模具用型材、模具用透气性构件、以及模具用型材和模具用透气性构件的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种在透气性的基础上还具备强度和加工性的模具用型材，进一步提供使用了该模具用型材的模具用透气性构件、模具用型材和模具用透气性构件的制造方法。本发明的模具用型材如下制造：形成含有直径换算径30～300μm且长度0.4～5.0mm的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，由此制造模具用型材，透气孔的平均空孔径为3～50μm。
【专利说明】模具用型材、模具用透气性构件、以及模具用型材和模具用透气性构件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能用于模具等的模具用型材、使用了该模具用型材的模具用透气性构件、以及模具用型材和模具用透气性构件的制造方法。
【背景技术】
[0002]以往，真空成型法中使用的透气性耐久模具例如在日本特开平7-108348号公报(及对应的CN1041178C和US5405570A)(专利文献I)中有记载。另外，真空成型法所使用的透气性成型体的制造方法例如在日本特开平7-113103号公报(及对应的CN1102607A和US5435967A)(专利文献2)中有记载。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开平7-108348号公报
[0006]专利文献2:日本特开平7-113103号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]专利文献I中记载的现有的透气性耐久模具存在强度弱这样的问题，此外虽然可以进行基于浇注的真空成型，但无法进行机械加工、放电加工、蚀刻加工，因此无法用于注射成型。专利文献2中记载的成型体存在强度更加弱这样的问题。
[0009]因此，期望具有透气性并且具有高强度且也能用于注射成型的模具用型材。此外，为了提高作为模具用型材的使用便利性，还期望具有加工性。
[0010]本发明是为了满足一直以来的需求而进行的，其目的在于提供一种在透气性的基础上还具备强度和加工性的模具用型材。
[0011]此外，本发明的目的在于提供一种使用了该模具用型材的模具用透气性构件，以及这些模具用型材和模具用透气性构件的制造方法。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]为了达成上述的目的，本发明的模具用型材如下制造:形成含有直径换算径30?300 μ m且长度0.4?5.0mm的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，由此制造模具用型材，透气孔的平均空孔径为3?50 μ m。
[0014]根据这样地构成的模具用型材，会在保持强度的同时实现优异的透气性，还能用于注射成型。
[0015]对于本发明的模具用型材而言，优选不锈钢纤维以及不锈钢粉末为铁氧体系不锈钢。
[0016]根据这样地构成的本发明，与奥氏体系不锈钢、马氏体系不锈钢相比，易加工且在耐腐蚀性的观点上更有利。
[0017]对于本发明的模具用型材而言，优选由氮化带来的氮含量相对于100重量％不锈钢成分为0.3?1.2重量％。
[0018]根据这样地构成的本发明，会达成作为模具用型材所需的适度的硬度，达成优异的加工性。
[0019]对于本发明的模具用型材而言，优选混合材料进一步含有铜粉末或铜锡合金粉末。
[0020]根据这样地构成的本发明，会提高韧性，成为优异的模具用型材。
[0021]对于本发明的模具用型材而言，优选的是，混合材料含有20?80重量％的不锈钢纤维和20?80重量％的不锈钢粉末作为不锈钢成分，进一步含有相对于100重量％该不锈钢成分为I?10重量％的铜粉末或铜锡合金粉末。
[0022]本发明的模具用型材优选进一步其基于透气孔的空孔的孔隙率为15?35%。
[0023]对于本发明的模具用型材而言，优选保持在氮气或氨分解气体中900?1050°C下进行氮化。
[0024]本发明的模具用透气性构件可通过对上述模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工而得到，可组装至模具。
[0025]根据基于这样地构成的本发明的模具透气性构件，通过将该模具用透气性构件用于模具，能够提高排气性以及树脂的流动性，能简化模具结构，能够将难以注射成型的产品成型，能够缩短成型周期，能够防止气体缺陷。即，能够将网格状、格栅状的成型品可靠地成型，也能够将薄物良好地成型。进一步，由于树脂对模具的密合性高，因此能够将表面图样照原样成型，由于还可以消除光泽不均因此可以无涂层。
