JP2015150593A - ダイカスト金型およびその熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬さ勾配を有するダイカスト金型およびその熱処理方法を提供する。
【解決手段】ダイカスト金型１の全体を焼入れおよび焼戻し処理する工程と、ヒータ制御装置８に接続され、ダイカスト金型１の裏面３の上方の設定位置に水平および垂直に移動して固定できるように設置された矩形の特殊ヒータ７を、ダイカスト金型１の裏面３の上方において、裏面３から所定の距離を取った状態で設置し、ダイカスト金型１の内部の温度を計測するための温度センサ９を、ダイカスト金型１の内部に冷却水穴４や鋳抜きピン穴５などを利用して複数個設置し、ダイカスト金型１の裏面３の割れ発生の可能性の高い部分のみを所定の温度まで加熱し、所定の深さまで焼き鈍しする工程とを含む熱処理方法を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、硬さ勾配を有するダイカスト金型およびその熱処理方法に関するものである。

大型ダイカスト金型の高硬度化や、ハイサイクル化に伴う内冷強化が進んでいる。それに伴い、ダイカスト金型裏面の割れが生じやすくなり、裏面冷却水穴や鋳抜きピン穴からの割れによる水漏れや、焼き鈍し後の変形などが起きる。そのため、一般的なダイカスト金型裏面の割れを防止するための技術が幾つか提案されている。

例えば、特許文献１に示された従来のダイカスト金型では、硬さ勾配を持った金型を作製する手段として流動層熱処理炉を用いて、予熱処理、部分浸漬予熱、部分浸漬焼入温度保持、部分焼き入れ、焼き戻し処理を行い、更に細かい金型の硬さ制御のために流動層熱処理炉を用いて部分焼き戻し処理を行い、仕上げ加工を行うことで製品となる金型を作製する。塩浴炉に比べ潮解性がなく、環境にも優しい流動層熱処理炉を使用して金型を作製する方法で、金型の一面側を焼き入れ温度に保持された炉の流動層に部分浸漬し、所定時間保持後焼き入れをし、その後全体を焼き戻し処理を行うことで、金型の一面側から他面側に沿って硬さ勾配を持った金型を提供する。

また、特許文献２に示された従来のダイカスト金型の熱処理方法は、キャビティ面、係るキャビティ面とほぼ対抗するキャビティバック面、および係るキャビティバック面に基端が開口し且つ先端がキャビティ面付近に位置する冷却水孔を含むダイカスト金型の熱処理方法であって、ダイカスト金型の全体を焼入れおよび焼戻し処理する工程と、その後に行う、上記キャビティバック面寄りの部分を再焼戻し処理する工程、および上記冷却水孔の先端の内面近傍を局部的に再焼戻し処理する工程とを含む。これにより、大きな凹凸部を含むキャビティ面を有していても、ヒートクラックや大割れが発生し難い。

特開２００５−５９０５４号公報 特開２００６−１３６９２１号公報

しかしながら、上記の先行技術のようなダイカスト金型裏面全体加熱による焼き鈍しは、熱膨張等により変形の危険性が高い。また、一般的なダイカスト金型の熱処理硬さとして４５〜５０ＨＲＣ程度が選定されるが、耐ヒートクラックの目的で指定硬さが高めのケースが増加している。そのため、従来のダイカスト金型およびその熱処理方法では、大型ダイカスト金型の高硬度化や、ハイサイクル化に伴う内冷強化に伴うダイカスト金型裏面の割れを十分に防止できないという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑み、ダイカスト金型裏面の割れを十分に防止することができるダイカスト金型およびその熱処理方法を提供することを目的としている。

本発明に係るダイカスト金型は、裏面の割れ発生の可能性の高い部分のみを電磁的な加熱手段を用いて所定の温度まで加熱し、所定の深さまで焼き鈍して作製されたことを特徴とする。

