專利名稱：蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具及其制造方法。具體而言，涉及實現(xiàn)高度成形性并且耐磨損性能優(yōu)良的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具及其制造方法。
背景技術(shù)：
對于陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，以往廣泛使用的是通過蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具進行擠出成形的方法，蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具配備有形成了導入成形原料(粘土)的內(nèi)孔和與該內(nèi)孔相連通的格子狀狹縫的模具基體。通常，這種模具，在模具基體的一個面上，設(shè)置了寬度對應(yīng)于蜂窩結(jié)構(gòu)體的隔壁厚度的格子狀等的狹縫，在與其相反的一面(另一面)上，設(shè)置開口面積大的、與狹縫相連通的內(nèi)孔。而且內(nèi)孔通常設(shè)置在對應(yīng)格子狀狹縫相交叉的位置上，兩者在模具基體內(nèi)部相連通。從而，從內(nèi)孔導入的陶瓷原料等成形原料，由內(nèi)徑比較大的內(nèi)孔向?qū)挾刃〉莫M縫移動，由狹縫的開口部擠出成為蜂窩結(jié)構(gòu)的成形體。
這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的模具基體，可以使用由一種合金構(gòu)成的板狀構(gòu)件(模具坯料)，例如不銹鋼、硬質(zhì)合金等，也可以使用兩種不同的板狀材料相接合而形成的板狀構(gòu)件(模具坯料)(例如特開2000-326318號公報、特開2003-285308號公報)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，使用不銹鋼等的模具基體，由于其耐磨損性差，在連續(xù)擠出成形中使得狹縫產(chǎn)生磨損，導致擠出成形的蜂窩成形體的形狀逐漸改變。使用硬質(zhì)合金的模具基體，雖然其耐磨損性優(yōu)良，可以減輕狹縫的磨損，但是在形成受磨損等影響小的內(nèi)孔時，非常耗費勞力和時間。還有，硬質(zhì)合金是脆性材料，由于擠出時的壓力會產(chǎn)生模具開裂的問題。
還有，例如使用兩種不同的板狀材料相接合的模具基體(模具坯料)時，即使形成了對應(yīng)于擠出成形的蜂窩結(jié)構(gòu)體的隔壁寬度的狹縫，由于存在較大的殘留應(yīng)力，在機械加工后狹縫的寬度仍會發(fā)生變形，無法擠出成形為規(guī)定形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)體。還有，這樣的模具基體(模具坯料)在機械加工時硬質(zhì)合金上易于產(chǎn)生龜裂，也容易產(chǎn)生加工用砂輪等工具的破損等問題。
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，本發(fā)明提供了實現(xiàn)高度成形性并且耐磨損性優(yōu)良的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具及其制造方法。
本發(fā)明提供了以下的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具及其制造方法。
(1)蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，其具有模具基體，模具基體有兩個面，其中一個面上形成蜂窩狀的狹縫，另一個面上形成與上述狹縫相連通、用于導入成形原料的內(nèi)孔，該蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具用來將導入上述內(nèi)孔的上述成形原料從上述狹縫中擠出形成蜂窩結(jié)構(gòu)體，其特征在于，上述模具基體在由兩個板狀構(gòu)件層疊接合而成的模具坯料上，形成上述狹縫和上述內(nèi)孔，構(gòu)成上述模具坯料的上述兩個板狀構(gòu)件分別是，構(gòu)成上述模具基體的一個面的、由至少包含有碳化鎢的碳化鎢基硬質(zhì)合金構(gòu)成的第一板材，和構(gòu)成上述模具基體另一個面的、由能通過奧氏體相的冷卻得到馬氏體相變、貝氏體相變及珠光體相變的三個相變中至少一個相變的金屬制成的第二板材，構(gòu)成上述模具坯料的兩個板狀構(gòu)件的相互接合面上的拉伸及壓縮應(yīng)力小于等于1000MPa。
(2)上述(1)所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，構(gòu)成上述第一構(gòu)件的上述碳化鎢基硬質(zhì)合金是用選自和鐵、鈷、鎳、鈦及鉻中的至少一種金屬將碳化鎢燒結(jié)而成。
(3)上述(1)或者(2)所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，構(gòu)成上述第二構(gòu)件的上述金屬材料，含有從鐵、鈦、鎳、銅及鋁中選擇的至少一種金屬。
(4)上述(1)至(3)中任何一項所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，相對于上述第一構(gòu)件的厚度，上述第二構(gòu)件的厚度的比例為0.1～200。
(5)上述(1)至(4)中任何一項所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，上述模具基體還具有配置在構(gòu)成上述模具坯料的上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件之間及/或滲透到上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件中至少一方的內(nèi)部的焊料層。
