專利名稱：成形工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成形工具和一種改變工件或可延展復(fù)合物(a ductile compound )的表面的方法，其中，工件或可延展復(fù)合物的至少一 個(gè)表面與成形工具的表面至少接觸一次，且還涉及一種使成形工具的外 表面形成紋理(或形成結(jié)構(gòu))的方法。
背景技術(shù)：
在材料加工工業(yè)中有許多類型的成形操作。例如，在金屬工業(yè)中， 成形操作可能包括*擠壓過(guò)程，把這種過(guò)程定義為通過(guò)迫使該材料通過(guò)模子中具有一 定形狀的開(kāi)孔使材料比如鋁具有 一定形狀的過(guò)程。被擠壓的材料作為一 個(gè)細(xì)長(zhǎng)的件產(chǎn)生出來(lái)，此件有與模子開(kāi)孔相同的形狀。*拉絲(或拉絲)過(guò)程，這是一種使金屬變細(xì)的過(guò)程，在這種過(guò)程 中，推或者拉一個(gè)細(xì)桿使它通過(guò)單一的模子或者通過(guò)一系列連續(xù)的模 子，從而減少它的直徑。因?yàn)榧?xì)線的體積保持不變，所以細(xì)線的長(zhǎng)度將 3姿照它的新直徑改變。例如，在塑料工業(yè)中，成形操作可能包括魯聚合物處理(或加工)，比如壓延(calendering)。工件是具有確定尺寸和形狀或者沒(méi)有確定尺寸和形狀的未成形的 塊體或者預(yù)先成形的塊體。例如， 一個(gè)金屬或塑料的實(shí)心塊體是一個(gè)工 件。在擠壓過(guò)程中，工件例如是一個(gè)坯段(a billet)。在拉絲過(guò)程中， 工件例如是一個(gè)桿。在聚合物加工處理過(guò)程中，工件例如是由塑料制成 的單層薄膜，或者是至少一個(gè)由塑料制成的多層薄膜。可延展復(fù)合物是一種處于固態(tài)到半固態(tài)的未成形材料。在聚合物加 工中，可延展復(fù)合物例如是至少部分地變軟的，熔化的或者甚至是可以 流動(dòng)的整體材料，薄片，平板或薄膜材料，這些材料由塑料制成，或者 有至少一個(gè)塑料表面層。在本發(fā)明中，形成紋理(或形成結(jié)構(gòu))的表面意味著不希望該表面 是平滑的。當(dāng)然，大多數(shù)表面不是完全平滑的，但是將很容易理解到形成紋理的表面的含義包括把它定義為有故意的粗糙度，圖案，突起， 凹陷，脊，和溝槽，或者有雕刻狀結(jié)構(gòu)的表面，這些結(jié)構(gòu)將會(huì)轉(zhuǎn)移到工 件的表面上，使得工件的表面也不平滑?？梢詫⑾襁@樣的成形操作用于聚合物加工。在這樣的成形操作的過(guò) 程中，與成形工具的成形表面接觸的工件表面的外觀在成形之后典型地 與成形工具的成形表面的表面外觀相同或者類似。因?yàn)槎喾N因素比如通 過(guò)成形工具施加的載荷大小或者工件材料的物理性質(zhì)對(duì)變形的程度有 影響，所以，工件上的表面可能不是成形工具表面的精確復(fù)制品?？紤] 到這些因素調(diào)整成形條件是常規(guī)的操作。為了確保產(chǎn)生工件上的最后表 面，成形工具的表面常?？赡苁潜豢浯蟮摹Ｒ灿性S多情況，在這些情況下，為了帶來(lái)特定的利益，希望改變工 件的表面。可能純粹是為了裝飾的原因改變工件的表面。也可能是為了 獲得想要的物理特性、目的是在特別的應(yīng)用中改進(jìn)物品的性能而改變工 件的表面，在這種情況下，這種性能強(qiáng)烈地依賴于工件的表面特性。成形工件在它們的表面上可以有一種帶結(jié)構(gòu)的表面，通過(guò)多種方法中的一種方法制備出這種表面。這些已知的方法包括EDT (放電加工) 形成紋理構(gòu)造，噴砂、或噴射硬化，枳4戒刷磨，形成紋理的Cr沉積(也 被稱為T(mén)叩ocrom),等等。這些方法形成的工作表面本質(zhì)上是隨機(jī)的， 并且在成形過(guò)程之后，這種表面結(jié)構(gòu)基本上被轉(zhuǎn)移到工件的表面上。其 它已知的方法包括激光束或電子束形成結(jié)構(gòu)，這些方法可以產(chǎn)生確定的 結(jié)構(gòu)。確定的結(jié)構(gòu)可能顯示出一種圖案，或者可能有特定的設(shè)計(jì)，并且 可能例如包括印字，印上圖畫(huà)，形成才各柵，或者印上商標(biāo)。在多次通過(guò) 壓花(pass embossing)的情況下，確定性的結(jié)構(gòu)可能造成干涉效應(yīng)，而 隨機(jī)的結(jié)構(gòu) 一般不會(huì)造成這種效應(yīng)。