また、本発明に係るダイカスト金型の熱処理方法は、ダイカスト金型の全体を焼入れおよび焼戻し処理する工程と、前記ダイカスト金型の裏面の割れ発生の可能性の高い部分のみを電磁的な加熱手段を用いて所定の温度まで加熱し、所定の深さまで焼き鈍しする工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係るダイカスト金型およびその熱処理方法によれば、ダイカスト金型裏面の外周部を加熱せず、内部の必要部位のみを加熱することができるので、焼き鈍し後のダイカスト金型の変形や割れが発生し難くなる。
また、ダイカスト金型の製品面の硬さを保持したままで裏面のみ焼き鈍しすることにより、裏面冷却水穴や鋳抜きピン穴からの割れによる水漏れを防ぐことができる。

本発明に係るダイカスト金型の熱処理方法の概念を示す図である。 本発明に係るダイカスト金型の熱処理方法におけるダイカスト金型の裏面の加熱範囲の例を示す図である。 本発明に係るダイカスト金型の熱処理方法のフローチャートを示す図である。 本発明に係るダイカスト金型の熱処理方法における加熱時の温度の時間経過の例を示す図である。 本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（１）を示す図である。 本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（２）を示す図である。 本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（３）を示す図である。 本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（４）を示す図である。 本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（５）を示す図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明を行う。
図１は、本発明に係るダイカスト金型の熱処理方法の概念を示す図である。土台の上にダイカスト金型１が、製品面２を下、裏面３を上にした状態で設置されている。ダイカスト金型１の裏面３には、冷却水穴４や鋳抜きピン穴５が複数存在している。

ヒータ制御装置８に接続された矩形の特殊ヒータ７が、ダイカスト金型１の裏面３の上方において、裏面３から所定の距離を取った状態で水平および垂直に移動して固定できるように専用の設備が用意されている（本図では省略している）。また、ダイカスト金型１の内部の温度を計測するための温度センサ（Ｋ熱電対）９が複数個あり、それらはダイカスト金型１の内部に冷却水穴４や鋳抜きピン穴５などを利用して、図の下の方から挿入されて、ダイカスト金型１の裏面３の表面からの距離２０ｍｍの位置に設置されている。ダイカスト金型１の裏面３の表面から温度センサ９までの間は、蓋をしている。データロガー１０は、上記複数の温度センサ９の計測値のモニタ表示を行う。ヒータ制御装置８においては、作業者がデータロガー１０における複数の温度センサ９の計測値を観測しながら、特殊ヒータ７の入および切を制御できるようなボタン類や表示ランプなどが設置されている。特殊ヒータ７は、水冷式近赤外線ヒータユニット（２００Ｖ−３２５０Ｗ×９本）を用いる。

図２は、本発明に係るダイカスト金型の熱処理方法におけるダイカスト金型１の裏面３における加熱範囲の例を示す図である。この例においては、横５２５＋５２５ｍｍ、縦３４０＋３４０ｍｍのダイカスト金型１の裏面３の中央部分における横２３０＋２８０ｍｍ、縦２００＋２００ｍｍの長方形型領域が加熱範囲６である。加熱範囲６を、特殊ヒータ７の加熱可能範囲に応じて幾つかの領域（本図の場合は４個）に分割して、領域ごとに特殊ヒータ７を用いて順次加熱処理していく。

図３は、本発明に係るダイカスト金型の熱処理方法のフローチャートを示す図である。ダイカスト金型１に対して焼き入れを行った後（Ｓ１）、焼き戻しを行う（Ｓ２）。次に、ダイカスト金型１の裏面３の中央部分の加熱範囲６に対して特殊ヒータ７を用いて領域毎に焼き鈍しを行う（Ｓ３）。
焼き鈍しの手順は、加熱範囲６の１つの領域の上方の所定距離を隔てた位置に特殊ヒータ７を設置し、特殊ヒータ７を入にする。その後、その領域の所定の深さの温度が上がって第１の所定温度に達したら、特殊ヒータ７を切にする。次に、特殊ヒータ７の設置位置を別の加熱範囲６の領域に変更する。その後、特殊ヒータ７で加熱した領域の所定の深さの温度が下がり、第２の所定温度に達したら、特殊ヒータ７を入にする。その後、特殊ヒータ７で加熱している領域の所定の深さの温度が上がって第１の所定温度に達したら、特殊ヒータ７を切にする。次に、特殊ヒータ７の設置位置を別の加熱範囲６の領域に変更する。この動作を加熱範囲６の全ての領域にわたって繰り返す。最後に、仕上げ（Ｓ４）を行って、作業は終了する。