(6)上述(5)中所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，構(gòu)成上述焊料層的焊接材料含有選自銅、銀、金、鎳及鋁中的至少一種的金屬。
(7)蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，在具有兩個面的板狀模具坯料的一個面上形成蜂窩狀的狹縫，并且在另一個面上形成用于導入成形原料的內(nèi)孔，來制造用于擠出成形蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具模具，其特征在于，將由至少含有碳化鎢的碳化鎢基硬質(zhì)合金制成的板狀第一構(gòu)件和由能通過奧氏體相的冷卻而產(chǎn)生馬氏體相變、貝氏體相變及珠光體相變的三種相變中至少一種相變的金屬材料構(gòu)成的板狀第二構(gòu)件，在加熱到上述第二構(gòu)件產(chǎn)生奧氏體相變的溫度以上的狀態(tài)下進行層疊接合，將接合后的上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件以特定降溫速度降溫到上述第二構(gòu)件可以發(fā)生的上述三種相變中至少一種相變的開始溫度，使構(gòu)成上述第二構(gòu)件的金屬發(fā)生上述三種相變中的至少一種相變，使得上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件的接合面上的殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力變得小于等于1000MPa，從而得到由上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件層疊接合的模具坯料。
(8)上述(7)中所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，其中，把上述第一板材和上述第二板材降溫到上述至少一種的相變開始溫度時的降溫速度為0.1～100℃/分鐘。
(9)上述(7)或(8)中所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，對于所得的上述模具坯料，在發(fā)生奧氏體相變的溫度以下的溫度范圍內(nèi)，以0.1～100℃/分鐘的速度進行升溫或冷卻的再加熱處理，使得上述接合面上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力小于等于500MPa。
(10)上述(7)～(9)中任何一項所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，在上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件層疊時，在二者之間配置箔狀的焊料。
(11)上述(7)～(10)中任何一項所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，在上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件接合之前，至少在上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件中的一方上形成上述內(nèi)孔的至少一部分和/或上述狹縫的一部分。
(12)上述(7)～(10)中任何一項所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，將上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件層疊接合，獲得上述模具坯料之后，在上述第一構(gòu)件一側(cè)形成狹縫，同時在上述第二構(gòu)件一側(cè)形成內(nèi)孔。
發(fā)明的效果本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，實現(xiàn)高度成形性并具有優(yōu)良耐磨損性，可以高精度地擠出成形蜂窩結(jié)構(gòu)體。還有，通過本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，可以簡便地制造上述蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具。


圖1是示意表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的一個實施方式的斜視圖。
圖2是將圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具沿平面A切斷的斷面圖。
圖3是通過圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具擠出成形的蜂窩結(jié)構(gòu)體的斜視圖。
圖4是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的其它實施方式的斷面圖。
圖5是本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具制造方法的一個實施方式的模具坯料制造工序的一個示例的說明圖。
圖6是本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具制造方法的一個實施方式的模具坯料制造工序的另一示例的說明圖。
圖7是本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具制造方法的一個實施方式的模具坯料制造工序的又一示例的說明圖。
