CN108728723A - 塑料注射成型工具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及注射成型工具以及大型锻件，其由低碳模具钢制成，这种模具钢与目前可获得的商品相比，在大截面上具有显著增加的硬化和淬透性能。上述属性与相同或更好的机械加工性和改进的模具分型线磨损一起获得。当结合双熔体工艺制造时，本发明可以显著改善工具套件中模制件的抛光特性和其它属性。

Description

塑料注射成型工具及其制造方法

技术领域

本发明涉及注射成型工具以及大型锻件，其由低碳模具钢制成，这种模具 钢与目前可获得的商品相比，在大截面上具有显著增加的硬化和淬透性 (hardenability)性能。上述属性与相同或更好的机械加工性和改进的模具分型 线磨损一起获得。当结合双熔体工艺制造时，本发明可以显著改善工具套件中 模制件的抛光特性和其它属性。

背景技术

塑料在汽车工业的地位已经大大增长，因为它是未来高性能、更节省燃料 的车辆的关键。塑料通过提供轻重量和多功能设计以及降低制造成本为设计师 和工程师在许多应用中提供了多种优势。塑料的多功能性可以表现为现在可能 的各种形状和表面光洁度。然而，如果没有优质的塑料注射模具钢，这种多功 能性将是不可能的。对燃料效率高的汽车的需求的不断增长正在推动设计师们 创造更加空气动力学的汽车，从而需要更大的复杂塑料部件，如保险杠、仪表 盘和门板。其他行业对塑料部件也有类似的要求，例如外部家具。塑料注射成 型用于快节奏生产，工具钢用于这种应用。优质塑料注射模具钢的性能从模具 制造商到最终用户有所不同。良好的机械加工性以及提供良好表面光洁度的能 力对于模具制造商是重要方面。然而，均匀的硬度是最终用户生产没有形状变 形的部件的关键。随着部件尺寸的增加，模具必须更大，并且在整个截面仍然 显示这些属性。

发明内容

本发明的主要目的是提供塑料注射成型工具套件，其与目前可获得的这种 套件相比具有增加的淬透性和硬度，以及具有(1)相同或更好的机械加工性， (2)增加的清洁度以及良好的冲击值，和(3)，最重要地，提高的淬透性。

另一个目的是提供来自具有以下重量百分比的宽组成的模具块体的塑料注 射工具套件：

更优选地，本发明的一个目的是提供来自具有以下重量百分比的组成的模 具块体的塑料注射工具套件：

另一个目的是提供来自具有以下重量百分比的最优选组成的模具块体的工 具套件：

本发明的另一个目的是提供一种制造具有本文公开的合金成分的用于工具 套件的塑料注射塑模和冲模(mold and die)块体的低成本和有效的方法。

其他目的和优点将从以下描述中变得显而易见。

具体实施方式

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0.40％，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0.35％的碳以确保良 好的机械加工性。如果使用实质上小于0.15％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。优选使用最少0.20％的碳来确保可接受的耐磨性、 硬度和机械性能。最优选使用在0.25％和0.35％范围内的碳。

锰对于淬透性是必不可少的且在炼钢过程中作为脱氧剂。它与其他合金元 素的组合还用于控制锻造操作中的硫化物。如果存在显著高于1.10％的量，则具 有存在残留奥氏体的风险。如果存在实质上小于0.60％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。优选地，锰的存在 范围为0.70％至1.10％，最优选为0.80％至1.10％。

硅由于其脱氧能力在炼钢过程中是指定的。如果以比0.60％实质更大的量存 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，硬化温度变得太高。低于 规定的最小值1.00％，耐磨性将受到不利影响。优选地，铬的存在量为1.10％至 2.00％，最优选为1.20％至2.00％。

需要镍以加强铁素体并为模具块体提供韧性。如果以显著大于1.00％的量 存在，则存在残余奥氏体并且机械加工性降低的风险。过量的镍也可能促进在 锻造过程中需要嵌接和/或调节的高温发丝裂纹。如果镍实质上小于规定的最小 值0.30％，则模具块体在使用过程中将具有降低的淬透性和韧性不足。镍应优 选在0.20％至0.90％的范围内存在，最优选在0.30％至0.80％的范围内。

