專利名稱：吹塑成型用金屬模及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及吹塑成形用金屬模、金屬模構(gòu)件及其制造方法。
更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及一種在由高熱傳導(dǎo)性金屬構(gòu)成的基體材料所限定的型腔的周緣部裝備一層與該基體材料呈冶金性結(jié)合的高硬度金屬層的吹塑成形用金屬模、金屬模構(gòu)件及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明，在型腔周緣部的至少一部分帶有切斷部的情況下，不但能提高金屬模基體材料的熱傳導(dǎo)性，同時(shí)也能提高其耐久性。
一般地，在制造清涼飲料和洗滌劑等所使用的容器時(shí)，常使用所謂的吹塑成形的成形方法。
對(duì)于這種成形方法所用的金屬模，一般為了縮短壓射周期，多使用熱輻射性能優(yōu)異的鋁合金、鋅合金和銅合金。然而使用這種成形方法時(shí)一般必須除去毛邊(樹脂被金屬模兩邊夾住時(shí)所凸出的部分)，對(duì)于具有除去毛邊功能的部件(剪切部件)，要使用硬度和耐久性都優(yōu)異的各種鋼材、不銹鋼。
最近使用形狀復(fù)雜且獨(dú)特的容器的現(xiàn)象正增多。例如常規(guī)地容器的形狀只是在瓶的底部才有樹脂毛邊(型坯尾的部分)(一種例如香波瓶常見的形狀)，然而如泵式大香波瓶等所示的那樣在瓶的肩部出現(xiàn)毛邊、帶手柄的瓶如液體洗滌劑等的瓶所示的那樣在手柄上或手柄周圍出現(xiàn)毛邊，瓶的形狀取決于客戶的不同要求已變得多樣化，相應(yīng)地用來成形的金屬模的尺寸和形狀也多樣化，因而分型線的形狀也變得復(fù)雜。
在這樣的趨勢(shì)中，金屬模的剪切部件傳統(tǒng)上限于模的底部或頸部、但最近在某些情況下要求它位于沿分型線的模主體的整個(gè)部分。
這種情況下傳統(tǒng)上是采用下述方法，即在由高熱傳導(dǎo)性金屬制成的金屬模主體中鑲?cè)胍淹ㄟ^機(jī)械加工形成為剪切部件的切斷齒片的高硬度金屬，并用螺栓固定住(嵌置件)。但上述“嵌置”法有這樣的缺點(diǎn)，即由于工時(shí)增加而導(dǎo)致成本升高和交付期時(shí)間延長(zhǎng)，且它只適用于型腔周緣部及其分型線具有直線形狀的場(chǎng)合，而不適用于當(dāng)它們具有復(fù)雜形狀包括曲線時(shí)的情況。金屬模主體由一對(duì)在其分型面分開的組合模構(gòu)成，成形時(shí)組合模從兩邊封閉好，制出成形件，然而由于在相互面對(duì)的兩面上對(duì)整個(gè)金屬模施加了10噸以上的壓力，因此當(dāng)切斷齒片的構(gòu)件是“嵌置”件方式時(shí)將造成破損或由于模的錯(cuò)位而對(duì)鑄件產(chǎn)生嚴(yán)重的缺陷。
在這種金屬模中，其內(nèi)部裝備有冷卻水回路。然而當(dāng)對(duì)切斷齒片的構(gòu)件等通過螺栓連接加工設(shè)入嵌置件時(shí)，恐怕會(huì)出現(xiàn)螺栓孔與冷卻水回路相互交叉的可能，故必須把冷卻水回路設(shè)置在離金屬模表面(型腔表面和分型線表面)有相當(dāng)距離的地方，這將顯著影響水冷效率，并降低壓射周期的縮短化性能。
另一方面，在象汽油容器等型腔和分型線的周緣部形狀復(fù)雜的大型金屬模中，很難使用“嵌置件”方式，因而大多通過加工高硬度金屬(例如鋼)的單一材料而得到作為一體的整個(gè)金屬模。然而使用這種方法時(shí)熱輻射性能特別低劣，故不能提高成形周期，這又造成生產(chǎn)效率低。
相反，在日本特許公開平1-143738號(hào)專利中試圖通過減薄金屬模工作面的鋼并進(jìn)而用銅作內(nèi)襯而解決該問題，但是由于模的整個(gè)工作面是由鋼材制成的，因而沒有完全解決熱輻射問題。