圖8是本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具制造方法的一個實施方式的模具坯料制造工序的另外一個示例的說明圖。
符號說明1…蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，2…模具基體，3…第一構(gòu)件(板狀構(gòu)件)，4…第二構(gòu)件(板狀構(gòu)件)，5…狹縫，6…內(nèi)孔，7…表面(其中之一面)，8…表面(另一面)，9…接合面，10…焊料層，12…蜂窩結(jié)構(gòu)體，13…隔壁，14…孔道，21…蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，22…模具坯料，23…第一構(gòu)件，24…第二構(gòu)件，25，25a…狹縫，26…內(nèi)孔，27……表面(其中之一面)，28…表面(另一面)。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具及其制造方法的實施方式進行詳細說明，但本發(fā)明并不限于這些實施方式，在不脫離本發(fā)明的范圍限度內(nèi)，基于本專業(yè)的專業(yè)人士的知識可以進行各種變更、修正和改良。
圖1是示意表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的一個實施方式的斜視圖。圖2是將圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具沿平面A切斷的斷面示意圖。
如圖1和圖2所示，本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1具有模具基體2，在模具基體2上有兩個面7、8，在其中之一面7上形成蜂窩形狀的狹縫5，并且在另一面8上形成與狹縫5相連通的、導入成形原料用的內(nèi)孔6，從內(nèi)孔6導入的成形原料由狹縫5擠出，成形為蜂窩結(jié)構(gòu)體。
對于本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1，其使用的模具基體2的結(jié)構(gòu)是，在由兩層板狀構(gòu)件3、4層疊接合而成的模具坯料上，形成上述狹縫5和內(nèi)孔6。構(gòu)成該模具坯料的兩個板狀構(gòu)件3和4，在模具基體2的其中之一面7一側(cè)為由至少含有碳化鎢的碳化鎢基硬質(zhì)合金構(gòu)成的第一構(gòu)件3，在模具基體2的另一面8一側(cè)為由可以通過奧氏體相冷卻產(chǎn)生馬氏體相變、貝氏體相變和珠光體相變的三個相變中至少一個相變的金屬材料所構(gòu)成的第二構(gòu)件4，構(gòu)成該模具坯料的兩個板狀構(gòu)件3、4相互接合的面上的拉伸及壓縮應(yīng)力小于等于1000MPa。
這樣，在本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1所使用的模具基體2中，狹縫5是與擠出成形的精度(成形精度)直接相關(guān)的部位，在形成狹縫5的一面7一側(cè)，使用耐磨損性能優(yōu)良的由碳化鎢基硬質(zhì)合金構(gòu)成的第一構(gòu)件3，可以減輕狹縫5的磨損。另外，形成內(nèi)孔的另一面8一側(cè)，使用由可以通過奧氏體相冷卻產(chǎn)生馬氏體相變、貝氏體相變和珠光體相變的三個相變中至少一個相變的金屬材料構(gòu)成的第二構(gòu)件4，在可以比較簡便地形成用于導入成形原料的內(nèi)孔6的同時，作為擠出成形用模具，至少具有充分的機械強度。
還有，以往使用由兩種不同的材料進行層疊接合而成的板材作為模具坯料的情況下，在其接合面上殘留有巨大的拉伸及壓縮應(yīng)力，例如在該表面進行狹縫等溝槽的機械加工時，在加工的溝槽上這些應(yīng)力增大，使得狹縫的寬度發(fā)生改變或者其形狀發(fā)生改變。還有，在施加更大應(yīng)力時，會發(fā)生從狹縫開始的龜裂，因而產(chǎn)生破損，或者造成加工中的砂輪等工具發(fā)生破損。本實施方式中的蜂窩構(gòu)造體成形用模具，由于制造時使用的模具坯料的第一構(gòu)件3和第二構(gòu)件4的接合面9上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力(以下簡稱為“接合面9上殘留應(yīng)力”)小于等于1000MPa，可以有效防止加工中的工具破損等。
具體而言，在本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1中，構(gòu)成模具基體2的另一個面8一側(cè)的第二構(gòu)件4，是由可以通過奧氏體相冷卻產(chǎn)生馬氏體相變、貝氏體相變和珠光體相變的三個相變中至少一個相變的金屬材料構(gòu)成，因此利用由于上述相變引起的第二構(gòu)件4的尺寸的變化，調(diào)整在接合面9上的殘留拉伸及壓縮應(yīng)力，可以使接合面9上的殘留應(yīng)力降到小于等于1000MPa。
該模具坯料，利用由于上述相變而引起的第二構(gòu)件4的尺寸變化，在接合面9上的殘留應(yīng)力能夠下降到小于等于1000MPa，如果對模具坯料進行例如以特定速度的升溫或冷卻的再加熱處理，還可以獲得更適合用于模具坯料的、在該接合面9上的殘留應(yīng)力降到小于等于500MPa的材料。再加熱處理的具體方法，將在蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法的實施方式中具體說明。
