CN102310226A

CN102310226A - 剪切用模具及其制造方法

Info

Publication number: CN102310226A
Application number: CN2011101748976A
Authority: CN
Inventors: 山本兼司; 林田康宏; 吉田润二
Original assignee: NIPPON GAOZHOUBO STEEL INDUSTRIES Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: NIPPON GAOZHOUBO STEEL INDUSTRIES Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: EP2402476A1; EP2402476B1; US20110314991A1; CN102310226B; KR20120001679A; US9017830B2; KR101311554B1; JP2012011393A; ES2412062T3

Abstract

本发明提供实现了长寿命化的剪切用模具及其制造方法。本发明提供一种剪切用模具(1)，是包含一对基材并用于利用该基材来剪切配置于其间的板材的剪切用模具(1)，其特征在于，在所述基材中的至少一个表面中的至少曲面的区域、和从与所述板材(2)的表面相对的一侧的所述曲面的终端起沿着所述基材的面直到300μm的区域中，具备利用电弧离子镀法形成的硬质被膜，所述硬质被膜含有Al和选自Ti及Cr中的一种以上，并且膜厚为1μm以上、5μm以下，此外，在形成于所述曲面的区域、和从与所述板材(2)的表面相对的一侧的所述曲面的终端起沿着所述基材的面直到300μm的区域中的所述硬质被膜的表面，存在于长10mm的线段上的直径20μm以上的金属粒子的个数为2个以下。

Description

剪切用模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于剪切板材的剪切用模具及其制造方法。

背景技术

随着高强度钢材(high tension钢材)等金属材料的强度增加，对于包含该金属材料的板材的剪切加工中所用的剪切用模具来说，寿命的缩短化逐渐成为问题。所以，为了消除该问题，现今已开创出如下所示的在模具的基材上形成各种各样的硬质被膜的技术。

例如，专利文献1中，公开有如下的技术，即，在剪切用平刃刀的基材表面，形成第四族的碳化物、氮化物、碳氮化物的任意一种的陶瓷。另外，专利文献2中，公开有如下的技术，即，在剪切用平刃刀的基材表面，作为内层形成钛氮化物的陶瓷，作为中间层形成钛金属层，作为外层形成钛氮化物的陶瓷。

另外，专利文献3中，关于冲床用模具的制造方法，公开有如下的技术，即，在对模具的基材进行热处理、切削加工、放电加工等后，通过在该模具的切削刃部分或该模具与板材的接触部分，利用离子氮化形成氮化层，其后，用钛蒸发粒子进行离子镀，而在该模具的表层部形成钛的氮化物、碳化物或碳氮化物的膜。

这里，对于剪切用模具的损伤，可以认为主要原因是由反复施加的冲击造成的模具的疲劳破坏、以及由与剪切掉的板材的摩擦造成的模具的切削刃部分的磨损。由此，通过将专利文献1～3中公开的高硬度的硬质被膜应用于剪切用模具中，就可以将剪切用模具的损伤降低到一定程度。

专利文献1日本特开平8-325706号公报

专利文献2日本特开平8-325707号公报

专利文献3日本特开2000-343151号公报

但是，专利文献1～3中所公开的技术由于使用第四族的碳化物、氮化物或碳氮化物作为硬质被膜，因此模具的硬度是HV(维氏硬度)2500左右，并非足够的硬度。由此，专利文献1～3中公开的技术在长寿命化的方面依然残留有问题。

此外，专利文献3中公开的技术在利用离子氮化进行基材的硬化处理后形成硬质薄膜，然而因基材自身被硬化，反而使模具整体变脆，促进了模具的加速破裂。

此外，剪切用模具与弯曲、拉深模具之类的塑性加工用模具不同，通常来说具有直角或锐角的剪切部分，施加在模具上的应力也不同，因此需要对于剪切用模具来说特有的表面处理技术。

