TW200848376A - Method for producing mold for glass molding - Google Patents

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Description

200848376 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於需要精密加工的玻璃成型用模 方法，特別是關於能夠維持高精度模具形狀的玻 模具之製造方法。 【先前技術】 於塑膠成型的技術領域，成型模具的精密加 經確立，能夠實現具有繞射光柵等微細形狀的光 量產。於該狀況，模具的製作是在不銹鋼形成的 施以化學Ni-P鍍層處理，接著，以金剛石刀具 進行精密加工藉此執行模具製作。 【發明內容】 〔發明欲解決之課題〕 但是，當將上述相同的模具應用在玻璃成型 致化學Ni-P鍍層產生龜裂的問題。該現象產生 在於成型溫度。即，Ni-P鍍層，於鍍層狀態是成 (非晶質）構造，但加熱至約2 7 (TC以上時就會 化，此時，鍍層會產生體積收縮，作用著拉伸應 層產生龜裂。 該問題的對策是選擇熱膨脹係數爲1 0 χ 1 〇 - 6 (K 1 )的基材，施以鍍層後，以4 0 〇 °C〜5 0 0 t 理。但是，即使基材的熱膨脹係數是配合 具之製造 璃成型用 工技術已 學元件的 基材表面 對該鍍層 時，會導 的原因是 爲非結晶 開始結晶 力以致鍍 〜16x1 (Γ6 進行熱處
Ni-P鍍層，但 200848376 熱處理時’結晶化造成的體積收縮還是只發生在鍍層，因 此於鍍層還是作用著大的拉伸應力，以致還是會有龜裂產 生的狀況（例如參照日本特開平1 1 - 1 5 78 52號公報）。 於是’本發明以提供一種能夠防止表面披覆層於成型 溫度產生龜裂的玻璃成型用模具之製造方法爲目的。 爲了解決上述課題達成目的，本發明的玻璃成型用模 具之製造方法是構成如下述。 對鋼製基材施以淬火處理製成由馬氏體組織形成的基 材’於上述基材的表面，形成由非晶質Ni-P合金形成的 表面披覆層，接著對上述基材施以加熱處理使其改變成屈 氏體（troostite)組織或索氏體（sorbite )組織的同時， 使上述表面披覆層轉變成Ni和Ni3P的共晶組織。 於鋼製基材施以淬火處理後進行深冷處理製成由馬氏 體組織形成的基材，在上述基材的表面形成由非晶質Ni-P 合金形成的表面披覆層，接著對上述基材施以加熱處理使 其改變成屈氏體（troostite)組織或索氏體（sorbite)組 織的同時，使上述表面披覆層轉變成Ni和Ni3P的共晶組 織。 於鋼製基材施以淬火處理後進行深冷處理，再加上施 以回火處理藉此製成ε -碳化物分散在馬氏體中的組織所 形成的基材，於上述基材的表面，形成由非晶質Ni-P合 金形成的表面披覆層，接著對上述基材施以加熱處理使其 改變成屈氏體（troostite)組織或索氏體（sorbite)組織 的同時，使上述表面披覆層轉變成Ni和Ni3P的共晶組織 200848376 【實施方式】 〔發明之最佳實施形態〕 第1圖是表示本發明一實施形態相關的玻璃成型$胃 具之製造方法槪要流程圖。玻璃成型用模具之製造是& τ 述作業步驟執行製造。 另，基材是採用碳爲〇.3wt%以上且2.7wt%以下，絡 爲13wt%以下的鋼製素材。 對上述基材進行粗加工（ST1 )後，接著進行淳火_ 理（ST2 )。其次，在進行鍍前加工（ST3 )後，利用化學 鍍使Ni-P合金形成的表面披覆層（鍍層）形成在基材表 面（ST4 )。接著，對基材及表面披覆層進行加熱處理（ ST5 )，使表面披覆層結晶化的同時，使基材轉變成回火 組織。其次，在進行基材精加工（ST6 )及表面披覆層精 加工（ST7)後，對表面披覆層施以脫模膜塗敷（ST8)。 本實施形態是於表面披覆層結晶化採用的加熱處理過 程中，將模具的基材尺寸變化接近表面披覆層的尺寸變化 ，藉此可使作用在表面披覆層的拉伸應力抑制成較小，防 止龜裂產生。 於此，將加熱處理的過程分成3個過程（第1〜第3 過程）進行說明。