CN107848150A - 模具的表面处理方法和利用所述方法处理的模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模具的表面处理方法和利用所述方法处理的模具。提供应用于任意材质的模具时都能够得到脱模性的大幅提高的模具的表面处理方法。本发明对模具的表面喷射大致球状的喷射材料并使喷射材料撞击所述表面，在所述表面形成凹坑，所述凹坑具有满足下式规定的条件的直径(W)和深度(D)。1+3.3e^‑H/230≤W≤3+13.4e^‑H/1060…(式1)0.01+0.2e^‑H/230≤D≤0.01+1.1e^‑H/500…(式2)其中，W为凹坑的当量直径(μm)，D为凹坑的深度(μm)，H为模具的母材硬度(Hv)。

Description

模具的表面处理方法和利用所述方法处理的模具

技术领域

本发明涉及模具的表面处理方法和利用所述方法进行了表面处理的模具，更详细地说，涉及能够提高脱模性的模具的表面处理方法和利用所述方法进行了表面处理的脱模性优异的模具。

并且，在本发明中，作为处理对象的模具的表面是指模具中的要求具有脱模性的部分的表面，即与成型材料接触的部分的表面。

背景技术

在用于金属和树脂的成型的模具中，在模具的表面产生粗糙的凹凸时，该凹凸会复制到成型品(以下称为“工件”)的表面，成型后需要对工件表面进行精加工等，不仅如此，而且因工件的表面与模具表面的凹凸咬合而导致脱模性降低，显著地降低成型时的操作性，并且由于脱模时需要施加较大的力而有可能导致工件变形、破损，也增加了次品率。

因此，模具的表面通常利用手工作业进行的研磨而精加工成平滑化，由此，不仅工件的表面能够平滑地精加工，也能够确保脱模性。

但是，在复杂形状的模具增加并且要求模具的短交货期的当前，耗费大量的劳动力和时间的由手工作业进行的模具表面的研磨，成为满足所述要求的障碍，并且成为模具制作费用高的原因。

并且，有时即使将模具表面研磨成平滑的面，根据成型的工件的形状和材质等，也未必能够得到需要的脱模性。

因此，为了提高工件的脱模性，提出了各种方法，作为一个例子，提出了增大模具的腔模所设置的拔模斜度的角度，此外还提出了用于使模具表面更光滑的表面处理，例如形成氟涂层或DLC(Diamond Like Carbon：类金刚石)镀膜。

另外，与将模具表面形成为平滑面相反，还提出了形成规定形状的凹凸的方法，作为一个例子，提出了“铸造用模具的腔模面的加工方法”(专利文献1的权利要求1和权利要求2)，该加工方法以既能够维持良好的剥离性又能提高熔体流动性为目的，对铸造用模具的腔模面喷射具有铸造用模具的硬度以上的硬度的100～1000μm的球状的喷射粒体，在模具的腔模面形成半球状的凹坑。

专利文献1：日本专利公报第4655169号

其中，将模具表面平滑加工的理由不仅在于防止模具表面产生的凹凸复制到工件表面而形成不必要的凹凸，而且还在于防止模具表面的凹凸与复制有该凹凸形状的工件表面的凹凸咬合而导致工件不能从模具取出(例如不能相对于模具的成型面平行地移动工件)。

因此，如在专利文献1中也作为现有技术所记载的那样，说明了在为了提高熔体流动性而在模具的腔模面形成了有棱角的凹凸的结构中，虽然提高了熔体流动性，但是降低了脱模性。

而在模具的腔模面形成有半球状凹坑的专利文献1记载的构成中，说明了由于不存在有棱角的凹凸以及由于在凹坑内积存脱模剂，所以既能够提高熔体流动性又能够得到良好的脱模性(上述的专利文献1的[0004]～[0007]栏)。

但是，本发明的发明人进行实验的结果可确认只是在模具表面形成凹坑的情况下，得到的与脱模性相关的效果是有限的，在用上述的专利文献1记载的方法进行了表面处理的模具中，与腔模面形成了有棱角的凹凸的模具相比，虽然提高了脱模性，但与平滑地精加工的一般的模具相比时，不能得到脱模性的大幅提高。

另外，如上述的专利文献1所记载的那样，可确认当喷射具有比模具的母材硬度高的硬度的100～1000μm的喷射粒体来形成凹坑时，被喷射粒体撞击的模具的表面不仅形成凹坑，而且如图1所示，因随着形成凹坑产生的塑性流动而被挤出的模具的母材在凹坑的周缘部分形成隆起形状的突起。

