(57)【要約】【課題】金型およびダイセット用の安価なプラスチック工具コアを提供する。【解決手段】金型またはダイブロックのセットであって、コア側およびキャビティ側からなるセットのキャビティ側に、キャビティ側とは対照的にコア側により柔らかい合金を使用することにより、傷のない表面が形成され、したがって、プラスチック射出成形中、コア側がキャビティ側より優先的に分割線で磨耗し、それによってセットの摩滅がキャビティ側より優先的にコア側に生じ、キャビティ側が摩滅を有さないようになる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア半体およびキャビティ半体を有するプラスチック射出成形鋼工具のセットであって、コア半体は、キャビティ半体よりも柔らかい鋼で形成され、それによって、前記２つの半体により形成された金型内にプラスチックが注入された後にバリが形成された場合、コア側の分割線の磨耗が、キャビティ側の磨耗よりも優先的に生じる、プラスチック射出成形鋼工具のセット。
【請求項２】
キャビティ半体の硬度の範囲が、２７７〜３３１ＢＩ−ＩＮであり、コア半体の硬度の範囲が、２６９〜２７７であり、コア半体の柔らかさが、キャビティ半体の硬度より常に低いことをさらに特徴とする、請求項１に記載のプラスチック射出成形鋼工具のセット。
【請求項３】
セットのコア側が、以下の近似的組成を有することをさらに特徴とする、請求項２に記載のプラスチック射出成形鋼工具のセット。
【表１】
2018176488.tif 000008
【請求項４】
帆船工具セットのキャビティ側と併せて使用するための、プラスチック射出成形工具のコア側であって、以下の組成を有するコア側。
【表２】
2018176488.tif 000009
【請求項５】
以下の組成を有することをさらに特徴とする、請求項４に記載のプラスチック射出成形工具セットのコア側。
【表３】
2018176488.tif 000010
【請求項６】
以下の組成を有することをさらに特徴とする、請求項５に記載のプラスチック射出成形工具セットのコア側。
【表４】
2018176488.tif 000011
【請求項７】
少なくとも２０インチの深さを有することをさらに特徴とする、請求項４に記載のプラスチック射出成形工具セットのキャビティ側と併せて使用するための前記工具セットのコア側。
【請求項８】
ａ．合金成分の大部分を含有する鋼組成物のバルクを溶融し、容器への流入に好適な鋼溶融物を生成すること、
ｂ．流入後、融解物を加熱、合金化および精錬し、融解物をその最終組成とすること、
ｃ．下注ぎ鋳造の実行により、融解物を真空脱気、注入および鋳造し、インゴットを形成すること、
ｄ．インゴットを熱間加工し、低合金金型またはダイブロックを形成すること、ならびに
ｅ．その後、金型またはダイブロックを水による急冷によって熱処理し、調質して、最終熱間加工生成物を形成すること
により、電気アーク炉内で調製された鋼の溶融物から前記コア側が調製されることをさらに特徴とする、請求項７に記載のプラスチック射出成形工具セットのキャビティ側と併せて使用するための前記工具セットのコア側。
【請求項９】
請求項８に記載のコア側生成物の鋼を処理した後、生成物が、
８００℃から９００℃の間の温度でのオーステナイト化、
水中での急冷、および
５００℃から７００℃の間の温度での調質を受け、
前記コア側が形成されるブロックの厚さの１／４より深い、主にベイナイトまたはベイナイトおよびパーライトの混合物からなる微細構造を形成すること
をさらに特徴とする、請求項８に記載のプラスチック射出成形工具セットのキャビティ側と併せて使用するための前記工具セットのコア側。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最終使用者に視認され得る部品と成形時に接触する金型およびダイ構成要素上に傷のない表面を提供することに関連した、プラスチック工具産業における深刻な問題に対応し、また、非常に安価なコストで高品質最終生成物を生み出す、プラスチック工具のセット用のコアおよびキャビティ半体のための異なる合金組成の金型およびダイ材料を提供するという継続的な問題に対応する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック工具金型またはダイのセットを構成する２つの半体は、約２０インチ以上の材料断面において、低コストで高品質の部品を生成するために異なる組成および動作特性を有さなければならないことが発見されている。具体的には、プラスチック工具のセットのキャビティ側は、一般的に、成形部品の最終的な傷のない表面を提供するために、高品質鋼を必要とする。対照的に、工具のセットのコア側は、工具セットのキャビティ半体の基準ほど厳しい表面仕上げ基準を必要としないが、前記コア半体が受ける厳しい動作条件と等しくなければならない。
