JP2001232493A

JP2001232493A - 金型および金型の製造方法

Info

Publication number: JP2001232493A
Application number: JP2000043714A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Usui; 敏之臼井; Toru Uchida; 徹内田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2001-08-28
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: JP4458603B2

Abstract

(57)【要約】【課題】亜鉛合金製の金型にニッケル合金製の切り刃
を肉盛り溶接によって設ける。【解決手段】下型２に面取り部１０ａと延長部１０ｂ
とを備えた開先１０を形成し、予熱した後、開先１０の
上に交流ＴＩＧ溶接にて下盛り１１を形成し、この下盛
り１１上に直流ＴＩＧ溶接にて上盛り１２を母材に接触
しないように形成する。この上盛り溶接の際にはガスが
発生するが、このガスは下盛り１１を通り延長部１０ｂ
上から外部に排出される。

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
金型および係る金型の製造方法に関する。

【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、亜鉛合金を母材とした金型が、特開平５−８４５９
１号公報、特開平５−１９５１２１号公報および特開平
５−２０８２９６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。

【０００５】上記亜鉛合金は加工性等に優れるが柔らか
いため、切り刃等を設けるには異種金属を特定部位に設
けなければならない。この手段としてめっき、蒸着、ス
パッタリング等が考えられるが形成される異種金属膜の
厚みが薄く耐久性に劣り、コスト的にも不利である。

【０００６】尚、特許第２８３８６５７号公報に開示さ
れるように、金型のエッジ部に開先を形成し、この開先
に高硬度の溶加材を用いて肉盛り溶接を行い、この後グ
ラインダにて研削する手段も考えられる。しかしなが
ら、亜鉛合金に直接溶接できる材料としてはＣu系かＺn
系しかない。一方、Ｃu系かＺn系の材料で切り刃等とし
て使用するのに十分な硬度を有するものは存在しない。
そこで、本出願人は本出願と並行して、肉盛り溶接を下
盛りと上盛りとに分け、下盛り用の溶加材として亜鉛合
金に溶接可能な銅系材料を用い、上盛り用の溶加材とし
て十分な硬度を有するとともに銅系材料（下盛り）に溶
接可能なニッケル系材料を用いる提案を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図５（ａ）は特許第２
８３８６５７号公報に示された開先の形状であり、同図
（ｂ）は同じく従来の開先の形状を示すものである。こ
れら従来の開先形状であると、図６（ａ）に示すように
母材の開先１００に下盛り１０１を形成し、この上に上
盛り１０２を形成する際に、下盛り１０１の幅が十分で
ないため上盛り１０２が母材に接触しやすい。そして、
接触するとその部位にスパッタが飛び溶接不良となる。

【０００８】また、上盛り１０２を形成する際に多量の
ガスが発生するが、下盛り１０１の幅が十分でないとガ
スの逃げ場がなく、このガスを巻き込んでブローホール
が形成されてしまう。

【０００９】尚、開先１００自体を大きく取るようにす
れば、下盛りを介してガス排出は行えるのであるが、図
６（ｂ）に示すように開先１００の中心部において、
上盛り１０２が母材に接触しスパッタが発生する。これ
を防止するには、開先１００に多数回の下盛り溶接を行
わなければならず、溶接のコストが増加し、また溶接後
のグラインダによる後加工も大変になる。

【００１０】

【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、アルミニウム・銅系亜鉛合金を母材
とした上型及び下型からなり、これら上型及び下型のエ
ッジ部に形成された開先に肉盛り溶接にて切り刃等の硬
化部が形成され、更に、前記開先の形状は面取り部と延
長部とを備え、また前記肉盛り溶接は開先全体を覆う銅
系材料からなる下盛り溶接と、型本体に非接触で且つ下
盛り溶接の上に形成されるニッケル系材料からなる上盛
り溶接とで構成した。

【００１１】銅系材料であれば亜鉛合金とニッケル系材
料の双方に対して溶接可能であり、銅系材料を下盛りと
し、この下盛りの上にニッケル系材料を上盛りすること
で、高硬度の肉盛りを行うことが可能になる。そして、
特に開先の形状として面取り部と延長部とを備えた形状
にすることでブローホール等の溶接欠陥のないものが得
られる。