发明内容

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，提供实现了长寿命化的剪切用模具及其制造方法。

本发明提供以下的剪切用模具及其制造方法。

(1)一种剪切用模具，是包含一对基材并用于利用该基材来剪切配置于其间的板材的剪切用模具，其特征在于，

上述基材中的至少一个包含钢、超硬合金或陶瓷，并且该至少一个基材具备用于剪切上述板材的曲面的形状的刀尖、和与上述曲面连续并且与上述板材的表面相对的面，

在该至少一个基材的表面中的至少上述曲面的区域、和从与上述板材的表面相对的一侧的上述曲面的终端起沿着上述基材的面直到300μm的区域中，具备利用电弧离子镀法形成的硬质被膜，

上述硬质被膜含有Al和选自Ti及Cr的一种以上，并且膜厚为1μm以上、5μm以下，此外，在形成于上述曲面的区域、和从与上述板材的表面相对的一侧的上述曲面的终端起沿着上述基材的面直到300μm的区域中的上述硬质被膜的表面，存在于长10mm的线段上的直径20μm以上的金属粒子的个数为2个以下。

像这样，本发明的剪切用模具通过至少在曲面的区域、和与板材的表面相对并且从曲面的终端起沿着基材的面直到300μm的区域中形成硬质被膜，就可以在剪切板材时，恰当地保护与基材接触的表面当中的施加高应力的区域。

另外，由于本发明的剪切用模具的硬质被膜含有Al和选自Ti及Cr的一种以上，因此可以利用耐磨损性、耐久性优异的硬质被膜来保护剪切用模具。此外，由于本发明的剪切用模具的硬质被膜的膜厚为1μm以上、5μm以下，因此可以避免在基材与硬质被膜的界面中、或在硬质被膜内部产生被膜的剥离或破坏。

另外，本发明的剪切用模具的硬质被膜通过将形成于曲面的区域、和从与上述板材的表面相对的一侧的曲面的终端起沿着基材的面直到300μm的区域中的硬质被膜中的金属粒子的个数限制为给定个数以下，就可以抑制剪切板材时的硬质被膜的损伤。

(2)根据(1)所述的剪切用模具，其特征在于，上述硬质被膜的表面的作为表面粗糙度的参数的最大高度(Rp)为1.0μm以下。

(3)根据(1)或(2)所述的剪切用模具，其特征在于，上述硬质被膜包含(Ti_aCr_bAl_cSi_d)(C_1-xN_x)，满足：

0≤a≤0.3

0.1≤b≤0.5

0.3≤c≤0.7

0≤d≤0.2

a+b+c+d＝1

0.7≤x≤1

a表示Ti的原子比，b表示Cr的原子比，c表示Al的原子比，d表示Si的原子比，x表示N的原子比。

像这样，通过将本发明的剪切用模具的硬质被膜设为上述组成，就可以进一步提高耐磨损性和耐久性。

(4)根据(1)～(3)中任一项所述的剪切用模具，其特征在于，在上述硬质被膜与上述基材之间，还具备1μm以上、5μm以下的CrN膜。

像这样，通过使本发明的剪切用模具具备CrN膜，就可以进一步提高基材与硬质被膜的密合性。

(5)一种剪切用模具的制造方法，是包含一对基材并用于利用该基材剪切配置于其间的板材的剪切用模具的制造方法，其特征在于，

包括如下的工序，即，在该至少一个基材的表面中的至少上述曲面的区域、和从与上述板材的表面相对的一侧的上述曲面的终端起沿着上述基材的面直到300μm的区域中，利用过滤电弧离子镀法形成含有Al和选自Ti及Cr的一种以上的硬质被膜。

像这样，本发明的剪切用模具的制造方法通过利用过滤电弧离子镀法形成硬质被膜，就可以在基材表面形成金属粒子少的硬质被膜。

根据本发明的剪切用模具，通过在基材表面的特定的区域，形成耐磨损性、耐久性优异的硬质被膜，就可以使剪切用模具长寿命化。另外，根据本发明的剪切用模具的制造方法，可以制造实现了长寿命化的剪切用模具。

