TWI316925B - Dies for press forming of glass and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

1316925 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於被要求精密的加工之玻璃成形用金屬模 及其製造方法。 【先前技術】 在塑膠成形的領域，已確立了成形金屬模之精密加工 技術’實現了繞射格子等，具有細微形狀之光學元件的量 產。在此情況’金屬模的製作是在由不銹鋼所構成的基材 表面，實施無電解Ni_p鍍裝，接著，將此鍍裝層以鑽石 工具進行精密加工，來進行的。 但，當將與之相同的金屬模適用於玻璃成形時，則會 有在無電解Ni-P鍍裝層產生龜裂之問題。此現象是因成 形溫度所引起的。即，無電解Ni-P鍍裝層是在鍍裝狀態 下，採用非晶質（amorphous )構造，但當加熱至大約 270 °C以上時則開始產生結晶化，此時，在鍍裝層會引起 體積收縮，產生拉引應力，在鍍裝層產生龜裂。 做爲此問題之對策，在日本特開平11-157852號公 報，選定熱膨脹係數爲10xI(T6〜16xl0_6 ( K」）之基材， 進行鍍裝後，以400〜50(TC進行熱處理。但，即使將基 材的熱膨脹係數配合Ni_P鍍裝層，在進行熱處理之際， 僅在鑛裝層也會產生伴隨結晶化之體積收縮，因此會有在 鍍裝層產生大的拉引應力，而產生龜裂之情況。 1316925

