CN1139401A - 吹塑成型用金属模及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种吹塑成型用金属模、金属模构件及其制造方法，其中在由高热传导性金属构成的基体材料所限定的型腔的周缘部，设置有与该基体冶金性结合的高硬度金属层。由于在其表面结合有高硬度金属，因此能够提高剪切部件的耐久性。

Description

吹塑成形用金属模及其制造方法

本发明涉及吹塑成形用金属模、金属模构件及其制造方法。

更详细地，本发明涉及一种在由高热传导性金属构成的基体材料所限定的型腔的周缘部装备一层与该基体材料呈冶金性结合的高硬度金属层的吹塑成形用金属模、金属模构件及其制造方法。

根据本发明，在型腔周缘部的至少一部分带有切断部的情况下，不但能提高金属模基体材料的热传导性，同时也能提高其耐久性。

一般地，在制造清凉饮料和洗涤剂等所使用的容器时，常使用所谓的吹塑成形的成形方法。

对于这种成形方法所用的金属模，一般为了缩短压射周期，多使用热辐射性能优异的铝合金、锌合金和铜合金。然而使用这种成形方法时一般必须除去毛边(树脂被金属模两边夹住时所凸出的部分)，对于具有除去毛边功能的部件(剪切部件)，要使用硬度和耐久性都优异的各种钢材、不锈钢。

最近使用形状复杂且独特的容器的现象正增多。例如常规地容器的形状只是在瓶的底部才有树脂毛边(型坯尾的部分)(一种例如香波瓶常见的形状)，然而如泵式大香波瓶等所示的那样在瓶的肩部出现毛边、带手柄的瓶如液体洗涤剂等的瓶所示的那样在手柄上或手柄周围出现毛边，瓶的形状取决于客户的不同要求已变得多样化，相应地用来成形的金属模的尺寸和形状也多样化，因而分型线的形状也变得复杂。

在这样的趋势中，金属模的剪切部件传统上限于模的底部或颈部、但最近在某些情况下要求它位于沿分型线的模主体的整个部分。

这种情况下传统上是采用下述方法，即在由高热传导性金属制成的金属模主体中镶入已通过机械加工形成为剪切部件的切断齿片的高硬度金属，并用螺栓固定住(嵌置件)。但上述“嵌置”法有这样的缺点，即由于工时增加而导致成本升高和交付期时间延长，且它只适用于型腔周缘部及其分型线具有直线形状的场合，而不适用于当它们具有复杂形状包括曲线时的情况。金属模主体由一对在其分型面分开的组合模构成，成形时组合模从两边封闭好，制出成形件，然而由于在相互面对的两面上对整个金属模施加了10吨以上的压力，因此当切断齿片的构件是“嵌置”件方式时将造成破损或由于模的错位而对铸件产生严重的缺陷。

在这种金属模中，其内部装备有冷却水回路。然而当对切断齿片的构件等通过螺栓连接加工设入嵌置件时，恐怕会出现螺栓孔与冷却水回路相互交叉的可能，故必须把冷却水回路设置在离金属模表面(型腔表面和分型线表面)有相当距离的地方，这将显著影响水冷效率，并降低压射周期的缩短化性能。

另一方面，在象汽油容器等型腔和分型线的周缘部形状复杂的大型金属模中，很难使用“嵌置件”方式，因而大多通过加工高硬度金属(例如钢)的单一材料而得到作为一体的整个金属模。然而使用这种方法时热辐射性能特别低劣，故不能提高成形周期，这又造成生产效率低。

相反，在日本特许公开平1-143738号专利中试图通过减薄金属模工作面的钢并进而用铜作内衬而解决该问题，但是由于模的整个工作面是由钢材制成的，因而没有完全解决热辐射问题。

另外，在日本特许公开昭62-113521号专利中揭示了一种成形粉末树脂的装置，其中通过在成形面侧的金属的内侧配置比该金属的热传导率高的另一种金属，旨在提高加热、冷却的循环性能。然而该公报没有提及如何去除如吹塑成形等中的毛边。

日本特许公开平4-101813专利中揭示了用包层的切断构件制作直线形型坯尾部。根据该方法，解决了切断齿片破损或切断构件错位的问题，然而当型腔的周缘部或分型线的形状不是直线时，就不能用作切断构件。

本发明是着重上述问题而完成的。本发明的目的在于当任意形状的型腔周缘部的分型线等的全部或一部分上装备有切断部件时，不但提高金属模基体材料的热传导性，而且提高切断齿片的耐久性。