表1是揭示著第1〜第3過程所產生的 基材溫度變化、組織變化、尺寸變化。 200848376 表1 碳素銅經回火處理後組織及長度的變化 溫度範圍 組織變化 尺寸變化 第1過程 100 〜200〇C 馬氏體—低碳馬氏體+ ε _碳化物 收縮 第2過程 230 〜270〇C 殘留奧氏體-> 貝氏體 膨脹 第3過程 270 〜430〇C 低碳馬氏體-> 鐵素體+碳素體 ε-碳化物碳素體 收縮 即，基材於第1過程中，其體積會隨著組織變化而收 縮。此外，第2過程中，基材是會膨脹。該第1過程及第 2過程的體積變化量非常小，因此表面披覆層不會產生龜 裂。 另一方面，第3過程中，在基材從約27(TC加熱至約 43 0 °C的加熱期間，從低碳馬氏體析出碳素體，母體組織 轉變成鐵素體，隨著該變化造成體積收縮。此時，利用化 學鍍在模具表面形成非晶質Ni-P合金層，於模具加熱成 玻璃成型溫度時，轉變成Ni和Ni3P的共晶組織，此時體 積會收縮。該體積收縮是從約2 70 °C開始，因此就不會產 生拉伸應力，表面披覆層不會產生龜裂。 另，加熱處理溫度是設定成模具使用溫度以上。若加 熱處理的溫度比模具的使用溫度還低，則於使用中會產生 尺寸變化，導致成型品尺寸精度降低。但加熱處理溫度的 上限最好是設定成比模具使用溫度還高30 °C程度爲佳。若 加熱處理溫度高於需求以上則會產生基材軟化等不良影響 基材的組成，碳（C )含量最好是 〇.3wt%以上且 2.7wt%以下爲佳。若碳含量低於0.3wt%時，則於回火處 200848376 理的第3過程中基材的體積收縮量會太少。另一方面’若 碳含量超過2.7wt°/〇時，則基材的體積收縮量雖足夠’但 會產生韌性降低等弊害。 此外，鉻（Cr )含量最好是13wt%以下。若鉻含量超 過13wt°/〇則第2過程的殘留奧氏體分解要5 00°C以上才會 產生，導致不符合Ni-P表面披覆層的體積收縮履歷。另 ，針對鉻含量的下限値，並無特別限制。 加熱處理前的基材組織是需爲馬氏體組織（或低碳馬 氏體+ ε -碳化物）。於該馬氏體分解成鐵素體和碳素體 時，會產生大量的體積收縮。加熱處理後的基材組織是變 成屈氏體組織（鐵素體和碳素體混合成極爲微細的組織） 或索氏體組織（碳素體已粒狀析出成長的鐵素體和碳素體 的混合組織）。
Ni_P或Ni-P-B表面披覆層的組織，於鍍層狀態是非 晶質或局部性非晶質，在約270 °C的加熱下，就轉變成完 全結晶化的N i和N i 3 P的混合組織。於表2中，整理揭示 以上金屬組織學性特徵。 表2 加熱處理前後之基材及表層的組織
加熱處理前 加熱處理後 基材 馬氏體 屈氏體 馬氏體+ 碳化物 索氏體 表層 非晶質Ni 結晶質Ni+Ni3P 對各種組成的基材進行化學鍍Ni-P製作出披覆有 200848376 ΙΟΟμηι鍍層的模具，然對加熱處理中及成型中產生的龜裂 數進行了調查。於表3中，揭示著基材組成、深冷處理、 回火溫度及加熱處理條件和龜裂產生率的關係。玻璃的成 型溫度全部都是採43 0°C。 表3 基材成份及回火溫度、加熱處理條件和龜裂產生率的關係 基材 碳 含量 鉻 含量 深冷處理 溫度 回火 溫度 加熱處理 溫度 龜裂 產生率 試體1 0.7 0.9 姐 Ν\ >frTr 那 450〇C 0/5 試體2 0.7 0.9 ftE 370〇C 450〇C 3/5 試體3 1.2 1.0 -180°C M 450〇C 0/5 試體4 1.2 1.0 -180°C 250〇C 450〇C 0/5 試體5 0.1 13.8 姐 M y 450〇C 5/5 試體ό 0.1 13.8 -180°C >fnT 1ΙΙΓ 450〇C 4/5 如以上所述，本實施形態相關的玻璃成型用模具之製 造方法，試體1是可防止表面披覆層於加熱處理時產生龜 裂的同時，能夠防止模具塑性變形，因此能夠維持高精度 模具形狀。 另，如試體3所示，也可在淬火後進行深冷處理。利 用深冷處理使淬火處理後基材中存在的殘留奧氏體能夠轉 變成馬氏體。如此一來，就能讓馬氏體（低碳馬氏體）的 分解第3過程的體積收縮更加明顯。 再加上，如試體4所示，可在淬火、深冷處理後進行 3 5 0 °C以下的回火處理。若回火溫度比3 5 0 °C高時，則基材 在第3過程的體積收縮會不足，以致龜裂產生在表面披覆 層。 -9- 200848376 另，本發明並不限於上述實施形態，例如基材及表面 披覆層的加熱處理也可在基材精加工及表面披覆層精加工 後進行處理。其他，只要不脫離本發明主旨範圍理所當然 是可加以各種變形實施。 〔產業上之可利用性〕 根據本發明時，可防止表面披覆層於成型溫度產生龜 裂。 【圖式簡單說明】 第1 Η爲表示本發明一實施形態相關的玻璃成型用模 具之製造方法槪要流程圖。 -10-