図４は、本発明に係るダイカスト金型の熱処理方法における加熱時の温度の時間経過の例を示す図である。横軸が時刻（ｈ：ｍｍ：ｓｓ）、縦軸が温度（℃）である。図中の記号１〜８は、加熱範囲６の各領域内における８個の温度センサ９の計測値である。
時刻（０：００：００）から特殊ヒータ７を入にし、時刻（１：００：００）直後頃に特殊ヒータ７の加熱領域の所定の深さの温度のいずれかが約６５０℃となった時点でヒータを切にしている。これにより、特殊ヒータ７から水平方向に距離のある場所の温度は距離に応じて約５００〜７０℃となっている。その後、各部の温度は概ね低下し、約３００〜１００℃となっている。
その後、特殊ヒータ７の位置を変更し、特殊ヒータ７の加熱領域の所定の深さの温度が約６５０℃から約３００℃になった時刻（１：４５：００）頃に再度特殊ヒータ７を入にし、時刻（２：２０：００）頃に特殊ヒータ７の加熱領域の所定の深さの温度のいずれかが約６５０℃となった時点で特殊ヒータ７を切にしている。これにより、特殊ヒータ７から水平方向に距離のある場所の温度は距離に応じて約５７０〜２１０℃となっている。その後、各部の温度は概ね低下し、約３００〜２００℃となっている。このように、全体として加熱処理を４回繰り返している。

図５は、本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（１）を示す図である。特殊ヒータ７とダイカスト金型１間の距離が５０ｍｍ、裏面から２０ｍｍの深さを６５０℃まで加熱した。横軸が、図２における加熱範囲６の一番右端の縦線（１）における上端からの距離（ｍｍ）、縦軸がエコーチップ硬さ（ＨＲＣ換算）である。深さ５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍについて測定を行った。
特殊ヒータ７での加熱処理後の加熱場所付近のエコーチップ硬さが、その他の場所のエコーチップ硬さ（約４５ＨＲＣ換算）よりも低下しているのが分かる。深さ５ｍｍでは約３８ＨＲＣ換算、深さ１０ｍｍでは約４２ＨＲＣ換算、深さ２０ｍｍでは約４４ＨＲＣ換算まで低下しているが、深さ３０ｍｍではほぼ低下していない。加熱範囲６以外の周辺領域では低下していない。

図６は、本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（２）を示す図である。横軸が、図２における加熱範囲６の一番右端の縦線（２）における上端からの距離（ｍｍ）、縦軸がエコーチップ硬さ（ＨＲＣ換算）である。
特殊ヒータ７での加熱処理後の加熱場所付近のエコーチップ硬さが、その他の場所のエコーチップ硬さ（約４５ＨＲＣ換算）よりも低下しているのが分かる。深さ５ｍｍでは約３８ＨＲＣ換算、深さ１０ｍｍでは約４１ＨＲＣ換算、深さ２０ｍｍでは約４３ＨＲＣ換算まで低下しているが、深さ３０ｍｍでは約４４ＨＲＣ換算である。加熱範囲６以外の周辺領域では低下していない。

