TW201429664A - Ｔ型模具及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

在T型模具(1)的唇部(9)的至少邊緣部(9e)設置有增厚層(10)，該增厚層(10)係於母材藉由雷射堆焊由鎳系合金或鈷系合金構成的耐蝕耐磨耗性合金的粉末所形成，該增厚層具有金屬硼化物分散於結合相中之金屬組織。該唇部具有高品質及高耐久性。亦能使T型模具的製造成本抑制於較低。

Description

T型模具及其製造方法
本發明係有關T型模具及其製造方法，該T型模具具有開縫狀的吐出口，係用於形成由樹脂材料所構成的薄膜或薄片。
作為樹脂薄膜之製造方法之一，有一種使用被稱為T型模具之具有開縫狀孔口(吐出口)的模具來將熔融樹脂擠出的方法。特別是在光學用途的樹脂薄膜，被要求具有高膜厚均勻性及沒有模具痕線(擠出方向的縱紋)。因此，在該用途所使用的T型模具被要求有：T型模具內部的熔融樹脂流路的內壁面平滑且熔融樹脂的摩擦小；孔口前端的唇部的尺寸精確度高且邊緣銳利；而且具有將這種狀態經過長期間維持的高耐久性。因應此要求，以往是在熔融樹脂流路設置有硬質鉻鍍覆層等被覆層，在唇部設置有更硬的硬質被覆層。
專利文獻1中記載，將作為硬質粒子之WC粒子、及作為黏結劑之Ni、Co或Cr混合而成之合金所構成的WC系被覆層，藉由熔射設置於唇部。在唇部以外的 熔融樹脂流路的內壁面設置有硬質鉻鍍覆層。但由於這種被覆層比較脆，熔射後藉由磨削及研磨將加工邊緣部精加工時，容易產生剝離、龜裂或缺口等缺陷。這種缺陷會成為模具痕線產生的原因。又，WC系被覆層和硬質鉻鍍覆層的密合性不佳，因此亦有在該等2個層之間產生剝離或龜裂之虞。
專利文獻2中，形成有藉由陶瓷系接著劑將由超硬合金構成的平板狀的唇構件接合於本體構件的T型模具。據此，能將唇邊緣精加工成銳利的邊緣。但是，超硬合金和硬質鉻鍍覆層的密合性不佳，且因為有接著部而難以將唇部以外進行鍍覆精加工。又，為了確保充分的接合強度而必須將接合面積加大，因此必須增加超硬合金部分，故而材料成本提高。
專利文獻3及4中記載，在沃斯田鐵/肥粒鐵之二相不鏽鋼合金所構成的模具本體，藉由HIP(Hot Isostatic Press：熱間靜壓)處理，使耐蝕耐磨耗性合金的粉末藉由燒結同時擴散接合而結合，形成唇部。作為耐蝕耐磨耗性合金係使用含有B(硼)的鎳系合金或鈷系合金。在唇部以外的熔融樹脂流路的內壁面設置有硬質鉻鍍覆層。藉由專利文獻3、4記載的方法所得之唇部，由於金屬組織緻密且少缺陷，因此能將邊緣部形成為高精度的銳利邊緣。但是，於專利文獻3、4記載的方法實施時，需要非常複雜雜、昂貴、大型之製造設備。又，於HIP處理時，由於將模具本體暴露於例如1300℃、130MPa這樣 的高溫高壓，因此模具本體產生變形及彎曲。因此，必須對模具本體實施預估到這變形部份的加工(特別參照專利文獻3)。亦即，於專利文獻3、4的方法實施時，會有耗費龐大時間及成本的問題。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2006-224462號公報
專利文獻2：日本特開2007-196630號公報
專利文獻3：日本特開2012-20434號公報
專利文獻4：日本特開2011-235500號公報
本發明係提供一種T型模具及其製造方法，該T型模具之唇部具有高品質且且高耐久性，進一步能以較低的成本製造。
