專利名稱:模具組件和成形方法
技術領域:
本發明涉及用于對預制品進行成形和/或燒結的模具組件,且還涉及使用所述模 具組件的成形方法。
背景技術:
專利文獻1日本特開2004-090326號公報公開了在制造材料如玻璃或樹脂的成形 產品中所使用的模具組件的實例。圖3為專利文獻1中公開的模具組件的示意性截面圖。在該模具組件10中,將具 有圓筒形內表面的筒形模具13放置在基底模具31上。筒形模具13由透明的石英玻璃制 成。筒形模具13的外周被環形鹵素燈(未示出)環繞,所述鹵素燈用作熱源。將下部芯模11和上部芯模12插入筒形模具13的圓筒形內表面內。這對芯模11 和12由不透明的硬質碳化物或不透明的陶瓷制成。將諸如玻璃的預制品15放在下部芯模 11的壓制面Sl與上部芯模12的壓制面S2之間。在這種狀態下,利用鹵素燈的光進行照 射,并將上部芯模12壓向下部芯模11,如圖3中的箭頭A所示。在此情況下,從鹵素燈發射的紅外光和可見光穿過石英玻璃的筒形模具13,然后 被硬質碳化物或陶瓷的下部和上部芯模11和12吸收,從而產生熱。結果,夾在成對的芯模 11和12的壓制面Sl和S2之間的預制品15受熱。通過按箭頭A所示將上部芯模12壓向 下部芯模11,將受熱的預制品15成形為例如與壓膜面Sl和S2相符合的凸透鏡。專利文獻1教導了使用如圖3中所示的模具組件,使得能夠直接并快速地對芯模 11和12、以及預制品15進行加熱而不干涉筒形模具13的加熱,從而可縮短成形周期。專利文獻1 日本特開2004-090326號公報
發明內容
本發明要解決的問題作為本發明人對如圖3中所示模具組件進行細致研究的結果,發現了如下問題。具體地,如專利文獻1中公開的這種過于局部并過于快速的加熱易于在預制品15 中造成熱不均勻性。這種熱不均勻性可能成為得自預制品15的成形產品不均質性的原因。鑒于本發明人就圖3中所示模具組件所發現的上述問題,本發明的目的涉及對用 于成形和/或燒結的模具組件進行改進,還涉及對使用所述模具組件的成形方法進行改 進。解決所述問題的手段本發明的模具組件包含具有管狀內表面的筒形模具、覆蓋所述筒形模具外周表面 的套筒、以及在所述筒形模具的管狀內表面內壓制預制品的一對芯模。所述成對芯模中的 至少一個是可滑動的且沿著所述筒形模具的管狀內表面被引導。所述套筒不會透過具有 5 μ m以下波長的光,且具有70W/m · K以上的導熱率。優選地,這種套筒主要由石墨、SiC和AlN中的任意一種形成。
筒形模具具有直徑為D1(Him)的圓筒形內表面,且所述芯模具有直徑為D2(Him)的 圓柱形外周表面。所述筒形模具和芯模在對預制品進行壓制的溫度下的熱膨脹系數分別為 α ! (/0C )和 α 2 (/0C )。優選地,滿足關系式 α i < α 2 和 0. 030 彡(α ^1- α 2D2) · Δ T+ (DrD 2)彡0· 005,其中Δ T為壓制溫度T (°C)與室溫(V)之差。所述模具組件還可在筒形模具的管狀內表面的內部,包含圍繞預制品邊緣的框架 模具。在此情況下,所述筒形模具具有直徑為D1(Him)的圓筒形內表面,且所述框架模具具 有直徑*D3(mm)的圓柱形外周表面。在對預制品進行壓制的溫度下,所述筒形模具和框架 模具的熱膨脹系數分別為Ci1CTC)和a3(/°C)。優選地,滿足關系式αι< %和0. 150 彡(Ci1D1-Ci3D3) · Δ T+(D1-D3)彡0.015,其中Δ T為壓制溫度T (°C)與室溫(°C )之差。優選地,所述筒形模具主要由熱膨脹系數小于或等于3. 5X ΙΟ"6的材料形成。例 如,這種筒形模具可主要由石英玻璃或氮化硅形成。所述芯模的滑動表面可由石墨、玻璃碳(glassy carbon)、DLC和金剛石中的任意 一種形成。