CN108724620B - 用于塑模和冲模套件的经济性塑料加工工具型芯 - Google Patents

Abstract

在塑模或冲模块体套件的型腔侧上形成无瑕疵表面，所述套件由型芯侧和型腔侧组成，是通过在型芯侧上使用与型腔侧相比较软的合金，使得在塑料注射成型期间，型芯侧优先于型腔侧在分型线处磨损，因此所述套件在型芯侧上优先于型腔侧发生侵蚀，留下型腔侧无腐蚀。

Description

用于塑模和冲模套件的经济性塑料加工工具型芯

技术领域

本发明解决了塑料加工工具(tooling)行业中关于在塑模和冲模(mold and die)部件上提供无瑕疵表面的严重问题，所述塑模和冲模部件与最终用户可见的部件模制接触，以及为用于塑料加工工具套件的型芯和型腔半体提供具有不同合金组成的塑模和冲模材料的持续问题，其以非常经济的成本产生高质量的最终产品。

背景技术

已经发现，构成塑料加工工具塑模或冲模套件的两个半体必须具有不同的组成和操作特性，以在大约二十英寸及更高的材料横截面上以低成本生产高质量部件。具体来说，塑料加工工具套件的型腔侧一般需要高质量的钢，以提供模制件的最终无瑕疵的表面。相比之下，所述加工工具套件的型芯侧不需要与加工工具套件的型腔半体的标准一样严格的表面光洁度标准，而是必须等于所述型芯半体所经受的严格的操作条件。

标准钢，如P-20，具有以下标称组成：

已被证明在用于加工工具套件的型腔侧方面表现优异。然而，这种等级和类似等级用于加工工具套件的型芯侧是不经济的，这意味着这种钢的工作属性实质上超过了加工工具套件的型芯侧所需的属性。因此，对于当今高度成本意识环境中的部件制造商，使用上述级别用于加工工具套件的型芯侧代表了相比于较低成本、但足够有效的合金的不必要成本。因此，由于工具部件对部件制造商来说是高成本因素，需要用于塑料成型工具套件的型芯侧的合金钢，其比上述合金便宜，但是当与上述合金结合使用时表现相当令人满意，特别是在深度至少20"的工具套件中。

特别重要的是，在通过加工工具套件生产了数千个部件之后，在加工工具套件的型腔上形成的表面应该与在开始运动时制成的部件一样明亮和无瑕疵。然而，由于看不到型芯侧，制造型芯侧的钢不需要像型腔侧一样能够采取高抛光性；即型芯侧不需要美学上完美的光洁度。

已经发现，为了保持加工工具套件的型腔侧的分型线(即，套件的两个半体之间的分隔线)，期望在套件型芯侧的分型线处具有稍低的硬度。因此，当发生磨损时，在压力下注射塑料后产生的溢料(flash)将不会显示在加工工具套件的型腔侧上。

在解决这些问题的尝试中，具有以下组成的钢已被用于加工工具套件的型芯侧：

然而，该组成仅适用于高达约20"的横截面；在该厚度之上，该组成在深度上将不会保持预期的机械性能。具体地说，在厚度大于20时，该钢在分型线处显示出太多的硬度下降。这可能归因于对超过20"的物件淬火时的质量效应。

因此，对于塑料注射成型工具中20"及以上截面的型芯块体钢，需要新的组成用于塑料加工工具套件的型芯侧，其将具有用于20"及更大塑模和冲模工具套件所需的所有物理和机械性能，但成本比目前可用的材料低。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种塑模和冲模块体，其具有与用于20"至35"或更优选高达至30"截面的塑料模制注射工具的型芯侧的当前可用产品相同或更好的可加工性和增加的淬透性(hardenability)。

更具体地，本发明的目的是提供一种具有与当前用于塑料加工工具的型芯侧的产品相比相同或更好的可加工性和增强的淬透性的模具块体。

附图说明

在下面的附图中示意性地示出了本发明，其中：

图1是塑料加工工具套件的型芯侧的透视图；

图2是所述塑料加工工具套件的型腔侧的透视图；

图3是简化模具套件的半剖视图；和

图4是放大比例的图3的局部剖视图4-4，其中优先磨损区域以阴影表示。

具体实施方式

首先参考图1，塑料加工工具套件的型芯侧通常以10表示，型芯以11表示，分型线平面以12表示。

接下来参考图2，塑料加工工具套件的型腔侧通常以20表示，型腔以21表示，分型线平面以22表示。应当理解，当型芯侧10和型腔侧20处于模制接合时，分型线平面12和22将邻接接合以形成分型线23，参见图3，并且型芯侧11将被接收在型腔21中。

