プラスチック金型の研磨工程

日用品や飲料包装容器など、プラスチック製品の幅広い用途に伴い、外観の要求から、プラスチック金型キャビティの表面は鏡面研磨レベルに達することが求められることが多くなっています。また、光学レンズ、レーザー記録装置などの金型の製造では、表面粗さに対する要求が高く、研磨に対する要求も非常に高くなっています。

研磨は製品の美観を高めるだけでなく、材料表面の耐食性や耐摩耗性を向上させるだけでなく、金型にプラスチック製品の離型性を向上させたり、生産射出サイクルを短縮したりするなど、他の利点ももたらします。そのため、研磨はプラスチック金型の製造工程において非常に重要な工程です。

現在、一般的に使用されている研磨方法は次のとおりです。

1.1 機械研磨

機械研磨は、凸部研磨後の切削材料表面の塑性変形を除去して滑らかな研磨方法であり、一般的には石帯、ウールホイール、サンドペーパーなどのツールを使用し、主に手作業で行いますが、回転体の表面などの特殊な部品には、ターンテーブルなどの補助ツールを使用でき、表面品質要件に応じてスーパー研磨方法を使用できます。

超仕上げ研磨は、特殊な研削工具を用い、研磨剤を含んだ研磨液中でワークの加工面に密着させ、高速回転させながら研磨する技術です。この技術を用いることで、Ra0.008μmという表面粗さを実現でき、これは様々な研磨方法の中でも最高の精度です。この方法は、光学レンズの金型などによく用いられています。

1.2 化学研磨

化学研磨は、材料表面の微細な突起部を凹部よりも優先的に化学媒体に溶解し、滑らかな表面を得る方法です。この方法の主な利点は、複雑な設備を必要とせず、複雑な形状の製品を研磨でき、多くのプラスチック部品を同時に高効率で研磨できることです。化学研磨の核心的な問題は研磨液の調製です。化学研磨によって得られる表面粗さは、一般的に10μmです。

1.3 電解研磨

電解研磨の基本原理は化学研磨と同じで、材料表面の小さな突起部分を選択的に溶解することで表面を滑らかにします。化学研磨と比較して、陰極反応の影響を排除できるため、より優れた効果が得られます。電気化学研磨プロセスは2つのステップに分かれています。

（１）マクロレベリング溶解生成物が電解液中に拡散し、材料表面の幾何学的粗さが減少し、Ra＞1μmとなった。

（２）低光量での陽極分極、表面輝度の向上、Ra<1μm。

1.4 超音波研磨

プラスチック部品を研磨剤懸濁液に入れ、超音波場内に配置します。超音波の振動により、研磨剤がワーク表面を研磨・研削します。超音波加工のマクロ的な力は小さく、金型の変形は発生しませんが、金型の製作と取り付けはより困難になります。

超音波処理は、化学的または電気化学的手法と組み合わせることができます。溶液の腐食と電気分解を基盤として、超音波振動を用いて溶液を攪拌することで、ワーク表面の溶解生成物を分離し、表面近傍の腐食または電解液を均一化します。また、液中の超音波キャビテーションは腐食プロセスを抑制し、表面の光沢向上にも寄与します。

1.5 流体研磨

流体研磨は、高速で流れる液体と、それによって運ばれる研磨粒子を洗浄することで、ワーク表面を研磨する加工方法です。一般的な方法としては、研磨剤ジェット加工、液体ジェット加工、流体研削などがあります。流体研削は、油圧によって駆動され、研磨粒子を運ぶ液体媒体をワーク表面を高速で流します。この媒体は主に、低圧下で良好な流動性を示す特殊な化合物（ポリマー状物質）で構成され、研磨剤（炭化ケイ素粉末など）が混合されています。

1.6 磁気研削と研磨

磁気研磨とは、磁場の作用下で磁性研磨材を用いて研磨ブラシを形成し、ワークピースを研磨する方法です。この方法は、加工効率が高く、品質が良好で、加工条件を容易に制御でき、作業環境も良好です。適切な研磨材を使用することで、表面粗さはRa0.1μmに達することができます。

プラスチック金型加工における研磨は、他の業界で求められる表面研磨とは大きく異なり、厳密に言えば、金型の研磨は鏡面加工と呼ぶべきでしょう。研磨自体への要求が高いだけでなく、表面の平滑性、平滑性、形状精度にも高い基準が求められます。表面研磨では、一般的に光沢のある表面のみが求められます。

鏡面加工の規格は、AO=Ra0.008μm、A1=Ra0.016μm、A3=Ra0.032μm、A4=Ra0.063μmの4段階に分かれています。これは、電解研磨や流体研磨などの方法では部品の幾何学的精度を正確に制御することが難しく、化学研磨、超音波研磨、磁気研磨などの方法では表面品質が要求を満たすことができないためです。そのため、精密金型鏡面加工は依然として機械研磨を基本としています。