具有纹理化表面的低CTE搪塑模具及其制造和使用方法技术

提供了一种具有纹理化表面的滚塑成型的工具。所述工具包括壳，所述壳具有主体部分和上模表面，所述上模表面具有压纹纹理，至少所述主体部分包括具有在100℉和500℉之间的温度下最多为5.0×10-6英寸/英寸/℉的热膨胀系数的镍铁合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由在模制温度范围内具有低热膨胀系数的材料制成的可用于搪塑模制的模具。本专利技术还涉及制造和使用所述模具的方法。
技术介绍
在至少一个实施例中，本专利技术用于供在汽车产业中使用的搪塑模制部件。在汽车产业中通常利用搪塑模制来生产在汽车内饰使用的例如用于仪表板和门板的“A级”内饰表皮。典型的搪塑模制工艺包括对加热的模具表面铸塑粉末聚合材料的装料，以形成具有期望形状和纹理的模制部件或表皮。利用类似类型的加热模具表面的其它工艺通常被称作滚塑模具、旋塑模具和粉末成形模具。根据需要的部件的工艺和类型，聚合材料可以是液体或粉末。在使用粉末聚合材料的模制工艺中，加热模具以使聚合材料熔化，并冷却模具以使聚合材料固化。在使用液体聚合材料的工艺中，加热模具以使聚合材料固化，并冷却模具以将部件移开。通过将装料箱的敞开上端附接并密封到模具的敞开端的外缘来制得模制部件。然后将装料箱倒置，以使装料箱内的聚合材料在重力的作用下从装料箱下降，并降到加热的模具表面上。一旦聚合材料被施加到加热的模具表面，通常就使装料箱返回其竖立位置，以使过量的聚合材料返回到装料箱。然后使铸塑材料在加热的表面上熔化。在将聚合材料从模具表面移开之前使聚合材料凝固。另外，模具成形表面通常是压纹的或纹理化的，以产生期望的表皮表面纹理。搪塑模具的典型构造包括能够被加热和冷却的自支撑金属壳。在一个具体的搪塑模制应用中，在聚合材料的熔化期间，模具温度可达到500下。通常，通过使用使热油循环的附于模具背面的热管系统来控制模具温度，然而可以利用诸如热空气、红外或感应以及加热砂的其它方法来加热模具。不管应用如何，金属壳厚度相对于模具成形区域通常相对薄，以允许对模具的快速加热和冷却。通常，汽车搪塑模制工具由镍制成。通常使用电沉积或气相沉积工艺来生产镍模。 在这两种情况下，镍是主要用于压纹和纹理再现的期望材料，而且它还生产出具有良好的耐蚀性、耐磨性和分离特性的模壳。与以这种方式生产的镍模的使用相关联的一个缺陷是模具会具有不可预知的且通常相对短的寿命周期。例如，镍模通常具有能够生产1，000个至80，000个部件之间的寿命，其中，生产30，000个和45，000个之间的部件是最典型的。因为相对典型的车辆程序具有400，000个至1，000，000个部件的生产需求，所以对于程序周期需要50个模具并不罕见。镍壳铸塑表皮加工的主要故障模式是由热循环导致的累积残余应力。热循环应力是材料制造工艺和材料的CTE (热膨胀系数)的结果，材料的CTE随时间导致镍模的裂纹。 裂纹可由因模具的厚度变化和材料性能而导致的产生局部化应力区域的热膨胀和收缩产生。这是由于因制造工序产生的不均勻模具厚度而引起。通常使用电沉积或气相沉积工艺来制造镍壳。在这些工艺期间，模的尖角或边缘将堆积装料，因此，壳在这些位置处将更厚。 这些较厚的区域在加热和冷却期间在整个模具表面上将以不同的速率扩展，这种厚度变化会随时间产生导致壳故障的应力。壳故障通常由壳裂纹引起。例如，在利用油来加热镍壳的应用中，银焊料、油钢管和镍壳之间的CTE差异产生三种不同的CTE，这三种不同材料之间的这种失配产生会导致裂纹的应力。如上所述，镍搪塑模具的寿命是相对不可预知的。因为模具将失效时的不确定性， 并且因为与生产线的停工期相关联的成本，所以汽车部件的铸工通常保持相对大量的模具在场，从而顾及到并更换坏掉的模具。除了与在模制线上更换坏掉的模具相关联的制造停工期以及与在储存现场保持大量模具相关联的成本之外，模具的更换成本相对昂贵，因为每个工具花费大约$50，000至$500，000。因此，需要一种与当前可用的镍模相比具有更长寿命的模具。
技术实现思路