[0026]本发明的模具用透气性构件为通过对上述模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工来赋予图样而得到的，且组装有该模具用透气性构件的模具能够在树脂的注射成型中使用。
[0027]本发明的模具用透气性构件为通过对上述模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工而得到的，且在该模具用透气性构件的内部设置有通水用的导通孔。
[0028]根据这样地构成的本发明，由于在模具用透气性构件的内部设置有通水用的导通孔，因此能够将模具温度保持恒定，通过这样，能够获得稳定的品质和成型周期。
[0029]对于本发明的模具用透气性构件而言，优选对前述模具用透气性构件的导通孔的内表面通过固化剂配混环氧树脂进行填缝处理。
[0030]根据这样地构成的本发明，由于对模具用透气性构件的导通孔的内表面通过固化剂配混环氧树进行填缝处理，因此能够可靠地防止从导通孔漏水。
[0031]对于本发明的模具用透气性构件而言，优选的是:其为通过对上述模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工而得到的，且在该加工后将浸入至作为透气孔的空孔的加工油或蚀刻液通过吹风进行洗涤。
[0032]根据这样地构成的本发明，由于在模具用透气性构件中，使得将因放电加工、蚀刻加工或机械加工而浸入至透气孔的加工油、蚀刻液通过吹风进行洗涤，因此不需要如以往那样进行复杂的作业、或者准备特别的装置，能够安全且可靠地进行加工油等的洗涤。
[0033]对于本发明的模具用透气性构件而言，优选洗涤后的模具用透气性构件的透气度为 50cm3/cm2.s 以上。
[0034]本发明的模具用透气性构件为通过对上述模具用型材进行机械加工而得到的，且加工部分的表面粗糙度为3 μ m?20 μ m。
[0035]对于本发明的模具用透气性构件而言，优选加工部分的表面粗糙度为3.2 μ m?
13.5 μ m。
[0036]对于本发明的模具用透气性构件而言，优选的是:机械加工通过球头铣刀进行，该球头铣刀的转速为3000?30000rpm，球头铣刀的进给速度为1000?2000mm/分钟。
[0037]本发明的模具用型材的制造方法为:将含有直径换算径30?300μπι且长度0.4?5.0mm的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料成型，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，从而制造透气孔的平均空孔径为3?50 μ m的模具用型材。
[0038]本发明的模具用透气性构件的制造方法为:通过形成含有直径换算径30?300 μ m且长度0.4?5.0mm的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，从而制造透气孔的平均空孔径为3?50 μ m的模具用型材，通过对该模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工来制造模具用透气性构件，在该模具用透气性构件的内部设置通水用的导通孔，对该导通孔的内表面通过固化剂配混环氧树脂进行填缝处理。
[0039]本发明的模具用透气性构件的制造方法为:通过形成含有直径换算径30?300 μ m且长度0.4?5.0mm的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，从而制造透气孔的平均空孔径为3?50 μ m的模具用型材，通过对该模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工来制造模具用透气性构件，将在该加工后浸入至透气孔的加工油或蚀刻液通过吹风进行洗涤。
[0040]本发明的模具用透气性构件的制造方法为:通过形成含有直径换算径30?300 μ m且长度0.4?5.0mm的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，从而制造平均空孔径为3?50 μ m的模具用型材，对该模具用型材进行机械加工以使加工部分的表面粗糙度为3μπι?20μπι，由此制造模具用透气性构件。
