Polierprozess von Kunststoffformen

Bei der weit verbreiteten Verwendung von Kunststoffprodukten, wie beispielsweise Alltagsgegenständen und Getränkeverpackungen, erfordern optische Anforderungen oft eine Hochglanzpolitur der Oberfläche von Kunststoffformhohlräumen. Da die Herstellung von optischen Linsen, Laseraufzeichnungen und anderen Formen hohe Anforderungen an die Oberflächenrauheit stellt, sind auch die Anforderungen an die Politur sehr hoch.

Polieren erhöht nicht nur die Schönheit des Produkts, sondern verbessert auch die Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit der Materialoberfläche. Darüber hinaus kann die Form weitere Vorteile bieten, z. B. die einfache Entformung von Kunststoffprodukten und die Verkürzung des Produktionsspritzzyklus. Daher ist Polieren ein sehr wichtiger Prozess bei der Herstellung von Kunststoffformen.

Derzeit werden folgende Poliermethoden häufig verwendet:

1.1 Mechanisches Polieren

Beim mechanischen Polieren geht es darum, die plastische Verformung der Oberfläche des Schneidmaterials nach dem Polieren des konvexen Teils zu entfernen und eine glatte Poliermethode zu erhalten. Im Allgemeinen werden Steinstreifen, Wollräder, Schleifpapier und andere Werkzeuge verwendet. Die Bedienung erfolgt hauptsächlich manuell. Für spezielle Teile wie die Oberfläche des Rotationskörpers können Zusatzwerkzeuge wie der Drehteller verwendet werden. Je nach Anforderungen an die Oberflächenqualität kann eine Superpoliermethode verwendet werden.

Beim Superfinish-Polieren werden spezielle Schleifwerkzeuge verwendet, wobei die Polierflüssigkeit mit Schleifmittel fest auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks gedrückt wird und sich bei hoher Geschwindigkeit dreht. Mit dieser Technologie lässt sich eine Oberflächenrauheit von Ra0,008 μm erreichen, die höchste unter den verschiedenen Polierverfahren. Dieses Verfahren wird häufig bei optischen Linsenformen eingesetzt.

1.2 Chemisches Polieren

Beim chemischen Polieren werden mikroskopisch kleine hervorstehende Teile der Materialoberfläche im chemischen Medium bevorzugt aufgelöst, anstatt konkave Teile, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Der Hauptvorteil dieser Methode besteht darin, dass keine komplexe Ausrüstung erforderlich ist, Produkte mit komplexen Formen poliert und mehrere Kunststoffteile gleichzeitig mit hoher Effizienz poliert werden können. Das Hauptproblem beim chemischen Polieren ist die Herstellung der Polierflüssigkeit. Die durch chemisches Polieren erzielte Oberflächenrauheit beträgt in der Regel 10 μm.

1.3 Elektrolytisches Polieren

Das Grundprinzip des elektrolytischen Polierens ist dasselbe wie das des chemischen Polierens. Das selektive Auflösen kleiner hervorstehender Teile auf der Materialoberfläche glättet die Oberfläche. Im Vergleich zum chemischen Polieren kann der Effekt der Kathodenreaktion eliminiert werden, und die Wirkung ist besser. Der elektrochemische Polierprozess gliedert sich in zwei Schritte:

(1) Das gelöste Makronivellierungsprodukt diffundierte in den Elektrolyten, die geometrische Rauheit der Materialoberfläche nahm ab, Ra > 1μm.

(2) Anodische Polarisation bei schwachem Licht, erhöhte Oberflächenhelligkeit, Ra < 1 μm.

1.4 Ultraschallpolieren

Die Kunststoffteile werden in die Schleifmittelsuspension gegeben und gemeinsam in das Ultraschallfeld gelegt. Durch die Schwingung der Ultraschallwelle wird das Schleifmittel auf der Werkstückoberfläche geschliffen und poliert. Die makroskopische Kraft bei der Ultraschallverarbeitung ist gering und verursacht keine Verformung der Form. Allerdings ist die Herstellung und Installation der Werkzeuge schwieriger.

Die Ultraschallbehandlung kann mit chemischen oder elektrochemischen Verfahren kombiniert werden. Basierend auf Lösungskorrosion und Elektrolyse wird die Lösung durch Ultraschallvibration gerührt, sodass die gelösten Produkte an der Werkstückoberfläche abgetrennt werden und die Korrosion bzw. der Elektrolyt in der Nähe der Oberfläche gleichmäßig verläuft. Ultraschallkavitation in der Flüssigkeit kann den Korrosionsprozess hemmen und so den Oberflächenglanz verbessern.

1.5 Flüssigkeitspolieren

Beim Flüssigkeitspolieren wird die Werkstückoberfläche durch das Abwaschen der schnell fließenden Flüssigkeit und der darin enthaltenen Schleifpartikel poliert. Gängige Verfahren sind: Strahlschleifen, Flüssigkeitsstrahlschleifen, hydrodynamisches Schleifen usw. Beim hydrodynamischen Schleifen wird das mit Schleifpartikeln beladene flüssige Medium durch Hydraulikdruck mit hoher Geschwindigkeit über die Werkstückoberfläche strömen. Das Medium besteht hauptsächlich aus speziellen Verbindungen (polymerähnlichen Substanzen) mit guter Fließfähigkeit bei niedrigem Druck und ist mit Schleifmitteln, beispielsweise Siliziumkarbidpulver, vermischt.

1.6 Magnetschleifen und -polieren

Magnetisches Schleifen und Polieren ist die Verwendung magnetischer Schleifmittel unter Einwirkung eines Magnetfelds, um eine Schleifbürste zu bilden und das Werkstück zu schleifen. Dieses Verfahren bietet die Vorteile einer hohen Verarbeitungseffizienz, guter Qualität, einfacher Kontrolle der Verarbeitungsbedingungen und guter Arbeitsbedingungen. Mit geeignetem Schleifmittel kann die Oberflächenrauheit Ra0,1 μm erreichen.

Das Polieren bei der Kunststoffformbearbeitung unterscheidet sich stark vom Oberflächenpolieren in anderen Branchen. Streng genommen sollte das Polieren der Form als Spiegelbearbeitung bezeichnet werden. Es stellt nicht nur hohe Anforderungen an das Polieren selbst, sondern auch an Oberflächenglätte, Glätte und geometrische Genauigkeit. Oberflächenpolieren erfordert im Allgemeinen nur eine glänzende Oberfläche.

Der Standard der Spiegelbearbeitung ist in vier Stufen unterteilt: AO = Ra 0,008 μm, A1 = Ra 0,016 μm, A3 = Ra 0,032 μm, A4 = Ra 0,063 μm. Da elektrolytisches Polieren, Flüssigkeitspolieren und andere Verfahren die geometrische Genauigkeit der Teile nur schwer genau kontrollieren können und die Oberflächenqualität von chemischem Polieren, Ultraschallpolieren, Magnetpolieren und anderen Verfahren die Anforderungen nicht erfüllt, basiert die Bearbeitung von Präzisionsformspiegeln weiterhin auf mechanischem Polieren.