JP4789971B2

JP4789971B2 - 金型およびその製造方法

Info

Publication number: JP4789971B2
Application number: JP2008122166A
Authority: JP
Inventors: 航佐藤; 和也齋藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2028-05-08
Also published as: JP2009269300A; US20090280208A1

Description

本発明は、ワークの製品面に対応する成形面に被覆層を備えている金型およびその製造方法に係り、特に被覆層の改良に関する。

ブロー成形で使用される金型は、図５（Ａ）に示すように上型１０１および下型１０２を備えている。上型１０１および下型１０２の内面によりキャビティ１０３が形成されている。上型１０１はガス供給孔１０１Ａを有し、下型１０２はガス排出孔１０２Ａを有している。下型１０２は内部に、ワークの製品面に対応する成形面１０４を有し、成形面１０４には被覆層１０５が形成されている。被覆層１０５は、下型１０２の表面への熱処理により得られる酸化膜である。ワークＷは、上型１０１と下型１０２との間に摺動自在に狭持されるＡｌ板である。

ブロー成形では、たとえば金型を加熱することによりワークＷを高温状態とし、図４（Ｂ）に示すように、ガス供給孔１０１Ａを通じてキャビティ１０３内へガスを供給する。すると、高温状態にあるワークＷが、ガス圧により下型１０２の成形面１０４の側面部および底面部に押し付けられながら流入する。これにより、ワークＷは下型１０２の成形面１０４の形状に対応する製品面に成形される。この場合、キャビティ１０３内へ供給されたガスはガス排出孔１０２Ａを通じて適宜排出される。

しかしながら、ブロー成形では、ワークＷが下型１０２の被覆層１０５に凝着し、成形時や離型時に下型１０２の成形面１０４の被覆層１０５にワークＷの材料であるＡｌ等の異物が付着したり、被覆層１０５自体が剥離したりする。このため、成形面１０４に凹凸形状が形成され、成形を重ねる毎に、その凹凸形状が成長する虞があった。その結果、ワークＷの製品面に生じる傷が深くなるため、製品面を改修する必要があった。

そこで、特許文献１に開示されているように、傷が深くなることを抑制するために成形面１０４の平滑性の向上を図ることが提案されている。具体的には、下型１０２の成形面１０４にめっき加工を行い、CrC/NiCrあるいはWC/Coからなるめっき膜を形成し、そのめっき膜に研磨を行う。これにより、めっき膜の平均粗度Ｒａを０．４〜０．５μｍ（最大粗度Ｒｙ１．６〜２．０μｍ程度）に設定している。このようなめっき膜を被覆層１０５とすることにより、成形面１０４の平滑性の向上を図っている。この技術では、ワークＷの下型１０２への凝着を抑制することにより、ワークＷの製品面の傷が深くなることを防止している。

しかしながら、この場合、成形面１０４の平滑性が高いため、ワークＷの下型１０２の成形面１０４での摺動距離が長くなる。このため、ワークＷに傷が生じると、その傷が長くなる。

ＵＳ６，６５５，１８１

したがって、本発明は、ワークＷの製品面に生じる傷を浅くて、かつ短くすることができ、その改修を容易とする金型およびその製造方法を提供することを目的としている。

本発明の金型は、Ａｌ材のブロー成形に用いられる金型であって、ワークの製品面に対応する成形面に被覆層を備え、被覆層の最大粗度Ｒｙは５〜２０μｍであることを特徴としている。

本発明の金型では、金型の成形面の被覆層の最大粗度Ｒｙを５μｍ以上としているので、金型を用いたブロー成形では、金型の成形面に対するワークの摺動を抑制することができる。これにより、ワークの製品面に傷が生じても、その長さを短くすることができる。また、金型の成形面の被覆層の最大粗度Ｒｙを２０μｍ以下としているので、ワークの製品面に傷が生じても、その傷の深さを改修可能なレベルに抑えることができる。したがって、ワークの製品面の改修が容易となる。このような効果は、被覆層を成形面の全てに形成することにより最大限得ることができる。