根據本發明，T型模具具備模具本體，該模具本體係於內部具有流動性材料流路，並且前述流動性材料流路的前端部具有形成開縫狀的吐出部之唇部；在前述唇部的至少邊緣部設置有增厚層，該增厚層係於母材藉由雷射堆焊由鎳系合金或鈷系合金構成的耐蝕耐磨耗性合金的 粉末所形成。較佳之一實施形態中，前述增厚層具有金屬硼化物或金屬碳化物分散於結合相中之金屬組織。
上述T型模具的較佳之一實施形態中，在與前述增厚層連續的前述流動性材料流路的內壁面設置有鍍覆層。本發明也提供這種具有鍍覆層的T型模具之製造方法。該製造方法其特徵為，具備：準備具有第1面、第2面及第3面的素材之步驟，該第1面成為唇部對接面，該第2面成為唇端面，該第3面用來連接前述第1面和前述第2面且相對於前述第1面及前述第2面呈傾斜；在前述第3面上雷射堆焊耐蝕耐磨耗性合金的粉末而形成增厚層之步驟；然後，將前述素材的前述第1面及前述第2面和與該第1面及第2面鄰接的前述增厚層部分一起磨削之步驟；然後，在前述增厚層的前述表面、以及前述素材的前述第1面上形成鍍覆層之步驟；及然後，磨削鍍覆層使前述增厚層露出，並且使前述增厚層之表面與前述素材的前述第1面上所具有的鍍覆層之表面成為同一平面的步驟。
1‧‧‧T型模具
2‧‧‧模具本體
3、4‧‧‧模具構件
4A‧‧‧素材、母材(模具素材)
4a‧‧‧第3面(斜面)
4b‧‧‧第1面(成為唇部對接面之面)
4c‧‧‧第2面(成為唇端面之面)
5‧‧‧(流動性材料流路)熔融樹脂流路
8‧‧‧吐出部
9‧‧‧唇部
9e‧‧‧唇部的邊緣部
10‧‧‧增厚層
10b、10c‧‧‧增厚層的表面
10‧‧‧增厚層的邊緣部
20‧‧‧鍍覆層
第1圖係本發明之一實施形態的的T型模具的縱剖視圖，(a)為全體圖，(b)為(a)所示之唇邊緣附近的放大顯示圖。
第2圖係顯示第1圖所示之T型模具的模具本體的內壁面之側視圖。
第3圖係第1圖所示之T型模具之製造方法的說明圖。
第4圖係為了形成增厚層的雷射堆焊之說明圖。
第5圖係藉由雷射堆焊形成的增厚層的顯微鏡照片。
第6A圖係顯示藉由雷射堆焊形成的層之硬度分布之圖表。
第6B圖係顯示藉由HIP形成的層之硬度分布之圖表。
以下參照附圖針對發明之實施形態進行說明。
如第1圖及第2圖所示，T型模具1具有一對模具構件3、4所構成的模具本體2。在模具構件3、4之間形成有熔融樹脂流路(流動性材料流路)5。熔融樹脂流路5係從上流側依序具有流入部6、歧管部7及開縫狀的吐出部8。位於T型模具1的長邊方向中央部的流入部6連接於未圖示之擠出機，從該流入部6將熔融樹脂供給到熔融樹脂流路5內。所供給的熔融樹脂流入朝T型模具1的長邊方向延伸的大致圓形剖面之歧管部7，且朝T型模具1的長邊方向擴展後，流入開縫狀的吐出部8，再從吐出部8的開口端緣以膜之形態擠出至未圖示的輥上。各模具構件3、4的吐出部8的開口端緣之附近部分被稱為唇部9。第2圖中，符號6a、7a、8a表示分別面對流入部 6、歧管部7、吐出部8的模具構件3(4)之壁面。此外，如所屬技術領域具有通常知識者所周知，擠出成形機係包含：將粉末或顆粒狀的樹脂原料熔融並擠出的擠出機本體(未圖示)、安裝於擠出機本體的吐出口的上述T型模具、以及接受從T型模具所擠出的薄膜狀樹脂之輥(未圖示)。
T型模具1的唇部9藉由粉末雷射堆焊且藉由與母材之模具構件3、4接合的增厚層10，形成耐蝕性及耐磨耗性良好的合金粉末。增厚層10係於各圖中附加梨皮狀花樣來顯示。在面對熔融樹脂流路5的模具構件3、4的表面(內壁面)形成有鍍覆層20。又，與唇部9連續的模具構件3、4的下表面也形成有鍍覆層20。特別在第1圖(b)明白地顯示，鍍覆層20係與增厚層10連續設置。
