CN102575332A - 具有纹理化表面的低cte搪塑模具及其制造和使用方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有纹理化表面的滚塑成型的工具。所述工具包括壳，所述壳具有主体部分和上模表面，所述上模表面具有压纹纹理，至少所述主体部分包括具有在100℉和500℉之间的温度下最多为5.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。

Description

具有纹理化表面的低CTE搪塑模具及其制造和使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年6月11日提交的第61/268,369号美国临时申请的权益，通过引用将其全部包含于此。
技术领域
本发明涉及由在模制温度范围内具有低热膨胀系数的材料制成的可用于搪塑模制的模具。本发明还涉及制造和使用所述模具的方法。
背景技术
在至少一个实施例中，本发明用于供在汽车产业中使用的搪塑模制部件。在汽车产业中通常利用搪塑模制来生产在汽车内饰使用的例如用于仪表板和门板的“A级”内饰表皮。典型的搪塑模制工艺包括对加热的模具表面铸塑粉末聚合材料的装料，以形成具有期望形状和纹理的模制部件或表皮。利用类似类型的加热模具表面的其它工艺通常被称作滚塑模具、旋塑模具和粉末成形模具。
根据需要的部件的工艺和类型，聚合材料可以是液体或粉末。在使用粉末聚合材料的模制工艺中，加热模具以使聚合材料熔化，并冷却模具以使聚合材料固化。在使用液体聚合材料的工艺中，加热模具以使聚合材料固化，并冷却模具以将部件移开。
通过将装料箱的敞开上端附接并密封到模具的敞开端的外缘来制得模制部件。然后将装料箱倒置，以使装料箱内的聚合材料在重力的作用下从装料箱下降，并降到加热的模具表面上。一旦聚合材料被施加到加热的模具表面，通常就使装料箱返回其竖立位置，以使过量的聚合材料返回到装料箱。然后使铸塑材料在加热的表面上熔化。在将聚合材料从模具表面移开之前使聚合材料凝固。另外，模具成形表面通常是压纹的或纹理化的，以产生期望的表皮表面纹理。
搪塑模具的典型构造包括能够被加热和冷却的自支撑金属壳。在一个具体的搪塑模制应用中，在聚合材料的熔化期间，模具温度可达到500℉。通常，通过使用使热油循环的附于模具背面的热管系统来控制模具温度，然而可以利用诸如热空气、红外或感应以及加热砂的其它方法来加热模具。不管应用如何，金属壳厚度相对于模具成形区域通常相对薄，以允许对模具的快速加热和冷却。
通常，汽车搪塑模制工具由镍制成。通常使用电沉积或气相沉积工艺来生产镍模。在这两种情况下，镍是主要用于压纹和纹理再现的期望材料，而且它还生产出具有良好的耐蚀性、耐磨性和分离特性的模壳。
与以这种方式生产的镍模的使用相关联的一个缺陷是模具会具有不可预知的且通常相对短的寿命周期。例如，镍模通常具有能够生产1,000个至80,000个部件之间的寿命，其中，生产30,000个和45,000个之间的部件是最典型的。因为相对典型的车辆程序具有400,000个至1,000,000个部件的生产需求，所以对于程序周期需要50个模具并不罕见。
镍壳铸塑表皮加工的主要故障模式是由热循环导致的累积残余应力。热循环应力是材料制造工艺和材料的CTE(热膨胀系数)的结果，材料的CTE随时间导致镍模的裂纹。裂纹可由因模具的厚度变化和材料性能而导致的产生局部化应力区域的热膨胀和收缩产生。这是由于因制造工序产生的不均匀模具厚度而引起。通常使用电沉积或气相沉积工艺来制造镍壳。在这些工艺期间，模的尖角或边缘将堆积装料，因此，壳在这些位置处将更厚。这些较厚的区域在加热和冷却期间在整个模具表面上将以不同的速率扩展，这种厚度变化会随时间产生导致壳故障的应力。壳故障通常由壳裂纹引起。例如，在利用油来加热镍壳的应用中，银焊料、油钢管和镍壳之间的CTE差异产生三种不同的CTE，这三种不同材料之间的这种失配产生会导致裂纹的应力。
如上所述，镍搪塑模具的寿命是相对不可预知的。因为模具将失效时的不确定性，并且因为与生产线的停工期相关联的成本，所以汽车部件的铸工通常保持相对大量的模具在场，从而顾及到并更换坏掉的模具。除了与在模制线上更换坏掉的模具相关联的制造停工期以及与在储存现场保持大量模具相关联的成本之外，模具的更换成本相对昂贵，因为每个工具花费大约$50,000至$500,000。