還有，接合面9上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力，可以利用X射線應(yīng)力測定裝置等進行測定。具體的方法，例如，首先，將特征X射線照射被檢查對象(模具坯料)的表面，測定其反射衍射線。然后，以被檢查對象(模具坯料)的表面應(yīng)力作為由平行于該表面的成分構(gòu)成的雙軸應(yīng)力，根據(jù)得到的反射衍射線的測定結(jié)果，使用彈性力學的各項公式計算得出。還有，反射衍射線的測定方法，可以例舉出薄膜法、計數(shù)管法等適合的例子。這樣的方法，例如在日本材料學會(編)，《X射線應(yīng)力測定方法》，餋賢社，1981年，中有所記載。此外，接合面9上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力的測定，也可以不使用X射線應(yīng)力測定裝置，例如，通過在模具坯料上加工溝槽時測定此時的翹曲的變化量來進行測定。
還有，由本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1擠出成形的蜂窩結(jié)構(gòu)體，例如如圖3所示，具有多孔質(zhì)的隔壁13，通過隔壁13劃分成多個作為流體流路的孔道14。這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體12，適用于作為催化劑載體，應(yīng)用于內(nèi)燃機、鍋爐、化學反應(yīng)器及燃料電池用改質(zhì)器等使用催化劑的場合，以及適用于排氣氣體中微粒子捕集過濾器等。
圖1和圖2所示模具基體2的狹縫5，是用來形成如圖3所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體12的隔壁13部分，對應(yīng)于該隔壁13的形狀，形成例如如圖1所示的格子狀。
本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1所使用的模具基體2，在第一構(gòu)件3一側(cè)形成狹縫5，在第二構(gòu)件4一側(cè)形成內(nèi)孔6。這些狹縫5和內(nèi)孔6的邊界部分(即，連通部分)，也可以不位于第一構(gòu)件3和第二構(gòu)件4的接合面9上，例如，可以是狹縫5貫穿第一板材3直接達到第二構(gòu)件4，還可以是內(nèi)孔6貫穿第二構(gòu)件4，直接到達第一構(gòu)件3。
對于本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1，狹縫5的寬度和內(nèi)孔6的開口直徑的大小等，可以根據(jù)擠出成形蜂窩結(jié)構(gòu)體12(參照圖3)的形狀適當確定，例如狹縫5的寬度，優(yōu)先選擇為5000～5μm，最好是在500～10μm。還有，內(nèi)孔6的開口直徑的大小優(yōu)先選擇10～0.1mm，最好是3～0.5mm。對于這樣的狹縫5、內(nèi)孔6的形成方法沒有特別限制，例如可以使用電解加工(ECM加工)、放電加工(EDM加工)，或者采用砂輪、鉆頭等機械加工等以往熟知的各種方法。另外，如圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1的狹縫5為方形的格子狀，但也可以是其他的多邊形的格子狀。
此外，內(nèi)孔6是用于導入由另一個面8擠出成形的成形原料，通常在狹縫5相交叉的位置上與之連通而形成。通過這樣的結(jié)構(gòu)，由內(nèi)孔6導入的成形原料，可以均一地擴展到全部狹縫5中，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高度的成形性。
如圖1和圖2所示，構(gòu)成本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1的第一構(gòu)件3的碳化鎢基硬質(zhì)合金(以下簡稱“硬質(zhì)合金”)，至少含有碳化鎢，最好是用選自鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)和鉻(Cr)中的至少一種金屬將碳化鎢燒結(jié)的合金。這樣，用選自鐵、鈷、鎳、鈦和鉻中的至少一種金屬作為粘結(jié)材料的碳化鎢基硬質(zhì)合金，耐磨損性和機械強度特別好。就具體材料而言，例如使用Co作為粘結(jié)材料的硬質(zhì)合金，可以例舉WC-Co0.1～50質(zhì)量％等。
還有，構(gòu)成本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1的第二構(gòu)件4的金屬，只要是能通過奧氏體相的冷卻而產(chǎn)生馬氏體相變、貝氏體相變及珠光體相變的三種相變中的至少一種相變的金屬即可，沒有特別的限制，該金屬最好是含有從鐵(Fe)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、銅(Cu)及鋁(Al)中選擇的至少一種金屬的金屬或者合金。這樣的金屬優(yōu)先選用不銹鋼，例如SUS630(C小于等于0.07，Si小于等于1.00，Mn小于等于1.00，P小于等于0.040，S小于等于0.030，Ni3.00～5.00，Cr15.50～17.50，Cu3.00～5.00，Nb+Ta0.15～0.45，F(xiàn)e余量(單位為質(zhì)量％))。這樣的金屬，內(nèi)孔加工比較容易且價格便宜，適合作為第二構(gòu)件4使用。而且，對于這些金屬，上述的金屬或者合金最好是含有碳(C)、硅(Si)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、鈀(Pd)等添加元素。
對于本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1，構(gòu)成模具坯料的第一構(gòu)件3和第二構(gòu)件4的厚度沒有特別限制，不過，考慮到在兩者接合時能有效減小其接合面9上的殘留應(yīng)力以及狹縫5和內(nèi)孔6的一般形狀，第二構(gòu)件4的厚度相對于第一構(gòu)件3的厚度的比例優(yōu)先選擇在0.1～200，最好為1～10。