在上面提到的聚合物加工中釆用的工作輥中，可以通過(guò)進(jìn)行才幾械加 工將確定的結(jié)構(gòu)加到工作輥的表面上，但是，這樣的工作輥的壽命有限， 然后，它們需要整修(refurbished),或者需要重新進(jìn)行機(jī)械加工，而 這些操作是費(fèi)錢(qián)的并且是費(fèi)時(shí)的。進(jìn)而，由于成形工具的成形表面的磨 損，確定性結(jié)構(gòu)進(jìn)入工件表面里面的凹坑的品質(zhì)可能隨著時(shí)間退化，導(dǎo) 致在長(zhǎng)的生產(chǎn)進(jìn)程中最后產(chǎn)品的品質(zhì)會(huì)改變。在上面提到的大多數(shù)成形操作中，逐漸地出現(xiàn)更換用于成形的工具 的需要，或者有對(duì)這些工具進(jìn)行整修的需要。6常常通過(guò)將保護(hù)層添加到成形工具與工件接觸的表面上延長(zhǎng)成形 工具的壽命。在采用模子和沖頭的成形操作中，通常將這樣的保護(hù)涂層 沉積到工具的工作表面上，而沒(méi)有任何接續(xù)的成形步驟，即，以下述方式把涂層加到工作表面上所要求的形狀依然由主體確定的形狀以及成 形工具自身的形狀獲得。使這些保護(hù)涂層有確定性特點(diǎn)的非常精細(xì)的詳細(xì)設(shè)計(jì)是可能的。較 小的表面特點(diǎn)是有意義的，這是因?yàn)檫@些特點(diǎn)可以產(chǎn)生有意義的效應(yīng)。 一個(gè)已知的效應(yīng)是由復(fù)雜的衍射圖案可以產(chǎn)生圖像。為了產(chǎn)生出復(fù)雜的 衍射圖案，切割線的寬度為亞微米量級(jí)，用傳統(tǒng)的工具加工方法直接在'先;技術(shù)的形成表面結(jié);勾的方L有許多缺點(diǎn)。成形工、i逐漸地磨損，重新整修它們或者很費(fèi)錢(qián)、或者很困難。另外，產(chǎn)生確定性的結(jié)構(gòu);f艮困難，并且有時(shí)是不可能的。在成形工具的涂層內(nèi)產(chǎn)生非常精細(xì)的亞微米量級(jí)的確定性結(jié)構(gòu)特別困難。進(jìn)而， 一般為了單一目的使用成形工 具，即，采用一種形狀或一種表面結(jié)構(gòu)。從容易并且直截了當(dāng)?shù)馗淖兂?形工具表面的意義上看，成形工具不能提供強(qiáng)的適應(yīng)能力。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新的成形工具，這種成形工具的表面 可能很容易改變，并且可以產(chǎn)生出有確定性結(jié)構(gòu)和非常精細(xì)的確定性結(jié) 構(gòu)的成形工具，可以將所述表面特征轉(zhuǎn)移到工件上。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種采用自身有形成一定紋理結(jié)構(gòu)的 表面的成形工具改變工件表面的新方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是可以很容易地并且不費(fèi)錢(qián)地產(chǎn)生成形工具 的表面，并且逐漸地重新整修成形工具的表面，另一目的是提供一種制 備和整修這樣的成形工具的方法。發(fā)明內(nèi)容由獨(dú)立的權(quán)利要求1所述的特點(diǎn)解決這一問(wèn)題。 由金屬玻璃制成的或者包含至少一個(gè)金屬玻璃層的成形工具是下面工具中的一種a) 擠壓機(jī)的成形工具；b) 拉絲機(jī)(或拉制機(jī)器)的模子；c) 聚合物處理(或加工)單元的輥。在第一實(shí)施例中，前面提到的擠壓機(jī)的工具包括至少一個(gè)作為基底 的本體和按照本發(fā)明的至少一個(gè)金屬玻璃層，把該金屬玻璃層直接或間接加在工具本體上。至少把金屬玻璃層施加到工作表面上。有金屬玻璃 層的擠壓工具可能是直接被包括在工件成形過(guò)程中的工具，比如擠壓模子，模子組件(工具堆積體)或心軸。模子組件可能包括模子，支持物， 襯墊物，模子心軸或模子帽蓋。進(jìn)而，前面提到的有金屬玻璃層的擠壓 工具也可能是間接被包括在工件成形過(guò)程中的一種工具，比如容器 (壁)，加壓柱塞，壓頭，或者模型塊體。這些工具的基底可能是硬鑄 4失或》更鋼中的一種。在第二實(shí)施例中，上面提到的擠壓工具也可能完全由金屬玻璃制 成。因此，作為整體材料使用金屬玻璃。由金屬玻璃制成的工具的工作表面耐磨，因此壽命長(zhǎng)。進(jìn)而，金屬玻璃表面^f吏得重新加工該工具比4支容易，通過(guò)加熱已經(jīng)磨損的表面并且重建金屬玻璃表面即可。可以使用按照本發(fā)明的擠壓機(jī)生產(chǎn)由金屬特別是由鋁或鋁合金制 成的型材段。