因此，需要一种与当前可用的镍模相比具有更长寿命的模具。
发明内容
本发明通过在至少一个实施例中提供一种具有纹理化表面的搪塑模制工具来解决现有技术中的一个或多个问题，其中，所述模制工具包括壳，所述壳具有主体部分和上模表面，所述上模表面具有压纹纹理，其中，所述壳由在100℉和500℉之间的温度下具有不超过5×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金制成，其中，所述主体部分具有至少100HV的维氏硬度(HV)。在至少一个实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍的组成。
在另一实施例中，所述主体具有用维氏硬度(HV)测量的第一硬度值，所述上模表面具有比所述第一硬度值高的第二硬度值，所述第二硬度值是用努氏微硬度(HK)测量的微硬度。在至少一个实施例中，微硬度的值为350HK至4,000HK。
在另一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、0.1重量％的铝和0.25重量％的铬的组成。在另一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、0.1重量％的铝、0.25重量％的铬、0.1重量％的锆和0.1重量％的钛的组成。在又一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍以及从由铝、铬、锆、硅和钛组成的组中选择的至少一种元素的组成。在又一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、0.3重量％的铝和0.7重量％的铬的组成。在又一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、至少1％的钴以及从由铝、铬、锆、硅和钛组成的组中选择的至少一种元素的组成。
在再一实施例中，所述上模表面具有设置在其上的涂层，其中，所述涂层具有500HK至9,000HK的微硬度。
在再一实施例中，壳体具有在受控温度下模制的多个通道，以用于提供通过其的诸如油的加热介质，以加热所述壳。
在再一实施例中，壳体在壳的背侧上具有多个翼片或凹槽，以用于提供通过其的诸如空气的加热介质，从而更有效地加热所述壳。
另外，在本发明的一方面，提供了一种具有纹理化表面的滚塑成型的工具，其中，所述工具包括壳，所述壳具有主体部分和上模表面，所述上模表面具有压纹纹理，其中，至少所述主体部分包括具有在100℉和500℉之间的温度下最多为5×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。
在另一方面，提供了一种具有纹理化表面的滚塑成型的工具，其中，所述工具包括壳，所述壳具有主体部分和上模表面，所述上模表面具有压纹纹理，其中，至少所述主体部分包括具有至少30重量％的镍的镍铁合金。
在特定的方面，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍的组成。在其它方面，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、0.05重量％的铝和0.01重量％的铬的组成。在其它方面，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、0.05重量％至0.75重量％的铝和0.01重量％至1.5重量％的铬的组成。
在一方面，所述主体部分具有至少100的维氏硬度(HV)的第一硬度，所述上表面具有比所述第一硬度高的第二硬度和最多1.5mm的厚度。在这些方面中的特定方面，所述第一硬度为100HV至350HV，所述第二硬度为350努氏硬度(HK)以上的微硬度。在这些方面中的特定其它方面，所述微硬度为350HK至9,000HK。在这些方面中的特定其它方面，所述微硬度为400HK至1,500HK。在这些方面中的特定其它方面，所述微硬度为600HK至1,000HK。在这些方面中的特定其它方面，所述微硬度为800HK至1,000HK。在这些方面中的特定其它方面，所述微硬度为500HK至2,000HK。