由于如此形成的突起在成型时以咬入到成型的工件的表面内部的状态存在，所以这样的突起的形成增大了拔出工件时的阻力，这也是不能得到脱模性提高的原因之一。

并且，如果形成有这样的突起，则在脱模时，有可能因所述突起在与模具的表面滑动接触的工件的表面产生轻微的擦伤，使工件表面失去光泽，或者在使用透明的成型材料时失去透明性等，也会使产品的外观变差。

为了解决这样的问题，通过对喷射粒体进行喷射而形成凹坑后，需要另外进行研磨作业等来去除所述突起，从而作业工时数的增加带来成本增加，导致模具的制作费用增高。

鉴于所述现有技术存在的问题，本发明的发明人致力于重复实验，其结果发现，即使与作为现有技术介绍的上述的专利文献1记载的发明相同，进行喷射球状的喷射粒体而在模具表面形成凹坑的表面处理时，通过将凹坑的直径和深度调整到规定的范围内，形成与以往相比小径的凹坑、优选形成小径且浅的凹坑，也能够得到脱模性的大幅提高。

并且，所述实验结果表示存在没有预测到的关系，即，能够得到这样的脱模性的大幅提高的凹坑的直径和深度随着模具的母材硬度的变化而变化，其结果，可确认只减小凹坑的直径和深度并不能得到脱模性的提高，必须根据与模具的母材硬度的关系以合适的直径和深度来形成凹坑。

此外，在所述实验时发现，在改变形成的凹坑的直径和深度的过程中，利用球状的喷射粒体的喷射和撞击形成凹坑时，既能够抑制随着模具母材的塑性流动而产生隆起的突起，又能够形成所述规定直径和规定深度的凹坑。

发明内容

本发明是根据本发明的发明人进行的所述实验的结果得到的认识而完成的，提供一种模具的表面处理方法，在通过喷射球状的喷射粒体而在模具的表面形成凹坑的表面处理方法中，通过明确模具的母材硬度和应该形成的凹坑的直径和深度的范围，从而应用于任意材质的母材构成的模具时，都能够得到脱模性的提高。

另外，本发明的其他目的在于，通过提供既能够抑制因模具母材的塑性流动而产生隆起形状的突起，又能够通过喷射粒体的喷射和撞击在模具的表面形成规定直径、规定深度的凹坑的模具的表面处理方法，从而提供不必为了去除突起而设置其他工序就可以提高脱模性的模具。

用于实现所述目的的本发明的模具的表面处理方法对模具的表面喷射大致球状的喷射材料并使所述喷射材料撞击所述表面，在所述表面形成凹坑，所述模具的表面处理方法的特征在于，以满足下式中规定的条件的方式来形成所述凹坑，

1+3.3e^-H/230≤W≤3+13.4e^-H/1060…(式1)

其中，W为凹坑的当量直径(μm)，H为模具的母材硬度(Hv)(权利要求1)。

其中，“当量直径”是指将形成于模具表面的凹坑的投影面积换算为圆形的投影面积进行测定时的所述圆形的直径。

优选进一步以满足下式中规定的条件的方式来形成所述凹坑，

0.01+0.2e^-H/230≤D≤0.01+1.1e^-H/500…(式2)

其中，D为凹坑的深度(μm)，H为母材硬度(Hv)(权利要求2)。

优选使用中位直径为1～20μm的喷射粒体作为球状的所述喷射粒体，并以喷射压力0.01MPa～0.7MPa喷射该喷射粒体，以使凹坑的形成面积相对于所述成型面的面积达到50％以上的方式来形成所述凹坑(权利要求3)。

此外，“中位直径”是指从某个粒子直径将粒子群分成两份时，大的一侧的粒子群的累计粒子量和小的一侧的粒子群的累计粒子量等量的直径。

并且，优选对表面粗糙度调整到Ra0.3μm以下的模具的表面进行所述喷射粒体的喷射(权利要求4)。

并且，在本发明中，也将利用上述任意一种方法进行了表面处理的模具作为对象(权利要求5)。

利用以上说明的本发明的构成，在利用本发明的表面处理方法进行了表面处理的模具中，得到了以下的显著效果。

通过使形成于模具表面的凹坑的当量直径、优选凹坑的当量直径和深度处于由上述算式得到的、与模具的母材硬度相关联地确定的规定大小的范围内，不论模具的母材的种类如何，与用以往的方法在模具表面形成凹坑时相比，都能够大幅提高脱模性。

