产品结构设计之——表面处理工艺（上）

在产品设计中，表面处理是通过物理或化学的方法，在材料表面形成一层具有某种或多种特殊性质的表层。通过表面处理，可以提升产品外观、质感、功能等多个方面的性能。

本期我们先介绍表面改性和涂镀两大工艺。

1 表面改性

1.1 皮纹

皮纹是指将所需花色以化学蚀刻的技术，将模具（大多为凹模，即产品外观面）进行蚀刻的处理。皮纹有蚀纹、咬花等别称。

工艺流程：

洗模→粘模→化学检验→表面处理→印花处理→化学蚀刻→表面处理→QC检査→防锈处理 → 包装入库

——优点——

（1）提升产品的视觉效果和磨砂手感；

（2）防滑，防指纹；

1.2 喷砂

喷砂是将工件放进密闭的喷砂机器中，采用压缩空气为动力，形成高速喷射束将砂料高速喷射到被需处理工件的表面，使工件表面的外表面或形状发生变化。

常用的砂料有铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、钢珠、玻璃砂等中。

——优点——

★ 改变金属表面的光洁度和应力状态，提高表面粗糙度

★ 去除金属表面锈迹、毛刺、氧化层

★ 在金属表面产生雾面的外观效果

★ 使金属表面的机械性能得到改善,提高金属的抗疲劳性,增加与涂层之间的附着力，延长涂膜的耐久性,有利于涂料的流平和装饰

1.3 滚花

滚花是一种通常在车床上进行的制造技术，涉及在部件表面制作复杂的图案。

滚花的图案可以由直线、角度或互锁设计组成，此工艺可提高零件的耐用性和美观性，同时提高其摩擦力。

——优点——

★ 增强抓握力和安全性

滚花表面可增加表面摩擦力，即使在打滑的情况下也能保持牢固抓握。这可以提高安全性和控制力。螺栓、旋钮、轮子和滚轮等部件上的滚花有助于防止组装或使用过程中打滑。

★ 美学提升

除了实用优势之外，滚花还能为物品增添美感。滚花可产生纹理图案，具有视觉吸引力和令人兴奋的外观。

★ 提高油漆附着力

滚花可增加材料的表面积，有利于品牌标识和油漆附着力。纹理表面可提高油漆附着力，效果更持久。制造商还可以使用滚花图案为其产品添加品牌标识元素。

1.4 拉丝

金属拉丝是通过研磨材料，对金属表面进行来回机械运动，从而在工件表面得到一层粗细分布均匀的宏观纹路。这种纹路能够赋予金属表面非镜面般的金属光泽，具有非常强的装饰效果。

根据拉丝工艺的不同，金属拉丝可以分为多种类型，主要包括以下几种：

（1）直纹拉丝：通过机械摩擦的方法在金属板表面加工出直线纹路。

（2）直线拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对金属表面进行连续水平线摩擦获取；断续纹丝一般在刷光机上加工制得。

（3）乱纹拉丝：在高速运转的铜丝刷下，使金属前后左右移动摩擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工对金属表面的要求较高。

（4）波纹和旋纹：波纹一般在刷光机和擦纹机上制作，利用上组磨辊的轴向运动在金属表面磨刷出波浪式纹路；旋纹则是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮对金属表面进行旋转抛磨所获得的一种丝纹，多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。