在其它方面，所述上表面的厚度为0.002mm至1.5mm。在另一方面，所述上表面的厚度为0.4mm至0.6mm。
在其它方面，所述上模表面包括已经经过渗氮处理的在100℉和500℉之间的温度下具有最多5×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。在这些方面中的特定方面，所述渗氮处理是离子渗氮。
在其它方面，所述上模表面包括已经经过渗铝处理和渗氮处理的在100℉和500℉之间的温度下具有最多5×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。
在其它方面，所述上模表面包括具有在100℉和500℉之间的温度下为0.1×10-6英寸/英寸/℉至4.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。
在其它方面，所述上模表面包括涂层。在这些方面中的特定方面，所述涂层是镍涂层。在这些方面中的特定方面，所述涂层是镍、DLC、铬、钛、锆或硅中的一种。在这些方面中的特定其它方面，所述涂层的厚度为0.5μm至25μm。在这些方面中的特定其它方面，所述涂层的厚度为1μm至5μm。在这些方面中的特定其它方面，所述涂层的厚度为1μm至500μm。
在其它方面，所述工具的厚度为3mm至10mm。在这些方面中的特定方面，所述工具的厚度为3.5mm至4.5mm。在这些方面中的特定其它方面，所述厚度在整个工具上是均匀的。
在其它方面，在100℉和500℉之间的温度下，所述热膨胀系数最多为2.5×10-6英寸/英寸/℉。
在其它方面，在100℉和500℉之间的温度下，所述热膨胀系数最多为1.5×10-6英寸/英寸/℉。
在其它方面，所述压纹纹理的深度为0.005mm至1.0mm。在这些方面中的特定方面，所述压纹纹理的深度为0.1mm至0.4mm。
在其它方面，提供了一种制造汽车内饰部件模制工具的工艺，其中，所述工艺包括：(a)提供在100℉和500℉之间的温度下具有5.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金的工具坯料；(b)将所述工具坯料加工成具有上模表面和位于下方的主体部分的工具形状；(c)在所述上模表面上产生压纹纹理。
在其它方面，所述工艺还包括：对所述上模表面执行表面处理，从而为所述工具提供具有比主体的维氏硬度高的努氏微硬度的顶表面。
在其它方面，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、至少0.05重量％的铝和至少0.01重量％的铬的组成。在这些方面中的特定方面，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、0.05重量％至0.75重量％的铝和0.2重量％至1.5重量％的铬的组成。
在其它方面，加工所述工具坯料的步骤包括：利用计算机数控(CNC)机器加工所述工具坯料。
在其它方面，加工所述工具坯料的步骤包括电火花加工机床的使用。
在特定方面，CNC加工包括：在至少5个轴上进行加工。
在特定方面，产生所述压纹纹理的步骤包括：将所述上模表面酸蚀刻。在其它方面，产生所述压纹纹理的步骤包括激光蚀刻所述上模表面。
在特定方面，所述压纹纹理的深度为0.005mm至1.0mm，在其它方面，所述压纹纹理的深度为0.1mm至0.4mm。
在特定方面，所述表面处理包括对所述上模表面进行离子渗氮。在其它方面，所述表面处理包括：对所述上模表面进行渗铝；随后对所述上模表面进行渗氮。
在其它方面，所述表面处理包括将涂层施加到所述上模表面。在这些方面中的特定方面，所述涂层包括氮化物。在这些方面中的其它方面，所述涂层包括镍、DLC、铬、钛、锆或硅。在特定的其它方面，利用电镀、无电镀覆、CVD或PVD来施加所述涂层。在至少一方面，所述涂层不影响所述压纹纹理。在其它方面，所述表面处理包括以1μm至500μm的厚度将镍电镀或将镍无电镀覆到所述上模表面上。