還有，對于本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1，優(yōu)選的是，如圖4所示，模具基體2還具有配置在構(gòu)成模具坯料的第一構(gòu)件3和第二構(gòu)件4之間和/或滲透到第一構(gòu)件3和第二構(gòu)件4的至少一方的內(nèi)部的焊料層10。這樣的結(jié)構(gòu)，可以使得第一構(gòu)件3和第二構(gòu)件4接合良好。還有，在圖4中，對于與構(gòu)成如圖2所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1的各要素相同的要素，使用相同的符號表示，省略了對其的說明。
此外，在該焊料層10至少滲入到第一構(gòu)件3和第二構(gòu)件4中一方的內(nèi)部的情況下，由于焊料層10不是作為單獨的層存在，因此不必擔心由于焊料層10引起模具基體2的機械強度下降。而且，由于該焊料層不是存在于模具基體2的界面上，可以有效防止因焊材層引起的腐蝕、磨損。
因此，對于焊料層10，優(yōu)先選用其厚度薄而且可以很好地滲透到構(gòu)成第二構(gòu)件4的金屬內(nèi)的材料。具體的，構(gòu)成焊料層10的焊料，最好是含有從銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、和鋁(Al)中選擇的至少一種金屬。特別是，如果構(gòu)成焊料層10的焊料是含銅(Cu)的合金時，由于其對于可以適用于第二構(gòu)件4的不銹鋼的滲透性高而被優(yōu)先選擇。還有，如果構(gòu)成焊料層10的焊料為合金時，最好還含有鈀(Pd)、硅(Si)、錫(Sn)、鈷(Co)、磷(P)、錳(Mn)、鋅(Zn)、硼(B)等添加元素。進一步含有這些添加元素的焊料，可以控制熔點，提高接合的可靠性。
以下，對本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具制造方法的一個實施方式進行具體說明。
本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法是，在具有兩個面的板狀模具坯料的一個面上形成蜂窩狀的狹縫，并且在另一個面上形成用于導入成形原料的內(nèi)孔，來制造用于擠出成形蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，如圖5所示，將由至少含有碳化鎢的碳化鎢基硬質(zhì)合金制成的板狀第一構(gòu)件23和由能通過奧氏體相的冷卻而產(chǎn)生馬氏體相變、貝氏體相變及珠光體相變的三種相變中至少一種相變的金屬構(gòu)成的板狀第二構(gòu)件24，在加熱到第二構(gòu)件24產(chǎn)生奧氏體相變的溫度以上的狀態(tài)下進行層疊接合，使接合后的第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24以特定降溫速度降溫到第二構(gòu)件24可以發(fā)生的上述三種相變中至少一種相變的開始溫度，使構(gòu)成第二構(gòu)件24的金屬發(fā)生上述三種相變中的至少一種相變，使得第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24的接合面上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力變得小于等于1000MPa，從而得到由第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24層疊接合的模具坯料22。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可以簡便地制造如圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1。
在本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法中，形成構(gòu)成模具基體2(參照圖1)的模具坯料22時，將至少含有碳化鎢的碳化鎢基硬質(zhì)合金制成的板狀第一構(gòu)件23，和由能通過奧氏體相的冷卻而產(chǎn)生馬氏體相變、貝氏體相變及珠光體相變的三種相變中的至少一種相變的金屬材料構(gòu)成的板狀的第二構(gòu)件24，按照特定的方法進行層疊接合，使相互接合面上的拉伸及壓縮應(yīng)力小于等于1000MPa。
具體而言，首先，使用至少含有碳化鎢的碳化鎢基硬質(zhì)合金形成板狀第一構(gòu)件23，還有，使用由能通過奧氏體相的冷卻而產(chǎn)生馬氏體相變、貝氏體相變及珠光體相變的三種相變中的至少一種相變的金屬材料形成板狀的第二構(gòu)件24。這里，對于第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24的形狀沒有特別限制，不過，為了將第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24疊層而形成一整片的模具坯料22，各自表面的大小最好為大體一致。
之后，將所得的第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24進行層疊接合，使其接合面上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力小于等于1000MPa的樣子，。在本實施方式中，是在第二構(gòu)件24產(chǎn)生相變的條件下進行接合，因而能夠?qū)ζ浣雍厦娴臍埩魬?yīng)力進行調(diào)整。具體而言，將第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24在加熱到第二構(gòu)件24發(fā)生奧氏體相變的溫度以上的狀態(tài)進行層疊接合，使接合后的第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24以特定的降溫速度降溫到第二構(gòu)件24可以發(fā)生上述三個相變中至少一個相變的起始溫度，從而使第二構(gòu)件24上發(fā)生上述三種相變中的至少一個相變。
