[发明专利]非金属材料模型腔的模具及其制造安装方法

说明书

本发明是一种用于塑料、橡胶和塑态材料的成型加工用的用非金属材料制造模型腔的模具及其制造、安装方法。

在现有技术中，一般是采用碳素结构钢及碳素合金结构钢等金属材料经过常规的机械加工方法来制造成型模具。再经车、铣、刨、磨等工艺使其达到设计要求的尺寸和表面粗糙度，然后再通过热处理使其获得设计要求的各种机械性能。

塑料制件通常要求具有良好的光泽和表面状态，这就要求模具有很高的耐磨性，也就是说表面硬度要大，而且模腔必须很好地抛光，以降低表面粗糙度。由于塑料模具的这些特殊要求，在制造模具时，有时需要选用性能优异的特殊合金材料，需要研磨、珩磨等超精细加工工艺，同时还需要特殊的热处理工艺，因此塑料模具的材料费用，加工费用都很昂贵，而且生产工艺复杂、生产周期长。

另一种采用低熔点合金作为模具材料的加工方法。虽然这种方法具有加工费用低、生产周期短的优点，但由于存在耐磨性差、硬度低，使用温度低以及表面粗糙度不可能太低等限制，使它只能在一定范围内使用。第三种铍铜合金铸母法，虽然其优点很多，但由于基材费高，而且对母型的材料和加工要求也很高，因此费用较大，生产周期长，只适用于一定条件范围。

本发明的目的是提供一种采用玻璃，氟石等非金属材料，其中以玻璃类材料为最佳，来制造塑料，橡胶及塑态材料成型用的模具型腔的模具。

玻璃类材料具备模具材料所应具备的如下一些性能：加工性能好，热处理后变形小;表面粗糙度最低;耐磨性好;耐腐蚀性好;抗压强度高。采用本发明可以简化模具制造工艺、降低模具费用，减少模具加工周期，从而大大降低模具的加工成本。

图1为非金属材料模型腔的模具结构示意图，图2为模型腔尖角处的局部放大示意图。其中，1为上模板，2为下模板，3为凸模座，4为凹模座，5为凸模，6为凹模，7为胶粘剂，8为压制成型好的聚乙烯本塑地板块，9为模座基体，10为模腔面。

在大多数的塑料、橡胶及塑态材料成型工艺中，模具型腔表面基本上受正压力，极个别情况有部分拉伸、弯曲应力。玻璃类材料的抗压强度较高，并有一定的抗弯强度，普通玻璃抗压强度理论值为：10⁵Kgf/cm²，实际值为1000Kgf/cm²。钢化玻璃抗压强度为1400-2800Kgf/cm²，具体数值视厚度而定（以上数值见《玻璃生产技术》，轻工出版社）。经沈铁锦州工程试验室对沈阳彩电玻璃厂生产的5mm厚钢化玻璃实测，其抗压强度1800Kgf/cm²，抗弯强度≥1300Kgf/cm²，并能在-40℃～+327.5℃急变温度下无大的变形，同时存在一定的抗冲击性能，（参见JC-293-82）软化点为500℃。对石英玻璃来说，透明的抗压强度为8000Kgf/cm²，不透明的为4000Kgf/cm²，在1000℃左右保持性能稳定，并且都具有很高的耐磨性和耐蚀性。塑料的成型温度一般都在200℃以下，对于一般的压制成型，成型压力都在200Kgf/cm²以下，对铸压、注射及吹塑成型来说，成型压力也大多小于1300kgf/cm²，因此用玻璃类材料来制造模具的型腔是完全可行的。问题的关键是必须使型腔表面基本上承受正压力，而要作到这一点必须使其与基座之间紧密无隙地联结在一起，并在型腔设计、选材及制造工艺上给予保证，而这些都可以通过相应的措施来解决。

用玻璃类材料制做模具型腔，其制做及装配工艺如下：首先用玻璃制做出成型用凸模5和凹模6，然后进行钢化处理。将经过钢化处理后的凸模5和凹模6分别放入凸模座3中和凹模座4中。凸模5和凸模座3之间，凹模6和凹模座4之间均用胶粘剂联结。

玻璃具有优异的可加工性能，因此可以采用普通的玻璃成型工艺很容易地用玻璃加工出各种简单的或复杂的型腔，然后通过钢化处理提高其强度。模座可以采用宜加工的金属材料经粗加工后制成。型腔和模座可利用胶粘剂实现紧密无间地联结、粘结剂的种类繁多，应按工作条件及所选用的玻璃和模座材料来选取相匹配的种类（具体可参见《粘结剂制备及应用》，天津科技出版社）。

用玻璃制做的模具型腔，在设计上应消除一切应力集中点，转角处应采用圆弧过渡，避免出现尖角。如果制件有特殊要求，不能采用圆弧过渡，那么模具型腔应采用类似图2所示的结构，在尖角处，将模腔断开，分成两个部分分别制做，然后再分别粘结到模座上。