另外，在日本特許公開昭62-113521號(hào)專利中揭示了一種成形粉末樹脂的裝置，其中通過在成形面?zhèn)鹊慕饘俚膬?nèi)側(cè)配置比該金屬的熱傳導(dǎo)率高的另一種金屬，旨在提高加熱、冷卻的循環(huán)性能。然而該公報(bào)沒有提及如何去除如吹塑成形等中的毛邊。
日本特許公開平4-101813專利中揭示了用包層的切斷構(gòu)件制作直線形型坯尾部。根據(jù)該方法，解決了切斷齒片破損或切斷構(gòu)件錯(cuò)位的問題，然而當(dāng)型腔的周緣部或分型線的形狀不是直線時(shí)，就不能用作切斷構(gòu)件。
本發(fā)明是著重上述問題而完成的。本發(fā)明的目的在于當(dāng)任意形狀的型腔周緣部的分型線等的全部或一部分上裝備有切斷部件時(shí)，不但提高金屬?；w材料的熱傳導(dǎo)性，而且提高切斷齒片的耐久性。
就是說，本發(fā)明第一涉及一種吹塑成形用金屬模，其中在由高熱傳導(dǎo)性金屬構(gòu)成的基體材料所限定的型腔的周緣部裝備有一層與該基體材料呈冶金性結(jié)合的高硬度金屬層。
本發(fā)明第二涉及一種含有金屬模構(gòu)件的吹塑成形用金屬模，其中至少有一個(gè)金屬模構(gòu)件在由高熱傳導(dǎo)性金屬構(gòu)成的基體材料所限定的型腔的周緣部裝備有一層與該基體材料呈冶金性結(jié)合的高硬度金屬層。
本發(fā)明第三涉及一種制造吹塑成形用金屬模的方法，其中在高熱傳導(dǎo)性金屬的基體材料表面呈冶金性結(jié)合一層高硬度金屬層，利用所得的復(fù)合材料通過從該高硬度金屬層一側(cè)向下加工該基體材料來形成型腔，從而在型腔的周緣部形成含該高硬度金屬的一層。
本發(fā)明第四涉及一種制造吹塑成形用金屬模構(gòu)件的方法，其中在高熱傳導(dǎo)性金屬的基體材料表面呈冶金性結(jié)合一層高硬度金屬層，利用所得的復(fù)合材料，通過從該高硬度金屬層一側(cè)向下加工該基體材料來形成型腔，從而在型腔的周緣部形成含該高硬度金屬的一層。
各圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是實(shí)施例1中所示本發(fā)明的一對(duì)金屬模的一個(gè)表面的前視圖。
圖2是圖1的AA剖面圖。
圖3是實(shí)施例2中所示本發(fā)明的一對(duì)金屬模的一個(gè)表面的前視圖。
圖4是圖3的BB剖面圖。
圖5是圖3的CC剖面圖。
圖6是實(shí)施例3中所示本發(fā)明的一對(duì)金屬模的一個(gè)表面的前視圖。
圖7是圖6的DD剖面圖。
圖8是圖6的EE剖面圖。各符號(hào)的說明1、基體材料(鋁合金)
2、純鋁層3、銅層4、不銹鋼層5、冷卻水回路6、空心部(型腔部)7、金屬模構(gòu)件(瓶的上部組合模)8、金屬模構(gòu)件(瓶的體部組合模)9、金屬模構(gòu)件(瓶的底部組合模)10、高硬度鋼層11、鈦層12、金屬模構(gòu)件(組合模主體)13、金屬模構(gòu)件(底部嵌置件不銹鋼)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式根據(jù)本發(fā)明的金屬模，是指金屬模整體或一對(duì)對(duì)稱的金屬模中的一個(gè)。金屬模構(gòu)件是指一對(duì)對(duì)稱金屬模進(jìn)一步分割所形成的部件或指如底部套筒或手柄等組合模構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)成金屬?；蚪饘倌?gòu)件的基體材料的高熱傳導(dǎo)性金屬是一種熱傳導(dǎo)率比主要含有鋼的常規(guī)金屬材料高的金屬，例如鋁、鋁合金、銅、銅合金等。根據(jù)本發(fā)明的高硬度金屬是一種硬度(洛氏硬度)比鋁合金高的金屬，例如鋼、可塑成形用金屬模的鋼(例如預(yù)淬火鋼、淬火鋼、滲氮鋼、耐腐蝕性鋼、馬氏體時(shí)效鋼等)、不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金、鈹銅合金等。