[0041]对于本发明的模具用透气性构件的制造方法而言，机械加工通过球头铣刀进行，该球头铣刀的转速为3000?30000rpm，球头铣刀的进给速度为1000?2000mm/分钟。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1为示出制造基于本发明的实施方式的模具用型材时的混合材料的生坯的烧结条件的线图。
[0043]图2为示出制造基于本发明的实施方式的模具用型材时的模具用型材的真空淬火条件的线图。
[0044]图3为示出基于本发明的其他实施方式的模具用透气构件局部俯视图。
[0045]图4为沿图3的IV-1V线观察的剖视图。
[0046]图5为示出基于本发明的其他实施方式的模具用透气构件的其他例子的局部俯视剖视图。[0047]图6为示出基于本发明的其他实施方式的模具用透气构件的另一例子的局部俯视剖视图。
[0048]图7为用于对基于本发明的实施方式的模具用透气性构件的吹风洗涤进行说明的模具用透气性构件的主视图。
[0049]图8为示出基于本发明的实施方式的模具用透气性构件的吹风洗涤中的透气度与吹风时间的关系的线图。
【具体实施方式】
[0050]以下，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的模具用型材、模具用透气性构件、以及模具用型材和模具用透气性构件的制造方法进行说明。
[0051]首先，参照图1和图2，对基于本发明的实施方式的模具用型材、以及该模具用型材的制造方法进行说明。
[0052]基于本发明的实施方式的模具用型材为如下得到的模具用型材:将含有并混合直径换算径30~300 μ m且长度0.4~5.0mm的铁氧体系不锈钢纤维、和铁氧体系不锈钢粉末的混合材料进行加压成型而得到生坯，将该所得生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化。进一步，在该模具用型材中，平均空孔径为3~50 μ m。
[0053]此处，基于本发明的实施方式的模具用型材不限定于铁氧体系不锈钢，例如可以使用奥氏体系不锈钢、马氏体系不锈钢。然而，奥氏体系不锈钢存在加工困难的情况，马氏体系不锈钢有可能产生根据成分而耐腐蚀性变差生锈的问题。因此，铁氧体系不锈钢与奥氏体系不锈钢、马氏体系不锈钢相比，从易加工且耐腐蚀性的观点考虑更有利。
[0054]另外，含有铁氧体系不锈钢纤维和铁氧体系不锈钢粉末的混合材料可以进一步含有铜粉末或铜锡合金粉末，在该情况下，由于铜合金的特性而韧性提高，成为优异的模具用型材。
[0055]另外，期望的是:混合材料含有20~80重量％的不锈钢纤维、和20~80重量％的不锈钢粉末作为不锈钢成分，进一步含有相对于100重量％该不锈钢成分为I~10重量％的铜粉末或铜锡合金粉末。
[0056]可用作不锈钢纤维和不锈钢粉末的铁氧体形不锈钢的代表例为SUS434(C ( 0.1%，16% ≤ Cr ≤ 19%, 0.5% ≤ Mo ≤ 2%)、SUS430 (C ( 0.03%, 16% ≤ Cr ≤ 19%)。
[0057]关于不锈钢纤维，例如将由上述的化学成分形成的厚度30~300 μ m的卷材通过端面切削法进行切削，准备直径换算径30~300 μ m的长纤维，将该长纤维用切碎机等粉碎，由此得到长度0.4~5.0mm的短纤维，使用该短纤维。
[0058]此处，直径换算径30~300 μ m的不锈钢纤维意味着具有与该不锈钢纤维的截面积相等的截面积的正圆的直径处于30~300 μ m范围内的不锈钢纤维。
[0059]将加入上述不锈钢纤维、和不锈钢粉末、和铜(Cu)粉末或者铜锡合金(Cu-Sn)粉末而得到的混合材料均匀地充填在CIP法用橡胶模内，利用2~4ton(吨)/cm2的加压力进行加压成型，由此得到混合材料的生坯。
[0060]将该生坯在真空气氛中加热烧结，关于所得烧结体，对其连续或再次加热，保持在氮气或氨分解气体中900°C~1050°C下，由此，相对于100重量％作为母金属的不锈钢成分(不锈钢纤维和不锈钢粉末)，使其含有0.3~1.2重量％氮而进行氮化。[0061]通过以上的成型、烧结以及氮化，能够得到在全部表面具有微小空孔(孔隙率15?35%、平均空孔径3?50 μ m)、并且无损切削性、耐腐蚀性、具备作为型材的必要的强度和硬度(HMV250?500)的模具用型材。另外，在该模具用型材中，可以通过实施热处理来进行硬度的控制。
[0062]另外，在上述的实施方式中，通过成型、烧结以及氮化得到模具用型材，但本发明不限于此。即，可以在氮化后进行冷却及再加热处理。再加热处理例如可以通过真空淬火处理进行。另外，冷却例如可以以平均冷却速度5.50C /分钟以上通过骤冷进行至250°C以下，再加热处理例如可以在600?680°C的范围下进行，通过这样，能获得良好的结果。