就是说，本发明第一涉及一种吹塑成形用金属模，其中在由高热传导性金属构成的基体材料所限定的型腔的周缘部装备有一层与该基体材料呈冶金性结合的高硬度金属层。

本发明第二涉及一种含有金属模构件的吹塑成形用金属模，其中至少有一个金属模构件在由高热传导性金属构成的基体材料所限定的型腔的周缘部装备有一层与该基体材料呈冶金性结合的高硬度金属层。

本发明第三涉及一种制造吹塑成形用金属模的方法，其中在高热传导性金属的基体材料表面呈冶金性结合一层高硬度金属层，利用所得的复合材料通过从该高硬度金属层一侧向下加工该基体材料来形成型腔，从而在型腔的周缘部形成含该高硬度金属的一层。

本发明第四涉及一种制造吹塑成形用金属模构件的方法，其中在高热传导性金属的基体材料表面呈冶金性结合一层高硬度金属层，利用所得的复合材料，通过从该高硬度金属层一侧向下加工该基体材料来形成型腔，从而在型腔的周缘部形成含该高硬度金属的一层。

各图的简要说明：

图1是实施例1中所示本发明的一对金属模的一个表面的前视图。

图2是图1的AA剖面图。

图3是实施例2中所示本发明的一对金属模的一个表面的前视图。

图4是图3的BB剖面图。

图5是图3的CC剖面图。

图6是实施例3中所示本发明的一对金属模的一个表面的前视图。

图7是图6的DD剖面图。

图8是图6的EE剖面图。各符号的说明：

1、基体材料(铝合金)

2、纯铝层

3、铜层

4、不锈钢层

5、冷却水回路

6、空心部(型腔部)

7、金属模构件(瓶的上部组合模)

8、金属模构件(瓶的体部组合模)

9、金属模构件(瓶的底部组合模)

10、高硬度钢层

11、钛层

12、金属模构件(组合模主体)

13、金属模构件(底部嵌置件：不锈钢)实施本发明的最佳方式：

根据本发明的金属模，是指金属模整体或一对对称的金属模中的一个。金属模构件是指一对对称金属模进一步分割所形成的部件或指如底部套筒或手柄等组合模构件。

根据本发明，构成金属模或金属模构件的基体材料的高热传导性金属是一种热传导率比主要含有钢的常规金属材料高的金属，例如铝、铝合金、铜、铜合金等。根据本发明的高硬度金属是一种硬度(洛氏硬度)比铝合金高的金属，例如钢、可塑成形用金属模的钢(例如预淬火钢、淬火钢、渗氮钢、耐腐蚀性钢、马氏体时效钢等)、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金、铍铜合金等。

根据本发明的型腔具有预定的形状，该预定形状是所要可塑铸件的形状。型腔是通过从作为包层材料的高硬度金属层一侧向高热传导性金属的基体材料加工而形成的。

分型线是指在型腔形成后，可塑铸件在金属模分型面(分型线平面)的表面上所出现的一个断面的轮廓线。

型腔的周缘部是指在金属模的分型面上分型线(包括线)以外部分的分型面。

本发明的冶金性结合是指两种金属结合的程度尽可能达到原子间吸引力发生作用的领域，并借助压力结合例如通常利用爆炸包层法、辊压包层法、真空扩散结合法、摩擦焊接法等手段实施。当两种不同的金属不易呈冶金性结合时，可在其中间使用例如纯铝、钛、镍、铜或纯铁作为中间介质材料而结合。

如上所述，制备根据本发明的吹塑成形用金属模所用的原材料可以是例如不同金属的复合板，其中由铝合金层、纯铝层、铜合金层、不锈钢层构成的各层是冶金性面结合的。这种面结合的手段在例如爆炸包层的情况下可按下述方法实施。在作为母体材料的不锈钢板的上面用适当的间隙支承物保持一个间隙，在母体材料的对面放置作为包层材料的铜合金板，在该铜合金板的整个背面(上面)装填好炸药，从炸药的一端例如通过电气雷管使其爆炸，从而使两金属板在一瞬间实现面结合，结果首先得到了2层不同金属的复合板。

接着，以这2层不同金属的复合板作为母体材料，铜合金板放置在上面，如前所述同样地在上面用适当的间隙支承物保持一个间隙，在母体材料的对面放置作为包层材料的纯铝板，通过前述同样的方法得到3层的不同金属复合板。

进而，以该3层不同金属的复合板为母体材料，把纯铝层放置在上面，在其上如前述同样地在对铝合金板进行爆炸包层得到4层的不同金属复合板，其中由铝合金层、纯铝层、铜合金层、不锈钢层构成的各层是通过爆炸包层法呈冶金性结合的。

然而，除了通过如上所述对每层材料重复进行爆炸包层从而制备出多层金属复合板的方法外，还可以在由所要的不同金属复合板构成的多层金属板的各板面之间设置必要的间隙，然后通过一次爆炸包层法制备出不同金属复合板，并把它作为吹塑成形用金属模的原材料。

