一、引言

在注塑模具的应用中，脱模过程的顺畅程度以及模具的耐磨性能，对生产效率和模具使用寿命有着关键影响。传统的注塑模具在面对复杂形状塑料制品或长期使用时，常出现脱模困难、磨损严重等问题。表面织构化处理作为一种新兴的材料表面改性技术，为解决这些问题提供了新的思路。通过在模具表面构建特定的微观结构，能够改变模具与塑料制品之间的界面特性，进而对脱模和磨损情况产生重要影响。

二、表面织构化处理原理与方法

（一）原理

表面织构化处理是在模具材料表面加工出具有一定形状、尺寸和分布规律的微观结构，如凹槽、微孔、微凸体等。这些微观结构能够改变模具表面的物理和化学性质，例如改变表面粗糙度、接触面积以及表面能等。当模具与塑料制品接触时，这些微观结构会影响两者之间的相互作用力，从而实现对脱模和磨损性能的调控。

（二）方法

1. 机械加工法：通过精密机械加工手段，如微铣削、微磨削等，在模具表面直接加工出所需的织构。这种方法精度较高，能够精确控制织构的形状和尺寸，但加工效率较低，成本相对较高。例如，利用微铣削技术可以在模具表面加工出规则的凹槽织构，凹槽的宽度、深度和间距都能得到精确控制。

2. 激光加工法：利用高能激光束对模具表面进行扫描，通过激光的热效应使材料局部熔化、气化，从而形成各种微观织构。激光加工具有非接触、加工速度快、灵活性高等优点，可以加工出复杂形状的织构。比如，通过激光加工可以在模具表面制作出微孔阵列织构，这些微孔能够储存润滑剂，减少模具与塑料制品之间的摩擦。

3. 电化学加工法：基于电化学腐蚀原理，将模具作为阳极，在电解液中通过控制电流密度和加工时间，使模具表面的金属溶解，从而形成特定的织构。这种方法适用于加工一些形状复杂且精度要求较高的织构，并且能够在不改变模具基体材料性能的前提下实现表面织构化。

三、对脱模性能的影响

（一）降低脱模力

1. 减少接触面积：表面织构化处理后，模具表面的微观结构使模具与塑料制品之间的实际接触面积减小。根据摩擦力的计算公式，接触面积的减小会导致脱模时的摩擦力降低，从而减小脱模力。例如，在模具表面加工出微凸体织构，塑料制品在冷却收缩后与微凸体的接触点减少，脱模时所需克服的摩擦力大幅降低。

2. 改变界面作用力：织构的存在还会改变模具与塑料制品之间的界面作用力性质。微观织构可以在模具与塑料制品之间形成微小的间隙，使空气或脱模剂能够更容易进入，起到润滑和隔离的作用，进一步降低脱模力。例如，凹槽织构能够引导脱模剂均匀分布在模具表面，在脱模时形成一层润滑膜，有效减小脱模阻力。

（二）改善脱模质量

1. 避免制品拉伤：传统模具在脱模过程中，由于摩擦力较大，容易导致塑料制品表面出现拉伤、划伤等缺陷。而经过表面织构化处理的模具，脱模力减小且摩擦力分布更加均匀，大大降低了制品表面被拉伤的风险。这对于一些对表面质量要求较高的塑料制品，如光学镜片、电子产品外壳等，具有重要意义。

2. 提高脱模完整性：表面织构化有助于实现塑料制品的完整脱模，减少因脱模困难导致的制品破裂、变形等问题。例如，对于形状复杂的塑料制品，通过合理设计模具表面织构，可以使制品在脱模时各部分受力均匀，顺利从模具中脱出，保证制品的完整性和尺寸精度。

四、对磨损性能的影响

（一）降低磨损速率

1. 储存润滑剂：部分表面织构，如微孔、凹槽等，能够储存润滑剂。在注塑过程中，润滑剂可以持续释放到模具与塑料制品的接触表面，起到润滑作用，减少两者之间的直接摩擦，从而降低模具的磨损速率。例如，在模具表面加工出微孔织构，预先填充润滑剂后，在注塑过程中，微孔内的润滑剂会随着模具与塑料制品的相对运动逐渐渗出，形成润滑膜，有效保护模具表面。

2. 分散应力：微观织构可以改变模具表面的应力分布，使应力更加均匀地分散。在注塑过程中，模具表面会受到各种力的作用，如注塑压力、摩擦力等。织构的存在能够避免应力集中在局部区域，减少因应力集中导致的磨损和疲劳损伤。例如，微凸体织构可以将外力分散到多个微凸体上，降低单个点的应力，从而延长模具的使用寿命。

（二）提高耐磨寿命

1. 增强表面硬度：一些表面织构化处理方法，如激光冲击强化处理形成的织构，不仅改变了模具表面的微观形貌，还能使模具表面的硬度得到提高。硬度的增加使得模具表面更能抵抗塑料制品的摩擦和磨损，从而提高模具的耐磨寿命。

2. 自修复功能（部分织构）：某些特殊设计的表面织构具有一定的自修复功能。例如，在模具表面加工出具有弹性的微结构织构，当模具表面受到磨损时，这些微结构能够发生一定的变形，填补磨损产生的微小凹坑，在一定程度上恢复模具表面的平整度，延缓磨损进程，提高模具的整体耐磨寿命。

五、实际应用案例分析

（一）家电外壳注塑模具

某家电制造企业在生产大型家电外壳的注塑模具时，采用了激光加工的表面织构化处理技术。在模具型腔表面加工出了均匀分布的凹槽织构，深度为 50μm，宽度为 100μm，间距为 200μm。经过实际生产验证，采用织构化模具后，脱模力降低了约 30%，塑料制品表面的拉伤缺陷率从原来的 15% 降低到了 3% 以下。同时，模具的磨损速率明显下降，在相同的生产批次下，模具的使用寿命延长了约 2 倍，有效提高了生产效率和产品质量，降低了生产成本。

（二）精密塑料制品注塑模具

一家精密塑料制品生产企业，在生产精密齿轮注塑模具时，对模具表面进行了电化学加工的表面织构化处理，形成了微孔阵列织构。在注塑过程中，微孔内预先填充的润滑剂持续发挥作用，使得模具的磨损得到有效控制。原本模具在生产 5000 件产品后就需要进行修复或更换，采用织构化模具后，生产 15000 件产品时模具仍能保持良好的工作状态，且生产出的精密齿轮尺寸精度和表面质量都得到了显著提升，废品率降低了 40%。

六、结论

注塑模具材料的表面织构化处理通过改变模具表面的微观结构，对脱模和磨损性能产生了积极且显著的影响。在脱模方面，有效降低了脱模力，改善了脱模质量；在磨损方面，降低了磨损速率，提高了模具的耐磨寿命。通过实际应用案例可以看出，表面织构化处理技术能够为注塑生产带来更高的效率、更好的产品质量以及更低的成本。随着表面织构化技术的不断发展和创新，未来有望开发出更多适用于不同注塑模具需求的织构化处理方法和工艺，进一步推动注塑行业的发展，满足不断增长的塑料制品生产需求。