鍍覆層20與熔融樹脂之間的摩擦低，且具有即使暴露於熔融樹脂流也不容易損耗的耐磨耗性而較佳。又，當從熔融樹脂產生腐蝕性氣體時，鍍覆層20具有不容易因為該腐蝕性氣體而腐蝕之耐蝕性亦較佳。具體而言，鍍覆層20可設定為硬質鉻鍍覆層。鍍覆層20只要是具備上述特性則可採用任意者，例如無電解鎳鍍覆層亦可。
形成增厚層10的材料以鎳系合金或鈷系合金所構成的粉末為佳。鎳系合金或鈷系合金以耐蝕性、耐磨耗性優異者居多，適用於樹脂成形之用途。鎳系合金或鈷 系合金與能適用於作為模具本體的材料之鋼鐵材料的接合力優異，適合作為熔接增厚材料。鎳系合金或鈷系合金有各種組成者於市面上販售，可因應重視的特性(例如耐磨耗性、耐蝕性、銳利邊緣的形成容易性、韌性、對模具本體的接合性)選擇材料。特別是添加有B(硼素)或C(碳素)的鎳系合金或鈷系合金，係呈B化合物或C化合物分散於結合相中之金屬組織，因此合金的硬度高，且耐磨耗性優異。一般，硬度高的材料和並非如此的材料相較，可使邊緣部更銳利(銳利的邊緣化)，此點亦適合作為T型模具的唇部之材料。
以下例示4個適當作為增厚層10的材料的鎳系合金粉末之組成。
(Ni系合金-1)71.65wt%Ni-20.0wt%Mo-3.1wt%B-5.2wt%Si-0.05wt%C
(Ni系合金-2)65.92wt%Ni-20.5wt%Mo-5.05wt%Cu-3.3wt%B-4.7wt%Si-0.08wtC
(Ni系合金-3)54.14wt%Ni-22.5wt%Mo-9.5wt%W-5.0wt%Cu-2.8wt%B-5.4wt%Si-0.66wt%C
(Ni系合金-4)57.0wt%Ni-16.5wt%Cr-17.0wt%Mo-5.0wt%Fe-4.5wt%W
以下例示2個適當的鈷系合金粉末之組成。
(Co系合金-1)68.5wt%Co-20.0wt%Cr-5.1wt%W-1.5wt%Ni-3.1wt%B-1.8wt%Si
(Co系合金-2)46.0wt%Co-30.0wt%Cr-2.5wt%C- 1.0wt%Si-1.0wt%Mn-1.0wt%Mo-3.0wt%Fe-3.0wt%Ni-12.5wt%W
藉由使用上述組成之鎳系合金粉末或鈷系合金粉末，能得到硬度460~900Hv的增厚層10。
如第1圖(b)所示，增厚層10的尺寸係唇部對接面側的增厚層寬度W1為0.2~1.7mm，唇端面側的增厚層寬度W2為從邊緣起成為0.2~2.4mm較佳。作為適當的一實施形態，例示唇部對接面側的增厚層寬度W1為1.2mm，唇端面側的增厚層寬度W2為2.1mm，唇部9的全長為1100mm。此外，第1圖(b)及第3圖中，為了讓圖式容易觀看而將鍍覆層20相當厚地顯示，但實際上鍍覆層20的厚度在最終製品上未達100μm，例如為數十μmm，比增厚層10的厚度大幅度地小。
以下敘述增厚層10的尺寸設定的理由。
若只考慮T型模具1的性能，則僅負擔最大的唇部9的邊緣部9e藉由增厚層10形成即足夠，邊緣部9e以外的熔融樹脂接觸部分，藉由可較增厚層10廉價地形成之鍍覆層20(硬質鉻鍍覆層、無電解鎳鍍覆層等)構成是毫無問題的。增厚層10的材料非常昂貴，因此就降低成本之觀點而言，增厚層10的尺寸不要太大為佳。
但是，在唇部9(特別是邊緣部9e)產生缺口等缺陷時，由於可藉由磨削或研磨加工修正其缺陷，因此根據此點亦將增厚層10的尺寸設定成大到某種程度為佳。