附图说明

图1是本发明的剪切用模具剪切板材的过程中的剪切用模具与板材的剖面图。

图2是本发明的剪切用模具剪切板材的过程中的剪切用模具与板材的放大剖面图。

图3是本发明的剪切用模具及其制造方法中所用的电弧离子镀装置的概略图。

图4是本发明的剪切用模具及其制造方法中所用的过滤电弧离子镀装置的直线型电弧式蒸发源的概略图。

图5是本发明的剪切用模具及其制造方法中所用的过滤电弧离子镀装置的90°弯曲型电弧式蒸发源的概略图。

其中，1剪切用模具，1a基材，1b硬质被膜，2板材，11排气口，12气体供给口，13小室，13a 小室壁，14电弧式蒸发源，15电弧电源，16基材载台，17支撑台，18偏置电源，19加热器，20灯丝(フィラメント)，21灯丝放电电源，22灯丝加热用电源，41电磁线圈，100成膜装置

具体实施方式

下面，在适当地参照附图的同时，对用于实施本发明的剪切用模具及其制造方法的方式进行详细说明。

《剪切用模具》

本发明的剪切用模具1安装于剪切机(机械式、液压式等)中，是用于利用应力(剪切应力)来分离呈板形状的材料(板材)的模具。此外，本发明的剪切用模具1如图1、2所示，由配置于上下的基材1a、1a、形成于基材1a、1a表面的硬质被膜1b、1b构成。

而且，为了保护配置于上下的基材1a、1a双方，硬质被膜1b优选形成在配置于上下的基材1a、1a双方中。

下面，在本实施方式中，对将本发明应用于与板材2相对的面呈现出沿图1、2的纸面垂直方向大致笔直地延伸的形状的剪切用模具1(所谓的直线刀刃)的例子进行说明，然而剪切用模具1的形状并不限定于该形状。例如，只要是与板材2相对的面呈现出沿图1、2的纸面垂直方向以弧状延伸的形状的剪切用模具1(所谓的旋转刀刃)等利用剪切应力剪切板材的模具，就可以应用本发明。

下面，对剪切用模具1的基材1a进行说明。

<基材>

剪切用模具1的基材1a包含钢、超硬合金或陶瓷。这里所说的钢是以Fe作为主成分的合金。这里所说的以Fe作为主成分的合金通常是指，在合金中含有大于50质量％的Fe。另外，所谓超硬合金是将硬质的金属碳化物烧结而制成的合金。作为构成超硬合金的金属碳化物，具体来说，可以举出WC(碳化钨)。另外，作为上述超硬合金还可以举出在WC中含有微量的TiC(碳化钛)或TaC(碳化钽)的材料。

剪切用模具1的基材1a具备用于剪切板材2的曲面的形状的刀尖、和与曲面连续并且与板材2的表面相对的面。该所谓刀尖是剪切板材2的基材1a的端缘部分。此外，为了减少板材2剪切时的损伤，该刀尖的截面呈现出曲面的形状(参照图2)。

而且，一对剪切用模具1a、1a中的一方的基材的刀尖为曲面形状，而另一方的基材的刀尖既可以是曲面形状，也可以不是曲面形状。从抑制毛刺的观点出发，优选另一方的模具的刀尖不是曲面形状。

剪切用模具1的基材1a的整体的形状如前所述，只要是能够利用剪切应力剪切板材的形状，就没有特别限定。例如为近似长方体形状、近似圆盘形状等。另外，一对基材1a、1a也可以不是相同的形状。

另外，剪切用模具1的基材1a的刀尖(剪切板材2的端缘)并不限定于呈现出如图1、2所示的直角，也可以呈现出锐角(小于90°)。这里，在基材1a具有曲面的形状的刀尖的情况下，所谓刀尖为直角是指由与曲面连续的2个面所形成的角度为直角。

下面，对剪切用模具1的硬质被膜1b进行说明。

<硬质被膜>

(设置硬质被膜的区域)

剪切用模具1的硬质被膜1b形成于基材1a的表面中的至少曲面的区域、和从与板材2的表面相对的一侧的曲面的终端起沿着基材1a的面直到300μm的区域(以下有时将2个上述区域合并称作保护区域)。