[0063]接着，对基于本发明的实施方式的模具用型材的实施例1?6、和用于与这些实施例比较的比较例I?4进行说明。
[0064]首先，对这些实施例和比较例的各条件进行说明。作为不锈钢纤维，将SUS434(C:
0.l%，Cr:18%, Mo:1%)的不锈钢的100 μ m的卷材通过端面切削法进行切削来制作直径换算径60?150 μ m的长纤维,将该长纤维通过切碎机粉碎而得到0.4?5.0mm的短纤维,使用
该短纤维。
[0065]作为不锈钢粉末，使用SUS434 (C:0.05%,Cr:17%，Mo:2%)的不锈钢粉末。不锈钢粉末的条件是:150 μ m以下的粉末为90%以上的不锈钢粉末。
[0066]作为铜粉末，使用电解铜粉末。铜粉末的条件是:45 μ m以下的粉末为80%以上的铜粉末。
[0067]作为混合材料，得到下述混合材料:将不锈钢纤维40重量％、不锈钢粉末60重量％混合，进一步相对于100重量％该不锈钢成分添加3重量％铜粉末并混合而成的混合材料。将该混合材料均匀地充填在CIP法用橡胶模内并利用3ton/cm2的加压力进行加压成型，由此得到生坯(压坯)。接着，将生坯按图1所示的烧结条件进行烧结，从而得到烧结体。
[0068]图1为示出制造基于本发明的实施方式的模具用型材时的混合材料的生坯的烧结条件的线图。图1的横轴表示时间(小时)，纵轴表示温度rc)，Pl所示的范围表示真空度IX 10_2torr以下的范围，P2所示的范围表示氮分压IOtorr的范围，P3的时间点表示流通3kg/cm2氮气的时间点。
[0069]对该图1所示的烧结条件进行详细说明。作为供试材料使用250mmX 200mmX IOOmm (约30kg)的块状的材料。首先，将该供试材料在真空烧结炉内减压至I X 10_2torr以下，然后，进行升温至达到550°C，接着，在550°C下为了将气化成分充分脱气而保持30分钟该温度，获得lX10_2ton.以下的真空度。然后，进行再升温至1150°C，在1150°C下保持2小时，然后进行炉冷至700°C。
[0070]此处，进行再升温至1150°C时，以IOtorr (10/780气压)流通氮气。流通氮气的目的在于用于在保持真空高温的情况下防止不锈钢中的Cr蒸发。
[0071]进行炉冷并在达到700°C的时间点流通3kg/cm2氮气，使供试材料急速冷却。在700 °C下开始急速冷却是由于过了相变点而不会产生显微(micro )组织变化。
[0072]接着，将该供试材料按表I所示条件进行氮化处理。表I中也示出了所得模具用型材的成分的分析值以及硬度测定值。
[0073][表 I]
[0074][0075]关于氮化处理，在真空热处理炉内减压至lX10_2torr以下，然后，进行升温至达到700°C，接着，在700°C下进行用于气化成分的充分脱气的30分钟温度保持，得到lX10-2torr以下的真空度。然后，进行再升温，改变各保持温度或者保持时间，在I个大气压中的氮气氛下进行氮化处理。为了得到均匀的氮含有而需要30分钟以上保持时间。
[0076]如表1所示，未氮化的材料(比较例I)、氮含量小于0.3%的材料(比较例2)由于其硬度为作为模具用型材的必要硬度的HMV250以下，因此不适合。另外，氮含量大于1.2%的材料(比较例3、比较例4)中，大量生成氮化铬，其硬度成为HMV500以上,加工困难且难以适用作模具用型材。此处，“HMV”表示作为示出硬度的单位的微型维氏硬度，是通过株式会社岛津制作所制造的微型维氏硬度计(型号HMV-2000)测量的值。
[0077]接着，对强度、空孔进行说明。选择表1的实施例中的实施例1，在表2中示出该实施例I的机械性质以及空孔径、孔隙率的结果。此处，实施例1的机械加工性优异，切削速度与现有通常的型材(SKD61)同等。
[0078][表2]
【权利要求】
1.一种模具用型材，其如下制造:形成含有直径换算径30~300 μ m且长度0.4~5.0mm的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，由此制造模具用型材，透气孔的平均空孔径为3~50 μ m。
2.根据权利要求1所述的模具用型材，其中，所述不锈钢纤维和所述不锈钢粉末为铁氧体系不锈钢。
3.根据权利要求2所述的模具用型材，其中，由所述氮化带来的氮含量相对于100重量％不锈钢成分为0.3~1.2重量％。
4.根据权利要求3所述的模具用型材，其中，所述混合材料进一步含有铜粉末或铜锡合金粉末。
5.根据权利要求4所述的模具用型材，其中，所述混合材料含有20~80重量％的不锈钢纤维和20~80重量％的不锈钢粉末作为不锈钢成分，进一步含有相对于100重量％该不锈钢成分为I~10重量％的铜粉末或铜锡合金粉末。