——优点——

★ 增强装饰效果：拉丝处理能够赋予金属表面独特的质感和光泽，提升产品的美观性。

★ 提高耐久性：通过拉丝处理，金属表面的抗侵蚀能力得到增强，延长了产品的使用寿命。

★ 适应性强：金属拉丝工艺适用于多种金属材料，且可根据需要调整纹路样式和粗细程度。

1.5 抛光

抛光是利用打磨工具或者化学溶剂对工件表面进行打磨处理，主要目的是使工件表面光滑，或者消除光滑。抛光具体还分机械抛光和电解抛光两种。

——机械抛光——

步骤为：局部研磨→整体研磨→粗抛→细抛→清洁→检验。

针对不同的抛光过程，依次为：粗抛（基础抛光过程），中抛（精加工过程）和精抛（上光过程），选用合适的抛光轮可以达到最佳抛光效果，同时提高抛光效率。

粗抛：用硬轮对表面抛光，去除粗的磨痕；

中抛：用较硬的抛光轮对经过粗抛的表面进一步加工，去除粗抛的划痕，产生中等光亮表面；

精抛：用软轮抛光获得镜面般的光亮表面，它对材料磨削作用最小。

——电解抛光——

电解抛光是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的效果。

其基本原理是工件连接在直流电源的阳极（正极），电解液中含有适当的化学成分。当电流通过时，工件表面会发生阳极溶解，释放出金属离子，并与抛光材料发生化学反应，形成一层薄薄的抛光膜。由于电流密度在工件表面凸起部分较高，这些部分会优先溶解，从而逐渐平滑表面，达到抛光效果。

——优点——

★ 表面质量高：电解抛光可以有效去除金属表面的氧化层、油污和杂质，提高表面的光洁度和光亮度。

★ 适用范围广：对难于用机械抛光的硬质材料、软质材料以及薄壁、形状复杂、细小的零件和制品都能加工。

★ 生产效率高：抛光时间短，而且可以多件同时抛光。

★ 改善性能：抛光后的金属表面更加光滑，有利于提高其耐腐蚀性能和整体外观质量。

——缺点——

★ 设备投资大：电解抛光需要专门的设备和电解液，一次性投资较大。

★ 工艺复杂：需要严格控制电流、电压、电解时间和温度等参数，以保证抛光效果。

★ 无法去除宏观缺陷：电解抛光无法除去工件表面的宏观划痕、麻点等表面缺陷。

1.6 激光雕刻

激光雕刻是一种高精度、高效率的加工技术，它是利用激光束在材料表面进行刻蚀或切割，以达到装饰、标记或改变材料表面性能的目的。

基本原理是利用激光器发射的高强度聚焦激光束，在焦点处使材料发生氧化、熔化、气化或烧蚀等物理或化学变化，从而在材料表面形成所需的图形、文字或图案。激光束通过聚焦成很细的光斑照射到材料上，当光斑照射到被加工对象上时，光束的能量被吸收并转化为热能，使材料表面迅速升温并发生相应的变化。

镭雕的应用场景包括，字符的雕刻：电子产品按键字符；图案及花纹的雕刻，直接在五金件上雕刻；激光拉丝，在五金产品上雕刻；标签和LOGO的雕刻。

——优点——

★ 可加工范围广，几乎所有材料都可镭雕

★ 颜色保持持久，不褪色

——缺点——

★ 颜色单一；成本较高；不耐磨

1.7 阳极氧化

阳极氧化（anodic oxidation），金属或合金的电化学氧化，最长用于铝和铝合金中。铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用下，在铝制品（阳极）上形成一层氧化铝的膜。这层氧化膜具有耐腐蚀性、装饰性、绝缘性、耐磨性等特殊特性。

——优点——

★ 增强耐腐蚀性：致密的氧化物膜有效提高金属的耐腐蚀性。

★ 增加硬度：可以增加金属表面的硬度，使其更加耐磨、耐划伤，延长使用寿命。

★ 改善外观：可以在金属表面形成不同颜色的氧化膜，增加其外观美观性和装饰性。

★ 提高涂层附着力：金属表面粗糙度增加，有利于涂层与基材之间的附着力。

★ 增强绝缘性：阳极氧化处理可以在金属表面形成一层绝缘氧化物膜。

2 涂镀

2.1 喷塑

喷塑也称粉末涂装，是通过静电粉末喷涂设备将粉末涂料喷涂到工件的表面，在静电作用下，粉末会均匀地吸附于工件表面，形成粉状的涂层。随后，涂覆的粉末涂层经过高温烘烤流平固化，转化成效果各异（如粉末涂料的各种颜色）的最终涂层。