又，就製造技術上的觀點而言，從邊緣部9e起的既定範圍內係藉由增厚層10形成為佳。寬度大的樹脂薄片成形用的T型模具甚至有其長邊方向寬度超過3公尺的長條者，於該尺寸之情形，就算是能以低變形施工的雷射堆焊，模具構件3、4的素材仍會產生某種程度的彎曲。一旦產生模具構件厚度方向的彎曲，其修正相當困難。若將唇端面側的增厚層寬度W2設定成某種程度較大，即使產生模具構件厚度方向的彎曲，仍能藉由磨削加工將唇部9加工成直線狀。此外，相較於模具構件厚度方向的彎曲，由於模具構件高度方向的彎曲不易產生，因此唇部對接面側的增厚層寬度W1可以比唇端面側的增厚層寬度W2小。
又，若增厚層10的唇部對接面側的增厚層寬度W1及唇端面側的增厚層寬度W2小於0.2mm，增厚層10成為邊緣狀，在之後施工的鍍覆處理時無法得到良質的鍍覆皮膜，由於會在增厚層和鉻鍍覆的邊界產生剝離、缺口等缺陷而不佳。因此就該觀點而言，增厚層寬度W1、W2為0.2mm以上較佳。
又，如後述可知，當雷射堆焊時的雷射光徑為2.4mm時，不會讓增厚層產生龜裂、氣孔且能以高效率增厚。為了以2.4mm光徑的雷射有效率地進行堆焊(沒有擺動(weaving)等而進行以1道次的熔接)，將堆焊面(第3圖所示之斜面4a)的寬度設定為2.4mm或較其稍大為佳。作為與其一致的增厚層寬度W1、W2，可 採用W1=1.7mm及W2=1.7mm之組合。又，將唇部對接面側的增厚層寬度W1設定為最小的0.2mm時，唇端面側的增厚層寬度W2最大可設定為2.4mm。
考慮上述，可知較佳為將增厚層寬度W1設定為0.2~1.7mm，將增厚層寬度W2設定為0.2~2.4mm。此外，嚴謹地說，T型模具1最終製品的較佳之增厚層寬度W1、W2之值係從上述較佳之增厚層寬度W1、W2之值減去鍍覆層20的厚度之值，但最終製品的鍍覆層20之厚度為數十μm，由於比增厚層寬度W1、W2小很多，為了說明上的方便在此予以忽視。
唇部9的邊緣部9a的半徑R(參照第1圖(b))亦即邊緣R為1~10μm較佳。在藉由使用T型模具的擠出機所製造的樹脂薄膜，眾所周知邊緣R愈小則厚度的偏差、線條狀缺陷(模具痕線)及樹脂的滯留愈減少。因此，邊緣R為10μm以下，是「銳利邊緣」的業界基準之一。但是，在使用上述材料以下述方法製造的模具構件3、4，若邊緣R未達1μm，則製造時、使用前後之安裝取下時、清掃時等，在邊緣部產生缺口的頻率變高，因此不符經濟效益。根據上述理由，邊緣R設定為1~10μm較佳，特別是設定為1~2μm更佳。
作為模具構件3、4的材料，使用與將上述合金粉末藉由雷射堆焊所形成的鎳系合金或鈷系合金之熱膨脹率接近的鋼材為佳。此外，由於粉末雷射堆焊所給予母材的熱影響少，因此將耐熱性低且低廉的構造用合金鋼例 如SCM420~SCM435作為母材使用亦無問題。此外，藉由使用這種廉價的構造用合金鋼，有效地活用硬質鉻鍍覆處理。當然，必要時可改變母材鋼種，例如，耐蝕性及硬度優異的麻田散鐵系不鏽鋼，具體而言SUS420J2或其類似鋼種等，雖然成本高，但可以使用。此外，上述Ni系合金及Co系合金的熱膨脹率為大致10.5~12.5×10-6/℃，接近上述構造用合金鋼及麻田散鐵系不鏽鋼的熱膨脹率此點亦較佳。
接著，針對T型模具1的模具構件3、4之製造方法，以模具構件4為例，參照第3圖進行說明。
首先，準備大致與最終形狀相同形狀的(亦即僅比最終形狀多出要加工部分)模具構件4的素材4A(以下稱為「模具素材」)。然後，如第3圖(a)所示，將該模具素材4A的成為唇部9的邊緣部部分的附近進行倒角加工(亦即去除虛線所示之部分)。此時的倒角量(尺寸C1及C2)為4mm以下較佳。於該場情形，斜面4a的寬度成為[(4)2+(4)2]1/2=5.6mm以下。如前述若將增厚層寬度W1設定於0.2~1.7mm，將增厚層寬度W2設定於0.2~2.4mm，則斜面4a的寬度較佳設定於[(0.2)2+(0.2)2]1/2~[(1.7)2+(2.4)2]1/2，亦即約0.28mm~約3mm。但是，想到若斜面4a的寬度比雷射光徑(光點徑)小，會使熔接增厚的作業性降低，因此如前述若將雷射光徑設定為2.4mm，則斜面4a的寬度設定於2.4mm~3mm更佳。