在至少一方面，所述表面处理为所述顶表面提供350HK至4,000HK的努氏微硬度值。在这些方面中的其它方面，所述表面处理为所述顶表面提供500HK至2,000HK的努氏微硬度值，在其它方面，提供400HK至1,500HK的努氏微硬度值，在另外的其它方面，提供600HK至1,000HK的努氏微硬度值。
在至少一方面，所述上模表面的厚度达到1.5mm。在其它方面，所述上模表面的厚度为0.2mm至1.0mm，在另外的其它方面，所述上模表面的厚度为0.4mm至0.6mm。
在特定方面，所述涂层的厚度为0.5μm至12μm，在其它方面，所述涂层的厚度为1μm至5μm。
在特定方面，所述壳的厚度为3mm至10mm，在其它方面，为3.5mm至4.5mm。
在特定方面，所述壳的厚度整体上是均匀的。
在特定的其它方面，所述合金在100℉和500℉之间的温度下具有最多2.5×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数，在其它方面，在100℉和500℉之间的温度下具有最多1.5×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数。
在至少一方面，提供了一种用于制造汽车部件的工艺，其中，所述工艺包括：提供上面描述的滚塑成型的工具中的任何一种；将聚合材料引入到所述工具中；加热所述工具；使所述工具冷却，以形成聚合表皮；将所述聚合表皮从所述工具移开。
附图说明
图1是根据本发明实施例的模制工具的侧视图；
图2是示出本发明另一实施例的与图1类似的视图；
图3是示出本发明又一实施例的与图2类似的视图；
图4A是示出本发明再一实施例的与图1类似的视图；
图4B是示出本发明再一实施例的与图1类似的视图；
图5是示出用于制造本发明的一个实施例的示例性方法的流程图；
图6是示出本发明的又一实施例的制造的流程图；
图7类似于图6，示出了本发明的又一实施例。
具体实施方式
根据需要，这里公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解，公开的实施例对于本发明仅是示例性的，本发明可以以各种和可选的形式来实施。附图未必按比例绘出；一些特征会被夸大或最小化，以示出具体组件的细节。因此，这里公开的具体结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而仅作为用于教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性依据。
除了在示例中或者以其它方式明确地指出之外，在本说明书中指示反应和/或用途的材料或条件的量的所有数值量应当被理解为在描述本发明的最宽范围时由词语“大约”修饰。
还应当理解，因为具体部件和/或条件可以当然改变，所以本发明不限于下面描述的具体实施例和方法。此外，这里使用的术语仅用于描述本发明的具体方面或实施例的目的，而不是意图构成任何方式的限制。
还必须指出，除非上下文另外明确地指出，否则如在说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式的“一个(种)”和“所述”包括复数形式。例如，以单数形式提及组件旨在包括多个组件。
贯穿本申请，在引用出版物的情况下，这些出版物的公开内容全部地通过将其引用到本申请中而包含于此，以更加充分地描述本发明所属领域的状况。
参照图1，在至少一个实施例中，本发明提供了搪塑模制工具10。搪塑模制工具10具有主体部分12和上模表面部分14。在至少一个实施例中，上模表面部分14具有以标号16示意性地示出的压纹纹理。模制工具10可在任何合适的搪塑模制工艺中使用。