这是因为，如图2所示，在使用剪切用模具1进行板材2的剪切时，在剪切用模具1与板材2接触的区域当中，特别是对保护区域施加很高的应力。

在这里，由于形成硬质被膜1b的区域至少包含保护区域即可，因此例如也可以在剪切用模具1的整个基材1a中设置硬质被膜1b。

而且，图2表示出剪切用模具1的基材1a的端缘(剪切板材2的端缘)的应力分布，施加高的应力的范围是曲面的区域和从曲面的终端起狭窄的范围(从曲面的终端起沿着基材表面300μm以内)。这样，通过至少在保护区域形成硬质被膜1b，就可以针对基材1a的端缘的角度为90°以下的剪切用模具1确保耐磨损性及耐久性的提高。这里，在基材1a具有曲面的形状的刀尖的情况下，所谓刀尖为直角是指，由与曲面连续的2个面所形成的角度为直角。

(硬质被膜的材质)

硬质被膜1b含有Al和选自Ti及Cr的一种以上。如此规定的理由是因为，由于Al使硬质被膜1b的耐磨损性提高，因此是必需的元素，并且Ti、Cr是提高硬质被膜1b的耐磨损性、耐久性的元素。

具体来说，硬质被膜1b是(Ti、Al)(CN)、(Cr、Al)(CN)、(Ti、Cr、Al)(CN)或者在它们中含有Si的被膜。其中优选的是同时含有Ti和Cr的被膜。

此外，优选硬质被膜1b包含(Ti_aCr_bAl_cSi_d)(C_1-xN_x)，满足：0≤a≤0.3、0.1≤b≤0.5、0.3≤c≤0.7、0≤d≤0.2、a+b+c+d＝1、0.7≤x≤1(a表示Ti的原子比，b表示Cr的原子比，c表示Al的原子比，d表示Si的原子比，x表示N的原子比。)。通过将硬质被膜1b设为上述组成，就可以进一步提高硬质被膜1b的耐磨损性和耐久性。

下面，对限定上述组成的详细的理由进行说明。

由于Al和Cr通过形成(Al、Cr)(CN)膜，会提高硬质被膜1b的耐磨损性，因此上述组成式的Al的原子比c优选为0.3≤c≤0.7，Cr的原子比优选为0.1≤b≤0.5。更优选Al的原子比c为0.4≤c≤0.6，Cr的原子比b为0.15≤b≤0.3。

Ti是使硬质被膜1b高硬度化而提高耐磨损性的元素，然而如果含量过多，则有可能使硬质被膜1b变脆。由此，上述组成式的Ti的原子比a优选为0≤a≤0.3。

Si是通过使硬质被膜1b中的晶体微细化而提高硬度、高面压性的元素，然而如果含量过多，则有可能使硬质被膜1b非晶化。由此，上述组成式的Si的原子比d优选为0≤d≤0.2。更优选Si的原子比d为0≤d≤0.15。

而且，如果考虑由Si含量的增加造成的硬质被膜1b的非晶化，则对于上述组成式的Al的原子比c、Si的原子比d，更优选(c+d)为0.6以下。

C是使硬质被膜1b高硬度化而提高耐磨损性的元素，然而如果含量过多，则有可能降低硬质被膜1b的硬度。由此，上述组成式的C的原子比(1-x)优选为小于0.3，也就是说，优选为0.7≤x≤1。

(硬质被膜的膜厚)

当利用后述的电弧离子镀法(或者过滤电弧离子镀法)在基材1a表面形成硬质被膜1b时，就会在硬质被膜1b中产生残留压缩应力。特别是，如果在基材1a的表面中的设于剪切板材2的端缘的曲面较厚地形成硬质被膜1b，则会在界面(基材1a与硬质被膜1b的界面)或者硬质被膜1b内部产生剥离或破坏现象。

所以，硬质被膜1b的膜厚需要为1μm以上、5μm以下。更优选为1μm以上、3μm以下。

而且，硬质被膜1b的膜厚可以利用后述的被膜形成方法来控制。

(硬质被膜中的金属粒子)