以上所述给出了根据爆炸包层法进行冶金性结合的一个例子。另外结合方法还有辊压包层法，其中把要互相结合的不同金属板的板面活化并清理干净，互相压紧，外周密封好，然后在高真空状态下高温辊压；真空扩散结合法，其中通过在高真空气氛下把两种金属加热加压到它们扩散的程度从而使其结合；以及摩擦焊接法等。在任一方法中都可使用把要互相结合的金属层按顺序重叠的方式层压的方法，或者通过把任何多层的不同金属层一次结合从而制备出不同金属的复合板的方法等。

本发明的从高硬度金属侧向下加工形成金属模型腔的加工方法与常规的金属模型腔的加工方法相同。例如在NC带(数控)上读要制作的金属模的尺寸，根据该带的数据进行数值控制而从高硬度金属一侧实施NC铣削，通过切削形成型腔，然后通过喷砂对切削后的型腔内表面进行研磨，最后进行精加工。

另外，根据本发明的具有预定形状的型腔的周缘部，对于必须要除去树脂毛边的部分，特别是沿其分型线，最好把高硬度金属层加工成切断齿片的形状。实施例

参照附图，利用实施例说明本发明，但本发明并不局限于这些实施例。实施例1

图1是带手柄的瓶的吹塑成形用金属模，该模分割成两个对称的金属模。

如图2所示，每一金属模由四层材料构成，其中基体材料1为铝合金层，纯铝层2和铜层3是用爆炸包层法结合在基体上的，它们作为中间层，最外层结合的是不锈钢层4。

在一对互相面对的面中进行向下加工形成待成形产品(瓶)的形状。金属模的瓶颈部、手柄部及底部处的型腔周缘部保留周缘部的棱角(切断齿片)以便切断毛边；而其它部分的表面上的不锈钢层被切削掉，裸露出铝合金层表面。除了上述的其它部(包括金属模的瓶体部)的周缘部必要时可制成切断齿片的形状，或可保留不锈钢层原样不动。或者相反，把它们的不锈钢层、铜层和纯铝层切削掉，裸露出铝合金层。

为了提高冷却效率，冷却水回路的设置尽可能在接近金属模表面(不锈钢层侧)的地方加工。

用不锈钢板制作切除毛边的型腔的周缘部，使该金属模具有为切断树脂所需的硬度和耐久性；且用铝合金制成金属模的基体材料，使该金属模保持热辐射性，目的在于提高压射周期。实施例2

图3是聚乙烯材质的带手柄瓶的吹塑成形用金属模。该模的形状与实施例1一样是由两个对称的金属模构成的，每一金属模进而在纵向分割成3个金属模构件。这种情况下，金属模构件7(瓶的上部组合模)以及金属模构件9(瓶的底部组合模)如图4所示由3层构成，其中基体材料1为铝合金，在基体材料上用爆炸包层法结合有钛层11作为中间层，最外层结合有高硬度钢层10。

金属模构件8(瓶的体部组合模)是单一铝合金材料。这是因为在瓶的场合下，由于其体部不产生毛边，因此没必要在型腔周缘部设置高硬度材料。金属模构件7(瓶的上部组合模)的颈部，手柄部和金属模构件9(瓶的底部组合模)处的型腔周缘部保留周缘部的棱角(切断齿片)以便切断毛边，而其它部分的表面上的高硬度钢层被切削掉，裸露出铝合金层表面。

对于该模，只把生成毛边的部分分割成金属模构件，与实施例1一样用高硬度钢材制成各金属模构件的型腔周缘部，使该金属模具有为切断树脂所需的硬度和耐久性；并且用铝合金制成金属模的基体材料，使模保持热辐射性，目的在于提高其压射周期。用单一铝合金材料制作不产生毛边的部分，就可减少成本。实施例3

图6是聚氯乙烯材质的瓶的吹塑成形用金属模。该模的形状与实施例1一样由两个对称的金属模构成。每一金属模如图6所示进一步分割成金属模构件12(组合模主体)和金属模构件13(底部嵌置件)。这种情况下，金属模构件12(组合模主体)由两层组成，其中基体材料1为铝合金，在其上用爆炸包层法结合有钛层11作为中间层。为了防止型腔周缘部被在加热聚氯乙烯时所产生的氯气腐蚀，沿分型线处保留钛层11原样不动。