并且，利用本发明的方法在模具表面形成的凹坑与利用作为现有技术介绍的方法形成的凹坑相同，不仅作为脱模剂积存部或者空气积存部起作用而发挥脱模性，而且在本发明中，由于特定的凹坑的直径和深度小于利用以往的表面处理方法形成的凹坑，所以凹坑承受的表面压力变大，因而能够提高脱模剂的保持能力，能够得到更高的脱模性。

通过使用中位直径为1～20μm的喷射粒体，并且以喷射压力0.01MPa～0.7MPa喷射该喷射粒体来形成所述凹坑，能够比较容易地形成所述当量直径和深度的凹坑，并且在所述条件下形成凹坑时，喷射粒体撞击时模具母材不会产生大的塑性流动，不必另外进行研磨加工等，既能够抑制在凹坑的周缘部形成突起，并且与喷射超过所述粒径的较大径的喷射粒体进行表面加工时相比，还能够提高表面处理后的模具的表面硬度。

如此，通过抑制形成隆起形状的突起，从而在形成凹坑后，不用另外设置用于去除突起的作业工序，能够低成本地得到没有所述突起的模具表面，防止伴随突起的产生而带来的拔出阻力的增加，能够得到脱模性的进一步提高。

另外，由于能够抑制所述突起的产生，所以也能够适当地防止因拔出工件时突起划伤工件的表面而损伤成型品的外观等问题的发生。

并且，由于模具的表面没有形成引起应力集中的所述突起，并且由于能够提高模具的表面硬度，所以能够提供不仅提高脱模性，而且耐久性和耐磨性也提高的模具，另外，由于这样的耐久性和耐磨性的提高使形成在模具表面的凹坑长期维持理想的状态，因此模具能够长期发挥高脱模性。

并且，通过对表面粗糙度调整到Ra0.3μm以下的模具表面进行所述表面处理，模具能够被赋予更好的表面状态。

附图说明

图1是随着凹坑的形成而在模具表面产生的突起的说明图。

图2是动态硬度与喷射压力的相关图。

图3是试样1～38的凹坑当量直径和模具的母材硬度的散布图。

图4是试样1～38的凹坑深度和模具的母材硬度的散布图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(处理对象)

本发明的表面处理方法能够以全部的要求脱模性的模具为对象，只要是需要脱模性的模具即可，不限定其用途。

这样的模具除了金属产品的成型模具之外，也包含树脂产品、橡胶产品的成型用模具，作为一个例子，金属产品用的模具能够列举压铸模具、锻造模具、冲压模具等，另外，树脂产品和橡胶产品的制造用模具能够列举注射成型用模具等。

这样的模具中的与成型材料接触的部分的表面作为由本发明的表面处理方法进行处理的处理面，腔模(凹模)侧的表面、型芯(凸模)侧的表面都能够作为由本发明的方法进行处理的处理对象。

模具的材质没有特别地限定，能够将可作为模具的材质而使用的各种材质的模具作为对象，除了铁系金属之外，也能够将铝合金等非铁系金属的模具作为对象。

另外，优选模具的表面在进行后述的球状的喷射粒体的喷射之前，预先将表面粗糙度调整为算术平均粗糙度(Ra)在0.3μm以下。

(凹坑的形成)

通过喷射大致球状的喷射粒体，使喷射粒体撞击模具的成型面的表面，从而在所述模具的表面形成凹坑。

以下作为一个例子表示了形成这样的凹坑所使用的喷射粒体、喷射装置、喷射条件。

(1)喷射粒体

本发明的方法所使用的大致球状的喷射粒体的“大致球状”不必是严格意义上的“球”，只要是通常作为“丸粒”使用的没有棱角的形状的粒体即可，即使是例如椭圆形或袋状等形状的粒体，也包含在本发明所使用的“大致球状的喷射粒体”中。

喷射粒体的材质可以使用金属系、陶瓷系的任意一种材质，作为一个例子，金属系的喷射粒体的材质能够列举合金钢、铸铁、高速度工具钢(高速钢、SKH)、钨(W)、不锈钢(SUS)等，另外，陶瓷系的喷射粒体的材质能够列举氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、锆石(ZrSiO₄)、硬质玻璃、玻璃、碳化硅(SiC)。这些喷射粒体优选使用相对于作为处理对象的模具的母材具有同等以上的硬度的材质的喷射粒体。

使用的喷射粒体的粒径可以是中位直径(D₅₀)在1～20μm的范围内，如果是铁系的喷射粒体，则中位直径(D₅₀)为1～20μm，优选5～20μm，如果是陶瓷系的喷射粒体，则中位直径(D₅₀)为1～20μm，优选4～16μm的范围内，从这些粒径的喷射粒体之中，根据作为处理对象的模具的材质等，选择能够按后述的直径和深度形成凹坑的粒体来使用。