存在于硬质被膜1b中的直径为20μm以上的金属粒子成为硬质被膜1b的损伤原因。另外，需要抑制形成于如下区域的硬质被膜1b中的金属粒子的存在，即，在利用剪切用模具1进行板材2的剪切时施加最大的应力的曲面的区域、和从与上述板材2的表面相对的一侧的曲面的终端起沿着基材的面直到300μm的区域。

由此，通过在形成于曲面的区域、和从与上述板材的表面相对的一侧的曲面的终端起沿着基材的面直到300μm的区域的硬质被膜的表面中，将存在于10mm的长度的线段上的直径为20μm以上的金属粒子的个数设为2个以下，就可以抑制剪切板材2时的硬质被膜1b的损伤。更优选的是金属粒子的个数为0个的情况。此外，直径为20μm以上的金属粒子的个数可以利用后述的被膜形成方法来控制。

而且，所谓金属粒子是存在于硬质被膜1b中的Ti、Cr、Al等金属的块。

这里所说的存在于10mm的长度的线段上的金属粒子是由该线段完全地横穿的金属粒子。

另外，所谓直径是从与硬质被膜1b的膜面垂直的方向观看金属粒子时的金属粒子截面的直径，在截面为圆形以外的情况下，采用最长的两端之间(直径)的长度。

而且，对于线段，优选在形成于曲面的区域、和从与上述板材的表面相对的一侧的曲面的终端起沿着基材的面直到300μm的区域的硬质被膜1b的表面中，设于与刀尖(端缘)延伸的方向(棱线方向)大致相同的方向。

(硬质被膜的膜表面形状)

由于剪切用模具1不同于与板材2的接触区域大的塑性加工用模具(弯曲、拉深模具等)，与板材2的接触区域集中于端缘(刀尖)附近的狭窄区域，因此施加在该区域的应力非常大。此外，由于该应力沿与模具的表面大致垂直的方向作用，因此在硬质被膜1b的表面具有凹凸的情况下，因应力集中于该凸部分，而很容易引起被膜损伤。

所以，硬质被膜1b的最大高度(Rp)优选为1μm以下。更优选为0.5μm以下。由于硬质被膜1b越平滑越好，因此最大高度(Rp)进一步优选为0μm，然而从制造的容易性的观点考虑，也可以优选使用最大高度(Rp)为0.05μm以上的硬质被膜1b。而且，最大高度(Rp)是由JISB 0601(2001)定义的。

所谓最大高度(Rp)是基准长度下的轮廓曲线的山高度的最大值。对于最大高度(Rp)的测定，例如只要利用Sloan公司的探针式表面粗糙度计Dektak6M(扫描长度1mm、扫描速度1mm/15秒、载荷20mgf)，对任意的3个部位实施测定，算出其平均即可。

对于测定部位，在硬质被膜1b的表面当中，更优选对形成于剪切板材2的曲面的区域、以及从与上述板材2的表面相对的一侧的曲面的终端起沿着基材的面直到300μm的区域的硬质被膜1b实施。

<CrN膜>

硬质被膜1b为了增加硬度而含有Al，然而由此残留应力也会增加，其结果是，基材1a与硬质被膜1b的密合性有降低的趋势。所以，为了提高基材1a与硬质被膜1b的密合性，优选在基材1a与硬质被膜1b之间形成包含CrN的中间层(图示略)。另外，对于CrN膜的膜厚，如果小于1μm，则有可能使提高密合性、降低残留应力的效果变小，另一方面，如果超过5μm，则这些效果有可能达到饱和。由此，CrN膜的膜厚优选为1μm～5μm。

而且，CrN膜以Cr、N为主体(例如Cr、N的原子％的合计为80原子％以上，更优选为90原子％以上)。作为Cr与N的含有比，可以表示为Cr_1-xN_x(x的范围是0.3～0.55)。

下面，对剪切用模具1的制造方法进行说明。

《剪切用模具的制造方法》

剪切用模具1是通过在基材1a的表面中的至少基材1a的保护区域利用电弧离子镀法(以下适当地称作AIP法)形成硬质被膜1b来制造的。这里所说的AIP法是利用电弧放电在基材表面涂覆离子蒸发物质的被膜形成方法。

