淺談先進鋼材應用於模具加工相關之被加工材常見製程失效
前言
產業之發展，隨時邁向多元多機能性、高合適性、高環 保性前進，也因此帶動製造產業技術的變革。這也是身 為高品質鋼材提供者的我們，可以一展身手，展現價值 之契機。如首圖[1] 所示，透過先進煉鋼製程可得高清 淨度、高均質的鋼材來支持著客戶產品品質，並做為邁 向轉型成功的基石。當然對於鋼材材料特性與應用，工業界各領域之專家都 無不致力去了解與具有正確的認知。也明白這正是所謂 工欲善其事必先利其器之道理，無不努力以先端設備來 追求高端精度，但在這一變革之洪流中，並非皆能順利 圓滿到位。若淺談其緣由，可從高階鋼種的加工層面， 如下幾個要項所衍生的失效問題來探討與理解。
塑膠成型用相關模具之生鏽成型用相關模具，幾乎首選多為硬化型不鏽鋼系列鋼 種，要求硬度與剛性之外，還需兼具耐蝕性之優點。
即便如此”既是不鏽鋼，怎麼可能會生鏽?”，這句話卻經常可以耳聞。如圖1所示，冷卻水道內壁鋼材剖 面之觀察，即是硬化型不繡鋼於鑽孔加工過程導入生 鏽因子之案例。常發於在減法切削加工過程中，削屑 黏滯於不繡鋼工件表面，使之無法充分產生保護氧化 層。後續若接觸含水氧環境，將致使鋼材產生晶界腐 蝕。 其加工面的清潔與切削液體之品質維護管理就必須密 切注意。當然，加工刀具的破損造成的裂片滯留在模 具鋼料表面，進而裂片生鏽，其後誘發模具鏽蝕的案 例也是可見，因此刀具的壽命管理也是重點之一。
線割與放電加工
EDM (Electro-Discharge Machining) 在模具形體加工之手法中，仍是廣泛被採用。其表面 所產生的脆硬變質層(白層、重鑄層)，如圖2所示， 並非相同於滲氮型態之表面處理所產生的白層。由於 高能量的擊穿效應，觀察此變質層剖面，即可見存在 的裂痕是從變質層表面往底材方向穿透。若無後面的研磨加工充分磨除此變質層，此裂痕將會變成日後模 具使用壽命短縮之因子。因此，常以噴砂或研磨方式 確保去除此脆硬層。
模具材料組織應力
模具的熱處理製程，若未能將材料內部應轉變組織做 轉變，其組織(殘留沃斯田鐵)將容易於外在的刺激 下，進行轉變產生應力。再加上如線割或EDM過程 中，產生應力與應力集中，則非常容易導致模具破裂。 如圖3所示案例。
硬銑削 (Hard Milling) 應用於具有硬度材質，如熱處理後的形體加工。隨著 技術的提昇，也有不需再以EDM加工，而改採用硬銑削的方式加工。如圖4所示，以此方式加工後表面 的狀況就需注意。硬銑削後之表面的不平整，形成裂 縫的影響可見深達30um。若經由流體拋光 (Extrude Hone)，可淺至15um，以手拋方式處理將可降至最 低，僅有2-3um。另加工應力的產生，相信加工者對 於加工應力一詞皆不陌生。如圖5所示，刀具對鋼材 表面進行硬銑削加工後，所產生的剖面應力變化。通 常為避免刀具與加工輪廓產生滑移與擠壓，在表面無 硬質層狀況時，常採用順銑方式加工。但經由斷面顯 影觀察此方式，也會對表面產生大於逆銑方式的應力 影響。刀具刀刃的鈍化也會產生更深層的應力影響。 以上淺談數種常見失效案例，雖不陌生，卻常因為沒 有體認到預留量的大幅縮減與精度要求的提高的製程 改變，而再次使之浮現。在此藉由可視化的顯微鏡觀察研究呈現。期望我司能有幸與客戶攜手合作研發， 讓我們提供問題的解決方案，協助客戶日益精進，共 創雙贏！
參考資料: 1.Polishing-EDM-Hard Milling-Böhler, Böhler, 2019. 2. 梧濟工業公司金屬檢驗中心, 2019.
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