在本实施例中，由于在金属模构件12(组合模主体)的型腔周缘部不产生树脂毛边，因而没有必要加工成切断齿片的形状。

该金属模的金属模构件13(底部嵌置件)是不锈钢的单一材料。这是因为当该模长期使用时，如果为了切断在瓶底部产生的树脂毛边而采取象实施例1一样保留钛层作为瓶底部的周缘缘部的切断齿片形状，那么将因钛比不锈钢的硬度低而造成金属模的耐久性下降。因此必须把虽然热传导性(热辐射性)低但耐腐蚀性和硬度优异的不锈钢的单一材料进行机械加工而得到的金属模构成13(底部嵌置件)用作嵌置件。这种情况下，不锈钢的单一材料仅限于很小的部分，因此对整体金属模的热辐射性的影响很小。

通过只把产生毛边的金属模的瓶底部分割成金属模构件，并用不锈钢加工所得到的物体作为该部分，可使模保持为切断树脂所需的硬度和耐久性。另外，对于金属模构件(组合模主体)，通过在型腔周缘部包钛层，可增强模对氯气的耐腐蚀性能，通过用铝合金制作金属模构件(组织模主体)的基体材料，可使模保持热辐射性，从而能够提高压射周期。

根据本发明的吹塑成形用金属模或金属模构件，能够使成形件的冷却速度高，并缩短成形周期。由于在其表面结合有高硬度金属层，因此能够提高剪切部件的耐久性。另外，由于在金属模的整个表面冶金性结合有高硬度金属层，因此没有必要进行例如在嵌置件上的加工。这样就缩短了金属模构件的交付时间，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，因此冷却水回路可设置在离金属模型腔表面和分型线表面尽可能近的地方，故能保证高的水冷效率。

Claims (16)

1、一种吹塑成形用金属模，其中在由高热传导性金属构成的基体材料所限定的型腔的周缘部，设置有与该基体材料冶金性结合的高硬度金属层。

2、根据权利要求1的吹塑成形用金属模，其中高热传导性金属是选自由铝、铝合金、铜及铜合金组成的组中的至少一种。

3、根据权利要求1的吹塑成形用金属模，其中高硬度金属是选自由钢、可塑成形用金属模的钢、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金及铍铜合金组成的组中的至少一种。

4、根据权利要求2的吹塑成形用金属模，其中高硬度金属是选自由钢、可塑成形用金属模的钢、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金及铍铜合金组成的组中的至少一种。

5、一种含有金属模构件的吹塑成形用金属模，其中至少有一个金属模构件在由高热传导性金属构成的基体材料所限定的型腔的周缘部，设置有与该基体冶金性结合的高硬度金属层。

6、根据权利要求5的吹塑成形用金属模，其中高热传导性金属是选自由铝、铝合金、铜及铜合金组成的组中的至少一种。

7、根据权利要求5的吹塑成形用金属模，其中高硬度金属是选自由钢、可塑成形用金属模的钢、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金及铍铜合金组成的组中的至少一种。

8、根据权利要求6的吹塑成形用金属模，其中高硬度金属是选自由钢，可塑成形用金属模的钢、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金及铍铜合金组成的组中的至少一种。

9、一种制造吹塑成形用金属模的方法，其中在高热传导性金属的基体材料表面冶金性结合一层高硬度金属层，利用所得的复合材料通过从该高硬度金属层一侧向下加工该基体材料来形成型腔，从而在该型腔的周缘部形成含该高硬度金属的层。

10、根据权利要求9的制造吹塑成形用金属模的方法，其中高热传导性金属是选自由铝、铝合金、铜和铜合金组成的组中的至少一种。

11、根据权利要求9的制造吹塑成形用金属模的方法，其中高硬度金属是选自由钢、可塑成形用金属模的钢、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金及铍铜合金组成的组中的至少一种。

12、一种根据权利要求10的制造吹塑成形用金属模的方法，其中高硬度金属是选自由钢，可塑成形用金属模的钢、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金及铍铜合金组成的组中的至少一种。

13、制造吹塑成形用金属模构件的方法，其中在高热传导性金属的基体材料表面冶金性结合一层高硬度金属层，利用所得的复合材料通过从该高硬度金属层一侧向下加工基体材料来成型腔，从而在该型腔的周缘部形成含该高硬度金属的层。

14、根据权利要求13的制造吹塑成形用金属模构件的方法，其中高热传导性金属是选自由铝、铝合金、铜及铜合金组成的组中的至少一种。

15、根据权利要求13的制造吹塑成形用金属模构件的方法，其中高硬度金属是选自由钢、不锈钢、可塑成形用金属模的钢、钛、钛合金、镍、镍合金及铍铜合金组成的组中的至少一种。

16、根据权利要求14的制造吹塑成形用金属模构件的方法，其中高硬度金属是选自由钢、可塑成形用金属模的钢、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金及铍铜合金组成的组中的至少一种。

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