使用有按照本發(fā)明的擠壓工具的擠壓機(jī)生產(chǎn)由塑料制成的 型材也是可能的。包括按照本發(fā)明的金屬玻璃層的拉絲機(jī)的工具可能是前面已經(jīng)提 到過(guò)的模子或拉制板。將金屬玻璃層施加在工具上，至少施加到它的工 作表面上。這些工具的基底可能是硬鑄鐵，硬鋼，鉆石或紅寶石中的一 種。整個(gè)成形工具(模子)由金屬玻璃制成也是可能的。因此，作為整 體材料使用金屬玻璃。機(jī)器可以是一臺(tái)連續(xù)的拉絲機(jī)，或者是一臺(tái)單一塊體機(jī)器。連續(xù)的 拉絲機(jī)包括一系列模子，從而通過(guò)重復(fù)地將工件拉過(guò)逐漸減小的模子、 將工件及金屬桿減小到要求的直徑和性質(zhì)。 -由金屬玻璃制成的模子的工作表面耐磨，因此壽命長(zhǎng)。進(jìn)而，金屬玻璃表面使得重新加工該工具比4支容易，通過(guò)加熱已經(jīng)磨損的表面并且 重建金屬玻璃表面即可?？梢允褂美z單元生產(chǎn)由金屬例如鋁，鋁合金，銅，銅合金，鐵或 鋼制成的細(xì)線。聚合物加工可能是一種壓延過(guò)程，在這種情況下，涂有按照本發(fā)明 的金屬玻璃的工具是壓延單元的有平滑表面或者有確定的形成紋理的8表面的一個(gè)或多個(gè)工作輥。聚合物加工可能是在最好被冷卻的輥上鑄制(casting)薄膜，薄片 或平板的過(guò)程。這些輥可以是被壓花的，可以將塊體玻璃材料的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 移到熔化的或者變軟的聚合物上，產(chǎn)生圖案或拓樸結(jié)構(gòu)。在實(shí)現(xiàn)壓花之 后將聚合物固化。塑料可以是被擠壓的。主要應(yīng)用中的一種應(yīng)用可能是 由單層或多層薄膜制成的包裝材料。聚合物加工也可能是一種涂布過(guò)程，其中用 一個(gè)塑料層涂布薄片材 料。在這樣的過(guò)程中，用一種塑料涂布薄片材料比如包裝薄膜。薄片材 料可能是單一個(gè)薄膜或者是由不同材料組成的多層薄膜。涂布可能是一 種擠壓涂布過(guò)程，借助于涂布刀的涂布，浸漬涂布，借助于輥(輥涂布 機(jī))的涂布，或者壓延涂布過(guò)程。在所有這些過(guò)程中，包括按照本發(fā)明 的金屬玻璃層的工具是有平滑表面或有確定的形成紋理的表面的一個(gè) 或多個(gè)輥。聚合物加工也可能是一種已經(jīng)涂布的薄片材料，層壓的薄片材料或 者單層薄膜或甚至是包含至少一個(gè)由塑料制成的表面層的薄片或平板程。在這種情況下，包括按照本發(fā)明的金屬玻璃層的工具是有確定的形 成紋理的表面的壓花輥，最好是被冷卻的壓花輥由金屬玻璃制成的輥的工作表面耐磨，因此壽命長(zhǎng)。進(jìn)而，金屬玻 璃表面使得重新加工該工具比較容易，通過(guò)加熱已經(jīng)磨損的表面并且重 建金屬玻璃表面即可。進(jìn)而，可以很容易地按照另一塊模板改變輥的可 能已經(jīng)形成紋理的表面。輥的本體可以由金屬制成。在聚合物處理單元中成形的工件或可延展的復(fù)合物的形式可能是 薄膜，薄片，平板或可流動(dòng)的整體材料。薄膜，薄片或平板材料可以由單一的塑料層制成，或者可以是包含至少一個(gè)塑料層最好包含至少一個(gè) 塑料表面層的多層系統(tǒng)。多層系統(tǒng)的其它材料可以是其它的塑料，金屬 箔，增強(qiáng)的纖維或纖維織物。塑料最好是一種熱塑性材料。在成形過(guò)程中，可以用金屬玻璃涂布或者由金屬玻璃制作出比一個(gè) 多的成形工具?？梢杂孟嗤幕虿煌慕饘俨ＡР牧贤坎蓟蛘哂上嗤?或不同的金屬玻璃材料制作出這樣的加工單元的工具。因此，本發(fā)明的第一方面是成形工具的特征在于它包括基底和在 該成形工具的至少工作表面上的一個(gè)金屬玻璃層，并且，金屬玻璃層有形成紋理的表面，目的是為了在工件的表面復(fù)制出金屬玻璃層的形成紋 理的表面。將很容易理解，金屬玻璃層不需要直接鄰近成形工具的工作表面， 可以包括其它的中間層和功能層，例如包括一個(gè)柔性層，補(bǔ)償熱膨脹系 數(shù)的差別。金屬玻璃是多組分的金屬合金，當(dāng)以足夠快的速率把它由熔化狀態(tài) 冷卻時(shí)，當(dāng)固化時(shí)它最好保持一種非晶體的狀態(tài)。金屬玻璃也可能是在 冷卻之后當(dāng)固化時(shí)稍微結(jié)晶化或部分結(jié)晶化的材料。這些材料的強(qiáng)度可 以高到鋼的強(qiáng)度的兩倍，有更強(qiáng)的耐磨和耐腐蝕能力，并且有比鋼更高 的彈性系數(shù)值。