(2)喷射装置

能够使用将研磨材料与压缩气体一起喷射的已知的喷射加工装置，作为将所述喷射粒体朝向模具的表面喷射的喷射装置。

作为这样的喷射加工装置，市场上销售有如下的喷射加工装置：利用由压缩气体的喷射产生的负压来喷射研磨材料的吸引式喷射加工装置；使从研磨材料容器落下的研磨材料随着压缩气体一起喷射的重力式喷射加工装置；向已投入研磨材料的容器内导入压缩空气，使来自研磨材料容器的研磨材料流与另行提供的来自压缩气体供给源的压缩气体流汇合并喷射的直压式喷射加工装置；以及使所述直压式的压缩气体流随着鼓风单元产生的气体流一起喷射的鼓风式喷射加工装置等。上述任意一种喷射加工装置都能够用于所述喷射粒体的喷射。

(3)处理条件

作为一个例子，使用所述喷射加工装置进行的喷射粒体的喷射能够在喷射压力为0.01MPa～0.7MPa、优选0.05～0.5MPa的范围内进行，进行喷射使凹坑的形成面积(投影面积)相对于进行处理的部分的模具表面的面积达到50％以上。

喷射粒体的喷射与作为处理对象的模具的材质等有关，选择喷射粒体的材质和粒径与使用的喷射加工装置的种类和喷射压力等的组合进行喷射，以便能够形成由后述的式1求出的凹坑当量直径(W)的凹坑。

1+3.3e^-H/230≤W≤3+13.4e^-H/1060…(式1)

并且，在所述式1中，W为凹坑的当量直径(μm)，H为母材硬度(Hv)。

优选进一步能够以由后述的式2求出的深度(D)作为形成凹坑的条件的组合，进行喷射粒体的喷射。

0.01+0.2e^-H/230≤D≤0.01+1.1e^-H/500…(式2)

并且，在所述式2中，D为凹坑的深度(μm)，H为母材硬度(Hv)。

(4)作用等

在由以上说明的本发明的表面处理方法进行了表面处理的模具中，可确认脱模性大幅度提高，在后述的实施例中，作为一个例子，相比于由手工研磨而平坦地精加工的模具(研磨品)为5倍以上，相比于形成有超过本发明中规定的直径和深度的凹坑的模具为3.5倍以上，得到较高的脱模性的提高。此外，得到耐久性的提高，相比于研磨品，最大为6.5倍，相比于形成有超过本发明中规定的直径和深度的凹坑的模具，最大为2.5倍。

这样的大幅度的脱模性的提高，与在模具表面形成凹坑的以往的表面处理方法相同，在本发明的方法中也是通过形成凹坑而在凹坑内保持脱模剂或者保持空气，来减少成型材料与模具表面的接触面积，得到脱模性的提高，而且在此基础上，在本发明的方法中，还能够利用以往的方法形成凹坑时不能得到的以下的作用，来得到脱模性的进一步提高。

以所述式1规定的直径、优选以所述式1规定的直径和式2规定的深度来形成凹坑的本发明中，形成的凹坑与由现有技术的方法在模具表面形成的凹坑相比，直径和深度都小。

因此，可以认为因凹坑承受的表面压力与以往相比变大，其结果反作用力也增大，由此凹坑内保持脱模剂和空气的能力提高，从而脱模性提高。

另外，可以认为在形成这样的小凹坑时，随着喷射粒体的撞击产生的塑性流动而被挤出的模具母材的量也减少，其结果，凹坑的周缘部难以形成导致脱模时的拔出阻力增大的隆起形状的突起，这也有助于脱模性的提高。

此外，在针对型芯(凸模)的表面处理中，在形成比较大的凹坑的以往的表面处理中，凹坑被复制而在工件的表面上产生凸部，因冷却产生的成型材料的收缩，凸部被咬入到凹坑内，由此使拔出阻力增大。

但是，在使用由本发明的方法形成有比较小的凹坑的模具时，凹坑以及因凹坑的复制而形成的工件表面的凸部都较小，不仅钩挂阻力原本就小，并且由于凹坑小，所以因成型材料沿长边方向收缩而产生的工件表面的凸部和凹坑的微小的位置偏移使凸部成为从凹坑内脱离的状态，这也成为脱模性提高的一个原因。

此外，为了形成上述的比较小的凹坑，使用中位直径为1～20μm这样的比较小的粒径的粒体作为使用的球状的喷射粒体，由此与使用比此更大的粒径的喷射粒体的以往的表面处理方法相比，处理后的表面硬度上升，这也成为能够得到脱模性的大幅提高的一个原因。