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0.20％至0.55％钼的范围内是有效的，但优选维持在0.30％ 至0.55％钼范围的较上范围内，最优选在0.35％至0.55％钼的范围内。

钒是关键元素并被指定，由于其对淬透性、耐磨性和晶粒细化性能有高度 影响。已经发现，添加在指定的0.05％至0.20％的范围内的钒结合适当热处理 可以显著改善淬透性，特别是在至少20英寸的大截面中。如表1所示，对除了 钒以外具有统计学上恒定的合金成分的钢样品进行的测试表明，加入钒显著提 高了淬透性。

表1

对于钢X0，主要存在一种类型的碳化物，其中含有钼和锰。X20显示相同的碳 化物，但添加有含有钒的第二种碳化物。当与碳化铬相比时，碳化钒族对于老 化更加稳定得多。为了对所有特性具有最佳效果，优选钒在0.07％至0.20％的 范围内存在，最优选在0.10％至0.20％的范围内，目标为0.15％。钒对耐磨性 和机械加工性也有显著的影响。

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至E0.045％将 赋予可接受的机械加工性。然而，在这种类型的钢中，硫还具有若干不利影响， 包括加工过程中的热脆性以及抛光和纹理特性的降低。由于钒对碳化物尺寸的 影响对机械加工性有显著的影响，因此希望将硫维持在低于0.025％，优选低于 0.015％，最优选低于0.005％的值。

在20英寸及以上的塑模和冲模块体截面中的芯与硬度测试的比较已经公开 了物片的淬透性在整个横截面上基本上是均匀的。这对于由目前可获得的钢制 成的工具套件是显著的改进，所述可获得的钢中这种大型截面的淬透性在中心 附近倾向于下降。

制造用于本发明的工具套件的塑模和冲模块体的优选方法如下。

在加热单元(优选电弧炉)中形成钢熔体，该熔体含有大多数但少于所有 的必需合金，铝例如被延缓至接近工艺结束。

在熔体形成之后，将其转移到诸如底注式浇包的容器中，从而形成热体 (heat)。然后，在氩气吹扫下进行加热、进一步合金化和精炼所述热体，直至 合金均匀分散且所述热体的合金组成符合规格。

此后，将热体进行真空氩气脱气，然后通过底部浇注浇铸成锭模具。

在固化之后，热处理所述锭以将所得的低合金钢形成塑模和冲模块体。

此后，块体通过淬火热处理，优选在水中，并进行回火。

虽然本文已经描述了本发明的具体实施例，但是对于本领域技术人员显而 易见的是，可以在本发明的精神和范围内进行修改。因此，当根据相关现有技 术进行解释时，意图是本发明的范围应仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (6)

1.一种制造在20英寸及以上的截面上具有优异的淬透性的塑料注射塑模和冲模块体工具的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)在加热单元中形成钢熔体，所述钢熔体具有小于所有的合金成分，

(2)将所述熔体转移到容器中从而形成热体，

(3)在氩气吹扫下进行加热、进一步合金化和精炼所述热体使合金组成符合规格，

(4)真空氩气脱气、浇注和铸造所述热体以通过底部浇注形成锭，

(5)热加工所述锭以将所述低合金钢形成所述具有20英寸及更大截面的塑模和冲模块体，所述塑模和冲模块体具有以下组成：

(6)通过淬火和回火进行热处理，和

(7)由所述淬火和回火块体形成塑料注射成型工具。

2.根据权利要求1所述的塑料注射塑模和冲模块体工具的制造方法，其特征还在于塑模和冲模块体具有以下组成：

3.根据权利要求2所述的塑料注射塑模和冲模块体工具的制造方法，其特征还在于塑模和冲模块体具有以下组成：

4.塑料注射成型工具钢，其在20英寸及以上的横截面上具有均匀高淬透性，且具有以下组成：

5.根据权利要求4所述的塑料注射成型工具钢，其特征还在于具有以下组成：

6.根据权利要求5所述的塑料注射成型工具钢，其特征还在于具有以下组成：