JP2004001034A

JP2004001034A - プレス金型

Info

Publication number: JP2004001034A
Application number: JP2002159163A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Takaishi; 高石　和年; Tadanori Iwaki; 岩城　忠則; Toshiaki Kondo; 近藤　俊朗; Kazuyuki Sasaki; 佐々木　和幸; Yasuki Abe; 阿部　保記
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】摩耗が少なく、寿命が長く、しかもプレス加工の生産性を向上させることにある。
【解決手段】上型１および下型４からなり、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、上型１および下型４の金型素材２，５が合金工具鋼であって、該金型素材の表面に硬化層３，６を被覆する構成とし、且つ金型素材２，５の合金工具鋼の硬度をマイクロビッカース硬度で５００以上で、表面硬化層３，６の硬度以下に硬化させる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の上、下型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレス加工技術は、種々の機械要素部品を生産するために、盛んに活用されている。
【０００３】
このプレス加工では、被加工材を加工するために種々の金型が使用される。これらの金型は、プレス加工時には必ず被加工材と接触して使用されるため、ある期間使用すると摩耗する。
【０００４】
従って、金型が摩耗した場合には、金型を再研摩するか、研摩をしても使用できない寿命に到達していれば、新品の金型を製造し、交換していた。
【０００５】
このような問題に対し、従来では種々の技術により金型寿命を延長させるための対策技術が考案され、実用化されている。例えば、金型の表面に硬化膜を被覆し、耐摩耗性を向上させるようにしたものがある。
【０００６】
そのうちの一つとして、放電加工によって硬質膜を被覆し、金型の摩耗量を低減させようとする技術が開発され、この放電硬化被覆技術としてＥＤコードの商品名で放電硬化処理装置も販売されている。（特願平３−３２９４９９号、特願平５−８９３４０号、特願平５−３５４２２７号、特願平７−６３７７０号）
また、物理的蒸着方法であるＰＶＤ（物理的蒸着による表面被覆）処理により、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＤＬＣ（ｄｉａｍｏｎｄ　ｌｉｋｅ　ｃａｒｂｏｎ）などの硬度の高い皮膜を被覆する技術がある。
【０００７】
前述した放電硬化被覆技術やＰＶＤ処理技術は、材料の処理温度を１００℃以下の低温で行えるための金型の熱変形が小さく、精密な精度を要求されるプレス金型、特に打抜き型への適用が進められている。
【０００８】
他の表面硬化処理技術であるＣＶＤ処理（化学的蒸着による表面被覆）や、ＴＤ処理（電解塩浸漬による、表面にバナジュウーム、ニオビウム、クロム等の炭化物の超硬層を生成させる表面被覆）では、金型素材を５００℃以上の高温で処理するため、熱変形が大きく、金型の寸法変化が問題となる。その熱変形による寸法変化のため、金型への適用範囲、汎用型や深絞り型などに限られている。特に工業的に需要の多いプレス打抜き型への適用はほとんどない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように金型素材の表面に放電硬化被覆やＰＶＤ処理による硬質膜被覆を行うようにすれば、確かに金型の摩耗量を低減させることができ、金型寿命を延ばすことができるが、耐久性はまだ十分でなく、大量生産を行う金型や、被加工材料の加工では、更なる金型の長寿命化が必要とされている。このような観点から、摩耗の少ないプレス金型の開発が切に望まれている。
【００１０】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、摩耗が少なく、寿命が長く、しかもプレス加工の生産性を向上させることができるプレス金型を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段によりプレス金型を構成する。