適宜于在這里描述的目的的金屬玻璃可以例如是下面的一般合金體系構(gòu)成的一組中的任何一種Au-Pb-Sb, Pd-Ni-P, La-Al-Ni, La-Al-Cu， La-Al-Ni-Cu, Mg-Cu-Y, Zr-Al-Ni-Cu, Zr-Ti-Cu-Ni誦Al ， Zr-Ti-Cu隱Ni-Be, Zr-Ti陽(yáng)Nb-Cu-Ni-Be, Pd隱Cu-Ni-P, Ni-Nb隱Ta, Al-Co-Zr, Al-Ni-Ce-B, Al-Ni-Y-Co-B。這些合金體系特別有用，這是因?yàn)橐员绕渌饘俨Ａ乃俾世鋮s 它們?nèi)匀豢梢员３炙鼈兊姆蔷w狀態(tài)?？梢允褂玫?一種特別的合金是包 含下述重量百分比的合金Zr 56.2， Ti 13.8, Nb 5, Cu 7, Ni 5.5, Be 12.5。 可以將它們冷卻，使得金屬玻璃的厚度為0.01到10毫米的量級(jí)。在本 發(fā)明中這很重要，這是因?yàn)椴Ａ繉邮窃诨咨?，并且結(jié)合起來(lái)的熱質(zhì) 量(the combined thermal mass )意味著非?？斓睦鋮s速率不總是可能的。在許多情況下，可以使用基底自身作為有效的吸熱源，或者單獨(dú)地使用、 或者與其它的冷卻裝置結(jié)合起來(lái)使用。在本發(fā)明制作出非常精細(xì)的確定性結(jié)構(gòu)的情況下，金屬玻璃層的厚 度不需要非常厚。例如，它可以是0.001毫米與2毫米之間的一個(gè)薄層。 在想要的表面結(jié)構(gòu)包含較多的突起結(jié)構(gòu)的情況下，金屬玻璃層最好比較 厚，厚度在0.5毫米與30毫米之間。對(duì)于許多應(yīng)用不需要有過(guò)量太多的 玻璃，這是因?yàn)檫@樣可能簡(jiǎn)單地浪費(fèi)了材料，但是需要玻璃足夠多，使 得能夠在它的表面內(nèi)形成要求的結(jié)構(gòu)。金屬玻璃的厚度下限例如為 0.001毫米，最好為0.5毫米。金屬玻璃的厚度上限取決于想要的應(yīng)用， 但是例如不大于30毫米，最好20毫米，更可取地為8毫米，甚至更可 取地為5毫米?；卓梢詾榭赡茉谇懊嫣岬降某尚畏椒ㄖ腥魏?一 種方法中使用的 傳統(tǒng)成形工具典型的任何適當(dāng)?shù)男螤睢?duì)于金屬玻璃將要沉積到其上的 表面的形狀沒(méi)有任何要求。不需要將金屬玻璃層沉積到整個(gè)成形工具 上，而僅只需要沉積在與要成形的工件或者要改變的工件接觸的那個(gè)表 面上，在這里4巴那個(gè)表面成為工作表面。換句話i兌，工作表面是成形工具的那個(gè)表面通過(guò)該表面將負(fù)載施加到工件上。工作表面可能是基本 上平面的，或者可能是具有一定形狀的，(其含義是形狀表面至少在 兩個(gè)方向上改變)。替代地，工作表面的形狀可能是圓柱體表面的至少 一段，如對(duì)于聚合物處理單元的工作輥的可能情況那樣。在后面的情況 下，基底自身可能是至少部分圓柱形的，或者它可能是一個(gè)完整的圓柱。本發(fā)明的一個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)在于金屬玻璃層的已經(jīng)形成紋理的表面可 以有非常精細(xì)的確定性結(jié)構(gòu)。形成紋理的表面是確定的是本發(fā)明的一個(gè) 優(yōu)選實(shí)施例，而確定的形成紋理的表面包含尺寸為亞微米級(jí)的結(jié)構(gòu)是本 發(fā)明更優(yōu)選的實(shí)施例。本發(fā)明的第二方面是改變工件表面的一種方法，其中該工件的至少 一個(gè)表面與成形工具的已經(jīng)形成紋理的表面接觸至少一次，其特征在 于，成形工具包括基底和至少在該成形工具的工作表面上的一個(gè)金屬玻 璃層，并且，該金屬玻璃層有形成紋理的表面，/人而金屬玻璃層的形成 紋理的表面在工件表面上復(fù)制。由于它的組成和厚度金屬玻璃層的性質(zhì)典型地與上面聯(lián)系著成形 工具描述的相同。同樣，形成紋理的表面可能本質(zhì)上是隨機(jī)的，但是形 成紋理的表面最好是確定性的，它包含尺寸為亞微米級(jí)的結(jié)構(gòu)甚至是更 可取的。這種性質(zhì)的成形操作常常在多次重復(fù)的作用中實(shí)現(xiàn)，因此，本發(fā)明 的另一實(shí)施例在于這種方法包括工件與成形工具之間的多次接觸。常 常希望如此，這是因?yàn)樾纬杉y理的特點(diǎn)由成形工具的表面向工件上的轉(zhuǎn) 移很少是理想的，為了在工件上產(chǎn)生最后要求的表面可能需要不止一次 的加壓。此外，結(jié)構(gòu)由成形工具向工件的轉(zhuǎn)移可能在非常低的載荷下進(jìn)行， 使得工件的厚度只有非常小的減小或者完全不減小。在壓花中這一點(diǎn)特 別有用。 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括在塑料的加工中采用這種方法，在這種情 況下，成形工具是聚合物處理單元的工作輥。