所述框架模具優選主要由彎曲強度為300MPa以上的陶瓷材料形成。這種框架 模具可主要由碳化硅、氮化硅、氧化鋁、B4C和氧化鋯中的任意一種形成。由芯模的滑動表面和壓制面形成的邊,優選被R倒角(R-chamfered)或C倒角 (C-chamfered)至少 0. 2mm。在通過使用上述模具制造成形產品的成形方法中,優選在2°C /秒以上的加熱速 率下將預制品加熱至對所述預制品進行壓制的溫度T°c的85%,然后,在0. 200C /秒 2V /秒的加熱速率下,將所述預制品從溫度T°C的85%加熱至T°C。發明優點由于本發明的模具組件具有利用套筒覆蓋的筒形模具的外周表面,所述套筒不會 透過具有5μπι以下波長的光且具有70W/m · K以上的導熱率,所以能夠提高成形區域中的 熱均勻性,由此使得可形成高度均質性的成形產品。
圖1為顯示本發明實施方案的模具組件的示意性截面圖。
圖2為顯示利用圖1的模具組件從預制品形成成形產品的狀態的示意性截面圖。
圖3為顯示專利文獻1中公開的模具組件的示意性截面圖。
參考符號說明
1 上部芯模
2 下部芯模
3 預制品
3a:成形產品
4 筒形模具
5:套筒
6 框架模具
10 現有技術的模具組件
11 下部芯模
12 上部芯模
13 筒形模具15 預制品31 基底模具A 壓制方向Sl 下部芯模的壓制面S2 上部芯模的壓制面實施本發明的最佳方式圖1和2為顯示通過使用本發明實施方案的模具組件而進行成形的示意性截面 圖。所述模具組件包含具有管狀內表面的筒形模具4、以及用于在所述筒形模具的管狀內表 面內對預制品3進行壓制的上部芯模1和下部芯模2。所述筒形模具4的外周由不會透過 加熱光的材料形成的套筒5覆蓋。成對的芯模1和2中的至少一個是可滑動的且沿著筒形 模具4的管狀內表面被引導。可在預制品3的周圍布置所述框架模具6。筒形模具4的管 狀內表面的橫截面根據物體可以為圓形、多邊形或其它任意形狀。筒形模具4和套筒5被例如用作加熱源的環形鹵素燈(未示出)圍繞。在溫度T°C下,在成對的芯模1和2之間對如圖1中所示的預制品3進行壓制,由 此得到了如圖2中所示的成形產品3a(下文中,將T°C稱作“壓制溫度”或“成形溫度”)。例 如,能夠對ZnS (硫化鋅)粉末的預制品3進行成形和燒結,從而得到凸透鏡形狀的成形產 品3a以作為遠紅外光學元件。如同本發明人關于專利文獻1中公開的模具組件進行的上述研究所發現的,過于 局部和過于快速的加熱易于在預制品15中造成熱不均勻性。這種熱不均勻性可能成為得 自預制品15的成形產品不均質性的原因。鑒于所發現的這種新認識,本發明人構思了利用不透明并具有良好導熱率的套筒 5對圖1和2中的筒形模具4的外周表面進行覆蓋,由此通過套筒能夠提高成形區域處的熱 均勻性。根據本發明人的這種新理念,下面將對通過使用圖1和2中所示模具組件制造成 形產品的本發明的各種實例進行更具體的說明。<實施例1>在本發明的實施例1中,筒形模具4由熱膨脹系數為5. OX 10—7°C的石英玻璃制 成。所形成的這種筒形模具4具有內徑為19. 995mm的圓筒形內表面。用套筒5覆蓋筒形 模具4的外周。下面將結合表1,對套筒5的特征進行詳細描述。成對的芯模1和2由熱膨脹系數為2. 8X 10_6/°C的玻璃碳形成。芯模1和2的圓 柱形外周表面具有19. 944mm的外徑。將ZnS粉末的預制品3布置在成對的芯模1和2之間。在預制品3的周圍布置框 架模具6。框架模具6由Si3N4形成,具有3. 5 X 10-6/oC的熱膨脹系數、700Mpa彎曲強度和 19. 915mm夕卜徑。在50Mpa的壓力下,于T°C = 1000°C下對位于成對的芯模1和2之間的ZnS粉末 預制品3進行壓制,以進行成形和燒結。在實施例1中,實施實驗Ia If。在這些實驗Ia If中,覆蓋筒形模具4外周 表面的套筒5的材料有各種改變。即,在實驗Ia If中,對套筒5的材料與得到的成形產品的品質特性之間的關系進行了評價。這些實驗的結果總結于表1中。表 權利要求