根據(jù)本發(fā)明的型腔具有預(yù)定的形狀，該預(yù)定形狀是所要可塑鑄件的形狀。型腔是通過從作為包層材料的高硬度金屬層一側(cè)向高熱傳導(dǎo)性金屬的基體材料加工而形成的。
分型線是指在型腔形成后，可塑鑄件在金屬模分型面(分型線平面)的表面上所出現(xiàn)的一個(gè)斷面的輪廓線。
型腔的周緣部是指在金屬模的分型面上分型線(包括線)以外部分的分型面。
本發(fā)明的冶金性結(jié)合是指兩種金屬結(jié)合的程度盡可能達(dá)到原子間吸引力發(fā)生作用的領(lǐng)域，并借助壓力結(jié)合例如通常利用爆炸包層法、輥壓包層法、真空擴(kuò)散結(jié)合法、摩擦焊接法等手段實(shí)施。當(dāng)兩種不同的金屬不易呈冶金性結(jié)合時(shí)，可在其中間使用例如純鋁、鈦、鎳、銅或純鐵作為中間介質(zhì)材料而結(jié)合。
如上所述，制備根據(jù)本發(fā)明的吹塑成形用金屬模所用的原材料可以是例如不同金屬的復(fù)合板，其中由鋁合金層、純鋁層、銅合金層、不銹鋼層構(gòu)成的各層是冶金性面結(jié)合的。這種面結(jié)合的手段在例如爆炸包層的情況下可按下述方法實(shí)施。在作為母體材料的不銹鋼板的上面用適當(dāng)?shù)拈g隙支承物保持一個(gè)間隙，在母體材料的對(duì)面放置作為包層材料的銅合金板，在該銅合金板的整個(gè)背面(上面)裝填好炸藥，從炸藥的一端例如通過電氣雷管使其爆炸，從而使兩金屬板在一瞬間實(shí)現(xiàn)面結(jié)合，結(jié)果首先得到了2層不同金屬的復(fù)合板。
接著，以這2層不同金屬的復(fù)合板作為母體材料，銅合金板放置在上面，如前所述同樣地在上面用適當(dāng)?shù)拈g隙支承物保持一個(gè)間隙，在母體材料的對(duì)面放置作為包層材料的純鋁板，通過前述同樣的方法得到3層的不同金屬?gòu)?fù)合板。
進(jìn)而，以該3層不同金屬的復(fù)合板為母體材料，把純鋁層放置在上面，在其上如前述同樣地在對(duì)鋁合金板進(jìn)行爆炸包層得到4層的不同金屬?gòu)?fù)合板，其中由鋁合金層、純鋁層、銅合金層、不銹鋼層構(gòu)成的各層是通過爆炸包層法呈冶金性結(jié)合的。
然而，除了通過如上所述對(duì)每層材料重復(fù)進(jìn)行爆炸包層從而制備出多層金屬?gòu)?fù)合板的方法外，還可以在由所要的不同金屬?gòu)?fù)合板構(gòu)成的多層金屬板的各板面之間設(shè)置必要的間隙，然后通過一次爆炸包層法制備出不同金屬?gòu)?fù)合板，并把它作為吹塑成形用金屬模的原材料。
以上所述給出了根據(jù)爆炸包層法進(jìn)行冶金性結(jié)合的一個(gè)例子。另外結(jié)合方法還有輥壓包層法，其中把要互相結(jié)合的不同金屬板的板面活化并清理干凈，互相壓緊，外周密封好，然后在高真空狀態(tài)下高溫輥壓；真空擴(kuò)散結(jié)合法，其中通過在高真空氣氛下把兩種金屬加熱加壓到它們擴(kuò)散的程度從而使其結(jié)合；以及摩擦焊接法等。在任一方法中都可使用把要互相結(jié)合的金屬層按順序重疊的方式層壓的方法，或者通過把任何多層的不同金屬層一次結(jié)合從而制備出不同金屬的復(fù)合板的方法等。