【０００３】
以下の公称組成：
【０００４】
【表１】
2018176488.tif 000003
を有するＰ−２０等の標準鋼は、工具セットのキャビティ側に良好に使用されることが示されている。しかしながら、このグレードおよび同様のグレードは、そのような鋼の動作属性が工具セットのコア側に必要な属性を実質的に超えるため、工具セットのコア側における使用には非経済的である。したがって、現代のコスト意識の高い環境の部品製造者にとって、工具セットのコア側に上記グレードを使用することは、より低コストでありながら十分効果的な合金よりも、不必要なコストをもたらす。したがって、工具部品は部品製造者にとって高いコスト因子であるため、上記の合金より安価であるが、特に少なくとも２０インチの深さの工具セットにおいて、上記の合金と併せて使用された場合極めて満足に足る性能を示す、プラスチック成形工具セットのコア側用の合金鋼が必要とされている。
【０００５】
特に重要なのは、工具セットにより何千もの部品が製造された後、工具セットのキャビティ上に形成される表面は、運転（ｃａｍｐａｉｇｎ）の開始時に作製された部品と同程度に輝かしく傷がないものとなるべきであるということである。しかしながら、コア側は見えないため、すなわちコア側は審美的に完璧な仕上げを必要としないため、コア側が作製される鋼は、キャビティ側ほど高い艶を有することができる必要はない。
【０００６】
工具セットのキャビティ側の分割線（すなわち、セットの２つの半体間の分離線）を保存するためには、セットのコア側の分割線において若干より低い硬度を有することが望ましいことが発見されている。したがって、磨耗が生じた場合、圧力下でのプラスチックの注入後に形成されたバリは、工具セットのキャビティ側に現れない。
【０００７】
これらの問題に対応するべく、以下の組成を有する鋼が、工具セットのコア側に使用されている。
【０００８】
【表２】
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【０００９】
しかしながら、この組成は、約２０インチまでの断面に対してのみ好適であり、この厚さを超えると、この組成は深さ方向において期待される機械的特性を維持しない。具体的には、２０を超える厚さでは、この鋼は、分割線において過剰な硬度低下を示す。これは、２０インチを超える材料片の急冷後の質量効果に起因し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、プラスチック射出成形工具における２０インチ以上の断面のコアブロック鋼のために、２０インチ以上の金型およびダイ工具セットに必要な全ての物理的および機械的特性を有するが、現在入手可能な材料よりコストが低い新たな組成物が、プラスチック工具セットのコア側に必要とされている。
【００１１】
したがって、本発明の主な目的は、２０インチから３５インチまで、またはより好ましくは３０インチまでの断面において、プラスチック成形射出工具のコア側用の現在入手可能な製品と同等またはそれより良好な機械加工性および増加した硬化性を有する金型およびダイブロックを提供することである。
【００１２】
より具体的には、本発明の目的は、プラスチック工具のコア側用の現在入手可能な製品と同等またはそれより良好な機械加工性および増加した硬化性を有する金型ブロックを提供することである。
【００１３】
本発明は、以下の図において概略的に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】プラスチック工具のセットのコア側の斜視図である。
【図２】プラスチック工具の前記セットのキャビティ側の斜視図である。
【図３】単純化された金型セットの片側断面図である。
【図４】優先的な磨耗領域を影で示した、拡大スケールの図３の部分断面図４−４である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず図１を参照すると、プラスチック工具セットのコア側が全体として１０で示され、コアが１１で示され、分割線面が１２で示されている。
【００１６】