本發(fā)明的另一方面是一種在成形工具的外表面形成紋理的方法，其 特征在于，該成形工具包括基底和一個(gè)金屬玻璃層，所述方法包括如下步驟(a) 至少把金屬玻璃層的外表面加熱到比它的玻璃轉(zhuǎn)變溫度高的溫度,(b) 使金屬玻璃層的外表面與模板的形成紋理的表面在壓力下接 觸持續(xù) 一段時(shí)間，使得已經(jīng)形成一定形狀的表面被復(fù)制在金屬玻璃層的外表面上，在金屬玻璃層上產(chǎn)生形成紋理的外表面，(c )以足夠快的速率至少把金屬玻璃層的已經(jīng)形成紋理的外表面 冷卻，在整個(gè)金屬玻璃層中保持一種非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)或者保持大部分非晶 體的結(jié)構(gòu)，(d)以及將成形工具與模板分開(kāi)，模板的形成紋理的表面的特點(diǎn) 被保留在金屬玻璃層的形成紋理的外表面上。已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)可以把金屬玻璃的表面加熱直到它們變軟的 程度，并且隨后把它們壓到一個(gè)模板上，該模板在它的表面上有在金屬 玻璃的表面上想要的構(gòu)造或圖案。在與模板接觸之后，至少將金屬玻璃 層的外表面冷卻，并且將它與模板分開(kāi)。當(dāng)然，金屬玻璃層自身整體也 將冷卻到某種程度，它可能甚至以與外表面冷卻速率類似的速率冷卻。 冷卻速率足夠快，使得在整個(gè)金屬玻璃中保持非晶體狀態(tài)。已經(jīng)被復(fù)制 在金屬玻璃的外表面中的模板的表面結(jié)構(gòu)在冷卻之后被保留在金屬玻 璃層的外表面中。在模板的表面結(jié)構(gòu)包括大量的凹陷和刻痕的情況下， 金屬玻璃層的某些部分也可能變形，使得金屬玻璃層整體呈現(xiàn)相同的外 部形貌。這樣形成的有金屬玻璃層的成形工具隨后被用來(lái)改變所選擇的 工件的表面。模板可以由傳統(tǒng)的材料比如銅，鋁或鋼制成，但是最好由能夠經(jīng)受 所遇到的溫度和壓力的材料制成。因此，鋼^t板或鎳模板是優(yōu)選的。為 了使在涉及的相當(dāng)高的溫度下模板與金屬玻璃分開(kāi)變得容易，可以將一 種脫開(kāi)劑在與變軟的金屬玻璃接觸之前加到模板的表面上。在與模板接觸之后，必須以足夠快的速率冷卻金屬玻璃，確保金屬 玻璃在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下保持它的非晶體的結(jié)構(gòu)。為此必須的冷卻速率 將取決于所使用的金屬玻璃，但是正常地冷卻速率將大于每秒10QC,最 好大于每秒100GC,更可取地大于每秒200GC。在某些情況下，例如在金屬玻璃有大的臨界鑄造厚度或者金屬玻璃的厚度小的情況下，可以通 過(guò)采用強(qiáng)迫的氣體例如空氣實(shí)現(xiàn)有效的冷卻，但是在其它情況下，可能 必須采取措施產(chǎn)生較快的冷卻速率，比如采用流體例如水或水噴霧。其 它的冷卻手段是高熱導(dǎo)率的固體材料，比如金屬，最好是銅和類似物。


現(xiàn)在將參考著下面的示例說(shuō)明本發(fā)明。圖1示出了實(shí)現(xiàn)壓花的壓延才幾(an embossing calender)的示意圖； 圖2為形成金屬玻璃層外表面的紋理的一種方法的示意圖，在這種 情況下涉及的是聚合物處理單元的工作輥； 圖3示出了擠壓機(jī)的模子組件； 圖4示出了^立絲才幾；以及 圖5是細(xì)線直徑減小的放大圖。
具體實(shí)施方式
在圖l中，實(shí)現(xiàn)壓花的壓延機(jī)1包括一個(gè)紅外加熱器2，它使連續(xù)的薄片材料7變軟，或者至少使它的表面變軟。薄片材料7可以是塑料薄片，或者是由一種或多種不是塑料的材料制成、涂有一種塑料的薄片。 薄片材料可包括例如金屬，增強(qiáng)的纖維，或者纖維織物。隨后借助于涂有金屬玻璃的經(jīng)過(guò)淬火的壓花輥對(duì)薄片材料的已經(jīng)變軟的或者熔化的 塑料表面實(shí)現(xiàn)壓花。壓花輥與第二輥3相互作用，產(chǎn)生對(duì)通過(guò)輥隙的薄 片材料產(chǎn)生7相反的壓力。壓延單元1還包括對(duì)反向壓力輥3進(jìn)行冷卻 的一個(gè)冷卻輥5和對(duì)薄片材料進(jìn)行冷卻的冷卻輥6。在圖2中，成形工具20的形式為聚合物處理單元的圓柱形工作輥， 如例如在圖1中描述的那樣。成形工具20包括一個(gè)圓柱形的基底21和 在工作表面22上的一個(gè)金屬玻璃層23。