本發(fā)明的從高硬度金屬側(cè)向下加工形成金屬模型腔的加工方法與常規(guī)的金屬模型腔的加工方法相同。例如在NC帶(數(shù)控)上讀要制作的金屬模的尺寸，根據(jù)該帶的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值控制而從高硬度金屬一側(cè)實(shí)施NC銑削，通過切削形成型腔，然后通過噴砂對(duì)切削后的型腔內(nèi)表面進(jìn)行研磨，最后進(jìn)行精加工。
另外，根據(jù)本發(fā)明的具有預(yù)定形狀的型腔的周緣部，對(duì)于必須要除去樹脂毛邊的部分，特別是沿其分型線，最好把高硬度金屬層加工成切斷齒片的形狀。實(shí)施例參照附圖，利用實(shí)施例說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1圖1是帶手柄的瓶的吹塑成形用金屬模，該模分割成兩個(gè)對(duì)稱的金屬模。
如圖2所示，每一金屬模由四層材料構(gòu)成，其中基體材料1為鋁合金層，純鋁層2和銅層3是用爆炸包層法結(jié)合在基體上的，它們作為中間層，最外層結(jié)合的是不銹鋼層4。
在一對(duì)互相面對(duì)的面中進(jìn)行向下加工形成待成形產(chǎn)品(瓶)的形狀。金屬模的瓶頸部、手柄部及底部處的型腔周緣部保留周緣部的棱角(切斷齒片)以便切斷毛邊；而其它部分的表面上的不銹鋼層被切削掉，裸露出鋁合金層表面。除了上述的其它部(包括金屬模的瓶體部)的周緣部必要時(shí)可制成切斷齒片的形狀，或可保留不銹鋼層原樣不動(dòng)?；蛘呦喾?，把它們的不銹鋼層、銅層和純鋁層切削掉，裸露出鋁合金層。
為了提高冷卻效率，冷卻水回路的設(shè)置盡可能在接近金屬模表面(不銹鋼層側(cè))的地方加工。
用不銹鋼板制作切除毛邊的型腔的周緣部，使該金屬模具有為切斷樹脂所需的硬度和耐久性；且用鋁合金制成金屬模的基體材料，使該金屬模保持熱輻射性，目的在于提高壓射周期。實(shí)施例2圖3是聚乙烯材質(zhì)的帶手柄瓶的吹塑成形用金屬模。該模的形狀與實(shí)施例1一樣是由兩個(gè)對(duì)稱的金屬模構(gòu)成的，每一金屬模進(jìn)而在縱向分割成3個(gè)金屬模構(gòu)件。這種情況下，金屬模構(gòu)件7(瓶的上部組合模)以及金屬模構(gòu)件9(瓶的底部組合模)如圖4所示由3層構(gòu)成，其中基體材料1為鋁合金，在基體材料上用爆炸包層法結(jié)合有鈦層11作為中間層，最外層結(jié)合有高硬度鋼層10。
金屬模構(gòu)件8(瓶的體部組合模)是單一鋁合金材料。這是因?yàn)樵谄康膱?chǎng)合下，由于其體部不產(chǎn)生毛邊，因此沒必要在型腔周緣部設(shè)置高硬度材料。金屬模構(gòu)件7(瓶的上部組合模)的頸部，手柄部和金屬模構(gòu)件9(瓶的底部組合模)處的型腔周緣部保留周緣部的棱角(切斷齒片)以便切斷毛邊，而其它部分的表面上的高硬度鋼層被切削掉，裸露出鋁合金層表面。
對(duì)于該模，只把生成毛邊的部分分割成金屬模構(gòu)件，與實(shí)施例1一樣用高硬度鋼材制成各金屬模構(gòu)件的型腔周緣部，使該金屬模具有為切斷樹脂所需的硬度和耐久性；并且用鋁合金制成金屬模的基體材料，使模保持熱輻射性，目的在于提高其壓射周期。用單一鋁合金材料制作不產(chǎn)生毛邊的部分，就可減少成本。實(shí)施例3圖6是聚氯乙烯材質(zhì)的瓶的吹塑成形用金屬模。該模的形狀與實(shí)施例1一樣由兩個(gè)對(duì)稱的金屬模構(gòu)成。每一金屬模如圖6所示進(jìn)一步分割成金屬模構(gòu)件12(組合模主體)和金屬模構(gòu)件13(底部嵌置件)。這種情況下，金屬模構(gòu)件12(組合模主體)由兩層組成，其中基體材料1為鋁合金，在其上用爆炸包層法結(jié)合有鈦層11作為中間層。為了防止型腔周緣部被在加熱聚氯乙烯時(shí)所產(chǎn)生的氯氣腐蝕，沿分型線處保留鈦層11原樣不動(dòng)。