由于第二構(gòu)件24所發(fā)生的相變，其尺寸產(chǎn)生很大變化。該第二構(gòu)件24的尺寸變化的程度取決于與相變中的降溫速度、所添加的合金元素，通過對此進行調(diào)整，可以對第二構(gòu)件24的尺寸變化進行一定程度的控制。利用這一特性，在制造模具坯料22時，可以調(diào)整其降溫速度和添加元素，以使第一構(gòu)件23的尺寸變化與第二構(gòu)件24的尺寸變化接近，即，使其接合面上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力小于等于1000MPa。
還有，在本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法中，更優(yōu)選的是，對于所得的模具坯料22，在低于發(fā)生奧氏體相變的溫度范圍，以0.1～100℃/分鐘的速度進行升溫或冷卻的再加熱處理，以使其接合面上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力達到小于等于500MPa。對于模具坯料22，其接合面上殘留的應(yīng)力最好是盡可能接近于零，因此，最好是按照這樣的方法對模具坯料22進行再加熱處理，使接合面上殘留的應(yīng)力進一步減小(小于等于100MPa)。
對于上述的加熱溫度、降溫速度及降溫終止溫度，可以根據(jù)第一構(gòu)件23、第二構(gòu)件24的材質(zhì)、還有其大小等進行適當?shù)倪x擇。例如，如果第二構(gòu)件24是鐵合金的話，上述的加熱溫度在900～1200℃為宜，最好是1000～1150℃。另外，降溫速度在0.1～100℃/分鐘為宜，最好是1～10℃/分鐘。至于降溫終止溫度，只要是三種相變中的至少一種相變開始的溫度就可以，也可以是低于該溫度，例如降到室溫。
然后，對于所得的模具坯料22，在其一個面27上形成蜂窩狀的狹縫25，在另一個面28上形成與狹縫25相連通、用來導入成形原料的內(nèi)孔26，制成蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具21。形成這些狹縫25和內(nèi)孔26的工序，可以按照以往的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法來進行。例如，狹縫25可以通過用金剛石砂輪進行磨削加工、放電加工(EDM加工)來形成，內(nèi)孔26可以由激光加工、鉆削加工、電解加工等形成。
還有，對于本實施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，也可以如圖6所示，將第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24接合之前，在第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24的至少一方上形成內(nèi)孔26的至少一部分及/或狹縫25的一部分，。圖6展示的是在接合前的第二構(gòu)件24上形成內(nèi)孔26，將該第二構(gòu)件24和第一構(gòu)件23接合的工序。象這樣在模具基體21上形成內(nèi)孔26、狹縫25時，也可以在第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24相接合之前，至少形成其中的一部分。特別如圖6所示，在接合前的第二構(gòu)件24上形成內(nèi)孔26的至少一部分，可以進一步簡化內(nèi)孔26的形成工序。而且，在預(yù)先形成內(nèi)孔26之后，對該第二構(gòu)件24進行CVD等鍍覆處理，還可以提高耐磨損性。另外，如圖7所示，也可以在第二構(gòu)件24上以不完整的狀態(tài)形成內(nèi)孔26的狀態(tài)下，與第一構(gòu)件23進行接合后再將內(nèi)孔26貫通。
此外，如圖8所示，對于接合前的第二構(gòu)件24，也可以預(yù)先形成內(nèi)孔26和部分狹縫25。通過這樣的結(jié)構(gòu)，對于接合后的模具坯料22，不僅只在第一構(gòu)件23上進行狹縫25的加工，對于模具坯料22的加工工序明顯變得容易。還有，對于這樣預(yù)先形成一部分狹縫25的情況下，也可以使第二構(gòu)件24上形成的狹縫25a比原來的狹縫25的寬度多少要大一點，采用縮頸式的結(jié)構(gòu)，以使成形原料在從內(nèi)孔26到狹縫25的移動距離部分沒有阻礙的順滑移動。
此外，雖然省略了圖示，對于接合前的第一構(gòu)件，也可以先形成內(nèi)孔和狹縫的一部分，之后將第一構(gòu)件和第二構(gòu)件接合形成模具坯料。這樣，在預(yù)先形成至少部分內(nèi)孔和/或部分狹縫時，對于第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，無論在哪一個上形成均可。當然，也可以在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的雙方上形成。
當然，也可以如圖5所示，在第二構(gòu)件24上不預(yù)先形成內(nèi)孔26，得到第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24進行層疊接合后的模具坯料22，之后，在第一構(gòu)件23一側(cè)(其中之一面27側(cè))上形成狹縫25的同時，在第二構(gòu)件24一側(cè)(另外一面28一側(cè))形成內(nèi)孔26。
根據(jù)上述，可以簡便地制造如圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體形成用模具1。通過這樣的制造方法，可以對第一構(gòu)件23和第二構(gòu)件24的接合面上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力進行簡便的調(diào)整，可以確實獲得該拉伸及壓縮應(yīng)力小于等于1000MPa的模具坯料22。