在特定的实施例中，压纹16将具有5微米至1,000微米的深度或纹理，在其它实施例中，具有50微米至600微米的深度或纹理，在另外的其它实施例中，具有100微米至400微米的深度或纹理。尽管模制工具10可以具有任何合适的厚度，但是在特定的实施例中，模制工具10的平均厚度将为3mm至10mm，在其它实施例中，为3.5mm至4.5mm，其中，主体部分12构成大部分厚度。在一个实施例中，模制工具10具有基本上均匀的厚度，其中，“均匀”意味着工具的任一部分与工具的任何另一部分相比厚度变化不多于0.1mm。在特定的实施例中，上模表面部分14的厚度为0.002mm至1.5mm，在其它实施例中，为0.2mm至1.0mm，在另外的其它实施例中，为0.4mm至0.6mm。
图1中示出的工具10示意性地示为具有相对独特的形状，然而，应当理解，图1中的工具10的形状仅是为了举例说明的目的，并不应解释为以任何方式、形状或形式限制根据本发明的模制工具的侧面或形状。
在这方面，本发明的模制工具10可以用于制造任何合适的形状或尺寸的汽车部件。在不受限制的情况下，将由本发明的工具制造的合适部件的一些示例包括仪表板、门板、控制台以及诸如顶蓬和座椅的其它部件，但不限于此。由本发明的工具模制的典型部件为PVC或其它合适的聚合材料(例如聚氨酯)，并且具有0.5mm至3mm的厚度以及2英寸和8英尺之间的长度和宽度。在一些实施例中，模制部件可以具有2英尺至6英尺的长度和/或宽度。
模制工具10由在模制工艺温度范围内具有低热膨胀系数(低CTE)的材料制成。在至少一个实施例中，模制材料包括在100℉和500℉之间的温度下热膨胀系数不超过5×10-6英寸/英寸/℉的镍铁合金。在另一实施例中，镍铁合金在100℉和500℉之间的温度下具有0.1×10-6英寸/英寸/℉至4.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数，在其它实施例中，镍铁合金在100℉和500℉之间的温度下具有0.25×10-6英寸/英寸/℉至2.5×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数，在其它实施例中，镍铁合金在100℉和500℉之间的温度下具有0.5×10-6英寸/英寸/℉至1.5×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数。在至少一个实施例中，如由ASTM测试方法No.E-384所测量的，镍铁合金具有至少100HV的维氏硬度。如由ASTM测试方法No.E-384所测量的，在其它实施例中，镍铁合金具有200HV至350HV的维氏硬度，在其它实施例中，镍铁合金具有200HV至325HV的维氏硬度，在另外的其它实施例中，镍铁合金具有250HV至300HV的维氏硬度。
尽管可以使用任何合适的材料来制造模制工具，但是只要得到的工具在100℉和500℉之间的温度下具有不超过5×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数和至少100的维氏硬度即可，一种特别合适的材料包括镍铁合金。在一个实施例中，镍铁合金具有以下组成：
Figure BPA00001480506700091
在另一实施例中，镍铁合金具有以下重量百分比：
Figure BPA00001480506700092
在又一实施例中，镍铁合金具有以下重量百分比：
Figure BPA00001480506700093
尽管可以使用具有上述性能的任何合适的镍铁合金，但是在至少一个实施例中，已经发现Invar
Figure BPA00001480506700101
是特别合适的。此外，已经发现的Invar
Figure BPA00001480506700102
No.36和Super Invar
Figure BPA00001480506700103
是特别合适的，并且可从宾夕法尼亚州Wyomissing的Carpenter公司获得。