【００１２】
請求項１に対応する発明は、上型および下型からなり、被加工材料の打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、前記上型および下型の金型素材が合金工具鋼であって、該金型素材の少なくとも前記被加工材料と接触する部分の表面に硬化層を被覆する構成とし、且つ前記金型素材の合金工具鋼の硬度をマイクロビッカース硬度で５００以上で、前記表面硬化層の硬度以下に硬化させる。
【００１３】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明のプレス金型において、前記金型素材を超サブゼロ処理した後、該金型素材の表面に硬化層を被覆する。
【００１４】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明のプレス金型において、該金型素材の表面に硬化層を被覆し、その後金型全体を超サブゼロ処理する。
【００１５】
請求項４に対応する発明は、請求項１に対応する発明のプレス金型において、前記金型素材を超サブゼロ処理した後、該金型素材の表面に硬化層を被覆し、その後再度金型全体を超サブゼロ処理する。
【００１６】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに対応する発明のプレス金型において、前記硬化層の被覆処理は、放電硬化表面処理である。
【００１７】
請求項６に対応する発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに対応する発明のプレス金型において、前記硬化層の被覆処理は、ＰＶＤ処理である
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明プレス金型の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【００２０】
図１において、１は上型であるパンチで、このパンチ１は金型素材２とこの金型素材２の被加工材料と接触する部分の表面に被覆された硬化層３とから構成されている。また、２は下型であるダイで、このダイ４は上記同様に金型素材５の被加工材料と接触する部分の表面に被覆された硬化層６とから構成されている。
【００２１】
上記金型素材２，５は、合金工具鋼から構成され、且つ素材の硬度をマイクロビッカース硬度が５００以上で、前記表面硬化層３，６の硬度以下に硬化されている。この場合、金型素材２，５の材質は、通常、合金工具鋼であるＳＫＤ鋼、ＳＫＳ鋼、高速度鋼などが使用される。
【００２２】
また、金型素材２，５は、超サブゼロ処理によって液体窒素温度−１９６℃以下に冷却され、その後焼戻しを受けている。このような処理を行うことにより、金型素材２，５の硬度は、マイクロビッカース硬度で５００以上になる。
【００２３】
ここで云う超サブゼロ処理とは、サブゼロ処理の一種でクライオ処理とも呼ばれる熱処理方法を指し、−１００℃以下のサブゼロ処理を意味するものである。
【００２４】
一方、上記表面硬化層３，６は、放電硬化処理され、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＤＬＣより選ばれ、２〜５μｍ厚の硬化層が形成されている。
【００２５】
このような構成のプレス金型において、上型であるパンチ１と下型であるダイ４により被加工材７を切断するには、パンチ１を図示矢印で示すように下降方向に移動させることにより、被加工材７が打抜かれて図２に示すような打抜き製品８が製造される。
【００２６】
この場合、プレス金型により被加工材７が打抜かれると同時に打抜きかす１０も生じる。そして、この打抜き製品８と打抜きかす１０には、かえりと呼ばれるバリ９が形成される。
【００２７】
このかえり９は、上金型であるパンチ１と下金型であるダイ４の摩耗が進むと大きくなり、このかえりの高さの量でパンチ１とダイ４の再研摩期間が決定される。
【００２８】
従って、かえりの高さを測定することにより、金型の摩耗量を推定することができ、同時に再研摩する補修時期が決定される。そして、金型の補修は、図示しないプレス機械より金型を取外して、パンチ１とダイ４を再研摩することにより行われる。