實施例以下，通過實施例對本發(fā)明進行具體說明，但本發(fā)明并不限于以下的實施例。
實施例1制造蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，該模具具有模具基體，模具基體有兩個面，在其中之一面上形成蜂窩狀的狹縫，并且另一面上形成與狹縫相連通、用于導入成形原料的內(nèi)孔，將導入內(nèi)孔的成形原料從狹縫擠出而形成蜂窩結(jié)構(gòu)體模具。在實施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具中，作為形成該模具基體的模具坯料，使用將由WC-16質(zhì)量％Co的硬質(zhì)合金制成的第一構(gòu)件和由SUS630(C小于等于0.07，Si小于等于1.00，Mn小于等于1.00，P小于等于0.040，S小于等于0.030，Ni3.00～5.00，Cr15.50～17.50，Cu3.00～5.00，Nb+Ta0.15～0.45，F(xiàn)e余量(單位為質(zhì)量％))構(gòu)成的第二構(gòu)件相互層疊接合而成、使相互接合面上的拉伸及壓縮應(yīng)力為500Mpa的坯料。
此外，第一構(gòu)件的形狀是，其面的大小為80mm×80mm的正方形，厚度為2.5mm，第二構(gòu)件的形狀是，其面的大小為80mm×80mm的正方形，厚度為15mm。還有，該模具基體，在構(gòu)成第二構(gòu)件的合金(SUS630)上，滲透有大約深度為0.1mm的焊料層。對于本實施例，在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件接合之前，在第二構(gòu)件上形成內(nèi)孔和部分狹縫，第一構(gòu)件和第二板材接合后，在第一板材上形成狹縫，制成蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具。
內(nèi)孔位于格子狀的狹縫的交叉點上，開口直徑約為1mm，在第二板材上形成。狹縫是使用金剛石砂輪形成方形的格子狀。狹縫的寬度大約100μm，深度約為2.5mm，相鄰的狹縫之間的間隔約1000μm。
在實施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具中，在模具坯料上形成狹縫之后，狹縫寬度的變形量要小于等于10％，從成形精度的角度來看是沒有問題的，由于模具坯料的接合面上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力小于等于500MPa，可以確認抑制了狹縫寬度的變形。同樣的模具坯料，如果實施再加熱處理，應(yīng)力下降到小于等于50MPa，狹縫寬度的變形量會達到1％以下。至于耐磨損性，進行10000m的擠出成形后，觀測到的狹縫寬度的增加量約為2μm。
比較例1
使用全部由SUS630構(gòu)成的模具坯料，制造與實施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具同樣形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具。在與實施例1同樣的條件下，進行1000m的擠出成形，結(jié)果，觀測到大約10μm的狹縫寬度的增加，與實施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具相比，狹縫寬度增加速度大約快了50倍。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，可以實現(xiàn)高度的成形性，同時耐磨損性能優(yōu)良，因而可以實現(xiàn)高度成形性。特別是模具基體上形成狹縫的部分的耐磨損性能優(yōu)良，可以實現(xiàn)成形蜂窩結(jié)構(gòu)體的低成本化。還有，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，可以簡便地制造上述蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具。
權(quán)利要求
1.蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，其具有模具基體，模具基體有兩個面，其中之一面上形成蜂窩狀的狹縫，并且另一個面上形成與上述狹縫相連通、用于導入成形原料的內(nèi)孔，將導入上述內(nèi)孔的上述成形原料從上述狹縫中擠出成形為蜂窩結(jié)構(gòu)體，其特征在于上述模具基體是在將兩個板狀構(gòu)件層疊接合而成的模具坯料上形成上述狹縫和上述內(nèi)孔；構(gòu)成上述模具坯料的上述兩個板狀構(gòu)件分別是，構(gòu)成上述模具基體的其中之一面的、由至少包含有碳化鎢的碳化鎢基硬質(zhì)合金構(gòu)成的第一構(gòu)件，以及構(gòu)成上述模具基體的另一個面的、由能通過奧氏體相的冷卻發(fā)生馬氏體相變、貝氏體相變及珠光體相變的三個相變中至少一個相變的金屬制成的第二構(gòu)件；構(gòu)成上述模具坯料的兩個板狀構(gòu)件的相互接合面上的拉伸及壓縮應(yīng)力為0~1000MPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，其特征在于構(gòu)成上述第一構(gòu)件的上述碳化鎢基硬質(zhì)合金是用選自鐵、鈷、鎳、鈦及鉻中的至少一種金屬將碳化鎢燒結(jié)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，其特征在于構(gòu)成上述第二構(gòu)件的上述金屬材料含有從鐵、鈦、鎳、銅及鋁中選擇的至少一種金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，其特征在于相對于上述第一構(gòu)件的厚度，上述第二構(gòu)件的厚度的比例為0.1～200。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，其特征在于上述模具基體還具有配置在構(gòu)成上述模具坯料的上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件之間和/或滲透到上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件中至少一方的內(nèi)部的焊料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，其特征在于構(gòu)成上述焊料層的焊料含有選自銅、銀、金、鎳及鋁中的至少一種金屬。