转到图2，在另一实施例中，提供了具有主体部分22和上模表面部分24的模制工具20。主体部分22的组成和性能与参照图1描述的主体部分12的组成和性能类似。在至少一个实施例中，上模表面部分24将具有由标号26示意性地表示的压纹。在特定的实施例中，压纹26将具有5微米至1000微米的深度或纹理，在其它实施例中，压纹26将具有50微米至600微米的深度或纹理，在另外的其它实施例中，压纹26将具有100微米至400微米的深度或纹理。尽管模制工具20可以具有任何合适的厚度，但是在特定的实施例中，模制工具20将具有3mm至10mm的平均厚度，在其它实施例中，模制工具20将具有3.5mm至4.5mm的平均厚度，其中，主体部分拥有大部分厚度。在一个实施例中，模制工具20具有基本上均匀的厚度，其中，“均匀”意味着工具的任一部分与工具的任何另一部分相比厚度变化不多于0.1mm。在特定的实施例中，上模表面部分24具有0.002mm至1.5mm的厚度，在其它实施例中，上模表面部分24具有0.2mm至1.0mm的厚度，在另外的其它实施例中，上模表面部分24具有0.4mm至0.6mm的厚度。
在图2中示出的实施例中，上模表面部分24的硬度比模制工具20的主体部分22的硬度高。在该实施例中，如由ASTM测试方法No.E-384所测量的，主体部分22具有100至350的范围内的维氏硬度；如由ASTM测试方法No.E-384所测量的，上表面部分24具有350HK至2000HK的范围内的微硬度，在其它实施例中，具有400HK至1500HK的范围内的微硬度，在其它实施例中，具有600HK至1000HK的范围内的微硬度，在其它实施例中，具有700HK至900HK的范围内的微硬度。可以通过对上模表面部分24进行表面处理来提供上模表面部分24的提高的硬度。上模表面24也称为表面硬化的表面。
可以通过对表面进行离子渗氮来对上模表面部分24进行表面硬化。离子渗氮在本领域中公知的，这里将不再对其进行更详细的说明。通常，将工具暴露于离子渗氮工艺，以提供上表面部分24的期望的硬度。通常，将工具20进行加热，并且工具20与被引入到室中的氮一起处于室中。对工具20的电压进行偏压，以加速氮颗粒朝向工具。当氮颗粒撞击工具20中的铝、铬、锆、硅或钛时，氮与所述元素反应，从而在工具20的表面中相应地形成氮化铝、氮化铬、氮化锆、氮化硅或氮化钛。与形成主体部分22的其余部分的镍铁合金相比，氮化铝、氮化铬、氮化锆、氮化硅或氮化钛具有更高的硬度。
应当理解的是，离子渗氮将导致氮化物的形成，氮化物的形成在一定程度上延伸或扩散到工具的主体中，例如进入主体多达1.5mm。随着表面硬化深度进一步延伸到主体部分22中，工具20的氮化部分的硬度将降低，从而通常工具的最硬的部分将仅在工具20的上模表面24处。在这方面，当提到工具20的上模表面部分24的微硬度时，应当理解，只是在上模表面处进行测量，并且模制工具的整个渗氮部分不必具有与上表面的硬度相同的硬度，因此，本发明和权利要求不应局限于此。还应当理解，在渗氮技术中经历的工艺可以在渗氮期间并入诸如碳的其它元素，以产生诸如碳氮化钛(TiCN)的氮化物材料和碳化硅(SiC)。在一些实施例中，大多部分或整个主体表面将经历渗氮工艺，从而引起不仅上模表面而且大多部分或整个主体表面的表面硬化。
在一个实施例中，镍铁合金具有更高水平的渗氮元素，例如铝、铬、锆、硅和/或钛，从而为工具进一步提供更硬的表面部分。在该实施例中，镍铁合金具有以下组成：
Figure BPA00001480506700111
在另一实施例中，镍铁合金具有以下组成：
Figure BPA00001480506700112
Figure BPA00001480506700121
在又一实施例中，镍铁合金具有以下组成：
Figure BPA00001480506700122
在又一实施例中，镍铁合金具有以下组成：
Figure BPA00001480506700123
在其它实施例中，可以在离子渗氮之前完成可选的预处理步骤，从而增加模制工具的表面区域中的铝的量。在该实施例中，模制工具20可以在离子渗氮之前经历渗铝。渗铝是众所周知的，因而这里将仅大体上对其进行描述。通常，渗铝是高温化学工艺，由此铝蒸气扩散到基体金属的表面中，从而形成新的冶金铝化合金。形成在表面处的铝化物合金可以包含多达20％的铝。另外，可以通过热浸渍来执行渗铝。尽管可以以任何合适的方式对工具进行渗铝，但是在一个实施例中，暴露工具，以使铝的蒸气在工具的表面上扩散。利用经由铝工艺的用于渗氮增加的可用量的铝，与经过处理但具有较少量的铝的类似实例相比，得到的离子氮化工具20将具有更高的表面硬度。在这些实施例中，表面硬度将为500HK至2,000HK，在其它实施例中，表面硬度将为600HK至1,500HK，在其它实施例中，表面硬度将为700HK至1,000HK。