本発明の金型は、種々の構成を用いることができる。被覆層の最大粗度Ｒｙを８〜１２μｍとすることが好適である。この態様では、最大粗度Ｒｙを８μｍ以上としているので、金型を用いたブロー成形では、金型の成形面に対するワークの摺動をさらに抑制することができる。これにより、ワークの製品面に傷が生じても、その長さを短くすることができる。また、金型の成形面の被覆層の最大粗度Ｒｙを１２μｍ以下としているので、ワークの製品面に傷が生じても、その傷の深さを浅くすることができる。したがって、ワークの製品面の改修がさらに容易となる。

また、被覆層の材料としてめっきを用い、その厚みを１〜５０μｍとすることができる。この態様では、被覆層の材料としてめっきを用いているので、ワークの金型への凝着を抑制することができる。これにより、成形時や離型時における金型の成形面の被覆層への異物の付着を防止することができるので、金型の成形面での凹凸形状の形成や成長を抑制することができる。したがって、ワークの製品面に傷が生じても、その傷は浅いから、製品面の改修がより容易となる。この場合、被覆層の厚みが１μｍ未満である場合、被覆層の耐摩耗性が不十分となる。被覆層の厚みが５０μｍを超える場合、被覆層が自己崩壊する。したがって、被覆層の厚みを１〜５０μｍとすることにより、被覆層の耐摩耗性を確保することができ、かつ被覆層の自己崩壊を防止することができる。これにより、金型の成形面での凹凸形状の形成を防止することができるので、ワークの製品面での傷の発生を防止することができ、その結果、ワークの製品面の改修が容易となる。

本発明の金型の製造方法は、Ａｌ材のブロー成形に用いられる金型の母材の表面に粗し加工を行い、粗し加工が行われた表面に、最大粗度Ｒｙが５〜２０μｍである被覆層を形成することを特徴としている。

本発明の金型の製造方法では、本発明の金型による効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、金型の母材の表面への粗し加工後、金型の母材の表面に被覆層を形成しているので、被覆層の強度を十分確保することができる。ブロー成形時の温度（常温〜５００℃）では金型母材の膨張が大きいため、被覆層が強度不足であるとき、被覆層でのクラックや被覆層の剥離が発生する虞がある。しかしながら、本発明の金型の製造方法では、被覆層の強度を十分確保することができるので、被覆層でのクラックや被覆層の剥離の発生を防止することができる。これにより、金型の成形面での凹凸形状の形成を防止することができるので、ワークの製品面での傷の発生を防止することができ、その結果、ワークの製品面の改修がさらに容易となる。

本発明の金型の製造方法は、種々の構成を用いることができ、たとえば本発明の金型と同様な態様を用いることができる。被覆層の最大粗度Ｒｙを８〜１２μｍとすることができる。また、被覆層の材料としてめっきを用い、その厚みを１〜５０μｍとすることができる。各態様では、上記金型の態様と同様な作用・効果を得ることができる。

本発明の金型またはその製造方法によれば、成形面の被覆層の最大粗度Ｒｙを５〜２０μｍとしているので、ワークの製品面で生じる傷が生じても、その長さを短くすることができ、かつ、その傷の深さを改修可能なレベルに抑えることができる。したがって、ワークの製品面の改修が容易となる。

本発明の金型の製造方法によれば、本発明の金型による効果を得ることができるのはもちろんのこと、被覆層でのクラックや被覆層の剥離の発生を防止することができる。その結果、ワークの製品面での傷の発生を防止することができるので、ワークの製品面の改修がさらに容易となる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る一実施形態の金型の製造方法を表し、各工程での金型の一部構成を表す側断面図である。まず、図１（Ａ）に示すように、金型１を準備する。金型１の母材として、たとえば鋳鋼を用いる。続いて、図１（Ｂ）に示すように、金型１の母材の成形面２に粗し加工を行う。この場合、粗し加工として、たとえばブラスト処理を行い、金型１の母材の成形面２の最大粗度Ｒｙを、たとえば１５〜２５μｍとする。

続いて、図１（Ｃ）に示すように、金型１の母材の成形面２に被覆層３を形成する。被覆層３の材料として、たとえばＮｉ−Ｗ系めっきを用いる。これにより、成形面での酸化膜の成長を防止することができる。特に、ワークがＡｌ材料からなる場合、被覆層３のめっきがＮｉを含有することにより、ワークと金型１の母材との密着性を確保することができる。また、この場合、被覆層３のめっきがＷを含有することにより、金型１は、高温状態にあるＡｌ材料と電気的に不活性となる。被覆層３の厚さは、たとえば１〜５０μｍとすることが好適である。被覆層３は、成形面２の全てに形成することが好適である。