在此，当对作为处理对象的金属产品的表面喷射丸粒并撞击进行喷丸处理时，工件的表面组织微细化从而硬度上升是众所周知的，由该原理得到的模具的表面硬度的上升，不仅在本发明的表面处理方法中可以得到，同样在进行对模具表面喷射球状的喷射粒体的处理的以往的模具的表面处理方法中也能够得到。

但是，在进行了对模具表面喷射粒径不同的喷射粒体的处理后，进行测定被加工物的表面硬度的试验时，确认到在比较低的喷射压力的范围内，使用粒径小的喷射粒体能够得到更高的硬度上升。

图2表示对NAK80制的模具(Hv430)进行所述试验的结果，判定在喷射压力为0.5MPa以下的范围内，与喷射中位直径为40μm的喷射粒体(材质：高速钢)时(参照图2中的虚线)相比，在喷射中位直径为20μm的喷射粒体(材质：合金钢)时(参照图2中的实线)，模具表面的动态硬度更高。

如此，伴随着使用的喷射粒体的粒径不同而效果不同，使用粒径小的粒体作为喷射粒体时，喷射粒体的飞行速度上升，撞击模具表面时的撞击能量上升，带来在撞击位置的每单位面积的撞击能量的上升，由此即使利用低压的压缩气体进行喷射时，也能够得到更高的锻造效果，得到这样的硬度上升也有助于脱模性和耐久性的提高。

此外，“动态硬度”是根据压入三棱锥压头的过程中的试验力和压入深度而得到的硬度，相对于试验力P[mN]和压头的压入深度D[μm]的动态硬度能够由下式求出。

DH＝α×P÷(D²)

其中，α为压头形状系数，在所述测定中，使用“岛津超显微动态硬度计DUH-W201”(岛津制作所制造)并使用115°三棱锥压头，以α＝3.8584进行测定。

实施例

以下，对推导出本发明中规定的处理条件时进行的试验和效果确认试验进行说明。

(用于确定脱模性提高的凹坑的直径(当量直径)和深度的试验)

(1)试验目的

求出能够大幅度提高模具的脱模性的凹坑的形成条件(直径和深度)。

(2)试验方法

(2-1)概要

对母材材质不同的多种模具改变使用的喷射粒体的材质和粒径与喷射方法(喷射装置、喷射压力等)的组合，形成凹坑，并测定形成的凹坑的直径和深度。

分别使用形成凹坑后的模具进行成型并评价脱模性，并且与利用手工研磨将表面平滑精加工的模具(以下称为“研磨品”)的脱模性进行了比较。

对于比较的结果，为了能够对显示出脱模性小于等于研磨品的模具，以及可确认相对于研磨品大幅度提高了脱模性的模具进行区分，将散点记入到纵轴表示凹坑直径且横轴表示模具的母材硬度的坐标图(图3)，以及纵轴表示凹坑深度且横轴表示模具的母材硬度的坐标图(图4)中，制作了散布图，在制作的散布图中，对可确认脱模性提高的试样群的上下限拟合近似曲线，求出该近似曲线的算式，作为确定能够得到脱模性提高的凹坑的直径和深度的范围的关系式。

(2-2)模具的种类和处理条件

作为处理对象的模具的材质和对各模具进行的表面处理的处理条件如下述表1和表2所示。

表1

模具的种类和对各模具进行的处理条件1

表2

模具的种类和对各模具进行的处理条件2

作为比较对象，准备各模具的研磨品。此外，研磨后的表面粗糙度分别为：“STAVAX”(腔模)、SKD61(芯杆)为Ra0.1μm以下，S50C(芯杆)、GM241(冲模)、SKD61(冲头)、SKH51(冲头)、A7075(腔模)和SKD11(塑料成型用)为Ra0.2μm以下，NAK80(腔模)为Ra0.15μm以下。

(2-3)凹坑的直径(当量直径)和深度的测定方法

使用形状解析激光显微镜(基恩士公司制“VK-X250”)测定凹坑的直径(当量直径)和深度。

能够直接测定模具的表面时就直接测定，不能直接测定时，向乙酰纤维素薄膜滴加乙酸甲酯，融合到模具的表面后，干燥后剥离，根据被转印复制到乙酰纤维素薄膜上的凹坑进行测定。使用“多文件解析应用程序(基恩士公司制VK-H1XM)”解析由形状解析激光显微镜拍摄的表面图像的数据(但是，在使用乙酰纤维素薄膜的测定中，是对拍摄的图像进行了转印处理的图像数据)来进行测定。