通过使用AIP法，可以在基材1a表面上恰当地形成硬质被膜1b。此外，在利用AIP法形成硬质被膜1b后，优选以使该硬质被膜1b的最大高度(Rp)达到1.0μm以下的方式，利用研磨将表面平滑化。

此外，在AIP法当中，优选应用过滤电弧离子镀法(以下适当地称作过滤AIP法)。这里所说的过滤AIP法是AIP法的一种，是在防止金属粒子(靶子的熔融粒子)向基材1a的附着的同时将离子蒸发物质涂覆在基材1a上的被膜形成方法。

通过使用过滤AIP法，与通常的AIP法相比可以形成金属粒子相当少的硬质被膜1b，因此可以不进行膜形成后的研磨地(或者利用最小限度的研磨)获得最大高度(Rp)小的硬质被膜1b。借助过滤AIP法的膜形成后的硬质被膜1b的Rp为2μm以下，通过研磨膜形成后的硬质被膜1b，Rp达到0.1μm以下。

对于受到高应力的剪切用模具1，使用过滤AIP法尤其有效。

这是因为，在想要使用通常的AIP法形成含有Al、Ti、Cr等的硬质被膜1b的情况下，由于在靶子中含有熔点不同的元素，因此在利用电弧放电将靶子蒸发的同时，金属粒子(靶子的熔融粒子)就会飞溅，该金属粒子混入硬质被膜1b中。其结果是，容易在硬质被膜1b的表面形成凹凸。所以，在使用通常的AIP法进行膜形成的情况下，优选利用研磨将表面平滑化，然而对于具有锐角的端缘的剪切用模具1，也会有研磨非常困难的情况。由此，对于受到高应力的剪切用模具1，不需要(或者是最小限度的)膜形成后的研磨的过滤AIP法是有效的。

而且，在形成CrN膜的情况下，只要在基材1a表面首先利用AIP法或过滤AIP法形成CrN膜后，利用相同的方法形成硬质被膜1b即可。

下面，参照图3、4及5对电弧离子镀法和过滤电弧离子镀法进行详细说明。

<电弧离子镀法>

电弧离子镀法是使用图3的成膜装置100进行的。

该成膜装置100如图3所示，具备：具有进行真空排气的排气口11、和供给N₂气、Ar气、CH₄气等的气体供给口12的小室13；与电弧式蒸发源14连接的电弧电源15；支撑作为成膜对象的被处理体(图示略)的基材载台16上的支撑台17；在该支撑台17与上述小室13之间穿过支撑台17对被处理体施加负的偏置电压的偏置电源18。另外，除此以外还具备加热器19、灯丝20、灯丝放电电源21、灯丝加热用电源22等。

首先，在成膜装置100的电弧式蒸发源14处，安装靶子，并且在旋转的基材载台16上的支撑台17上安装基材1a作为被处理体(省略图示)，将小室13内抽真空(排气到1×10^-3Pa以下)，成为真空状态。其后，用处于小室13内的加热器19将被处理体的温度加热到约400℃。其后，在总压力为4Pa的N₂气氛、Ar气氛、CH₄气氛、或它们的混合气体气氛中，从电弧式蒸发源14向φ100mm的靶子供给150A的电弧电流，在基材1a表面上形成硬质被膜1b。

<过滤电弧离子镀法>

过滤AIP法是使用图3的成膜装置100的电弧式蒸发源14部分为图4、5所示的构成的装置(以下适当地称作过滤成膜装置)进行的。

过滤成膜装置在电弧式蒸发源14前方具有具备由多个电磁线圈41构成的磁感应机构的导管。通过具有具备磁感应机构的导管，就可以用导管捕捉相对于靶表面容易以很小的角度放出的金属粒子。其结果是，可以仅将离子化了的靶原子利用磁场向基材1a引导。