7.蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，在具有兩個面的板狀模具坯料的一個面上形成蜂窩狀的狹縫，并且在另一個面上形成用于導入成形原料的內(nèi)孔，來制造用于擠出成形蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具，其特征在于將由至少含有碳化鎢的碳化鎢基硬質(zhì)合金制成的板狀第一構(gòu)件和由能通過奧氏體相的冷卻而產(chǎn)生馬氏體相變、貝氏體相變及珠光體相變的三種相變中至少一種相變的金屬構(gòu)成的板狀第二構(gòu)件，在加熱到上述第二構(gòu)件發(fā)生奧氏體相變的溫度以上的狀態(tài)下進行層疊接合；使接合后的上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件以特定降溫速度降溫到上述第二構(gòu)件可以發(fā)生的上述三種相變中至少一種相變的開始溫度，使構(gòu)成上述第二構(gòu)件的金屬發(fā)生上述三種相變中的至少一種相變，使得上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件的接合面上的殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力為0~1000MPa，從而得到由上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件層疊接合的模具坯料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，其特征在于把上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件降溫到上述至少一種相變開始的溫度時的降溫速度為0.1～100℃/分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，其特征在于對于所得的上述模具坯料，在發(fā)生奧氏體相變的溫度以下的溫度范圍內(nèi)，以0.1～100℃/分鐘的速度進行升溫或冷卻的再加熱處理，使得上述接合面上殘留的拉伸及壓縮應(yīng)力為0~500MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任何一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，其特征在于在上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件進行層疊時，在二者之間配置箔狀的焊料。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任何一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，其特征在于在上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件接合之前，至少在上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件中的一方上形成上述內(nèi)孔的至少一部分和/或上述狹縫的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任何一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具的制造方法，其特征在于將上述第一構(gòu)件和上述第二構(gòu)件層疊接合獲得上述模具坯料之后，在上述第一構(gòu)件一側(cè)形成狹縫，并且在上述第二構(gòu)件一側(cè)形成內(nèi)孔。
全文摘要
本發(fā)明提供了可實現(xiàn)高度成形性并且耐磨損性能優(yōu)良的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具。蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模具1具有模具基體2；該模具基體2具有兩個面7和8，在面7上形成蜂窩狀的狹縫5，另一個面8上形成用于導入成形原料的內(nèi)孔6；模具基體2由構(gòu)成模具基體2的一個面7一側(cè)的、至少包含有碳化鎢的碳化鎢基硬質(zhì)合金構(gòu)成的第一構(gòu)件3和成為模具基體2的另一面8一側(cè)的、由能通過奧氏體相的冷卻得到馬氏體相變、貝氏體相變及珠光體相變的三個相變中至少一個相變的金屬材料制成的第二構(gòu)件4層疊接合而形成，用來形成；兩個板狀構(gòu)件3和4相互間的接合面上的拉伸及壓縮應(yīng)力小于等于1000MPa。
文檔編號B23K20/00GK1733440SQ200510090219
公開日2006年2月15日 申請日期2005年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月11日
發(fā)明者高橋博紀, 細川博史, 近藤好正, 弘永昌幸 申請人:日本礙子株式會社