接著，如第3圖(b)所示，在藉由倒角形成的斜面4a之上，藉由雷射堆焊增厚前述鎳系合金粉末(鈷系合金粉末亦可)，形成增厚層10。此外，雷射堆焊將在以下詳述。
接著，如第3圖(c)所示，以使增厚層10之面10b及面10c分別與模具素材4A的側面4b(唇部對接面，亦即成為開縫狀吐出部8的內面之面)及下表面4c(成為唇端面之面)成為同一平面的方式，藉由磨削加工去除增厚層10的一部分。亦即，去除比第3圖(b)所示之增厚層10的虛線更外側的部分。其結果，增厚層10的面10b和面10c交會的部分成為邊緣10e(此處為直角的邊緣)。磨削加工時削除模具素材4A的一部分亦無妨。此外，亦可省略使從第3圖(b)所示之狀態轉移至第3圖(c)所示之狀態的磨削加工。於該情形，在使從以下說明的第3圖(e)所示之狀態轉移至第3圖(f)所示之狀態的磨削加工時削除增厚層10，藉此能實現與第3圖(f)所示之狀態等效的狀態。但是，於此情形，必須與鍍覆層20同時磨削較多量的增厚層10，就加工性觀點而言不佳，因此希望實行第3圖所示之一連串流程。
接著，作為硬質鉻鍍覆處理的前處理，如第3圖(d)所示以使側面4b及下表面4c各自較增厚層10的面10b及面10c更低的方式，進行藉由切削或研磨去除的底切處理。此時，與模具素材4A相接的增厚層10一部分也一起被去除。亦即，去除第3圖(c)所示之增厚層10 及模具素材4A當中比虛線更外側的部分。此時的底切深度U1、U2係考慮最終所得到的鍍覆層20的厚度而決定。例如，深度U1、U2係設定成與最終所得到的鍍覆層20的厚度大致相等或稍大之值。
接著，如第3圖(e)所示，在面臨模具素材4A的熔融樹脂流路5的全體表面(包含側面4b)、增厚層10以及模具素材4的下表面4c(成為唇端面之面)之上，施以硬質鉻鍍覆處理，形成由硬質鉻鍍覆構成的鍍覆層20。鍍覆層20的厚度由於之後將進行磨削加工，因此設定成比最終厚度充分大的值，例如100μm左右。進行硬質鉻鍍覆處理時，可對不要鍍覆的部分施以適當的鍍覆防止手段(例如遮蔽)。或者，亦可在鍍覆後藉由磨削加工等去除不要鍍覆的部分之鍍覆。
接著，如第3圖(f)所示，進行磨削加工，使模具素材4A的側面4b及下表面4c上的硬質鉻鍍覆層20和增厚層10的表面10b及10c分別成為同一平面。亦即，去除第3圖(e)所示之鍍覆層20當中比虛線更外側的部分。從該狀態進一步進行些微磨削加工，以增厚層10的邊緣部10e(該部分成為唇部9的邊緣部9e)的邊緣R成為1~2μm的方式進行銳利邊緣加工。此時，稍微磨削增厚層10的表面10b、10c的一部分。上述磨削加工之後，可進行為了鏡面精加工之研磨或拋光。此外，使用如先前例示的材料所形成的增厚層10之硬度和韌性的平衡佳，且與增厚層10磨削時所使用的磨石同時接觸的硬質 鉻鍍覆層20之硬度差小，因此，藉由磨削之唇部的邊緣部的銳利邊緣化容易。實際製造時，也已確認能無問題地將邊緣R加工成2μm的邊緣部9e。
又，模具素材4A的面對熔融樹脂流路5之硬質鉻鍍覆表面，特別是面對歧管部的表面及面對開縫狀吐出部之硬質鉻鍍覆表面，藉由拋光研磨等進行鏡面精加工為佳。
上述一連串的增厚層10及鍍覆層20之形成處理結束後，藉由將模具素材4A全體加工成既定的最終形狀(切削加工、磨削加工及鏡面精加工等)，完成模具構件4之製作。模具構件3亦可同樣地製造。此外，由於藉由雷射堆焊之模具素材4A全體的熱變形非常小，因此設於模具素材4A的要加工邊非常小亦無妨，且視情況，亦可在將模具素材4A大部分加工成既定的最終形狀後進行雷射堆焊及鍍覆處理。