电弧式蒸发源14的导管的形状既可以如图4所示为直线形状(直线型电弧式蒸发源)，也可以如图5所示为弯曲成90°的形状(90°弯曲型电弧式蒸发源)。另外，还可以是弯曲成90°以上的形状。

虽然以上对本发明的实施方式进行了说明，然而本发明并不限定于上述实施方式，可以在不脱离技术方案的范围中所记载的本发明的主旨的范围中适当地设计变更。

实施例

下面，对于本发明的剪切用模具及其制造方法，将确认了本发明的效果的实施例(试验材料No.2、4、6、8～10、13～21、23、24、26～46)与不满足本发明的要件的比较例(试验材料No.1、3、5、7、11、12、22、25)对比而具体地加以说明。

<试验材料的制作>

使用图3所示的成膜装置(在表中为普通电弧)、搭载有图4所示的直线型电弧式蒸发源的成膜装置(在表中为过滤1)、搭载有图5所示的90°弯曲型电弧式蒸发源的成膜装置(在表中为过滤2)、或空心阴极型成膜装置(在表中为HCD)，在包含模具钢(JIS-SKD11、HRC60)的基材上，形成表1～3所示的硬质被膜。

作为膜形成方法，首先，将基材设置于成膜装置中，在以达到1×10^-3Pa以下的方式将小室内排气后，将基材加热到400℃。其后，实施使用了Ar离子的溅射，在将氮气导入小室直至达到4Pa后，以150A的电流值实施电弧放电，在基材上形成硬质被膜。而且，在形成硬质被膜后，对于一部分的试验材料，利用研磨装置实施了研磨。另外，在形成硬质被膜前，对于一部分的试验材料，形成了CrN膜。

在膜形成后或研磨结束后，进行了硬质被膜的组成、金属粒子数(个)、最大高度(Rp)、硬度(GPa)的测定以及剪切试验。

<测定方法>

通过EPMA(electron Probe Micro Analyzer)测定硬质被膜的组成。

对于金属粒子数，在形成于试验材料(剪切用模具)的曲面的区域、和从与上述板材的表面相对的一侧的曲面的终端起沿着基材的面直到300μm的区域中的硬质被膜的表面中，任意地选择10处10mm的长度的线段。此后，使用400倍的光学显微镜照片，观察从该线段沿与曲面垂直的方向切断的硬质被膜的截面，计数在该截面中露出的直径为20μm以上的金属粒子。此后，算出该10处的金属粒子数的平均值，将该平均值作为金属粒子数。

硬度(维氏硬度)是使用维氏压头，在载荷25gf、保持时间15秒的条件下测定的。

最大高度(Rp)是使用Sloan公司的探针式的表面粗糙度计(DEKTAK6M)，以1mm的扫描距离计测的。

<试验方法>

使用以上述方法制作的试验材料(直线刀刃)，进行了拉伸强度980MPa、厚度2mm、宽度100mm的高强度钢板的剪切试验。剪切试验是利用配置于钢板的上下的一对试验材料剪切钢板的试验，是在将行程次数设为90spm、将试验材料的间隙(clearance)设为钢板的板厚的10％(0.2mm)的条件下进行的。

而且，试验材料的剪切截面的尺寸是150mm(切断钢材的方向的长度)×100mm。

<评价方法>

对于评价方法，每隔一定时间观察剪切面(钢板接触的部分全域)的损伤，将在该部位产生200μm以上的损伤的时间点判断为试验材料的寿命。

对于评价方法，将寿命(产生损伤前的行程次数)为35000以上的情况评价为良好，将小于35000的情况评价为不良。

而且，表1所示的所有试验材料以使最大高度(Rp)达到0.6～0.8μm的方式进行了研磨。另外，表2所示的所有的试验材料的金属粒子数达到2个以下。另外，表3所示的所有试验材料以使最大高度(Rp)达到0.5μm以下的方式进行了研磨，并且金属粒子数为2个以下。

如表1所示，试验材料No.2、4、6、8～10由于硬质被膜的组成、硬质被膜的膜厚、金属粒子数都是本发明规定的组成、或者在本发明规定的范围内，因此剪切用模具的寿命(行程次数)达到35000以上，是良好的结果。