其中，“多文件解析应用程序”是能够使用由激光显微镜测定的数据，进行表面粗糙度、线粗糙度、高度、宽度等的测量，圆当量直径、深度等的解析和基准面设定，以及高度转印等图像处理的应用程序。

测定首先使用“图像处理”功能，进行基准面设定(但是，在表面形状是曲面时，使用面形状修正将曲面修正为平面后，进行基准面设定)，接着，根据应用程序的“体积和面积测量”功能，将测量模式设定为凹部，测量相对于设定的“基准面”的凹部，根据凹部的测量结果，将“平均深度”、“圆当量直径”的结果的平均值作为凹坑的深度和当量直径。

此外，所述基准面根据高度数据使用最小二乘法算出。

另外，所述“圆当量直径”或者“当量直径”是测定凹部(凹坑)的投影面积换算为圆形的投影面积时的所述圆形的直径。

此外，所述“基准面”是指高度数据中的作为测量的零点(基准)的平面，主要用于垂直方向上的测量，例如深度和高度等。

(3)测定结果

所述各试样的凹坑当量直径和凹坑深度的测定结果以及脱模性的评价结果如表3和表4所示，各试样的凹坑当量直径和模具的母材硬度的散布图如图3所示，凹坑深度和模具的母材硬度的散布图如图4所示。

表3

凹坑的当量直径和深度的测定结果以及脱模性的评价结果1

表4

凹坑的当量直径和深度的测定结果和脱模性的评价结果2

(4)考察

在图3和图4所示的散布图中，圆圈数字的号码分别表示试样编号，白色背景的圆圈记载的数字是可确认脱模性相对于研磨品大幅度提高的试样的试样编号，黑色圆圈记载的白色数字是仅显示出小于等于研磨品的脱模性的试样的试样编号。

根据图3和图4所示的散布图可知，对于凹坑的当量直径和深度，都是能够得到脱模性提高的试样集中在散布图的下侧，只显示出小于等于研磨品的脱模性的试样集中在散布图的上侧，可确认形成的凹坑的当量直径和深度都小的情况下脱模性提高。

根据这样的结果，可推测比较大的凹坑的形成会使工件表面的凹凸和模具表面的凹凸相互咬合而导致脱模阻力增大，或者因凹坑的塑性流动而在凹坑的周缘部产生比较大的突起，从而不能得到脱模性的大幅提高。

另一方面，形成的凹坑的当量直径和深度存在下限，过小时，不能确认脱模性的提高。可以认为这样的现象是因为随着形成的凹坑变小，形成凹坑后的模具的表面状态接近形成凹坑前的状态亦即研磨面，所以研磨面具有的特性处于支配地位。

另外，由图3和图4知，在对母材硬度约为194Hv的S50C制的芯杆进行表面处理后的试样(试样10)中，凹坑当量直径为13.72μm、凹坑深度为0.74μm，能够得到脱模性的提高，而在对母材硬度为750Hv的“SKD11”制的模具进行表面处理后的试样(试样36)中，凹坑当量直径为12.30μm、凹坑深度为0.30μm，尽管形成了直径和深度都比可确认脱模性提高的试样10小的凹坑，但是确认不能得到脱模性的提高。

由该结果能够合理地推测，当作为处理对象的模具的母材硬度发生变化时，用于得到脱模性的提高所需要的凹坑的当量直径和深度发生变化，并且模具的母材硬度越高，如果不减小凹坑的当量直径和深度，就越不能得到脱模性的提高。

其中，由于在图3和图4的散布图中表示为“边界(上限)”的曲线是拟合可确认脱模性提高的试样群的上侧边界的近似曲线，所以该曲线近似地表示相对于模具的母材硬度的变化，能够得到脱模性提高的凹坑的当量直径和深度的上限值如何变化。

另外，由于在图3和图4的散布图中表示为“边界(下限)”的曲线是拟合可确认脱模性提高的试样群的下侧边界的近似曲线，所以该曲线近似地表示相对于模具的母材硬度的变化，能够得到脱模性提高的凹坑的当量直径和深度的下限值如何变化。

因此，根据凹坑当量直径(W)和模具的母材硬度(H)的散布图亦即图3中记载的表示上限值的近似曲线的算式(W≤3+13.4e^-H/1060)和表示下限值的近似曲线的算式(W≥1+3.3e^-H/230)，能够得到脱模性提高的凹坑当量直径(W)的范围能够由下式确定。

1+3.3e^-H/230≤W≤3+13.4e^-H/1060…(式1)