在這個(gè)實(shí)施例中，將圓柱形的 成形工具做成可以轉(zhuǎn)動(dòng)，并且用一個(gè)適當(dāng)?shù)募訜崞?4至少把金屬玻璃 層23的外表面27a加熱到金屬玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上。在玻璃轉(zhuǎn)變 溫度以上，金屬玻璃層，至少它的外表面，已經(jīng)足夠地軟，可以改變。 隨后使得金屬玻璃層的外表面與一個(gè)模板25接觸。在這個(gè)示例中，模 板是一個(gè)鎳填隙片，它至少在一個(gè)表面有形成紋理的表面26,這種結(jié)構(gòu) 本質(zhì)上或者是隨機(jī)的，或者是確定性的。使模板的形成紋理的表面26與金屬玻璃的變軟的外表面接觸、并且在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輥28a和28b的幫助 下施加壓力。在接觸之后，金屬玻璃層的外表面被改變，并且將此外表 面轉(zhuǎn)變成金屬玻璃層的形成紋理的外表面27b。為了保存金屬玻璃層的 新的已經(jīng)形成紋理的外表面，至少以足夠快的速率將金屬玻璃層已經(jīng)形 成紋理的外表面冷卻，在整個(gè)金屬玻璃層上保持非晶體結(jié)構(gòu)。由工作表 面和外表面將金屬玻璃層冷卻同樣是可能的。這種方法可以是一個(gè)連續(xù) 的系統(tǒng)，在這里描述的表面改變方法可以重復(fù)多次也在本發(fā)明的范圍以 內(nèi)。如果在本實(shí)施例中是這種情況，金屬玻璃層的已經(jīng)形成紋理的外表 面27b通過(guò)進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)如前面那樣被第二次或第三次加熱，并且由于 與模板接觸第二次或第三次地形成結(jié)構(gòu)或紋理。這樣，如果認(rèn)為金屬玻 璃層的初始的已經(jīng)形成紋理的外表面對(duì)于想要達(dá)到的目的還不夠，可以 進(jìn)一步改進(jìn)和精制該外表面。在另一實(shí)施例中，可以圍繞另外一系列輥(未示出)將模板送回到 一個(gè)連續(xù)的環(huán)的開(kāi)始點(diǎn)。在這種情況下，可能要仔細(xì)地控制模板的長(zhǎng)度， 使它與基底的圓柱形工作輥的直徑相對(duì)應(yīng)，特別是如果要產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)是 確定性結(jié)構(gòu)的情況下要注意這一點(diǎn)。在位置B的區(qū)域使成形工具與模板 分開(kāi)。在某些情況下，例如當(dāng)玻璃轉(zhuǎn)變溫度很高、并且金屬玻璃與模板 有粘在一起的危險(xiǎn)時(shí)，將一種適當(dāng)?shù)拿撻_(kāi)劑加到^t板的形成紋理的表面 上，使分開(kāi)變得比較容易。一種典型的加熱器是感應(yīng)加熱器，通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α骷訜崞魅缂t外加 熱器那樣實(shí)現(xiàn)加熱，但是，典型的加熱器也可以包括例如接觸加熱器， 火焰加熱器，Joule效應(yīng)加熱器，或者任何其它適當(dāng)?shù)募訜嵫b置。甚至當(dāng)模板與成形工具接觸時(shí)、即在這種情況下它們還沒(méi)有分開(kāi)之 前，就可以開(kāi)始冷卻金屬玻璃層已經(jīng)形成紋理的外表面和金屬玻璃層自 身?？梢杂勺鳛槲鼰嵩吹幕椎木薮蟊倔w自身實(shí)現(xiàn)冷卻，可以用裝在基 底內(nèi)的冷卻系統(tǒng)改進(jìn)冷卻。對(duì)于圓柱形的工作輥通常包括一個(gè)冷卻流體 比如冷卻水的系統(tǒng)，可以使用這個(gè)系統(tǒng)幫助提供所要求的快速冷卻。通 過(guò)在標(biāo)記著B(niǎo)的區(qū)域附近將氣體例如空氣的強(qiáng)迫冷卻加到出口側(cè)可以 進(jìn)一步增強(qiáng)冷卻。隨后可以在聚合物加工或塑料涂布過(guò)程中使用其表面按照?qǐng)D2所示 的方法形成紋理的成形工具改變工件或可延展復(fù)合物比如層壓件或如 圖1中所描述的薄膜或包裝品的結(jié)構(gòu)。圖3示出了生產(chǎn)金屬型材32a， 32b的擠壓機(jī)的一個(gè)模子組件31。 用一個(gè)金屬玻璃層涂布該模子的工作表面，這層金屬玻璃層耐磨損，并 且這層金屬玻璃層使得整修已經(jīng)磨損的模子比較容易，只要筒單地通過(guò) 重建此金屬玻璃層即可實(shí)現(xiàn)整修。圖4示出了一臺(tái)拉絲機(jī)，此機(jī)器包括一根細(xì)線桿42,第一和第二才莫 子45a,b,拉絲塊體43, —個(gè)滑輪和速度控制裝置44，以及一個(gè)成品拉 制塊體46。