参照图3，提供具有涂层的工具30。该实施例与参考图2描述并示出的实施例的不同之处在于，工具30未经过表面处理，而是改为具有沉积在上模表面的顶部上的表面涂层34，从而产生工具的新的顶表面。例如，图3中的主体32的特性与图2中的主体22的特性类似。通常，当提供表面涂层34时，与表面经过表面硬化或扩散硬化的压纹相比，压纹36将更深。在这种情况下，表面压纹纹理可以为至少200微米。在图3中示出的实施例中，涂层34的厚度为0.1微米至25微米，在其它实施例中，为0.5微米至12微米，在其它实施例中，为1微米至5微米，在另外的其它实施例中，为3微米至4微米。尽管模制工具30可以具有任何合适的厚度，但是在特定的实施例中，模制工具30的平均厚度将为3mm至10mm，在其它实施例中，将为3.5mm至4.5mm，其中，主体部分32的厚度占主导地位。在一个实施例中，模制工具30具有基本上均匀的厚度，其中，“均匀”意味着工具的任一部分与工具的任何另一部分相比厚度变化不多于0.1mm。
涂层34可以是任何合适的涂层，并可以以任何合适的方式提供，以使得到的涂层的微硬度为350HK至9,000HK，在其它实施例中为500HK至4,000HK，在另外的其它实施例中为600HK至2,000HK，在其它另外的实施例中为700HK至1,500HK。可以以诸如电镀、无电镀、物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)的任何合适的工艺来提供涂层34。尽管可以提供任何合适的涂层，但是合适的涂层的示例包括氮化铝、氮化锆、氮化硅、氮化钛和氮化铬。除了金属之外，表面涂层34还可以是陶瓷或高温聚合物，或者这些涂层的组合。含有镍、铬、钛、铝以及其它金属和合金的金属涂层和陶瓷涂层可以用于保护并密封壳以及改善的脱模性能。诸如电镀的特定涂层的厚度范围为1微米至500微米，在其它实施例中，为5微米至200微米，在另外的其它实施例中，为10微米至100微米。
参照图4A，提供了包括壳42的模制工具40，壳42具有示意性地示出的增强元件52和如用标号48示意性地示出的在其中切割或铸塑的通常为矩形形状的加热/冷却元件。然而，应当理解，加热/冷却元件48可以具有任何合适的形状。
参照图4B，提供了与针对考图1示出并描述的模制工具类似的模制工具41。模制工具41包括壳43，壳43具有如用标号49示意性地示出的在其中切割或铸塑的通常为圆形形状的加热/冷却元件。然而，应当理解，加热/冷却元件49可以具有任何合适的形状。
用于加热和冷却的控制诸如通道、凹槽和翼片的元件可以在成形工艺期间通过将它们铸塑在里面(图4B)或者在已经形成模具之后通过将它们加工、焊接、软钎焊或硬钎焊到壳的背侧(图4A)而并入到模具中，以提高效率。
参照图5，示出了用于制造模制工具的实施例。提供铁镍合金坯料60。然后，可以将合金加工或铸塑成形状70。尽管可以利用任何合适的成形技术，但是两种合适的技术是CNC切割和电火花加工(EDM)。CNC切割是众所周知的，通常包括将金属切割成期望的形状和几何体。CNC EDM也是众所周知的，通常包括通过利用电火花使将金属燃烧掉来去除金属。
用于制造模制工具的另一技术是将材料铸塑成近净形。在铸塑之后，可以利用CNC加工进一步将工具的形状修饰为期望的几何体和尺寸。在已经使工具成形之后，工具可以经历可选的退火步骤72。在可选的退火之后，材料的CTE将得以稳定化或提高。
最后，工具具有设置在上模表面上的压纹。可以以任何合适的方式，例如通过酸蚀刻、激光蚀刻或机械蚀刻，来提供压纹。压纹的深度将通常为5微米至1,000微米，在其它实施例中，为50微米至600微米，在另外的其它实施例中，为100微米至400微米。
参照图6，在已经形成工具10之后，工具可以经历如上所述的表面处理，其中，对表面进行渗氮，或者对表面进行渗铝随后进行渗氮。
参照图7，随后，在制造出工具10之后，可以对工具10进行如上所述的涂覆。