【發明內容】 本發明是有鑒於上述以往的玻璃成形用金屬模之表面 被覆層的問題點而開發完成之發明，其目的在於提供在表 面被覆層不易產生龜裂之金屬模的製造方法。 本發明的玻璃成形用金屬模之製造方法，其特徵爲·· 對鋼製的材料實施淬火、回火，製作由碳化物分 散於麻田散體（martensite )之組織所構成的基材， 在此基材的表面，形成由非晶質的Ni-P合金所構成 之表面披覆層， 接著，藉由對其實施加熱處理，以將前述基材改變成 吐粒散體組織或糙斑體組織，並且將前述表面披覆層改變 成Ni與Ni3P的共晶組織。 若根據本發明的製造方法的話，因在將表面被覆層形 成於基材的表面後，對其進行加熱處理，來將表面被覆層 加以結晶化之過程中，基材的收縮與表面被覆層的收縮大 致在相同的時間點產生，所以在表面被覆層不會產生大的 拉引應力。因此，在表面被覆層不易產生龜裂。 理想爲將含於前述基材中的碳作成 0.3 wt%以上、 2.7wt%以下，而將鉻作成13wt%以下。 前述基材的回火溫度例如爲350 °C以下。 理想爲：前述由非晶質的Ni-P合金所構成之表面披 覆層，是藉由包含Ni與P'或Ni與P與B之無電解鍍裝 來形成，前述加熱處理是在較前述基材的回火溫度更高的 溫度 '及較該金屬模的使用溫度（例如400 °C )更高的溫 (3) 1316925 度下進行。 在此情況，前述加熱處理的溫度理想爲270°C以上。 再者，在於上述方法，亦可對鋼製的材料，僅進行淬 火，而省略回火。在該情況時，前述基材成爲麻田散體組 織。 若根據本發明的製造方法的話，能夠將前述表面被覆 層的殘留應力限於由+150MPa至-706 MPa的範圍內（其 中，+爲表示拉引應力，-爲表示壓縮應力）。再者，殘留 應力之測定，是能夠使用例如X射線應力測定方法來進 行的。 若根據本發明的玻璃成形用金屬模之製造方法的話， 因在金屬模的表面被覆層不易產生龜裂，所以能以高精度 維持金屬模的形狀，並且可增長其使用壽命。 【實施方式】 圖1顯示根據本發明的玻璃成形用金屬模之製程的槪 要。 在對碳鋼或低合金鋼製的基材進行粗加工後，進行淬 火、回火。接著，在進行鍍裝前加工後，藉由無電解鍍裝 來形成由Ni-p合金所構成的表面被覆層。接著，對基材 及表面被覆層進行加熱處理，來將表面被覆層予以結晶 化，並且將基材改變成回火組織。接著，在對基材進行精 加工及表面被覆層的精加工後，在表面被覆層，塗佈脫模 膜。 -6- (4) 1316925 再者，做爲上述製程之變形形態，亦可在表面被覆層 的精加工後，進行基材及表面被覆層的加熱處理。 在本發明的製造方法，在用來將表面被覆層予以結晶 化的加熱處理之過程，藉由將金屬模的基材之尺寸變化接 近表面被覆層的尺寸變化，能夠將在表面被覆層所產生的 拉引應力抑制成小。藉由無電解鍍裝形成於金屬模表面的 非晶質之Ni-P合金層是在將金屬模加熱至玻璃的成形溫 度之際，改變成Ni與Ni3P的共晶組織，此時，其體積收 縮。這樣的收縮是從大約270°C開始產生的。另外，麻田 散體組織的碳鋼也是在回火的過程中，伴隨組織的改變而 體積收縮。在表1，顯示：在麻田散體組織的碳鋼之回火 過程之組織變化及尺寸變化的狀況。如表1中所示，在將 碳鋼由大約2 70 °C加熱至大約430°C之間，由低碳麻田散 體析出雪明碳體（cementite )，母材之組織改變成肥粒 體，伴隨其改變，體積收縮。 表1碳鋼的回火之組織及長度的變化 溫度範圍 組織變化 尺寸變化 第1過程 100 〜200〇c 麻田散體+低碳麻田散體+ ε ·碳化物 收縮 第2過程 230〜270°C 殘留沃斯田體+變韌體 膨脹 第3過程 270 〜430°C 低碳麻田散體+肥粒體+雪明碳體 ε-碳化物今雪明碳體 收縮 在本發明的製造方法，因如此利用在碳鋼的回火的過 -7- (5) 1316925 程之體積收縮，所以需要預先將鏟裝前的金屬模之基材的 回火溫度設定成較鍍裝後的金屬模之加熱處理溫度低很 多。在此，鍍裝後的加熱處理溫度需要做成非晶質Ni-P 合金層開始改變成共晶組織之270°C以上。且，加熱處理 溫度需要做成金屬模的使用溫度（即，玻璃的成形溫度） 以上。這是由於當做成較金屬模的使用溫度低之溫度時， 則在使用中會引起尺寸變化，造成成形品的尺寸精度降低 之故。加熱處理溫度之上限，期望爲使用溫度+30 °C左 右。這是由於當做成所需以上之加熱處理溫度時，則會產 生基材的軟化等之壞影響之故。 另外，鍍裝前的金屬模之基材的回火溫度需要做成 350 °C以下。藉此，在進行鍍裝後的加熱處理之際，在金 屬模的基材，會發生第3過程（表1)的組織變化，在與 Ni-P合金層大致相同之時間點發生體積收縮。相對於 此，在基材的回火溫度較3 5 0 °C高之情況時，在進行鍍裝 後的加熱處理之際，基材在2 7 0 °C〜4 3 0 °C之間的體積收 縮變得不充分，會有在Ni-P合金層產生龜裂之虞。 再者’對鍍裝前的金屬模，亦可僅實施淬火，而省略 回火。 做爲基材之組成，期望做成：C含有量爲0.3 wt%以 上、2.7wt%以下。當c含有量變成較0.3wt%更低時，則 回火的第3過程（表之基材的體積收縮量變得過小。 又，當C含有量超過3 wt%時，則基材的體積收縮量充 分’但會產生韌性降低等之缺失。 (6) 1316925 又，Cr含有量期望做成13wt%以下。當Cr含有量超 過1 3 wt %時，則回火第2過程的殘留變韌體之分解會在 5 00 °C以上發生’與Ni-P鍍裝層的體積收縮記錄之間的差 異變大。再者’關於Cr含有量的下限値，並無特別限 制° 或體 ί 粒 澧 0 散成 田解 麻分 爲體 要散 需田 ’ 麻 織此 組當 之。 材-基物 的化 前碳 31 一 - 理ε 處 + 熱體 加散 行田 進麻 碳 低 與雪明碳體時，會發生大的體積收縮。進行加熱處理後的 基材之組織，成爲吐粒散體組織（肥粒體與雪明碳體極細 微地混合的組織）或糙斑體（雪明碳體呈粒狀析出成長之 肥粒體與雪明碳體的混合組織）。Ni-P或Ni-P-B鍍裝層 的組織是在鍍裝狀態下呈非晶質或部分非晶質，以大約 270°C以上的加熱，變態成已完全結晶化之Ni與Ni3P之 混合組織。表2總括表示以上的金屬組織學之特徵。

表2加熱處理前後的基长 『及表層之組織 加熱處理前 加熱處理後 基材 麻田散體 吐粒散體 麻田散體+ε-碳化物 糙斑體 表層 非晶質Ni 結晶質Ni+Ni3P 製作在各種組成的基材以厚度ΙΟΟμηι披覆無電解鍍 裝Ni-P鍍裝層之金屬模。針對這些金屬模，調查在加熱 處理中及成形中所產生的龜裂數。在表3，顯示基材的組 -9- (7) 1316925 成 '回火溫度及加熱處理溫度、與龜裂產生率之關係。所 有的玻璃成形溫度均做成4 3 0 °C。再者’在此表中’試樣 13〜15是爲了進行比較所使用之塑膠成形用金屬模。由 表3可知，在根據本發明的製造方法所製作之金屬模，未 有龜裂產生。

