JP2001232428A - 金 型 - Google Patents

金 型

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Toru Uchida
徹 内田
Narao Yasui
楢雄 安井
Masaharu Sakamoto
正治 坂本
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 アルミニウム、銅系亜鉛合金を母材とする金
型の良好な鋳造性やメンテナンス性を生かすと共に、プ
レス型として必要とされる硬度の高い切り刃や曲げ成形
部の耐摩耗性を有する金型を得る。 【解決手段】 アルミニウム、銅系亜鉛合金母材金型に
おいて、切り刃となる部位7,8及び曲げ成形部となる
部位2a,5aに対し肉盛り加工を施してなるものであ
って、この肉盛りは銅合金を下盛りとし、且つニッケル
合金を上盛りとする。銅合金としてはMnとSiを含有
するもの、又ニッケル合金としてはBとSiを含有する
ものが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はブランク材を所望の
形状に曲げ成形するプレス成形金型或いはブランク材を
絞り成形しその周縁を縁切りするトリミング金型などの
金型に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車のボディは、ブランク材をプレス
成形したり絞り成形或いはトリミング成形することで得
られる。斯かる成形を行う金型は一般に鋳鉄製や鋳鋼製
であり、剛性が高く数十万ショットにも耐えられるが、
金型製作にかかる費用が高くなる。
【0003】そこで、多品種少量生産に向く金型とし
て、亜鉛合金等を母材とした金型が、特開平5−845
91号公報、特開平5−195121号公報、特開平5
−208296号公報及び特開平5−237656号公
報に開示されている。
【0004】即ち、特開平5−84591号公報には、
アルミニウムと銅を含む亜鉛合金に、マグネシウムとア
ルミニウムを含むビッカース硬度150以上の亜鉛合金
を肉盛り溶接することが開示されている。また特開平5
−195121号公報には、プレス金型用の亜鉛合金と
して、アルミニウムが9.5〜30wt%、銅が6.0〜20wt%、マ
グネシウムが0.01〜0.2wt%、残部を亜鉛としたものが提
案されている。また特開平5−208296号公報に
は、プラスチックの成形金型の母材として亜鉛合金を用
いることと、この金型の補修用の溶加材としてSi等を
含むアルミ合金が提案されている。また特開平5−23
7656号公報には、アルミニウム材からなる金型の補
修方法として、補修部を除いてその周縁部のみにNi−
Pめっきを施し、Ni−Pめっきのない補修部に溶加材
を肉盛りすることで、補修周縁部の硬度を確保すること
が記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】亜鉛合金等を母材とし
た金型は、軽量で鋳造が容易で、しかもメンテナンス性
にも優れるが、亜鉛合金に高硬度の異種金属を溶接する
ことが困難である。例えば、特開平5−84591号公
報や特開平5−208296号公報に開示されるよう
に、アルミニウムと銅を含む亜鉛合金に、マグネシウム
とアルミニウムを含む亜鉛合金或いはSi等を含むアル
ミ合金を肉盛り溶接しても、トリミング用の切り刃とし
ては充分な硬度ではない。
【0006】したがって、亜鉛合金製の金型としては実
際にはプラスチックの成形金型等にその用途が限定さ
れ、特開平5−195121号公報にはプレス金型が提
案されているが、硬度が要求される切り刃や耐摩耗性が
要求される曲げ成形部についての問題は未解決のままで
ある。
【0007】また、硬度が要求される切り刃部分を肉盛
り溶接で形成せず、切り刃となる部分に硬質クロムめっ
きを施したり、蒸着、スパッタリング等にて切り刃を形
成することも考えられるが、いずれも耐久性を確保する
のに必要な厚さの切り刃を形成することが困難で、コス
ト的にも不利である。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明に係る金型は、上型及び下型をアルミニウム・銅系
亜鉛合金を母材とし、切り刃または曲げ成形部は、肉盛
り部をグラインダ等により成形してなり、更に前記肉盛
り部は下盛りと上盛りとから構成され、下盛りは銅合金
を溶加材とし、上盛りはニッケル合金を溶加材とした。
【0009】亜鉛合金とニッケル合金との溶接の相性は
悪く、高硬度の肉盛りを行おうとして、亜鉛合金の上に
ニッケル合金を肉盛りすることはできない。そこで、本
発明者らは鋭意研究した結果、銅合金であれば亜鉛合金
とニッケル合金の双方に対して溶接可能であることを知
見し、この銅合金を下盛りとし、この下盛りの上にニッ
ケル合金を上盛りすることで本発明をなすに至った。
【0010】銅合金としては、Mn(マンガン)とSi