このような被覆層３を成形面２に形成することにより、成形面２の最大粗度Ｒｙを５〜２０μｍ、より好適には８〜１２μｍとする。これについて図２〜４を参照して説明する。

図２は、本発明に係る一実施形態のワークの製品面での傷深さとその製品面へのヤスリによる改修可能レベルとの関係を表す図である。図２で示されるデータは、最大粗度Ｒｙの上限を調べるために、各最大粗度Ｒｙ有する金型の成形面を用いた成形を繰り返し行うことによりワークの製品面に生じた傷の深さのデータから得られたものである。図２に示すように、傷深さが４μｍ以下では、ワークの製品面の改修が不要（ヤスリが不要）、傷深さが４〜１２μｍでは１２０番のヤスリによるワークの製品面の改修が必要、傷深さが１２〜１２μｍでは８０番のヤスリと１２０番のヤスリによるワークの製品面の改修が必要、傷深さが２０以上ではヤスリによるワークの製品面の改修が不可能（ＮＧ）である。

図３は、本発明に係る一実施形態のワークの製品面での傷深さと傷長さとの関係を表す図である。図３に示されるデータ（◆マーク）は、最大粗度Ｒｙの下限を調べるために、金型の成形面を用いた成形を繰り返し行うことによりワークの製品面に生じた傷深さと傷長さのデータであり、傷の深さと傷の長さの関係は略比例関係にある。これは、傷（＝摺動距離）が長いほど、金型に付着するＡｌが多く、大量生産した場合、金型の凹凸がより成長するためである。

図４は、本発明に係る一実施形態の金型の成形面の最大粗度Ｒｙとワークの製品面での傷長さとの関係を表すグラフである。図４に示されるデータ（◆マーク）について、最大粗度Ｒｙが０μｍ近傍のデータ群は、被覆層形成前にブラスト処理を施さなかった（すなわち鏡面状態にある）金型の成形面のもの、最大粗度Ｒｙが８μｍ近傍のデータ群は、被覆層形成前に研磨粒度１８０のブラスト処理（＃１８０ブラスト）を施した金型の成形面のもの、最大粗度Ｒｙが１０μｍ近傍のデータ群は、被覆層形成前に研磨粒度１２０のブラスト処理（＃１２０ブラスト）を施した金型の成形面のもの、最大粗度Ｒｙが２０μｍ近傍のデータ群は、被覆層形成前に研磨粒度８０のブラスト処理（＃８０ブラスト）を施した金型の成形面のものである。

金型の成形面の最大粗度Ｒｙの上限について、図２に示すように、最大粗度Ｒｙが２０μｍを超えると、傷深さが２０μｍを超えるので、８０番のヤスリを用いたワークの製品面の改修が不可能となる。したがって、最大粗度Ｒｙは２０μｍ以下とする。また、図２，４に示すように、最大粗度Ｒｙは１２μｍを超えると、８０番のヤスリおよび１２０番のヤスリを用いたワークの製品面の改修が必要になる。これに対して最大粗度Ｒｙを１２μｍ以下とすると、ワークの製品面の改修には１２０番のヤスリのみで十分であるから、最大粗度Ｒｙは１２μｍ以下とすることが好適である。また、傷の深さが１４μｍを超えると、ワークの製品面の改修が困難になり始める。

金型の成形面の最大粗度Ｒｙの下限について、図３に示すように、傷深さの最大許容範囲の１４μｍ以下とするためには、傷長さを３．４ｍｍ以下にする必要がある。図４に示すように、傷長さが３．４ｍｍ以下の範囲に対応する最大粗度Ｒｙは５μｍ以上である。したがって、最大粗度Ｒｙを５μｍ以上とする。また、図３に示すように、１２０番のヤスリのみでのワークの製品面の改修を可能とするように傷深さを１２μｍ以下とするためには、傷長さを３．１８ｍｍ以下にする必要がある。図４に示すように、傷長さが３．１８ｍｍ以下の範囲に対応する最大粗度Ｒｙは８μｍ以上である。したがって、最大粗度Ｒｙを８μｍ以上とすることが好適である。