一種模具組件,其包含具有管狀內表面的筒形模具,覆蓋所述筒形模具的外周表面的套筒,以及用于在所述筒形模具的所述管狀內表面內對預制品進行壓制的一對芯模,所述一對芯模中的至少一個是可滑動的且沿著所述筒形模具的所述管狀內表面被引導,其中所述套筒不透過波長為5μm以下的光,并具有70W/m·K以上的導熱率。
2.如權利要求1所述的模具組件,其中所述套筒主要由石墨、SiC和AlN中的任意一種 形成。
3.如權利要求1所述的模具組件,其中所述筒形模具有直徑SD1(Him)的圓筒形內表面,且所述芯模具有直徑為D2 (mm)的圓柱 形外表面,在對所述預制品進行壓制的溫度T(°C )下,所述筒形模具和所述芯模的熱膨脹系數分 別為 Q1(AC)和 a2(,C),且滿足關系式 α ! < α 2 和 0. 030 彡(a ^1- α 2D2) · Δ T+ (D1-D2)彡 0· 005,其中 Δ T 為壓 制溫度T(°C)與室溫(V)之差。
4.如權利要求1所述的模具組件,其還包含在所述筒形模具的所述管狀內表面內用于 圍繞所述預制品邊緣的框架模具。
5.如權利要求4所述的模具組件,其中所述筒形模具有直徑為Dl (mm)的圓筒形內表面,且所述框架模具具有直徑為D3(mm) 的圓柱形外表面,在對所述預制品進行壓制的溫度T(°C )下,所述筒形模具和所述框架模具的熱膨脹系 數分別為Q1(AC)和Ci3(,C),且滿足關系式 α < α 3 和 0. 150 彡(α ^1- α 3D3) · Δ T+(D1-D3)彡 0. 015,其中 Δ T 為壓 制溫度T(°C)與室溫(。C)之差。
6.如權利要求1所述的模具組件,其中所述筒形模具主要由熱膨脹系數為3.5X10_6以 下的材料形成。
7.如權利要求6所述的模具組件,其中所述筒形模具主要由石英玻璃或氮化硅形成。
8.如權利要求1所述的模具組件,其中所述芯模的滑動表面主要由石墨、玻璃碳、DLC 和金剛石中的任意一種形成。
9.如權利要求4所述的模具組件,其中所述框架模具主要由彎曲強度為300MPa以上的 陶瓷材料形成。
10.如權利要求9所述的模具組件,其中所述框架模具主要由碳化硅、氮化硅、氧化鋁、 B4C和氧化鋯中的任意一種形成。
11.如權利要求1所述的模具組件,其中由所述芯模的滑動表面和壓制表面形成的邊 緣部分被R倒角或C倒角至少0. 2mm。
12.一種通過使用權利要求1的模具組件來制造成形產品的成形方法,所述方法包括 下列步驟在2. 0°C /秒以上的加熱速率下將預制品加熱至溫度T°C的85%,然后在0. 2°C / 秒 2. O0C /秒的加熱速率下將所述預制品從溫度T°C的85%加熱至T°C,所述溫度T°C為 對所述預制品進行壓制的溫度。
全文摘要
本發明公開了一種模具組件,所述模具組件包含具有管狀內表面的筒形模具(4)、覆蓋所述筒形模具外周表面的套筒(5)、以及用于在所述筒形模具的所述管狀內表面內對預制品進行壓制的一對芯模(1,2)。所述一對芯模(1,2)中的至少一個是可滑動的且沿著所述筒形模具(4)的所述管狀內表面被引導。所述套筒(5)不透過具有5μm以下波長的光,并具有70W/m·K以上的導熱率。
文檔編號B29C33/38GK101983178SQ20098011216
公開日2011年3月2日 申請日期2009年3月24日 優先權日2008年3月31日
發明者上野友之, 寺岡寬二, 長谷川干人 申請人:住友電氣工業株式會社