本专利技术通过在至少一个实施例中提供一种具有纹理化表面的搪塑模制工具来解决现有技术中的一个或多个问题，其中，所述模制工具包括壳，所述壳具有主体部分和上模表面，所述上模表面具有压纹纹理，其中，所述壳由在100下和500 °F之间的温度下具有不超过5X 10_6英寸/英寸/ °F的热膨胀系数的镍铁合金制成，其中，所述主体部分具有至少 100HV的维氏硬度(HV)。在至少一个实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍的组成。在另一实施例中，所述主体具有用维氏硬度(HV)测量的第一硬度值，所述上模表面具有比所述第一硬度值高的第二硬度值，所述第二硬度值是用努氏微硬度(HK)测量的微硬度。在至少一个实施例中，微硬度的值为350HK至4，000ΗΚ。在另一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、0. 1重量％的铝和 0. 25重量％的铬的组成。在另一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、 0. 1重量％的铝、0. 25重量％的铬、0. 1重量％的锆和0. 1重量％的钛的组成。在又一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍以及从由铝、铬、锆、硅和钛组成的组中选择的至少一种元素的组成。在又一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、 0. 3重量％的铝和0. 7重量％的铬的组成。在又一实施例中，所述镍铁合金具有包括至少30 重量％的镍、至少的钴以及从由铝、铬、锆、硅和钛组成的组中选择的至少一种元素的组成。在再一实施例中，所述上模表面具有设置在其上的涂层，其中，所述涂层具有 500HK至9，000ΗΚ的微硬度。在再一实施例中，壳体具有在受控温度下模制的多个通道，以用于提供通过其的诸如油的加热介质，以加热所述壳。在再一实施例中，壳体在壳的背侧上具有多个翼片或凹槽，以用于提供通过其的诸如空气的加热介质，从而更有效地加热所述壳。另外，在本专利技术的一方面，提供了一种具有纹理化表面的滚塑成型的工具，其中， 所述工具包括壳，所述壳具有主体部分和上模表面，所述上模表面具有压纹纹理，其中，至少所述主体部分包括具有在100下和500 °F之间的温度下最多为5X 10_6英寸/英寸/ T 的热膨胀系数的镍铁合金。在另一方面，提供了一种具有纹理化表面的滚塑成型的工具，其中，所述工具包括壳，所述壳具有主体部分和上模表面，所述上模表面具有压纹纹理，其中，至少所述主体部分包括具有至少30重量％的镍的镍铁合金。在特定的方面，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍的组成。在其它方面， 所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、0. 05重量％的铝和0. 01重量％的铬的组成。 在其它方面，所述镍铁合金具有包括至少30重量％的镍、0. 05重量％至0. 75重量％的铝和 0. 01重量％至1. 5重量％的铬的组成。在一方面，所述主体部分具有至少100的维氏硬度(HV)的第一硬度，所述上表面具有比所述第一硬度高的第二硬度和最多1.5mm的厚度。在这些方面中的特定方面，所述第一硬度为100HV至350HV，所述第二硬度为350努氏硬度(HK)以上的微硬度。在这些方面中的特定其它方面，所述微硬度为350HK至9，000ΗΚ。在这些方面中的特定其它方面， 所述微硬度为400HK至1，500HK。在这些方面中的特定其它方面，所述微硬度为600HK至 1，000HK。在这些方面中的特定其它方面，所述微硬度为800ΗΚ至1，000ΗΚ。在这些方面中的特定其它方面，所述微硬度为500ΗΚ至2，000ΗΚ。在其它方面，所述上表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·马尔廷·苏伟德，格瑞高瑞·格林波尔格，
申请(专利权)人：福特汽车公司，
类型：发明
国别省市：