表3 回火溫度及加熱 處理溫度與龜裂產生率之關係 基材 C含有量 Cr含有量 回火溫度 加熱處理溫度 龜裂產生率 試樣1 0.2 1.2 250〇C 450〇C 5/5 試樣2 0.2 6.6 250〇C 450〇C 5/5 隱3 0.3 14.1 250〇C 450〇C 5/5 試樣4 0.7 0.9 250〇C 450〇C 0/5 試樣5 0.6 7.4 250〇C 450〇C 0/5 試樣ό 0.6 13.8 250〇C 450〇C 3/5 試樣7 1.4 1.0 250〇C 450〇C 0/5 難8 1.2 5.9 250〇C 450°C 0/5 UM9 1.3 13.5 250〇C 450〇C 1/5 試樣10 2.7 1.1 250〇C 450〇C 0/5 試樣11 2.6 6.3 250〇C 450〇C 0/5 試樣12 2.7 14.2 250〇C 450〇C 4/5 試樣13 0.4 14.0 520〇C 450eC 5/5 Ιΐ# 14 0.4 14.0 450〇C 450DC 5/5 試樣15 0.4 14.0 250〇C 450〇C 5/5 -10- 1316925 (8) 【圖式簡單說明】 圖1是顯示根據本發明的玻璃成形用金屬模之製造過 程的槪要之圖。

Claims (1)

1. (1) 1316925 十、申請專利範圍 1·—種玻璃成形用金屬模之製造方法，其特徵爲： 對鋼製的材料實施淬火、回火’製作由ε-碳化物分 散於麻田散體（martensite)之組織所構成的基材， 在此基材的表面，形成由非晶質的Ni-P合金所構成 之表面披覆層， 接著’藉由對其實施加熱處理，以將前述基材改變成 Φ 吐粒散體組織或糙斑體組織，並且將前述表面披覆層改變 成Ni與Ni3P的共晶組織。 2 ·如申請專利範圍第1項之玻璃成形用金屬模之製 造方法’其中，含於前述基材中的碳爲〇.3wt%以上、 • 2.7wt%以下，鉻爲1 3 wt%以下。 ' 3 .如申請專利範圍第2項之玻璃成形用金屬模之製 造方法’其中，前述基材的回火溫度爲35(rc以下。 4·如申請專利範圍第2項之玻璃成形用金屬模之製 • 造方法’其中，前述由非晶質的Ni-P合金所構成之表面 披覆層是藉由包含Ni與P、或Ni與P與B之無電解鍍裝 來形成， - 則述加熱處理是在較前述基材的回火溫度更高的溫 • 度、且較該金屬模的使用溫度更高的溫度下進行。 5 .如申請專利範圍第4項之玻璃成形用金屬模之製 ®方法’其中’前述加熱處理是在27〇t以上進行的。 6. —種玻璃成形用金屬模之製造方法，其特徵爲： 對鋼製的材料實施淬火’製作由麻田散體組織所構成 -12- (2) 1316925 之基材， 在此基材的表面，形成由非晶質N1 -P合金所組成的 表面被覆層， 接著，藉由對其進行加熱處理，將前述基材改變成吐 粒散體組織或糙斑體組織’並且將前述表面被覆層改變成 Ni與Ni3P的共晶組織。 7. 如申請專利範圍第6項之玻璃成形用金屬模之製 造方法，其中，含於前述基材中的碳爲 0.3wt%以上、 2_7wt%以下，鉻爲I3wt%以下。 8. 如申請專利範圍第7項之玻璃成形用金屬模之製 造方法，其中，前述由非晶質的Ni-P合金所構成之表面 披覆層是藉由包含Ni與P、或Ni與P與B之無電解鍍裝 來形成， 前述加熱處理是在較前述基材的回火溫度更高的溫 度、且較該金屬模的使用溫度更高的溫度下進行。 9·如申請專利範圍第8項之玻璃成形用金屬模之製 造方法’其中，前述加熱處理是在2 70 °C以上進行的。 10.—種玻璃成形用金屬模，其特徵爲： $由具有吐粒散體組織或糙斑體組織之鋼所構成的基 材之表面’被覆由％與Ni3P的共晶組織所組成之表面被 覆層。 11 ·如申請專利範圍第1 〇項之玻璃成形用金屬模，其 中’含於前述基材中的碳爲〇.3wt%以上、2_7wt%以下， 絡爲13wt%以下。 -13- 1316925 (3) 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之玻璃成形用金屬模， 其中，前述表面被覆層，未產生龜裂類，殘留應力處於 + 150MPa至-760 MPa的範圍內（其中，+爲表示拉引應 力，-爲表示壓縮應力）。