在本實(shí)施例中，由于在金屬模構(gòu)件12(組合模主體)的型腔周緣部不產(chǎn)生樹脂毛邊，因而沒有必要加工成切斷齒片的形狀。
該金屬模的金屬模構(gòu)件13(底部嵌置件)是不銹鋼的單一材料。這是因?yàn)楫?dāng)該模長(zhǎng)期使用時(shí)，如果為了切斷在瓶底部產(chǎn)生的樹脂毛邊而采取象實(shí)施例1一樣保留鈦層作為瓶底部的周緣緣部的切斷齒片形狀，那么將因鈦比不銹鋼的硬度低而造成金屬模的耐久性下降。因此必須把雖然熱傳導(dǎo)性(熱輻射性)低但耐腐蝕性和硬度優(yōu)異的不銹鋼的單一材料進(jìn)行機(jī)械加工而得到的金屬模構(gòu)成13(底部嵌置件)用作嵌置件。這種情況下，不銹鋼的單一材料僅限于很小的部分，因此對(duì)整體金屬模的熱輻射性的影響很小。
通過只把產(chǎn)生毛邊的金屬模的瓶底部分割成金屬模構(gòu)件，并用不銹鋼加工所得到的物體作為該部分，可使模保持為切斷樹脂所需的硬度和耐久性。另外，對(duì)于金屬模構(gòu)件(組合模主體)，通過在型腔周緣部包鈦層，可增強(qiáng)模對(duì)氯氣的耐腐蝕性能，通過用鋁合金制作金屬模構(gòu)件(組織模主體)的基體材料，可使模保持熱輻射性，從而能夠提高壓射周期。
根據(jù)本發(fā)明的吹塑成形用金屬模或金屬模構(gòu)件，能夠使成形件的冷卻速度高，并縮短成形周期。由于在其表面結(jié)合有高硬度金屬層，因此能夠提高剪切部件的耐久性。另外，由于在金屬模的整個(gè)表面冶金性結(jié)合有高硬度金屬層，因此沒有必要進(jìn)行例如在嵌置件上的加工。這樣就縮短了金屬模構(gòu)件的交付時(shí)間，降低了加工成本。甚至，由于不需要使用嵌置件所必用的螺栓，因此冷卻水回路可設(shè)置在離金屬模型腔表面和分型線表面盡可能近的地方，故能保證高的水冷效率。
權(quán)利要求
1.一種吹塑成形用金屬模，其中在由高熱傳導(dǎo)性金屬構(gòu)成的基體材料所限定的型腔的周緣部，設(shè)置有與該基體材料冶金性結(jié)合的高硬度金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑成形用金屬模，其中高熱傳導(dǎo)性金屬是選自由鋁、鋁合金、銅及銅合金組成的組中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑成形用金屬模，其中高硬度金屬是選自由鋼、可塑成形用金屬模的鋼、不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金及鈹銅合金組成的組中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的吹塑成形用金屬模，其中高硬度金屬是選自由鋼、可塑成形用金屬模的鋼、不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金及鈹銅合金組成的組中的至少一種。
5.一種含有金屬模構(gòu)件的吹塑成形用金屬模，其中至少有一個(gè)金屬模構(gòu)件在由高熱傳導(dǎo)性金屬構(gòu)成的基體材料所限定的型腔的周緣部，設(shè)置有與該基體冶金性結(jié)合的高硬度金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的吹塑成形用金屬模，其中高熱傳導(dǎo)性金屬是選自由鋁、鋁合金、銅及銅合金組成的組中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的吹塑成形用金屬模，其中高硬度金屬是選自由鋼、可塑成形用金屬模的鋼、不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金及鈹銅合金組成的組中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的吹塑成形用金屬模，其中高硬度金屬是選自由鋼，可塑成形用金屬模的鋼、不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金及鈹銅合金組成的組中的至少一種。