此外，上述說明中，各模具構件3、4係作為由單一構件構成者進行說明，但例如於形成大型的模具構件時等，亦可由複數個構件構成模具構件。例如，從唇部9起將既定範圍(例如包含唇部對接面及唇端面之範圍)作為1個構件(具有上述增厚層10及鍍覆層20的唇構件)形成，亦可將該唇構件與其他構件藉由螺絲結合等構成模具構件。
接著，參照第4圖說明雷射堆焊。第4圖係顯示適於用來形成上述增厚層10的雷射堆焊裝置之一例 的說明圖。藉由雷射振盪器101發振的雷射光係透過反射鏡102及聚光透鏡103，照射於應增厚的母材模具素材4A的斜面4a上。此時，控制焦點位置使所照射的雷射光之焦點不位於模具素材4A的表面上(使其不聚焦於母材A的表面上)。焦點位置的雷射光徑(亦即)例如可設定為約2.4mm。
朝向模具素材4A上的增厚對象部位將一對原料粉末供給噴嘴104以既定角度傾斜安裝。在原料粉末容器105內設置有儲存原料粉末的料斗106，從料斗106的原料粉末流出量係藉由控制盤107控制。作為原料粉末，如前述以鎳系合金粉末或鈷系合金粉末為佳，進一步考慮到流動度而以球狀霧化粉末為佳。從料斗106流出的原料粉末係與從載氣供給源108供給的惰性氣體等非反應性氣體所構成的載氣一起，從原料粉末供給噴嘴104供給到增厚對象部位。原料粉末係藉由雷射光的能量而熔解，在模具素材4A上增厚。此時，從屏蔽氣體供給源109將由惰性氣體等非反應性氣體所構成的屏蔽氣體，透過屏蔽氣體嘴110供給到增厚對象部位周圍。因而，不需要收納熔接裝置的真空室等大型設備。模具素材4A係藉由夾具111保持。藉由在夾具111設置驅動機構使模具素材4A朝紙面垂直方向移動，而能移動增厚位置。亦可藉由移動雷射增厚裝置(光學系統及噴嘴)來移動增厚位置。
以下敘述雷射堆焊的具體條件。特別是在加入有B(硼素)而硬質且高性能但是熔融凝固時等容易龜 裂的鎳系合金粉末或鈷系合金這種材料，將前述雷射照射強度調整成照射於前述母材的表面之雷射入射能量為30~150J/mm2較佳。於入射能量小於30J/mm2的情形，由於熱量不足而容易產生粉末的熔融不足及與母材的接合不足。另一方面，於入射能量大於150J/mm2的情形，母材的最表面過度地熔融，使得母材的成分元素特別是Fe(鐵)非常大量地擴散到增厚層內，以致增厚層的組成變成與金屬粉末的組成有極大的差異，而無法得到所希望的特性。進一步，因為熔融過多使得凝固收縮的程度變大而更加容易產生龜裂。
作為適當的堆焊條件，例示雷射輸出1300W、噴嘴移動速度480mm/min、入射能量86J/mm2。於該條件下使用上述(Ni系-1)合金形成增厚層時，在增厚層的邊緣部附近，硬度為746Hv而獲得銳利邊緣加工容易的硬度。在超出上述雷射的適當入射能量範圍之範圍，使用上述(Ni系-1)合金形成增厚層的結果也一併敘述。以雷射輸出800W、噴嘴移動速度240mm/min、入射能量172J/mm2之條件進行熔接時，增厚層中的Fe含量變成超過30%，亦即Fe(鐵)成為增厚層的主成分。於該情形，硬度為458Hv左右，且增厚層也有產生龜裂的情形。當然在這種組成下，亦無法期待耐蝕性。又，以雷射輸出800W、噴嘴移動速度1440mm/min、入射能量29J/mm2之條件進行熔接時，增厚層大量出現孔洞、氣孔等缺陷，又熔融不足及接合不足使得在精加工之加工中從母材脫落。
根據上述實施形態得到以下優異之效果。