次に図２を参照すると、プラスチック工具セットのキャビティ側が全体として２０で示され、キャビティが２１で示され、分割線面が２２で示されている。コア側１０およびキャビティ側２０が成形時に嵌合した際、分割線面１２および２２が当接係合して分割線２３を形成し（図３を参照されたい）、コア側１１がキャビティ２１内に受容されることが理解される。
【００１７】
コア１１の寸法は側方キャビティ２１の寸法より若干小さいため、図４において最も良く示されるように、コアとキャビティとの間の空間２４内で部品が形成される。２つの半体１０および２０は、当然ながら、産業において周知である好適な手段により閉じられた際、固定位置に保持される（図示せず）。
【００１８】
ここで、具体的に図４を参照すると、コア側１０の表面およびキャビティ側２０の表面が接触した際、分割線２３が明確な境界線を形成することが分かる。相当な圧力下で溶融プラスチックのショットが金型キャビティ２４に注入されると、前記プラスチックは、コア側１０とキャビティ側２０の両方の表面と接触する。しかしながら、コア側１０は、キャビティ側２０の鋼より柔らかい鋼で形成されているため、前記コア側１０は、キャビティ側２０よりも優先的に摩滅する。例示された実施形態において、コア側１０の摩滅領域は、図４中１３で示される。図では、均一な摩滅深さが示されているが、いくつかの場所は隣接する場所より柔らかいこともあり得るため、摩滅空間は、ポイントによって不規則な深さとなる。しかしながら、コア側１０が形成される鋼は、キャビティ側２０が形成される鋼より常に柔らかく、したがってキャビティ鋼より摩滅しやすい。その結果、多くのサイクル後にどのようなバリが生じ得るとしても、コア側は常にそれを含有する。しかしながら、成形部品のコア側表面は、観察者には視認され得ないため、コア側１０の領域１３により表されるバリは、商業的に許容される。
【００１９】
ここで、コア１０のみを参照すると、本発明の前記コアは、以下の幅広い組成を有する。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
上記パラメータ内で、組成が以下の通りとなることが好ましい。
【００２２】
【表４】
2018176488.tif 000006
【００２３】
一貫して優れた結果をもたらす最も好ましい範囲は、以下の通りである。
【００２４】
【表５】
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【００２５】
炭素は、必要な硬度および耐摩耗性を提供するために必要である。炭素が０．５５％を大幅に超える場合、金型ブロックは、低い機械加工性および研磨特性を示す。好ましくは、良好な機械加工性を確保するために、最大０．５０％の炭素が使用される。０．２５％を実質的に下回る炭素が使用された場合、耐摩耗性および機械的特性は、金型ブロックが受ける使用条件に好適ではない。好ましくは、許容される耐摩耗性、硬度および機械的特性を確保するために、最低０．３０％の炭素が使用される。最も好ましくは、０．３５％から０．４５％の範囲内、目標として０．４０％の炭素が使用されるべきである。
【００２６】
マンガンは、硬化性のために、また製鋼プロセスにおける脱酸素剤として不可欠である。マンガンはまた、鍛造操作において硫化物を制御するように作用する。他の合金元素と組み合わせると、１．５０％を大幅に超える量で存在する場合、残留オーステナイトが存在する危険性がある。０．７０％を実質的に下回るマンガンが存在する場合、金型ブロックの硬化性が低下する。さらに、硫黄の制御を確実とするために、マンガン含量は、硫黄含量の少なくとも２０倍の量で存在すべきである。マンガンはまた耐摩耗性に寄与するが、他の炭化物形成物質よりも程度は低い。好ましくは、マンガンは、１．０５％から１．４５％、最も好ましくは１．１５％から１．３５％の範囲内で存在する。
【００２７】
製鋼プロセスにおけるその脱酸素能力が指摘されるケイ素。指定値を実質的に超える量で存在する場合、最終生成物の脆化の傾向がある。
【００２８】
クロムは、硬化性および耐摩耗性のための炭化物形成に必要である。最大２．００％を実質的に超えるクロムが存在する場合、硬化温度が通常の製造における熱処理プロセスには過度に高くなる。１．４０％クロムの指定最小値未満では、耐摩耗性が悪影響を受ける。好ましくは、クロムは、１．５０％から２．００％、最も好ましくは１．５０％から１．９０％の量で存在する。
【００２９】