【００１２】前記亜鉛合金に溶接可能な銅系材料として
は、純銅、アルミ青銅、シリコン青銅等が挙げられる
が、溶接性ではシリコン青銅が最も好ましい結果が得ら
れた。また、シリコン青銅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）が残部である
ことが好ましい。

【００１３】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。

【００１４】また、上盛りとなるニッケル系材料の具体
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1.0〜7.0
wt%、Ｆe（鉄）が0.03〜4.0wt%、Ｃu（銅）が0.5〜6.0w
t%、Ｎi（ニッケル）が残部とするのが好ましい。

【００１５】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。

【００１６】一方、本発明に係る金型の製造方法は、ア
ルミニウム・銅系亜鉛合金を母材とした金型のエッジ部
に面取り部と延長部とからなる開先を形成し、次いで前
記延長部が上面となるようにして開先全体に銅系溶加材
を用いて下盛り溶接を施し、この後下盛り溶接の上に型
本体に非接触となるようにニッケル系溶加材を用いて上
盛り溶接を施すとともに、この上盛り溶接は開先の延長
部上に形成した下盛り溶接を介してガス排出を行いつつ
行う構成とした。このように下盛り溶接を介してガス排
出を行いつつ上盛り溶接を行うことで、ブローホールの
発生を抑制することができる。

【００１７】また、前記銅系溶加材としては、シリコン
青銅からなるものが好ましく、このシリコン青銅の成分
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）を
残部としたものが好ましいのは前記した通りである。

【００１８】

【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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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をグラインダやＮＣ工作機械等で形成す
る。この開先１０は面取り部１０ａと延長部１０ｂとか
らなり、面取り部１０ａの長さは例えば５ｍｍ、延長部
１０ｂの長さは８ｍｍ、深さは０．５ｍｍ程度とする。
尚、面取り部１０ａはＣ面取りでもＲ面取りのいずれで
もよい。

【００２３】次いで下型２を予熱して後述する下盛り溶
接に備える。予熱温度は最大２００℃とする。また予熱
方法は下型２全体を熱してもよいが、バーナ等で開先１
０に沿った部分のみを局所的に加熱してもよい。

【００２４】この後、開先１０に沿ってグラインダやＮ
Ｃ工作機械等で、酸化被膜を削り取った後、図２（ｂ）
に示すように、開先１０の上にＴＩＧ溶接にて下盛り１
１を形成する。下盛り溶接の条件は、シールドガスにヘ
リウムまたはアルゴンを用い、１２０〜１５０AMPの交
流ＴＩＧ溶接とし、下盛り溶接の溶加材として銅合金を
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。

【００２５】ここで、交流ＴＩＧ溶接としたことで、酸
化膜を除去するクリーニング作用が働き、図３（ａ）、
（ｂ）に示すように、下盛りの母材への溶け込みを浅く
することができる。そして、母材への溶け込みを浅くす
ることで、母材を構成する亜鉛合金成分が下盛りの表面
あるいは表面近くまで巻き上がるのを防止することがで
きる。因みに亜鉛合金成分が下盛り中に巻き上がってい
ると、後述する上盛り溶接の際にスパッタが発生する。

【００２６】銅系材料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。

【００２７】以上の手順で、開先１０の面取り部１０ａ
及び延長部１０ｂを覆うように下盛り１１を形成したな
らば、下盛り１１の厚みをグラインダやＮＣ工作機械等
にて２ｍｍ程度に調整する。

【００２８】次いで、前記同様に少なくとも下盛り１１
及びその周縁を最大２５０℃まで加熱し、再びグライン
ダを用いて酸化膜を除去した後、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。この上盛り１２は母材に接触しないように形成す
る。

【００２９】また、下盛り１１は前記延長部１０ｂ上ま
で形成され、この延長部１０ｂ上まで上盛り１２は形成
されていないので、延長部１０ｂ上には下盛り１１のみ
が形成され、この下盛り１１は上盛り溶接の熱によって
溶融状態に近くなっている。一方、上盛り溶接の際には
ガスが発生する。従来であれば、このガスの逃げ場がな
いのであるが、本発明では延長部１０ｂがあるので、上
盛り溶接の際に発生したガスは下盛り１１を通り延長部
１０ｂ上から外部に排出される。