為了形成增厚層10所使用的雷射堆焊係利用高能量密度的雷射光，藉由局部地熔解金屬進行熔接，因此能將對於母材(模具素材)的熱影響抑制成較低。又，作為增厚材料並非棒狀、金屬線狀或填料狀者，而是藉由使用粉末狀者，由於能縮小增厚寬度而能減少對母材的入熱量，能以耐磨耗性金屬增厚被覆母材表面而不會對母材造成不良影響。
又，雷射堆焊係於原料粉末熔融後急冷凝固，因此凝固後的金屬組織成為非常地微細且均質。微細的金屬組織根據Hall-Petch定律等其硬度也提升。尤其，在前述Ni系合金-1~3及Co系合金-1或與該等類似的組成之合金，B化合物(金屬硼化物)等硬質粒子析出，但其硬質粒子的粒徑為0.1μm以下，非常地微細且均質。此處於第4圖中，顯示由藉由雷射堆焊形成的前述Ni系合金-1所構成的硬質被覆層(增厚層10)之金屬組織照片。從該照片亦明瞭，形成有微細的金屬硼化物(照片例中為Mo硼化物、Ni-Mo硼化物、Ni硼化物)等硬質粒子分散於結合相(本例係Ni中固熔有Mo及Si之相)中之金屬組織。此外，出現的硬質粒子之組成依合金成分而改變，此處使用的合金，於作為硬質粒子包含金屬硼化物及金屬碳化物之至少一方此點為共通。
藉由雷射堆焊形成的硬質被覆層具有非常地微細且均質之組織，因此相較於使用相同的合金以HIP法 或熔射法形成者，起因於硬質粒子的分散狀況之硬度不均減少。HIP法或熔射法係不使原料粉末完全熔融且亦不急冷凝固，因此硬質粒子大半成為粒徑1μm以上。以HIP法及熔射法形成的硬質被覆層，已知有沒有硬質粒子會造成200Hv以上的硬度差異是一般情形。相對於此，藉由雷射堆焊形成的金屬組織微細且均質，因此硬質被覆層內的硬度不均非常地小，抑制在40Hv以下。此處，分別將以雷射堆焊形成的硬質被覆層的硬度分布顯示於第6A圖、以HIP法形成的硬質被覆層的硬度分布顯示於第6B圖。瞭解以雷射堆焊形成的硬質被覆層的硬度不均少。
又，藉由雷射堆焊形成的金屬組織微細且均質，因此能使研磨等最終精加工後的面粗度非常地小。具體而言，例如，在前述Ni系合金-1，藉由雷射堆焊形成的硬質被覆層的面粗度能藉由進行拋光精加工而縮小至Ra0.01左右，相對地藉由HIP法形成的硬質被覆層的面粗度只能縮小至Ra0.02左右。在前述Ni系合金-2~3及Co系合金-1亦顯示同樣的傾向。又，藉由雷射堆焊形成的金屬組織微細且均質，因此能將唇部9的邊緣部9e精加工至邊緣R為1~數μm等級的銳利邊緣。
又，雷射堆焊係與HIP處理(參照先前技術)不同，不需要燒結部周圍的膠囊化，對膠囊內填充合金粉末及膠囊的脫氣密封處理等非常煩瑣的前置步驟。又，雷射堆焊係與HIP處理不同，不需要能讓模具素材全體置於高溫高壓下(例如1300℃、130MPa)的大型且昂 貴的設備。
又，雷射堆焊係與HIP處理不同，不需要升溫至接合模具素材全體的合金的熔融溫度附近，而只要將雷射光照射部附近局部地加熱，因此模具素材(例如鋼鐵材料)的彎曲非常地小或小至能忽視的程度，不需要預估有熱變形的模具素材之加工，或者最小限度即可。
又，從與前述HIP處理之比較即明瞭，相較於藉由熔射所得到的硬質被覆層(增厚層)，藉由雷射堆焊所形成的增厚層10為(1)更強靱，磨削或研磨時不會產生缺口、剝離或龜裂等，(2)且增厚層10和硬質鉻鍍覆層20的邊界部不會產生接合強度降低或結合缺陷，進一步(3)藉由增厚層10構成的唇部9的表面粗度大幅度地改善。
又，藉由雷射堆焊形成的增厚層10，可熔入母材之模具本體3、4，因此相較於藉由熔射形成的增厚層，與母材的接合強度變得更大。