Claims (1)

  1. 200848376 十、申請專利範圍 1· 一種玻璃成型用模具之製造方法，其特徵爲： 對鋼製基材施以淬火處理製成由馬氏體組織形成的基 材， 於上述基材的表面，形成由非晶質Ni-P合金形成的 表面披覆層， 接著對上述基材施以加熱處理使其改變成屈氏體（ troostite )組織或索氏體（sorbite )組織的同時，使上述 表面披覆層轉變成Ni和Ni3P的共晶組織。 2.如申請專利範圍第1項所記載的玻璃成型用模具 之製造方法，其中，上述基材含碳量爲 0.3 wt%以上且 2.7wt%以下，含鉻量爲13wt%以下。 3 .如申請專利範圍第2項所記載的玻璃成型用模具 之製造方法，其中，上述表面披覆層是經由包括有Ni和 P或Ni和P和B或Ni和P和W的化學鍍處理形成， 上述加熱處理是採比模具使用溫度還高的加熱溫度。 4. 如申請專利範圍第3項所記載的玻璃成型用模具 之製造方法，其中，上述加熱處理是採2 7 0 °c以上的加熱 溫度進行處理。 5. 一種玻璃成型用模具之製造方法，其特徵爲：係 於鋼製基材施以淬火處理後進行深冷處理製成由馬氏體組 織形成的基材， 於上述基材的表面，形成由非晶質Ni-P合金形成的 表面披覆層， -11 - 200848376 接著對上述基材施以加熱處理使其改變成屈氏體（ t r ο 〇 s t i t e )組織或索氏體（s 〇 r b i t e )組織的同時，使上述 表面披覆層轉變成Ni和Ni3P的共晶組織。 6. 如申請專利範圍第5項所記載的玻璃成型用模具 之製造方法，其中，上述基材含碳量爲 〇.3wt%以上且 2.7wt%以下，含鉻量爲13wt%以下。 7. 如申請專利範圍第6項所記載的玻璃成型用模具 之製造方法，其中， 上述表面披覆層是經由包括有Ni和P或Ni和P和B 或Ni和P和W的化學鍍處理形成， 上述加熱處理是採比模具使用溫度還高的加熱溫度。 8. 如申請專利範圍第7項所記載的玻璃成型用模具 之製造方法，其中，上述加熱處理是採270 °C以上的加熱 溫度進行處理。 9. 一種玻璃成型用模具之製造方法，其特徵爲：係 於鋼製基材施以淬火處理後進行深冷處理，再加上施以回 火處理藉此製成ε -碳化物分散在馬氏體中的組織所形成 的基材， 於上述基材的表面，形成由非晶質Ni-P合金形成的 表面披覆層， 接著對上述基材施以加熱處理使其改變成屈氏體（ troostite)組織或索氏體（sorbite)組織的同時，使上述 表面披覆層轉變成Ni和Ni3P的共晶組織。 10. 如申請專利範圍第9項所記載的玻璃成型用模具 -12- 200848376 之製造方法，其中，上述基材含碳量爲〇.3wt%以上且 2.7wt%以下，含鉻量爲13wt%以下。 11.如申請專利範圍第1 0項所記載的玻璃成型用模 具之製造方法，其中，上述基材的回火溫度爲35(TC以下 〇 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項所記載的玻璃成型用模 具之製造方法，其中， 上述表面披覆層，是經由包括有Ni和P或Ni和P和 B或N i和P和W的化學鍍處理形成， 上述加熱處理是採比模具使用溫度還高的加熱溫度。 13.如申請專利範圍第1 2項所記載的玻璃成型用模 具之製造方法，其中，上述加熱處理是採27(TC以上的加 熱溫度進行處理。 -13-
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