用一個(gè)金屬玻璃層涂布模子45a,b的工作表面，這層金屬玻 璃層耐磨損，并且這個(gè)金屬玻璃層使得整修已經(jīng)磨損的模子比較容易， 只要簡(jiǎn)單地通過(guò)重建此金屬玻璃層即可實(shí)現(xiàn)整修。圖5示出了細(xì)線直徑縮小的放大圖，包括一個(gè)細(xì)線47,它有較粗的 部分48和通過(guò)才莫子之后4交細(xì)的部分49。按照本發(fā)明的工具和過(guò)程提供了許多優(yōu)點(diǎn)。這些工具和過(guò)程使得由 一個(gè)制造工廠到另一個(gè)工廠可以有較大程度的復(fù)制能力。例如，因?yàn)榭?以采用相同的才莫^反生產(chǎn)出幾乎相同的工具，所以，在不同的地方可以產(chǎn) 生兩個(gè)類似的成形工具?？梢詫⒉拍逵梢粋€(gè)制造工廠移動(dòng)到另一個(gè)工 廠，可以在不同的地方以精確相同的方式形成成形工具的工作表面的結(jié) 構(gòu)。這樣將確保被制造出的最后形式的工件的一致性。進(jìn)而，可以采用 第 一次形成紋理的成形工具作為主控工具，并且可以采用它產(chǎn)生多塊才莫 板，為的是在其它地方使用，同樣使得由一個(gè)制造工廠到另一個(gè)工廠的 生產(chǎn)一致。所描述的過(guò)程可以以簡(jiǎn)單并有效的方式產(chǎn)生非常小的表面特征和 確定性的表面特征。在許多成形工業(yè)中這將帶來(lái)范圍廣泛的利益，并且 有去掉某些后續(xù)加工步驟的潛在可能性。例如，如果成形操作也能夠?qū)?工件打標(biāo)記，就可以去掉采用另一個(gè)過(guò)程接著打標(biāo)記或者進(jìn)行印刷的步 驟。這給使用者提供了一種手段，更容易地并且有特色地使它們所制造 出的產(chǎn)品有個(gè)性。按照本發(fā)明的工具和過(guò)程使延長(zhǎng)成形工具的壽命變得容易。金屬玻 璃層的性質(zhì)很好地適宜于延長(zhǎng)工具壽命。它們很高的彈性應(yīng)變極限與高 強(qiáng)度和高粗糙度結(jié)合起來(lái)意味著在成形過(guò)程中金屬玻璃層保持在完全 彈性范圍內(nèi)，離開(kāi)金屬玻璃的屈服強(qiáng)度很遠(yuǎn)。結(jié)果，金屬玻璃層的形成 紋理的表面能夠保持它的完整性比其它的成形工具保護(hù)層長(zhǎng)得多。進(jìn)而，通過(guò)重新加熱金屬玻璃表面層、并且以與以前已經(jīng)成形的方式精確相同的方式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整修，可以進(jìn)一 步延長(zhǎng)成形工具和它的工 作表面的壽命，并且可以4艮容易地校正表面結(jié)構(gòu)品質(zhì)的任何退化。此外，相同的處理和整修過(guò)程使得制造者可以用最小的工作量改變 工作表面的結(jié)構(gòu)。這將在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中提供更大的靈活性。
權(quán)利要求
1.一種成形工具(20)，其特征在于，所述成形工具包括工具本體(21)和在所述成形工具(20)的至少工作表面(22)上的至少一個(gè)金屬玻璃層(23)，而所述成形工具是下面工具中的一種a)擠壓機(jī)的成形工具；b)拉絲機(jī)的模子；c)聚合物處理單元的輥。
2. 按照權(quán)利要求1所述的成形工具，其特征在于，金屬玻璃層有平 滑的表面。
3. 按照權(quán)利要求1所述的成形工具，其特征在于，金屬玻璃層(23) 有形成紋理的表面(27b),目的是為了在工件或可延展的復(fù)合物的表 面復(fù)制出金屬玻璃層的形成紋理的表面(27b)。
4. 按照權(quán)利要求1到3所述的成形工具，其特征在于，在成形工具 的工作表面與金屬玻璃層之間存在有至少一個(gè)另外的功能層。
5. 按照權(quán)利要求1到4所述的成形工具，其特征在于，金屬玻璃層 的厚度下限為l微米，最好10微米，最可取為500微米，厚度的上限 為30毫米，最好10毫米，最可取為5毫米。
6. 按照權(quán)利要求1到5所述的成形工具，其特征在于，基底的工作 表面基本上是平面的。
7. 按照權(quán)利要求1到6所述的成形工具，其特征在于，金屬玻璃的 形成紋理的表面是確定的。
8. 按照權(quán)利要求7所述的成形工具，其特征在于，確定性的紋理包 括尺寸小于1微米的結(jié)構(gòu)。