於唇部9，特別是其邊緣部9e產生缺口等損傷時，在該損傷無法判別之前可藉由進行增厚層10(也一起將硬質鉻鍍覆層20)的磨削加工進行補修。一般在產生超過0.01mm之缺口時即為容許範圍外，應進行補修。該補修在最初形成的增厚層10及硬質鉻鍍覆層20消失之前可進行任意次數。此外，硬質鉻鍍覆層20係藉由進行逆電處理(鍍覆剝離處理)及再鍍覆處理而能低廉地復原。
在唇部9產生較大的缺陷時，只要其缺陷的大小不超過增厚層10的寬度W1、W2，即能藉由雷射堆焊填補其缺陷。使用第4圖所示之雷射堆焊裝置，藉由變更雷射的對焦位置使雷射光徑變化，即能將缺陷以局部瞬間補修。由於補修部會隆起，故將該補修部與周邊部分進行磨削加工成為同一平面。此外，即使藉由雷射堆焊進行補修，其熱影響亦為局部性。因此，周圍的鉻鍍覆層20不會受到不良影響，不需進行鍍覆剝離或再鍍覆即能補修成與新品同樣的狀態。又，不會因為補修時的熱影響使得模具構件3、4變形。亦即，補修工期短，補修後的模具構件品質亦佳。此外，由於幾乎不會產生像是超過增厚層10的寬度W2(於上述實施形態之情形，最大為2.4mm)之大缺口，因此能藉由任何一種上述補修方法對應。
此外，上述實施形態中，T型模具係使用於熔融樹脂之擠出，但亦可使用於塗部液之吐出。
1‧‧‧T型模具
2‧‧‧模具本體
3、4‧‧‧模具構件
5‧‧‧(流動性材料流路)熔融樹脂流路
6‧‧‧流入部
7‧‧‧歧管部
8‧‧‧吐出部
9‧‧‧唇部
10‧‧‧增厚層
20‧‧‧鍍覆層
R‧‧‧邊緣
W1、W2‧‧‧寬度

Claims (7)

  1. 一種T型模具，具備模具本體，該模具本體係於內部具有流動性材料流路，並且前述流動性材料流路的前端部具有形成開縫狀的吐出部之唇部，其特徵為，在前述唇部的至少邊緣部設置有增厚層，該增厚層係於母材藉由雷射堆焊由鎳系合金或鈷系合金構成的耐蝕耐磨耗性合金的粉末所形成。
  2. 如申請專利範圍第1項之T型模具，其中，在與前述增厚層連續的前述流動性材料流路的內壁面設置有鍍覆層。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之T型模具，其中，前述增厚層具有金屬硼化物或金屬碳化物分散於結合相中之金屬組織。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之T型模具，其中，前述增厚層係從前述唇部的邊緣沿著唇部對接面以0.2~1.7mm之第1寬度擴開，且從前述唇部的邊緣沿著唇端面以0.2~2.4mm之第2寬度擴開。
  5. 一種擠出成形機，其特徵在於，係具備如申請專利範圍第1至4項中任一項之T型模具。
  6. 一種方法，係製造如申請專利範圍第2項之T型模具之方法，其特徵為，具備：準備具有第1面、第2面及第3面的素材之步驟，該第1面成為唇部對接面，該第2面成為唇端面，該第3面用來連接前述第1面和前述第2面且相對於前述第1面及 前述第2面呈傾斜；在前述第3面上雷射堆焊耐蝕耐磨耗性合金的粉末而形成增厚層之步驟；然後，將前述素材的前述第1面及前述第2面和與該第1面及第2面鄰接的前述增厚層部分一起磨削之步驟；然後，在前述增厚層的前述表面、以及前述素材的前述第1面上形成鍍覆層之步驟；及然後，磨削鍍覆層使前述增厚層露出，並且使前述增厚層之表面與前述素材的前述第1面上所具有的鍍覆層之表面成為同一平面的步驟。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，前述第3面的寬度為0.28mm~3mm。
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