形成的凹坑的当量直径如果包含在该范围内，则都能够得到脱模性的大幅提高。

另外，根据凹坑的深度(D)和模具的母材硬度(H)的散布图亦即图4中记载的表示上限值的近似曲线的算式(D≤0.01+1.1e^-H/500)和表示下限值的近似曲线的算式(D≥0.01+0.2e^-H/230)，能够得到脱模性提高的凹坑深度(D)的范围能够由下式确定。

0.01+0.2e^-H/230≤D≤0.01+1.1e^-H/500…(式2)

形成的凹坑的深度如果包含在该范围内，则都能够得到脱模性的大幅提高。

(脱模阻力的测定试验)

(1)试验的目的

从数值上明确由本发明的表面处理方法得到的脱模性提高的程度。

(2)试验方法

测定了使用塑料成型模具来成型聚甲醛树脂(POM)时的脱模阻力，并进行了比较。所述塑料成型模具分别具备喷射大致球状的喷射粒体进行了表面处理的试样5～8的SKD61制芯杆和研磨到表面粗糙度小于Ra0.1μm的SKD61制芯杆(研磨品)。

芯杆是直径为30mm、长度为70mm的圆柱形(拔模斜度为0(零))，组合该芯杆(凸模)和腔模(凹模)，成型内径为30mm、外径为34mm、长度为28mm的圆筒状的聚缩醛树脂成型品。

此外，在本试验例中，脱模阻力是由石英晶体压电传感器测定模具所设置的脱模板的挤出所需要的力(N)的值，通过求出将研磨品的脱模阻力作为100％时的试样编号5～8的脱模阻力的百分比来进行比较。

(3)试验结果

脱模阻力的比较结果如表5所示。

表5

脱模阻力的比较结果

(4)试验结果的考察

可确认在形成的凹坑的当量直径和深度处于上述的式1和式2的范围内的试样5～7的芯杆(实施例)中，能够得到脱模阻力相对于研磨品的脱模阻力100％减低到20～30％这样的优异效果。

另一方面，在形成的凹坑的当量直径和深度超过上述的式1～4的范围的试样8的芯杆(比较例)中，脱模阻力只降低了20％，与实施例相比，效果有限。

如此，根据本发明的表面处理方法，在数值上也能明确脱模性得到大幅度改善。

(模具的耐久试验1)

(1)试验的目的

确认利用本发明的表面处理方法进行了处理的模具的耐久性。

(2)试验方法

使用喷射大致球状的喷射粒体进行了表面处理的试样15～18的GM241制冲模和试样19～22的SKD61制冲头组合构成的冲压模具，以及精加工成表面粗糙度为Ra0.2μm以下的GM241制冲模和SKD61制冲头组合构成的冲压模具，连续进行冲压成形，对冲压模具的冲模产生粘附而导致成型品(工件)的表面产生损伤时刻的成型品的制造个数进行计数，根据该制造个数评价各模具的耐久性。

利用相对于研磨品的冲压模具的制造个数100％的比例来进行评价。

(3)试验结果

模具的耐久性的试验结果如下述表6所示。

表6

耐久试验1的结果

(4)试验结果的考察

根据以上的结果可确认，使用形成的凹坑的当量直径和深度处于上述的式1和式2的范围内的试样15～17的冲模和试样19～21的冲头组合构成的冲压模具(实施例)时，与使用研磨品的冲压模具时相比，耐久性最低也提高到5.3倍，最高提高到6.5倍。

而在形成的凹坑的当量直径和深度偏离上述的式1～4的范围的试样18的冲模和试样22的冲头组合构成的冲压模具(比较例)中，与使用研磨品的冲压模具时相比，耐久性提高到2.6倍，不是像实施例中的耐久性那样较高地提高。

根据以上的结果可确认，按照本发明的表面处理方法，能够进行脱模性可更长期持续的加工。

可以认为这样的高耐久性不仅由于形成凹坑而减少与成型材料的接触面积，而且通过形成处于上述规定的直径和深度的范围内的比较小的凹坑，与球状的喷射粒体碰撞时因塑性流动而被挤出的母材减少，抑制了在凹坑的周缘部形成隆起的突起，由此滑动性提高，从而也提高了冲模和冲头的耐久性。

因此，可以认为在形成了处于上述的式1和式2所示的当量直径和深度的范围外的大凹坑的比较例的冲压模具中，由于与球状的喷射粒体碰撞时的塑性流动而被挤出的模具的母材量增多，该被挤出的母材在凹坑的周缘部形成隆起的突起，由此因存在该突起而导致耐久性变差。