由于型芯11的尺寸略小于侧型腔21的尺寸，所以如图4最好地所示，在型芯和型腔之间的空间24中将形成一个部件。当通过工业中已知的合适方式(未示出)关闭时，这两个半体10和20将当然被保持在固定位置。

现在具体参考图4，可以看出，当型芯侧10的表面和型腔侧20的表面接触时，分型线23形成清晰的分界线。当熔融塑料散弹(shots)在相当大的压力下被注入模腔24时，所述塑料将与型芯侧10和型腔侧20的表面接触。然而，由于型芯侧10由比型腔侧20的钢更软的钢形成，所以型芯侧10优先比型腔侧20受到侵蚀。在所示的实施方案中，型芯侧10中的侵蚀区域在图4中用13表示。虽然图示出了均匀的侵蚀深度，但是应当理解，一些位置可能比相邻位置更软，因此侵蚀的空间将在各点之间具有不规则的深度。然而，形成型芯侧10的钢总是比形成型腔侧20的钢更软，因此比型腔钢更可侵蚀。因此，型芯侧将始终包含许多次周期后可能产生的任何溢料。然而，由于模制部件的型芯侧表面对于观察者不可见，所以由型芯侧10的区域13表示的溢料在商业上是可接受的。

现在仅谈及型芯10，本发明的所述型芯具有以下宽的组成：

在上述参数中，优选组成如下：

将给出一贯优异结果的最优选范围如下：

碳对于提供所需的硬度和耐磨性是需要的。如果碳明显高于0.55％，则模具块体将具有低的机械加工性和抛光特性。优选地，最多使用0.50％的碳以确保良好的机械加工性。如果使用实质上小于0.25％的碳，耐磨性和机械性能将不适合于模具块体经受的使用条件。优选使用至少0.30％的碳来确保可接受的耐磨性、硬度和机械性能。最优选地，应该使用0.35％至0.45％范围内的碳，目标为0.40％。

锰对于淬透性是必不可少的且在炼钢过程中作为脱氧剂。它也用于控制锻造操作中的硫化物。与其他合金元素组合，如果存在显著高于1.50％的量，则具有存在残留奥氏体的风险。如果存在实质上小于0.70％的锰，则模具块体的淬透性将被降低。此外，为了确保硫的控制，锰的含量应该是硫含量的至少20倍。锰还有助于耐磨性，尽管比其他碳化物形成剂的程度更小。锰优选存在的范围为1.05％至1.45％，最优选为1.15％至1.35％。

硅由于其脱氧能力在炼钢过程中是指定的。如果以比指定的量实质上更大的量存在，则会有最终产品脆化的倾向。

铬对于碳化物形成、淬透性和耐磨性是必需的。如果存在实质上大于最大值2.00％的铬，则对于正常的生产热处理工艺来说，硬化温度将太高。低于规定的最低值1.40％铬，耐磨性将受到不利影响。优选地，铬的存在量为1.50％至2.00％，最优选为1.50％至1.90％。

钼是一种关键元素，因为它是一种强的碳化物形成剂，有助于淬透性和耐磨性。其有益效果在0.10％至0.55％的范围内是有效的，但优选维持在0.10％至0.45％范围的较低范围内，最优选在0.10％至0.30％的范围内。

铝对于晶粒细化是理想的，但是由于引起铝酸盐(不期望的杂质)的存在，可能对钢质量产生不利影响。因此，在最终的熔融组合物中将铝的添加量最小化到最大值为0.040％是重要的。最优选的是0.020％铝的目标将实现晶粒细化。

磷可以提高机械加工性，但是这种元素在工具钢中的不利影响，如延性-脆性转变温度的增加，超过任何有益的影响。因此，磷含量不应超过规定的最大值0.025％，最优选低于0.015％。

硫对于机械加工性是关键元素，通常认为在工具钢中含量高于0.045％将赋予可接受的机械加工性。然而，为了在加工过程中保持硫化物的控制，必要的是避免硫含量超过0.20％。优选地，硫应以0.05％至0.15％的量存在，最优选以0.05％至0.10％的范围存在，目标为0.07％。