【００２９】
ここで、本発明によるプレス金型が従来のプレス金型に比べてどれだけ寿命が伸びたかについて具体的に説明する。
【００３０】
図３は、通常の抜型と放電硬化処理した抜型での打抜き製品のかえり量の比較例を示すグラフである。
【００３１】
この比較例は、図１に示すパンチ１とダイ４の素材をＳＫＤ１１鋼とし、通常の焼入れ、焼戻し熱処理により硬度を上げたものであって、更にその後パンチ１とダイ４の表面に放電硬化処理をし、ＴｉＣの表面硬化層３と表面硬化層６とを形成したプレス金型により、板圧０．３５ｍｍの方向性けい素鋼板を打抜いたときの抜打ち製品８のかえり９の量が抜打ち数の量に伴なって変化する状況を調査したものである。
【００３２】
図３の比較例から明らかなように超サブゼロ処理をしない従来の金型に比べ、かえりの増加量が少なく、金型の寿命が２倍に増えることが分かる。これは、表面硬化処理によって、金型素材の費用面の硬度がマイクロビッカース硬度で２０００程度に均一に上昇したためである。
【００３３】
図４は、通常の抜型と超サブゼロ処理した抜型での打抜き製品のかえり量の比較を示すグラフである。
【００３４】
この比較例は、図１に示すパンチ１とダイ４の素材をＳＫＤ１１鋼とし、通常の焼入れ、焼戻し熱処理により硬度を上げた後、超サブゼロ処理により、金型素材の合金工具鋼の硬度をマイクロビッカース硬度が５００以上で、且つ表面硬化層の硬度以下に硬化させた金型により、板圧０．３５ｍｍの方向性けい素鋼板を打抜いたときの抜打ち製品８のかえり９の量が抜打ち数の量に伴なって変化する状況を調査したものである。
【００３５】
図４の比較例から明らかなように従来の超サブゼロ処理をしない金型に比べ、かえりの増加量が少なく、金型の寿命が２倍に増えることが分かる。これは、表面硬化処理によって、通常の焼入れ、焼戻し熱処理後にマルテンサイト変態しきれなかった残留オーステナイトがマルテンサイトに相変態し、金型素材の合金工具鋼の硬度が微細化したため、耐磨耗性が向上したためである。
【００３６】
図５は、本発明者等の実験による通常の抜型と超サブゼロ処理＋放電硬化処理した抜型での打抜き製品のかえり量の比較例を示すグラフである。
【００３７】
この比較例は、図１に示すパンチ１とダイ４の素材をＳＫＤ１１鋼とし、通常の焼入れ、焼戻し熱処理により硬度を上げた後、超サブゼロ処理により、金型素材の合金工具鋼の硬度をマイクロビッカース硬度で５００以上に上昇させ、その後パンチ１とダイ４の表面に放電硬化処理をし、ＴｉＣの表面硬化層６とを形成した金型により、板圧０．３５ｍｍの方向性けい素鋼板を打抜いたときの抜打ち製品８のかえり９の量が抜打ち数に伴なって変化する状況を調査したものである。
【００３８】
図５の比較例から明らかなように従来の超サブゼロ処理と放電硬化処理をしない金型に比べ、かえりの増加量が少なく、金型の寿命が８倍から９倍に伸びていることが分かる。これは、超サブゼロ処理によって、通常の焼入れ、焼戻し熱処理後にマルテンサイト変態しきれなかった残留オーステナイトがマルテンサイトに相変態したため、金型素材の合金工具鋼の硬度がマイクロビッカース強度で５００以上に均一に上昇したのと金型素材の金属組織が微細化したためと、金型素材の硬度がマイクロビッカース強度で５００以上に均一に上昇し、金属組織が微細化したため、その上に被覆された放電硬化膜が容易に剥離しなくなったためである。
【００３９】
前記実施形態では、金型素材を超サブゼロ処理した後、放電硬化処理によって硬化層を被覆したが、放電硬化層を被覆した後、金型全体を超サブゼロ処理しても良い。この場合、放電硬化被覆層と金型素材との界面の硬度が上昇し、且つ組織が微細化するため、更に金型の耐磨耗性が向上する。
【００４０】
また、金型素材を超サブゼロ処理した後、金型全体を再度超サブゼロ処理しても良い。この場合、放電硬化被覆層とそのものと、該放電硬化被覆層と金型素材との界面の硬度が上昇し、且つ組織が微細化するため、更に金型の耐磨耗性が向上する。ただし、超サブゼロ処理を２回繰り返すため、金型の製造コストは増すことになる。
【００４１】
さらに、上記実施形態では、被覆された硬化層が放電硬化層の場合について説明したが、被覆された硬化層がＰＶＤ処理によるものであっても良い。