(珪素)を含有するものが好ましく、ニッケル合金とし
てはB(ホウ素)とSi(珪素)を含有するものが好ま
しい。
【0011】下盛りとなる銅合金の具体的な成分割合と
しては、Si(珪素)が1.0〜8.0wt%、Mn(マンガン)
が0.3〜4.0wt%、Pb(鉛)が0.03〜4.5wt%、Al(アル
ミニウム)が0.03〜11.0wt%、Ni(ニッケル)が0.03〜
7.0wt%、Fe(鉄)が0.03〜6.0wt%、Cu(銅)が残部と
なるのが好ましい。
【0012】Si(珪素)は脱酸に必要な元素であり、
同時に硬度上昇元素でもある。Siが1.0wt%未満では脱
酸不足でブローホールが発生しやすくなり、8.0wt%を超
えると一相組織ではなく多くの相が析出し脆化する。M
n(マンガン)は脱酸及び脱硫に必要な元素である。Mn
が0.3wt%未満では添加の効果が現れず、4.0wt%を超えて
添加してもそれ以上の効果は得られない。Pb(鉛)は
切削向上元素である。Pbが0.03wt%未満では添加の効果
が殆どなく、4.5wt%を超えると過剰となり、溶接割れが
発生しやすくなる。Al(アルミニウム)は着色剤であ
り、Alが増加すると銅赤色から黄金色になり、また硬
度上昇元素でもある。Alが0.03wt%未満では添加の効果
が殆どなく、11.0wt%を超えると硬度伸び共に低下す
る。Ni(ニッケル)は硬度上昇に有効な元素である。
Niが0.03wt%未満では添加の効果が殆どなく、7.0wt%を
超えると過剰になって硬度が低下する。Fe(鉄)は結
晶粒を微細化し硬度を増加する元素である。Feが0.03w
t%未満では添加の効果が殆どなく、6.0wt%を超えても過
剰になって添加の効果がない。
【0013】また、上盛りとなるニッケル合金の具体的
な成分割合としては、B(ホウ素)が1.0〜6.0wt%、Cr
(クロム)が5.0〜20.0wt%、Si(珪素)が1.0〜7.0wt
%、Fe(鉄)が0.03〜4.0wt%、Cu(銅)が0.5〜6.0wt
%、Ni(ニッケル)が残部とするのが好ましい。
【0014】B(ホウ素)は結晶粒を微細化し硬度を高
める元素である。Bが1.0wt%未満では添加の効果が極め
て小さく、6.0wt%を超えると過剰になって溶接割れが発
生しやすくなる。Cr(クロム)は硬度上昇及び高温に
おける耐酸化性を向上する元素である。Crが5.0wt%未
満では添加の効果が小さく、20.0wt%を超えると過剰に
なって加工性が低下する。Si(珪素)は脱酸性元素で
あり、湯流れを向上する元素である。Siが1.0wt%未満
では湯流れに対する添加効果が小さく、7.0wt%を超える
と過剰になって溶接割れが発生しやすくなる。Fe
(鉄)は結晶粒を微細化し硬度を増加する元素である。
Feが0.03wt%未満では添加効果が殆どなく、4.0wt%を超
えても過剰になって添加効果がない。Cu(銅)は靱性
向上に有効な元素である。Cuが0.5wt%未満では添加効
果が殆どなく、6.0wt%を超えると過剰になって靱性が低
下し溶接割れが発生しやすい。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図1(a)及び(b)は本発
明を適用したトリミング金型装置の切断の前後を説明し
た図、図2(a)乃至(d)は同トリミング金型の切り
刃の形成過程を説明した要部拡大図である。
【0016】トリミング金型装置は上型1と下型2を備
え、上型1は昇降プレート3に上端部が取り付けられ、
下型2はベースプレート4上に固定される。上型1内に
は押えパッド5が昇降自在に支持され、この押えパッド
5と昇降プレート3との間にはスプリング6が配置され
ている。
【0017】押えパッド5には成形用の凹部5aが形成
され、下型2にはワークとしてのワークWを載置する凸
部2aが形成されている。また、上型1の下端内周部に
は切り刃7が設けられ、同じく下型2の上端外周部には
切り刃8が設けられている。
【0018】而して、図1(a)に示すように、ワーク
Wを下型2の凸部2a上に載置した後、昇降プレート3
とともに上型1及び押えパッド5を下降せしめる。する
と押えパッド5の下端が上型1の下端よりも若干下に出
ているので、押えパッド5によりワークWの周縁を下型
2の上端外周部に押え付ける。この状態から更に上型1
を下降せしめることで、図1(b)に示すように、切り
刃7,8によってワークWの周縁を切断する。
【0019】次に、切り刃の形成方法について図2に基
づいて説明する。尚、切り刃7,8の何れも形成方法は
同様であるので、下型2の切り刃8についてのみ説明す
る。先ず、図2(a)に示すように、下型2の上端外周
部に開先10を形成する。次いで図2(b)に示すよう
に、開先10の上にTIG溶接にて下盛り11を形成す
る。下盛り溶接の溶加材としては銅合金を用いる。本実
施例では銅合金として、Mn(マンガン)0.84wt%、Si
(珪素)3.7wt%、残部をCu(銅)としたものを用い
た。
【0020】銅合金としては上記の組成のものに限ら