为了达到所需的操作特性，必须对最终组合物进行水淬火。然而，为了确保工具套件的型芯侧具有比型腔侧更低的硬度，必须将型芯部和型腔部分制造成不同的硬度。

因此，型腔侧的合适的硬度范围为277-321BHN，型芯侧的合适的硬度范围为269-277BHN，条件是型芯侧的硬度始终低于型腔侧的硬度。通过保持两个半体之间的差异硬度，其中型芯半体比型腔半体软，保留了型腔的分型线；也就是说，有利于型芯侧分型线的磨损，而不是型腔侧的分型线。因此，型腔侧的明亮、无瑕疵的表面将被反映在最终的模制部件中，使得将需要对部件型腔侧进行最小的或不进行后模制加工。

制造用于厚度为20英寸及以上的塑模或冲模的型芯侧的低合金钢块体的方法如下：

在电弧炉中通过以下方法制备钢熔体：

a.熔融含有大部分合金成分的钢组合物的主体以产生适合于进入到容器中的钢熔体，

b.之后，加热、合金化和精炼所述热体以使所述热体达到最终组成，

c.通过底部浇注实践进行真空脱气、浇铸和铸造齿轮(gear)以形成锭，

d.热加工所述锭以形成低合金塑模或冲模块体，以及

e.然后通过水淬火和回火，热处理所述塑模或冲模块体以形成热加工产品。

应当理解，在以上述方式加工钢之后，热加工产品应在800℃至900℃之间的温度下经受奥氏体化，在水中淬火，并在500℃和700℃之间的温度下回火。

在所述处理之后，所得产物将显示出主要包含贝氏体和可能的贝氏体和珠光体的混合物的微结构，其将比块体厚度的1/4深。

虽然已经描述了本发明的优选和替代实施方案，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本发明的范围内进行修改。因此，当根据相关现有技术进行解释时，本发明的范围应仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (9)

1.塑料注射钢加工工具套件，其具有型芯半体和型腔半体，其中所述型芯半体由比形成型腔半体的钢更软的钢形成，由此在将塑料注入由所述两个半体形成的模具中之后产生溢料时，型芯侧分型线的磨损优先于型腔侧的磨损发生。

2.根据权利要求1所述的塑料注射钢加工工具套件，其特征还在于，型腔半体的硬度范围为277-331BHN，型芯半体的硬度范围为269-277BHN，型芯半体的软度总是小于型腔半体的硬度。

3.根据权利要求2所述的塑料注射钢加工工具套件，其特征还在于：该套件的型芯侧具有以下近似组成：

4.塑料注射成型工具套件的型芯侧，其与所述工具套件的型腔侧结合使用，所述型芯侧由比型腔侧更软的钢形成并且具有269-277BHN的硬度范围以及以下组成：

5.根据权利要求4所述的塑料注射成型工具套件的型芯侧，其特征还在于，所述型芯侧具有以下组成：

6.根据权利要求5所述的塑料注射成型工具套件的型芯侧，其特征还在于，所述型芯侧具有以下组成：

7.根据权利要求4所述的塑料注射成型工具套件的型芯侧，其与所述工具套件的型腔侧结合使用，其特征还在于所述型芯侧具有至少20"的深度。

8.根据权利要求7所述的塑料注射成型工具套件的型芯侧，其与所述工具套件的型腔侧结合使用，其特征还在于所述型芯侧由在电弧炉中通过以下方式制备的钢的熔体制备：

a.熔融含有大部分合金成分的钢组合物的主体以产生适合于进入到容器中的钢熔体，

b.在进入之后，加热、合金化和精炼热体以使所述热体达到其最终组成，

c.通过底部浇注实践进行真空脱气、浇铸和铸造所述热体以形成锭，

d.热加工所述锭以形成低合金塑模或冲模块体，以及

e.然后通过水淬火和回火热处理塑模或冲模块体以形成最终的热加工产品。

9.根据权利要求8所述的塑料注射成型工具套件的型芯侧，其与所述工具套件的型腔侧结合使用，其特征还在于

在根据权利要求8的描述加工型芯侧产品的钢之后，使产品经受：

在800-900℃的温度下进行奥氏体化，

在水中淬火，和

在500-700℃的温度下回火

以形成主要由贝氏体或贝氏体和珠光体的混合物组成的微结构，其比形成所述型芯侧的块体的厚度的1/4更深。

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