【００４２】
このようにすれば、前述同様に金型の長寿命化を図ることができる。
【００４３】
このように本実施形態では、金型素材を合金工具鋼で構成すると共に、該金型素材の被加工材料と接触する部分の表面に硬化層を被覆し、金型素材の合金工具鋼の硬度をマイクロビッカース硬度で５００以上で、且つ表面硬化層の硬度以下に硬化させたことにより、組織の硬度が上がり、且つ組織が微細化するので、耐磨耗性を向上させることができる。これにより、表面硬化層も剥離しにくくなり、耐磨耗性の向上を図ることができる。
【００４４】
また、金型素材の合金工具鋼の硬度をマイクロビッカース硬度で５００以上とする手段として、超サブゼロ処理を行うようにしたが、金型素材の合金工具鋼の製造段階で、その硬度をマイクロビッカース硬度で５００以上とし、表面硬化層の組織も微細化すれば、金型の耐磨耗性も向上させることができる。
【００４５】
なお、上記各実施例において、前記硬化層を被覆する処理の手段が、放電硬化被覆やＰＶＤ処理を適用した実施例について本発明の特徴を説明した。しかしながら、放電硬化被覆やＰＶＤ処理は、従来技術である他の表面硬化処理技術であるＣＶＤ処理（化学的蒸着による表面被覆）やＴＤ処理に比べ、低温で表面改質可能であるけれども、表面改質する金型の表面積が広い場合には、金型材料に加わる熱量が増し、熱変形もしくは金型材料が焼き戻される場合があった。このため、表面改質する金型の面積は必要な個所にのみ限定することが望ましく、打抜き金型の端面では、切り刃先端より打抜かれる材料の板厚程度の長さ、側面、穴内面では、切り刃先端より金型を再研磨で使いきるまでの長さ程度に限定するのが好ましい。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、摩耗が少なく、寿命が長く、しかもプレス加工の生産性を向上させることができるプレス金型を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプレス金型の第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】同実施形態のプレス金型により被加工材が打抜かれる状態の説明図。
【図３】通常のプレス金型と本発明による放電硬化処理したプレス金型での打抜き製品のかえり量の比較例を示すグラフ
【図４】通常のプレス金型と本発明による超サブゼロ処理したプレス金型での打抜き製品のかえり量の比較例を示すグラフ。
【図５】通常のプレス金型と本発明による超サブゼロ処理＋放電硬化処理したプレス金型での打抜きのかえり量の比較例を示すグラフ。
【符号の説明】
１…パンチ（上型）
２，５…金型素材
３，６…表面硬化層
４…ダイ（下型）
７…被加工材
８…打抜き製品
９…かえり（バリ）
１０…抜きかす

Claims

上型および下型からなり、被加工材料の打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、前記上型および下型の金型素材が合金工具鋼であって、該金型素材の少なくとも前記被加工材料と接触する部分の表面に硬化層を被覆する構成とし、且つ前記金型素材の合金工具鋼の硬度をマイクロビッカース硬度で５００以上で、前記表面硬化層の硬度以下に硬化させたことを特徴とするプレス金型。
請求項１記載のプレス金型において、前記金型素材を超サブゼロ処理した後、該金型素材の表面に硬化層を被覆したことを特徴とするプレス金型。
請求項１記載のプレス金型において、該金型素材の表面に硬化層を被覆し、その後金型全体を超サブゼロ処理したことを特徴とするプレス金型。
請求項１記載のプレス金型において、前記金型素材を超サブゼロ処理した後、該金型素材の表面に硬化層を被覆し、その後再度金型全体を超サブゼロ処理したことを特徴とするプレス金型。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のプレス金型において、前記硬化層の被覆処理は、放電硬化表面処理であることを特徴とするプレス金型。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のプレス金型において、前記硬化層の被覆処理は、ＰＶＤ処理であることを特徴とするプレス金型。