虽然上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述本发明的所有可能的形式。而是，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。另外，可以将各种执行实施例的特征进行组合，以形成本发明的其它实施例。

Claims (23)

1.一种具有纹理化表面的滚塑成型的工具，所述工具包括：
壳，所述壳具有主体部分和上模表面，所述上模表面具有压纹纹理，至少所述主体部分包括具有在100℉和500℉之间的温度下最多为5.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。
2.如权利要求1所述的工具，其中，所述镍铁合金的组成包括至少30重量％的镍。
3.如权利要求1所述的工具，其中，所述镍铁合金的组成包括至少30重量％的镍、至少0.05重量％的铝和至少0.01重量％的铬。
4.如权利要求1所述的工具，其中，所述镍铁合金的组成包括至少30重量％的镍、0.05重量％至0.75重量％的铝和0.01重量％至1.5重量％的铬。
5.如权利要求1所述的工具，其中，所述主体部分具有第一硬度，所述第一硬度具有至少100的维氏硬度(HV)，所述上表面具有比所述第一硬度高的第二硬度和最多1.5mm的厚度。
6.如权利要求5所述的工具，其中，所述第一硬度为100HV至350HV，所述第二硬度为350努氏硬度(HK)以上的微硬度。
7.如权利要求6所述的工具，其中，所述微硬度为350HK至9000HK。
8.如权利要求1所述的工具，其中，所述上模表面包括已经经过渗氮处理的在100℉和500℉之间的温度下具有最多5.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。
9.如权利要求1所述的工具，其中，所述上模表面包括已经经过渗铝处理和随后的渗氮处理的在100℉和500℉之间的温度下具有最多5.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。
10.如权利要求8所述的工具，其中，所述上模表面包括具有在100℉和500℉之间的温度下为0.1×10-6英寸/英寸/℉至4.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。
11.如权利要求1所述的工具，其中，所述上模表面包括氮化物涂层。
12.如权利要求1所述的工具，其中，所述工具的厚度为3mm至10mm。
13.如权利要求12所述的工具，其中，所述厚度在整个工具上为均匀的。
14.一种制造汽车内饰部件模制工具的工艺，所述工艺包括：
(a)提供镍铁合金的工具坯料，所述镍铁合金具有在100℉和500℉之间的温度下最多为5.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数；
(b)将所述工具坯料加工成具有上模表面和位于下方的主体部分的工具形状；以及
(c)在所述上模表面上产生压纹纹理。
15.如权利要求14所述的工艺，所述工艺还包括：对所述上模表面执行表面处理，从而为所述工具提供具有比主体的维氏硬度高的努氏微硬度的顶表面。
16.如权利要求14所述的工艺，其中，所述镍铁合金的组成包括至少30重量％的镍。
17.如权利要求14所述的工艺，其中，加工所述工具坯料的步骤包括：计算机数控(CNC)机器加工。
18.如权利要求15所述的工艺，其中，所述表面处理包括对所述上模表面进行离子渗氮。
19.如权利要求15所述的工艺，其中，所述表面处理包括：对所述上模表面进行渗铝，随后对所述上模表面进行渗氮。
20.如权利要求15所述的工艺，其中，所述表面处理包括：对所述上模表面施加涂层。
21.如权利要求20所述的工艺，其中，所述涂层包括氮化物。
22.如权利要求18所述的工艺，其中，所述表面处理赋予所述顶表面500HK至2,000HK的努氏微硬度。
23.一种用于制造汽车部件的工艺，所述工艺包括：
提供如权利要求1所述的滚塑成型的工具；
将聚合材料引入到所述工具中；
加热所述工具；
冷却所述工具，以形成聚合表皮；
将所述聚合表皮从所述工具移开。
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