9. 按照權(quán)利要求1到8所述的成形工具，其特征在于，金屬玻璃層 的組成是下面的合金體系構(gòu)成的一組中的合金Au-Pb-Sb， Pd-Ni-P, La-Al畫(huà)Ni, La-Al-Cu, La陽(yáng)Al-Ni畫(huà)Cu, Mg-Cu陽(yáng)Y, Zr-Al畫(huà)Ni-Cu， Zr-Ti畫(huà)Cu陽(yáng)Ni隱Al, Zr隱Ti陽(yáng)Cu-Ni-Be, Zr-Ti匿Nb畫(huà)Cu-Ni隱Be, Pd隱Cu-Ni-P， Ni-Nb-Ta, Al-Co-Zr, Al畫(huà)Ni-Ce陽(yáng)B, Al-N卜Y陽(yáng)Co-B。
10. 按照權(quán)利要求1到9所述的成形工具，其特征在于，擠壓機(jī)的 成形工具是擠壓模子，模子組件(工具堆積體)或心軸中的一個(gè)。
11. 按照權(quán)利要求1到9所述的成形工具，其特征在于，聚合物處 理單元的成形工具是一個(gè)或多個(gè)輥，特別是一個(gè)壓花輥。
12. 按照權(quán)利要求1到9所述的成形工具，其特征在于，聚合物加 工是壓延過(guò)程，涂布過(guò)程，在這種情況下用塑料層涂布薄片材料，塑料 表面處理過(guò)程比如形成壓花的壓延過(guò)程。
13. 按照權(quán)利要求1到4所述的成形工具，其特征在于，擠壓機(jī)或 者拉絲機(jī)的模子完全由一種金屬塊體玻璃制成。
14. 一種改變工件表面的方法，其中所述工件的至少一個(gè)表面與成 形工具的形成紋理的表面接觸至少一次，其特征在于，成形工具包括基 底和至少在所述成形工具的工作表面上的金屬玻璃層，并且，所述金屬 玻璃層有形成紋理的表面，從而金屬玻璃層的形成紋理的表面在工件的 表面上復(fù)制。
15. 按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在工件與成形工具 之間有多次接觸，最好有2， 3或4次接觸。
16. 按照權(quán)利要求14和15所述的方法，其特征在于，成形工具是 擠壓機(jī)的成形工具，拉絲機(jī)的才莫子和聚合物處理單元的輥中的 一 種。
17. 按照權(quán)利要求14到15所述的方法，其特征在于，成形過(guò)程中 所施加的壓力本質(zhì)上不減小工件的厚度。
18. —種在成形工具(20)的外表面(27a)形成紋理的方法，其特 征在于，所述成形工具(20)包括基底(21)和金屬玻璃層(23),或 者所述成形工具完全由金屬玻璃制成，所述方法包括如下步驟(a) 至少把金屬玻璃層(23)的外表面(27a)加熱到比它的玻璃 轉(zhuǎn)變溫度高的溫度，(b) 使金屬玻璃層(23)的外表面(27a)與模板(25)的形成紋 理的表面(26)在壓力下接觸持續(xù)一段時(shí)間，使得已經(jīng)形成一定形狀的 表面(26)被復(fù)制在金屬玻璃層(23)的外表面(27a)上，(c) 以足夠快的速率至少把金屬玻璃層(23)的已經(jīng)形成紋理的 外表面(27a)冷卻，在整個(gè)金屬玻璃層(23)中保持非晶態(tài)的紋理，(d) 以及將成形工具(20)與模板(25)分開(kāi)，模板(25)的形 成紋理的表面(26)的特點(diǎn)被保留在金屬玻璃層(23)的形成紋理的外 表面(27a)上。
19. 按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，重復(fù)步驟(a)到 (d)至少一次。
20. 按照權(quán)利要求18和19所述的方法，其特征在于，采用感應(yīng)加熱器實(shí)現(xiàn)加熱步驟。
21. 按照權(quán)利要求18和19所述的方法，其特征在于，采用紅外加 熱器實(shí)現(xiàn)加熱步驟。
22. 按照權(quán)利要求18到21所述的方法，其特征在于，由基底內(nèi)的 冷卻系統(tǒng)幫助冷卻金屬玻璃層。
23. 按照權(quán)利要求18到22所述的方法，其特征在于，模板是鎳制 填隙片。
24. 按照權(quán)利要求18到23所述的方法，其特征在于，成形工具是 擠壓機(jī)的成形工具，拉絲機(jī)的沖莫子和聚合物處理單元的輥中的一種。
25. 按照權(quán)利要求18到24所述的方法，其特征在于，把脫開(kāi)劑沉 積在模板的已經(jīng)形成一定形狀的表面上。
全文摘要
一種成形工具(20)，它包括基底(21)和至少在該成形工具(20)的工作表面(22)上的一個(gè)金屬玻璃層(23)，而該所述成形工具是下面工具中的一種a)擠壓機(jī)的成形工具；b)拉絲機(jī)的模子；c)聚合物處理單元的輥。
文檔編號(hào)B21K5/20GK101257982SQ200580051523
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者P·德紐維爾 申請(qǐng)人:艾爾坎技術(shù)及管理有限公司