6.根据权利要求5所述的模具用型材，进一步，其基于透气孔的空孔的孔隙率为15~35%。
7.根据权利要求6所述的模具用型材，其中，保持在氮气或氨分解气体中900~1050°C下进行所述氮化。
8.一种模具用透气性构 件，其为通过对权利要求1~7中任一项所述的模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工而得到的，且其为组装至模具的模具用透气性构件。
9.根据权利要求8所述 的模具用透气性构件，其为通过对所述模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工来赋予图样而得到的，且组装有该模具用透气性构件的模具能够在树脂的注射成型中使用。
10.一种模具用透气性构件，其为通过对权利要求1~7中任一项所述的模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工而得到的，且在该模具用透气性构件的内部设置有通水用的导通孔。
11.根据权利要求10所述的模具用透气性构件，其中，对所述模具用透气性构件的导通孔的内表面通过固化剂配混环氧树脂进行填缝处理。
12.—种模具用透气性构件，其为通过对权利要求1~7中任一项所述的模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工而得到的，且在该加工后将浸入至作为透气孔的空孔的加工油或蚀刻液通过吹风进行洗涤。
13.根据权利要求12所述的模具用透气性构件，所述洗涤后的模具用透气性构件的透气度为50cm3/cm2.s以上。
14.一种模具用透气性构件，其为通过对权利要求1~7中任一项所述的模具用型材进行机械加工而得到的，且加工部分的表面粗糙度为3 μ m~20 μ m。
15.根据权利要求14所述的模具用透气性构件，其中，所述加工部分的表面粗糙度为，3.2 μ m ~13.5 μ m0
16.根据权利要求15所述的模具用透气性构件，其中，所述机械加工通过球头铣刀进行，该球头铣刀的转速为3000~30000rpm，球头铣刀的进给速度为1000~2000mm/分钟。
17.一种模具用型材的制造方法，其将含有直径换算径30~300 μ m且长度0.4~，5.0mm的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料成型，将该混合材料的生坯加热烧结， 将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化， 从而制造透气孔的平均空孔径为3~50 μ m的模具用型材。
18.一种模具用透气性构件的制造方法，其通过形成含有直径换算径30~300 μ m且长度0.4~5.0_的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，从而制造透气孔的平均空孔径为3~50 μ m的模具用型材， 通过对该模具用型材进行放电 加工、蚀刻加工或机械加工来制造模具用透气性构件， 在该模具用透气性构件的内部设置通水用的导通孔， 对该导通孔的内表面通过固化剂配混环氧树脂进行填缝处理。
19.一种模具用透气性构件的制造方法，其通过形成含有直径换算径30~300 μ m且长度0.4~5.0_的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，从而制造透气孔的平均空孔径为3~50 μ m的模具用型材， 通过对该模具用型材进行放电加工、蚀刻加工或机械加工来制造模具用透气性构件， 将在该加工后浸入至透气孔的加工油或蚀刻液通过吹风进行洗涤。
20.一种模具用透气性构件的制造方法，其通过形成含有直径换算径30~300 μ m且长度0.4~5.0_的不锈钢纤维、和不锈钢粉末的混合材料，将该混合材料的生坯加热烧结，将所得烧结体在氮气气氛下加热来氮化，从而制造平均空孔径为3~50 μ m的模具用型材， 对该模具用型材进行机械加工以使加工部分的表面粗糙度为3 μ m~20 μ m，由此制造模具用透气性构件。
21.根据权利要求20所述的模具用透气性构件的制造方法，其中，所述机械加工通过球头铣刀进行，该球头铣刀的转速为3000~30000rpm，球头铣刀的进给速度为1000~2000mm/ 分钟。
【文档编号】C22C49/08GK103492106SQ201280018394
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年2月13日 优先权日:2011年2月14日
【发明者】浅井正行, 铃木峰夫, 薮野哲 申请人:新东工业株式会社