ず、前記した範囲、即ち、Si(珪素)が1.0〜8.0wt%、
Mn(マンガン)が0.3〜4.0wt%、Pb(鉛)が0.03〜4.5
wt%、Al(アルミニウム)が0.03〜11.0wt%、Ni(ニッ
ケル)が0.03〜7.0wt%、Fe(鉄)が0.03〜6.0wt%、Cu
(銅)が残部としたものが好ましい。
【0021】次いで、図2(c)に示すように、下盛り
11の上にTIG溶接にて上盛り12を形成する。上盛
り溶接の溶加材としてはニッケル合金を用いる。本実施
例ではニッケル合金としてB(ホウ素)2.3wt%、Si3.2
wt%、残部をNi(ニッケル)としたものを用いた。
【0022】ニッケル合金としては上記の組成のものに
限らず、前記した範囲、即ち、B(ホウ素)が1.0〜6.0
wt%、Cr(クロム)が5.0〜20.0wt%、Si(珪素)が1.0
〜7.0wt%、Fe(鉄)が0.03〜4.0wt%、Cu(銅)が0.5
〜6.0wt%、Ni(ニッケル)が残部としたものが好まし
い。
【0023】この後、グラインダやNC工作機械等で加
工することで、図2(d)に示すように、切り刃8を得
る。この切り刃8は数万ショットのトリミング成形を行
うことができた。
【0024】尚、図示例ではトリミング金型装置につい
て説明したが、プレス金型についても本発明は適用で
き、また切り刃の部分を2段の肉盛り溶接で形成した例
を説明したが、切り刃以外の部分を銅合金からなる下盛
り溶接とニッケル合金からなる上盛り溶接とで形成して
もよい。
【0025】
【発明の効果】以上に説明したように本発明の金型は、
母材を亜鉛合金としたので、鋳鉄製、アルミ製、鋼製の
金型に比べて切削性、放電加工性及び研磨性に優れ、金
型の製作時間を大幅に短縮でき、補修やメンテナンス性
にも優れる。
【0026】特に、母材を亜鉛合金とした場合に問題と
なる切り刃または曲げ成形部については、高硬度のニッ
ケル合金を直接肉盛りせず、下盛りとして銅合金を設
け、この上にニッケル合金を上盛りしたので、充分に高
硬度の切り刃や曲げ成形部を簡単に形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)及び(b)は本発明を適用したトリミン
グ金型装置の切断の前後を説明した図
【図2】(a)乃至(d)は同トリミング金型の切り刃
の形成過程を説明した要部拡大図
【符号の説明】
1…上型、2…下型、2a…凸部、3…昇降プレート、
4…ベースプレート、5…押えパッド、5a…凹部、6
…スプリング、7,8…切り刃、10…開先、11…下
盛り、12…上盛り。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 9/05 C22C 9/05 9/06 9/06 9/08 9/08 9/10 9/10 (72)発明者 内田 徹 埼玉県狭山市新狭山1丁目10番地1 ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 安井 楢雄 愛知県名古屋市東区葵2丁目3番13号 東 海溶業株式会社内 (72)発明者 坂本 正治 愛知県名古屋市東区葵2丁目3番13号 東 海溶業株式会社内 Fターム(参考) 4E050 JA02 JB02 JB03 JB09 JB10 JC02 JD03 4F202 AH18 AM14 CA09 CB01 CD14 CD22 CD30 CK35 CK84 CK90 CS03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワークを上型と下型にて曲げ成形若しく
    はトリミングする金型において、前記上型及び下型はア
    ルミニウム・銅系亜鉛合金を母材とし、切り刃または曲
    げ成形部は肉盛り部を機械加工により成形してなり、更
    に前記肉盛り部は下盛りと上盛りとから構成され、下盛
    りは銅合金を溶加材とし、上盛りはニッケル合金を溶加
    材としたことを特徴とする金型。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の金型において、前記下
    盛りとなる銅合金はSi(珪素)が1.0〜8.0wt%、Mn
    (マンガン)が0.3〜4.0wt%、Pb(鉛)が0.03〜4.5wt
    %、Al(アルミニウム)が0.03〜11.0wt%、Ni(ニッケ
    ル)が0.03〜7.0wt%、Fe(鉄)が0.03〜6.0wt%、Cu
    (銅)が残部であり、前記上盛りとなるニッケル合金
    は、B(ホウ素)が1.0〜6.0wt%、Cr(クロム)が5.0
    〜20.0wt%、Si(珪素)が1.0〜7.0wt%、Fe(鉄)が0.
    03〜4.0wt%、Cu(銅)が0.5〜6.0wt%、Ni(ニッケ
    ル)が残部であることを特徴とする金型。
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