図７は、本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（３）を示す図である。横軸が、図２における加熱範囲６の一番右端の縦線（３）における上端からの距離（ｍｍ）、縦軸がエコーチップ硬さ（ＨＲＣ換算）である。
特殊ヒータ７での加熱処理後の加熱場所付近のエコーチップ硬さが、その他の場所のエコーチップ硬さ（約４５ＨＲＣ換算）よりも低下しているのが分かる。深さ５ｍｍでは約３５ＨＲＣ換算、深さ１０ｍｍでは約３９ＨＲＣ換算、深さ２０ｍｍでは約４２ＨＲＣ換算まで低下しているが、深さ３０ｍｍでは約４５ＨＲＣ換算である。加熱範囲６以外の周辺領域では低下していない。

図８は、本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（４）を示す図である。横軸が、図２における加熱範囲６の一番右端の縦線（４）における上端からの距離（ｍｍ）、縦軸がエコーチップ硬さ（ＨＲＣ換算）である。
特殊ヒータ７での加熱処理後の加熱場所付近のエコーチップ硬さが、その他の場所のエコーチップ硬さ（約４５ＨＲＣ換算）よりも低下しているのが分かる。深さ５ｍｍでは約３２ＨＲＣ換算、深さ１０ｍｍでは約３６ＨＲＣ換算、深さ２０ｍｍでは約４２ＨＲＣ換算まで低下しているが、深さ３０ｍｍでは約４５ＨＲＣ換算である。加熱範囲６以外の周辺領域では低下していない。

図９は、本発明に係るダイカスト金型の裏面のエコーチップ硬さ分布の例（５）を示す図である。横軸が、図２における加熱範囲６の一番右端の縦線（５）における上端からの距離（ｍｍ）、縦軸がエコーチップ硬さ（ＨＲＣ換算）である。
特殊ヒータ７での加熱処理後の加熱場所付近のエコーチップ硬さが、その他の場所のエコーチップ硬さ（約４５ＨＲＣ換算）よりも低下しているのが分かる。深さ５ｍｍでは約３８ＨＲＣ換算、深さ１０ｍｍでは約４１ＨＲＣ換算、深さ２０ｍｍでは約４４ＨＲＣ換算まで低下しているが、深さ３０ｍｍでは約４５ＨＲＣ換算である。加熱範囲６以外の周辺領域では低下していない。このように、硬さ勾配を有するダイカスト金型が製作できていることがわかる。

以上のように、本発明の実施形態に係るダイカスト金型およびその熱処理方法によれば、ダイカスト金型裏面の外周部を加熱せず、内部の必要部位のみを加熱することができるので、焼き鈍し後のダイカスト金型の変形や割れが発生し難くなる。
また、ダイカスト金型の製品面の硬さを保持したままで裏面のみ焼き鈍しすることにより、裏面冷却水穴や鋳抜きピン穴からの割れによる水漏れを防ぐことができる。
また、ダイカスト金型の裏面局部加熱で３０〜４０ＨＲＣまで硬さを低下させることにより、材料の延性向上を実現でき、また、シャルピー衝撃値では２倍程度の向上を実現できる。

本発明は、以上述べた実施形態に限定されることはなく、他にも種々の実施形態を採用することができる。特殊ヒータ７の形状や加熱範囲は矩形でなくても良い。加熱範囲の分割の個数は４より多くても少なくても良い。

本発明は、硬さ勾配を有するダイカスト金型およびその熱処理方法等に利用可能である。

１ ダイカスト金型
２ 製品面
３ 裏面
４ 冷却水穴
５ 鋳抜きピン穴
６ 加熱範囲
７ 特殊ヒータ
８ ヒータ制御装置
９ 温度センサ
１０ データロガー

Claims (2)

1. 裏面の割れ発生の可能性の高い部分のみを電磁的な加熱手段を用いて所定の温度まで加熱し、所定の深さまで焼き鈍して作製されたことを特徴とするダイカスト金型。
2. ダイカスト金型の全体を焼入れおよび焼戻し処理する工程と、
   前記ダイカスト金型の裏面の割れ発生の可能性の高い部分のみを電磁的な加熱手段を用いて所定の温度まで加熱し、所定の深さまで焼き鈍しする工程と
   を含むことを特徴とするダイカスト金型の熱処理方法。