モリブデンは、強い炭化物形成物質であることから、硬化性および耐摩耗性に寄与する重要な元素である。その有益な効果は、０．１０％から０．５５％の範囲内で効果的であるが、好ましくは、モリブデンは、０．１０％から０．４５％の範囲の下限幅、最も好ましくは０．１０％から０．３０％の範囲内で維持される。
【００３０】
アルミニウムは、細粒化には望まししいが、望ましくない不純物であるアルミン酸塩の存在をもたらすことで鋼の品質に有害な効果を及ぼし得る。したがって、アルミニウムの添加を、最終溶融組成物中最大０．０４０％に最小限化することが重要である。最も好ましくは、０．０２０％のアルミニウムの目標値が、細粒化を達成する。
【００３１】
リンは、機械加工性を増加させることができるが、工具鋼中のこの元素の有害な効果、例えば延性−脆性遷移温度の増加が、いかなる有益な効果よりも重要となる。したがって、リン含量は、０．０２５％の指定最大値を超えるべきではなく、最も好ましくは０．０１５％未満となるべきである。
【００３２】
硫黄は、機械加工性に重要な元素であり、一般に、工具鋼中０．０４５％を超える含量が、許容される機械加工性をもたらすと考えられている。しかしながら、処理中の硫化物の制御を維持するには、０．２０％を超える硫黄含量を避けることが必要である。好ましくは、硫黄は、０．０５％から０．１５％、最も好ましくは０．０５％から０．１０％の範囲内、目標として０．０７％の量で存在すべきである。
【００３３】
必要な動作特性を達成するためには、最終組成物が水で急冷されることが不可欠である。しかしながら、工具セットのコア側がキャビティ側より低い硬度を有することを確実とするためには、コアおよびキャビティ部分は、異なる硬度となるように製造されなければならない。
【００３４】
したがって、キャビティ側の好適な硬度範囲は、２７７〜３２１ＢＨＮであり、コア側の好適な硬度範囲は、２６９〜２７７ＢＨＮであるが、但し、コア側の硬度は、キャビティ側の硬度より常に低い。コア半体がキャビティ半体より柔らかくなるように２つの半体間で異なる硬度を維持することにより、キャビティの分割線が保存され、すなわち、コア側の分割線の磨耗が、キャビティ側の分割線よりも優先的となる。結果として、キャビティ側の輝かしく傷がない表面が最終成型部品に反映され、したがって部品のキャビティ側の成形後処理の必要性は最小限である、またはその必要性がない。
【００３５】
２０インチ以上の厚さの金型またはダイのコア側用の低合金鋼ブロックを製造する方法は、以下の通りである。
【００３６】
鋼の溶融物が、
ａ．合金成分の大部分を含有する鋼組成物のバルクを溶融し、容器への流入に好適な鋼溶融物を生成すること、
ｂ．その後、融解物（ｈｅａｔ）を加熱、合金化および精錬し、融解物をその最終組成とすること、
ｃ．下注ぎ鋳造の実行により、ギアを真空脱気、注入および鋳造し、インゴットを形成すること、
ｄ．インゴットを熱間加工し、低合金金型またはダイブロックを形成すること、ならびに
ｅ．その後、金型またはダイブロックを水による急冷によって熱処理し、調質（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）して、熱間加工生成物を形成すること
により、電気アーク炉内で調製される。
【００３７】
上述のように鋼を処理した後、熱間加工生成物は、８００℃から９００℃の間の温度でのオーステナイト化、水中での急冷、および５００℃から７００℃の間の温度での調質を受けるべきであることが理解される。
【００３８】
前記処理後、得られた生成物は、ブロックの厚さの１／４より深い、主にベイナイト、ならびに場合によりベイナイトおよびパーライトの混合物を含む微細構造を示す。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態および代替の実施形態が説明されたが、当業者には、本発明の境界内で修正が行われてもよいことが明らかである。したがって、本発明の範囲は、関連先行技術を考慮して解釈される場合、以下に付属する特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  半体、コア、コア側
１１  コア
１２  分割線面
１３  領域
２０  半体、キャビティ側
２１  キャビティ
２２  分割線面
２３  分割線
２４  金型キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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