最重要的考量是不同金屬本身的特性,硬鉻本身具有抗氧化性、高度潤滑性與硬度,比其他材質更耐磨損,除了應用於押出模具外,也被廣泛用於汽車零件以及航太零件,根據數據統計,一般鍍硬鉻的厚度在 20-50um最符合經濟效益與實用性,以押出模具為例,鋼材本身硬度約HRC28-30度,鍍硬鉻厚度20um時硬度就可以提升到HRC60左右,過薄鍍層無法發揮應有效能,過厚對於效能無顯著提升,徒增製作成本。



一般鍍鉻厚度20-50um間最符合經濟效益與實用性透過超音波硬度量測計測得鍍層厚度20um時就可以增加硬度到HRC60


影響電鍍硬鉻工藝品質的要因 :

1.電解液配方

2.電鍍電流大小、時間設定以及施作手法等

3.鍍前鍍後的表面處理

4.電鍍設備


電解液配方:

電鍍液配方多半都由電鍍業者視被鍍物件,以及其他電鍍施作條件來作調配,並沒有一定的準則,即使都是鍍硬鉻,不同業者也會使用不同配方的電解液,但不論使用那種電解液,都會產生雜質,電解液的穩定性會影響雜質產生的多寡,雜質越多就容易在電鍍過程中影響鍍層的均勻度以及品質。



電解液配方依照被鍍物件與功能需求有所不同但穩定性最為重要。


電鍍施作條件與手法:

鍍鉻過程不能中斷,因此鍍鉻過程中設定的電流大小、溫度以及時間等相形重要,只要有任何一個因素稍有疏忽,都會影響鍍層的附著度,也就是說可能會導致鍍層在日後使用時容易脫落,甚至根本無法附著在被鍍物件上,因此電鍍是個極需要經驗以及嚴謹生產條件設定與控制的製程。


鍍前鍍後的處理:

押出模具在電鍍前必須確保鍍層覆蓋面光潔度,有別於其他電鍍物件,平面押出模具需要電鍍覆蓋的區域絕大部分都是平面,而根據模具寬度不同,需要覆蓋的平面面積不同,因此除了光潔度要求之外,物件本身的表面粗糙度、水平度以及真直度等,需要精準的控制在可允許公差範圍,降低電鍍製程中的影響鍍層均勻的變數,因此一般鍍前拋光都會做到表面粗糙度Ra0.01-0.02mm。


電鍍前的平面加工處理會影響電鍍品質一般鍍前拋光表面粗糙度達Ra0.01-0.02mm


延伸閱讀: 一點都不粗糙的表面粗糙度


電鍍前都會先作被鍍物件表面的除油處理,可透過化學或溶劑等方式去除物件上的油垢,然後會進行酸洗,用於去除表面上銹蝕或雜質等,經過反覆清洗程序後,才會進入電鍍製程。


電鍍前的處理非常重要,若未在電鍍前做好加工與清潔,就會造成鍍層粗糙甚至帶有顆粒,多半肇因於鍍槽中有雜質;鍍層容易脫落,鍍層產生針孔等問題,這都會導致不必要的成本浪費。


透過顯微鏡檢測出鍍層沒有均勻附著現象。


同樣的在電鍍後,也會透過相關的清洗程序,去除掉不必要的雜質,同時為了確保電鍍層厚度均一,會透過精拋光以及膜厚計來作調整以及量測。


使用膜厚計確認鍍後處理後的鍍層符合標準20-50um

電鍍設備:

由於電鍍過程中會產生雜質以及沉積物,如果鍍槽沒有做好定期的清潔保養,量測鍍槽內的電鍍液濃度,很容易造成汙染,容易導致鍍層附著不易與包覆雜質情況,因此鍍槽每天、每周、每月、每年都會做不同的清潔保養程序。除此之外,電鍍製程中的溫度與電流相關設備也必須做定期檢查與校正,避免因為設備誤差影響電鍍層均勻與鍍層脫落現象。


鍍槽要定期保養清潔避免因電鍍產生的雜質或沉澱物影響電鍍品質。


電鍍會產生大量廢液以及廢水,基於社會責任以及友善環境的考量,電鍍業者本身就必須有自發性設置廢水處理相關設備,必且需符合當地政府機關標準,

有效的廢水處理不僅可以降低製造成本,可以督促電鍍施作人員在製程中更加謹慎處理電鍍液以及維護鍍槽,另外電鍍施作有高機率接觸化學物質,因此通常需受訓合格人員操作,同時要有合格的保護措施與設備,一般人員通常不被允許進入工作場域。


電鍍施作中會接觸許多化學物質需要經過專業訓練人員操作。



基於社會責任與友善環境電鍍業者都應該設置完整的廢鍍液以及廢水處理設備。


押出模具即使在正常使用與定期維修保養下,一般使用壽命約為5-10年,其中定期保養就包含鍍層維護,對於模具使用者來說最常見的鍍層問題就是鍍層受損,通常受損面積小多半肇因於清潔不當刮傷,或是模唇口輕微損傷,此時採用特殊修補技術,可將這些微小受損處修復,可避免小面積鍍層脫落擴大,導致膜腔與塑料接觸面積摩擦力增加,增加模具耗損速度。


延伸閱讀: 您必知的押出模具維修與保養五大知識


鍍層使用多久會耗損,並沒有明確數據,主要跟塑料配方以及生產條件有關,不過通常建議每年要確認一次模具鍍層厚度,厚度維持在20um上都可以繼續使用,但若低於20um以下就建議重新電鍍。一般人都以為重新電鍍是在既有的物品上再覆蓋一層鍍層即可,實則不然,通常鍍層的不會每個部位的損耗呈一致性,因此必須先將殘餘的鍍層移除,視情況可採用特殊設備去除或者透過化學藥劑來做去除,這和電鍍施作一樣,因為容易接觸到化學物品,必須由受過專業訓練人員操作。


鍍層無可避免會逐漸耗損建議定期檢驗鍍層厚度發現鍍層損耗時應送回原廠或專業業者做重新電鍍加工圖為鍍層耗損待重新電鍍模具。


以押出模具而言,鍍層完全去除之後,必須檢視底層鋼材是否有被銹蝕現象以及銹蝕的情況如何,如果有些為銹蝕可透過修補加工以及拋光修復後,才可重新施作電鍍,若銹蝕嚴重無法透過加工處理,為了產品品質,就需考慮購置新模具因應。


電鍍工藝在各個應用產業領域都是個極具專業的製程,對押出模具來說更是如此,對所有的模具製造商來說,不管是嚴選配合的電鍍業者或是自有設置電鍍廠,為了確保模具整體品質以及性能表現,都積極的在電鍍工藝上不斷提升,讓押出模具質量能夠再往上提升。