事实上，观察比较例的冲压模具的边缘部的结果可确认，在用于冲压加工后的比较例的模具中，边缘部的形状大幅变化，因与球状的喷射粒体的碰撞而形成在边缘部的比较大的凹坑，导致变成与边缘部产生“缺口”的状态相同的状态，变形以该部分为起点在边缘部扩展，可以认为这也是耐久性存在差异的一个原因。

(模具的耐久试验2)

(1)试验的目的

确认对与上述“模具的耐久试验1”中作为处理对象的模具(GM241(Hv280)制冲模、SKD61(Hv450)制冲头)相比高硬度的模具(SKH51(Hv870)制冲头)，用本发明的表面处理方法进行处理时，也能够得到耐久性的提高。

(2)试验方法

使用喷射大致球状的喷射粒体进行了表面处理的试样23～26的SKH51制冲压模具(冲头)和精加工成表面粗糙度为Ra0.2μm以下的SKH51制冲压模具(冲头)(研磨品)连续地进行冲压成形，目视观察工件的咬合的发生，利用发生了咬合的冲压次数来评价各模具的耐久性。

利用相对于研磨品的冲压模具的冲压次数100％的比例来进行评价。

(3)试验结果

模具的耐久性的试验结果如下述表7所示。

表7

耐久试验2的结果

(4)试验结果的考察

根据以上结果可确认，在使用形成的凹坑的当量直径和深度处于上述的式1和式2的范围内的试样23～25的冲压模具(冲头)时(实施例)中，与使用研磨品的冲压模具时相比，耐久性最低也提高到2.7倍，最大提高到3.2倍。

而在形成的凹坑的当量直径和深度偏离上述的式1～4的范围的试样26的冲压模具(比较例)中，与使用研磨品的冲压模具时相比，耐久性提高到1.8倍，不是像实施例中的耐久性那样较高地提高。

这样，可确认在进行了本发明的表面处理的模具中，难以发生咬合，脱模性大幅提高，并且可确认即使对母材不同的模具应用本发明的表面处理时，也能够同样地得到这样的脱模性的提高和耐久性的提高的效果。

(模具的耐久试验3)

(1)试验的目的

确认利用本发明的表面处理方法对超硬合金(Hv1400)制的冲头进行处理是有效的。

(2)试验方法

使用喷射球状的喷射粒体进行了表面处理的超硬合金制的冲压模具(冲头)和精加工成表面粗糙度为Ra0.2μm以下的超硬合金制冲压模具(冲头)(研磨品)连续地进行冲压成形，目视观察工件上的条纹的产生，利用显著地产生条纹的冲压次数评价了模具的耐久性。

利用相对于研磨品的冲压模具的冲压次数100％的比例来进行评价。

(3)试验结果

模具的耐久性的试验结果如下述表8所示。

表8

耐久试验3的结果

	冲压模具(冲头)	耐久性(％)
			基准	研磨品	100
实施例	试样27	286

(4)试验结果的考察

根据以上结果可确认，在试样27的超硬合金制的冲压模具(冲头)中，耐久性也能够提高到286％。

对于作为模具所使用的母材的硬度而言，该试样27的模具的母材亦即超硬合金的硬度(Hv1400)是大致上限的硬度，根据所述结果可确认，本发明的表面处理方法基本上对全部材质的模具都有效。

Claims (5)

1.一种模具的表面处理方法，对模具的表面喷射大致球状的喷射材料并使所述喷射材料撞击所述表面，在所述表面形成凹坑，

所述模具的表面处理方法的特征在于，

以满足下式中规定的条件的方式来形成所述凹坑，

1+3.3e^-H/230≤W≤3+13.4e^-H/1060…(式1)

其中，W为凹坑的当量直径(μm)，H为模具的母材硬度(Hv)。

2.根据权利要求1所述的模具的表面处理方法，其特征在于，

进一步以满足下式中规定的条件的方式来形成所述凹坑，

0.01+0.2e^-H/230≤D≤0.01+1.1e^-H/500…(式2)

其中，D为凹坑的深度(μm)，H为母材硬度(Hv)。

3.根据权利要求1或2所述的模具的表面处理方法，其特征在于，使用中位直径为1～20μm的喷射粒体作为球状的所述喷射粒体，并以喷射压力0.01MPa～0.7MPa喷射该喷射粒体，以使凹坑的形成面积相对于成型面的面积达到50％以上的方式来形成所述凹坑。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的模具的表面处理方法，其特征在于，对表面粗糙度调整到Ra0.3μm以下的模具的表面进行所述喷射粒体的喷射。

5.一种模具，其特征在于，利用权利要求1～4中任意一项所述的方法进行了表面处理。