——优点——

★ 涂层均匀、平整、美观。

★ 具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和耐候性。

★ 环保性好，粉末涂料利用率高，减少了污染物的排放。

2.2 喷漆

喷漆，也称为喷油，涂料是由树脂、颜料、溶剂、其他添加剂构成的油漆。

喷漆方法分为手工喷涂与自动喷涂。

手工喷涂由于人为因素原因，造成涂层厚度和品质不容易控制，主要应用于小批量生产及颜色样板的制作。

自动喷涂通过自动涂装线来实现，有全自动与半自动之分。全自动有多个喷枪头，通过调整不同的角度来达到均匀的涂层厚度。自动喷涂品质可靠，颜色及厚度均匀，适合于大批量生产。

在常用塑料中，ABS和PC较适合，POM、PA、PP等材质因化学性质对油漆相容性不好，一般做内部件，或者直接采用素材做外观。

喷涂选料的选择如下：

（1）橡胶油

橡胶油又称弹性漆、手感漆，橡胶油是一种双成份高弹性的手感油漆,用该油漆喷涂后的产品具有特殊柔软的触感及高弹性表面手感：耐冲击性、可恢复性、手感柔和、漆膜均匀滑爽和耐化学品性强是该产品的最佳特性。橡胶油干燥快速，加工方便。所喷涂的产品外观雾面透明、舒适高档。橡胶油的优点如下：

★ 漆膜颜色丰富，可以根据需要调配各种颜色。

★ 涂层厚度可控，可以通过多次喷涂达到所需厚度。

★ 适用范围广，几乎可以在所有金属和非金属表面上喷漆。

橡胶油的缺点是成本高，耐用一般，用久了容易脱落，其广泛应用于通信产品、视听产品、MP39、手机外壳、装饰品装饰盒、休闲娱乐产品、游戏机手柄、工艺礼品、美容器材等。

（2）UV油漆

UV漆需要在紫外线光照射下才能固化，特点如下：

★ 透明光亮，UV油漆的光亮度要通过添加剂来调整

★ 硬度高

★ 固定速度快，生产效率高

★ 常温固化，不产生热变形，且环保

2.3 水电镀

水电镀是一种电化学的过程，通俗的理解就是将需要电镀的产品零件浸泡在电解液中，再通以电流，以电解的方式使金属沉积在零件表面形成均匀、致密、结合力良好的金属层的表面加工方法。

因厂家技术有差异，镀层厚度有多有少，有些会大于0.1mm，一般取0.05mm。

可选材料ABS。

——优点——

★ 金属质感，美观中

★ 耐磨，吸附性好中

——缺点——

★ 颜色相对单一，常见的有金、银、黑、枪色

★ 加工过程破坏环境

★ 可镀的塑胶材料较少，常见可用电镀级ABS，而PP、PC、PE难以电镀

★ 电镀后塑胶材料物性会发生变脆变硬的现象事

★ 电镀后具有导电性

2.4 真空镀

真空电镀是一种物理沉积现象。即在真空状态下注入氙气，氩气撞击靶材，靶材分离成分子被导电的货品吸附形成一层均匀光滑的表面层。

镀层可以很薄，可做0.02mm厚度。和水电镀一样，可有常见的有金、银、黑、枪色可选。

可选材料为ABS、PC等。

——用途——

★ 装饰表面，可以让塑胶件表面产生金属的光泽

★ 防腐蚀，如螺丝表面电镀为了防止生锈

★ 防磨损，如电镀硬铬可加硬电镀件的表面，使电镀件更耐磨

★ 提高电性能，如镀铜与镀金能提高导电性能

——优点——

★ 金属质感，美观，可镀颜色多样，甚至彩色

★ 不改变材料物性，局部电镀比较方便；吸附性好

★ 可做不导电材质

——缺点——

★ 成本高，报废率比水电镀高

★ 不耐磨

总结：

以上为常见的表面处理要点，表面改性倾向于金属材料，涂镀则塑料和金属都可用，仅供参考。下一期，我们将继续介绍印刷和膜内外装饰两类工艺。

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