【００３０】上盛り溶接の条件は、シールドガスにヘリ
ウムまたはアルゴンを用い、１３０AMPの直流ＴＩＧ溶
接とし、上盛り溶接の溶加材として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）2.3w
t%、Ｓi3.2wt%、残部をＮi（ニッケル）としたものを用
いた。

【００３１】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。

【００３２】ここで、上盛り溶接を直流ＴＩＧ溶接とし
たことで、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、上盛り１
２の下盛り１１への溶け込みを深くすることができ、刃
先の剥離強度を高めることができる。

【００３３】上盛り１２を形成した後、グラインダやＮ
Ｃ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。

【００３４】図４は開先形状の別実施例を示す断面図で
あり、この実施例にあっては上面部に沿った延長部１０
ｂだけでなく、立壁に沿った延長部１０ｃを設けてい
る。このように面取り部１０ａを挟んで両側に延長部を
設けることで、切り刃の剥離強度が更に向上する。

【００３５】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、切り刃以外の硬度が要求される部分に本発明
を適用することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
切り刃等を肉盛り溶接する開先の形状として、面取り部
と延長部とを備えた形状にしたので、金型母材を亜鉛合
金とし、且つ肉盛りを銅系材料からなる下盛り溶接とニ
ッケル系材料からなる上盛り溶接としても、上盛り溶接
の際に発生するガスを下盛りを介して排出することがで
きるので、ブローホール等の溶接欠陥が生じにくく、剥
離強度に優れた切り刃などを肉盛り溶接で形成すること
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。

【図３】（ａ）は切り刃の部分の金属組織を示す写真
（１倍）、（ｂ）は（ａ）のＢ部を拡大（１００倍）し
た写真、（ｃ）は（ａ）のＣ部を拡大（１００倍）した
写真。

【図４】開先形状の別実施例を示す断面図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は従来の開先の形状を示す
図。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は従来の問題点を指摘した
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、１０ａ…
面取り部、１０ｂ，１０ｃ…延長部、１１…下盛り、１
２…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）Ｂ２３Ｋ 9/167 Ｂ２３Ｋ 9/167 ＡＣ２２Ｃ 9/01 Ｃ２２Ｃ 9/01 9/05 9/05 9/06 9/06 9/08 9/08 9/10 9/10 // Ｂ２３Ｋ 103:16 Ｂ２３Ｋ 103:16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム・銅系亜鉛合金を母材とし
た上型及び下型からなり、これら上型及び下型のエッジ
部に形成された開先に肉盛り溶接にて切り刃等の硬化部
が形成された金型において、前記開先の形状は面取り部
と延長部とを備え、また前記肉盛り溶接は開先全体を覆
う銅系材料からなる下盛り溶接と型本体に非接触となる
ように下盛り溶接の上に形成されるニッケル系材料から
なる上盛り溶接にて構成されることを特徴とする金型。
【請求項２】請求項１に記載の金型において、前記下
盛り溶接を構成する銅系材料はシリコン青銅であること
を特徴とする金型。
【請求項３】請求項２に記載の金型において、前記シ
リコン青銅の成分割合は、Ｓi（珪素）が1.0〜8.0wt%、
Ｍn（マンガン）が0.3〜4.0wt%、Ｐb（鉛）が0.03〜4.5
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）が残部であることを特徴とする金型。
【請求項４】アルミニウム・銅系亜鉛合金を母材とし
た金型のエッジ部に面取り部と延長部とからなる開先を
形成し、次いで前記延長部が上面となるようにして開先
全体に銅系溶加材を用いて下盛り溶接を施し、この後下
盛り溶接の上に型本体に非接触となるようにニッケル系
溶加材を用いて上盛り溶接を施すとともに、この上盛り
溶接は開先の延長部上に形成した下盛り溶接を介してガ
ス排出を行いつつ行うことを特徴とする金型の製造方
法。
【請求項５】請求項４に記載の金型の製造方法におい
て、前記下盛り溶接を構成する銅系溶加材はシリコン青
銅であることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項６】請求項５に記載の金型の製造方法におい
て、前記シリコン青銅の成分割合は、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）が残部であることを特徴とする金
型の製造方法。