另一方面，试验材料No.1、3、5、7由于金属粒子数超过本发明规定的范围，因此剪切用模具的寿命小于35000，是不良的结果。

如表2所示，试验材料No.13～21、23、24、26由于硬质被膜的组成、硬质被膜的膜厚、金属粒子数都是本发明规定的组成、或者在本发明规定的范围内，因此剪切用模具的寿命达到35000以上，是良好的结果。

另一方面，试验材料No.11、12由于硬质被膜的组成并非本发明规定的组成，因此剪切用模具的寿命小于35000，是不良的结果。

另外，试验材料No.22、25由于硬质被膜的膜厚超过本发明规定的范围，因此剪切用模具的寿命小于35000，是不良的结果。

如表3所示，试验材料No.27～46由于硬质被膜的组成、硬质被膜的膜厚、金属粒子数都是本发明规定的组成、或者在本发明规定的范围内，因此剪切用模具的寿命达到35000以上，是良好的结果。

基于以上的结果可知，根据本发明的剪切用模具及其制造方法，可以使剪切用模具长寿命化。

Claims

1.一种剪切用模具，其是包含一对基材并用于利用该基材来剪切配置于其间的板材的剪切用模具，其特征在于，

所述基材中的至少一个包含钢、超硬合金或陶瓷，并且该至少一个基材具备用于剪切所述板材的曲面的形状的刀尖、和与所述曲面连续并且与所述板材的表面相对的面，

在该至少一个基材的表面中的至少所述曲面的区域、和从与所述板材的表面相对的一侧的所述曲面的终端起沿着所述基材的面直到300μm的区域，具备利用电弧离子镀法形成的硬质被膜，

所述硬质被膜含有Al和选自Ti及Cr的一种以上，并且膜厚为1μm以上5μm以下，还在形成于所述曲面的区域、和从与所述板材的表面相对的一侧的所述曲面的终端起沿着所述基材的面直到300μm的区域的所述硬质被膜的表面，存在于长10mm的线段上的直径20μm以上的金属粒子的个数为2个以下。

2.根据权利要求1所述的剪切用模具，其特征在于，所述硬质被膜的表面的作为表面粗糙度的参数的最大高度Rp为1.0μm以下。

3.根据权利要求1所述的剪切用模具，其特征在于，所述硬质被膜包含(Ti_aCr_bAl_cSi_d)(C_1-xN_x)，满足：

0≤a≤0.3

0.1≤b≤0.5

0.3≤c≤0.7

0≤d≤0.2

a+b+c+d＝1

0.7≤x≤1

4.根据权利要求2所述的剪切用模具，其特征在于，所述硬质被膜包含(Ti_aCr_bAl_cSi_d)(C_1-xN_x)，满足：

0≤a≤0.3

0.1≤b≤0.5

0.3≤c≤0.7

0≤d≤0.2

a+b+c+d＝1

0.7≤x≤1

5.根据权利要求1所述的剪切用模具，其特征在于，在所述硬质被膜与所述基材之间，还具备1μm以上5μm以下的CrN膜。

6.根据权利要求2所述的剪切用模具，其特征在于，在所述硬质被膜与所述基材之间，还具备1μm以上5μm以下的CrN膜。

7.根据权利要求3所述的剪切用模具，其特征在于，在所述硬质被膜与所述基材之间，还具备1μm以上5μm以下的CrN膜。

8.根据权利要求4所述的剪切用模具，其特征在于，在所述硬质被膜与所述基材之间，还具备1μm以上5μm以下的CrN膜。

9.一种剪切用模具的制造方法，其是包含一对基材并用于利用该基材剪切配置于其间的板材的剪切用模具的制造方法，其特征在于，

包括如下的工序：在该至少一个基材的表面中的至少所述曲面的区域、和从与所述板材的表面相对的一侧的所述曲面的终端起沿着所述基材的面直到300μm的区域，利用过滤电弧离子镀法形成含有Al和选自Ti及Cr的一种以上的硬质被膜。