9.一種制造吹塑成形用金屬模的方法，其中在高熱傳導(dǎo)性金屬的基體材料表面冶金性結(jié)合一層高硬度金屬層，利用所得的復(fù)合材料通過從該高硬度金屬層一側(cè)向下加工該基體材料來形成型腔，從而在該型腔的周緣部形成含該高硬度金屬的層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的制造吹塑成形用金屬模的方法，其中高熱傳導(dǎo)性金屬是選自由鋁、鋁合金、銅和銅合金組成的組中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的制造吹塑成形用金屬模的方法，其中高硬度金屬是選自由鋼、可塑成形用金屬模的鋼、不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金及鈹銅合金組成的組中的至少一種。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求10的制造吹塑成形用金屬模的方法，其中高硬度金屬是選自由鋼，可塑成形用金屬模的鋼、不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金及鈹銅合金組成的組中的至少一種。
13.制造吹塑成形用金屬模構(gòu)件的方法，其中在高熱傳導(dǎo)性金屬的基體材料表面冶金性結(jié)合一層高硬度金屬層，利用所得的復(fù)合材料通過從該高硬度金屬層一側(cè)向下加工基體材料來成型腔，從而在該型腔的周緣部形成含該高硬度金屬的層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的制造吹塑成形用金屬模構(gòu)件的方法，其中高熱傳導(dǎo)性金屬是選自由鋁、鋁合金、銅及銅合金組成的組中的至少一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的制造吹塑成形用金屬模構(gòu)件的方法，其中高硬度金屬是選自由鋼、不銹鋼、可塑成形用金屬模的鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金及鈹銅合金組成的組中的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的制造吹塑成形用金屬模構(gòu)件的方法，其中高硬度金屬是選自由鋼、可塑成形用金屬模的鋼、不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金及鈹銅合金組成的組中的至少一種。
全文摘要
一種吹塑成型用金屬模、金屬模構(gòu)件及其制造方法，其中在由高熱傳導(dǎo)性金屬構(gòu)成的基體材料所限定的型腔的周緣部，設(shè)置有與該基體冶金性結(jié)合的高硬度金屬層。由于在其表面結(jié)合有高硬度金屬，因此能夠提高剪切部件的耐久性。
文檔編號(hào)B29C33/56GK1139401SQ95191313
公開日1997年1月1日 申請(qǐng)日期1995年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月28日
發(fā)明者小林聰 申請(qǐng)人:旭化成工業(yè)株式會(huì)社