以上のように本実施形態の金型１では、金型１の成形面２の被覆層３の最大粗度Ｒｙを５μｍ以上としているので、金型１を用いたブロー成形では、金型１の成形面２に対するワークの摺動を抑制することができる。これにより、ワークの製品面に傷が生じても、その長さを短くすることができる。また、金型１の成形面２の被覆層３の最大粗度Ｒｙを２０μｍ以下としているので、ワークの製品面に傷が生じても、その傷の深さを改修可能なレベルに抑えることができる。したがって、ワークの製品面の改修が容易となる。このような効果は、被覆層３を成形面２の全てに形成することにより最大限得ることができる。

特に、最大粗度Ｒｙを８μｍ以上としているので、金型１を用いたブロー成形では、金型１の成形面２に対するワークの摺動をさらに抑制することができる。これにより、ワークの製品面に傷が生じても、その長さを短くすることができる。また、金型１の成形面２の被覆層３の最大粗度Ｒｙを１２μｍ以下としているので、ワークの製品面に傷が生じても、その傷の深さを浅くすることができる。したがって、ワークの製品面の改修がさらに容易となる。

また、被覆層３の材料としてめっきを用いているので、ワークの金型１への凝着を抑制することができる。これにより、成形時や離型時における金型１の成形面２の被覆層３への異物の付着を防止することができるので、金型１の成形面２での凹凸形状の形成や成長を抑制することができる。したがって、ワークの製品面に傷が生じても、その傷は浅いから、製品面の改修がより容易となる。この場合、被覆層３の厚みが１μｍ未満である場合、被覆層３の耐摩耗性が不十分となる。被覆層３の厚みが５０μｍを超える場合、被覆層３が自己崩壊する。したがって、被覆層３の厚みを１〜５０μｍとすることにより、被覆層３の耐摩耗性を確保することができ、かつ被覆層３の自己崩壊を防止することができる。これにより、金型１の成形面２での凹凸形状の形成を防止することができるので、ワークの製品面での傷の発生を防止することができ、その結果、ワークの製品面の改修が容易となる。

本実施形態の金型１の製造方法では、本実施形態の金型１による効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、金型１の母材の表面への粗し加工後、金型１の母材の表面に被覆層３を形成しているので、被覆層３の強度を十分確保することができる。ブロー成形時の温度（常温〜５００℃）では金型１の母材の膨張が大きいため、被覆層３が強度不足であるとき、被覆層３でのクラックや被覆層３の剥離が発生する虞がある。しかしながら、本実施形態の金型１の製造方法では、被覆層３の強度を十分確保することができるので、被覆層３でのクラックや被覆層３の剥離の発生を防止することができる。これにより、金型１の成形面２での凹凸形状の形成を防止することができるので、ワークの製品面での傷の発生を防止することができ、その結果、ワークの製品面の改修がさらに容易となる。

本発明に係る一実施形態の金型の製造方法を表し、各工程での金型の一部構成を表す側断面図である本発明に係る一実施形態のワークの製品面での傷深さとその製品面へのヤスリによる改修可能レベルとの関係を表す図である。本発明に係る一実施形態のワークの製品面での傷深さと傷長さとの関係を表す図である。本発明に係る一実施形態の金型の成形面の最大粗度Ｒｙとワークの製品面での傷長さとの関係を表すグラフである。ワークのブロー成形で使用される金型の概略構成の一例を表し、（Ａ）はブロー成形前の状態を表す側断面図、（Ｂ）はブロー成形中の状態を表す側断面図である。

符号の説明

１…金型、２…成形面、３…被覆層

Claims

Ａｌ材のブロー成形に用いられる金型において、
ワークの製品面に対応する成形面に被覆層を備え、
前記被覆層の最大粗度Ｒｙは５〜２０μｍであることを特徴とする金型。
前記被覆層の最大粗度Ｒｙは８〜１２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の金型。
前記被覆層の材料としてめっきが用いられ、その厚みが１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の金型。
Ａｌ材のブロー成形に用いられる金型の母材の表面に粗し加工を行い、
前記粗し加工が行われた前記表面に、最大粗度Ｒｙが５〜２０μｍである被覆層を形成することを特徴とする金型の製造方法。
前記被覆層の最大粗度Ｒｙを８〜１２μｍとすることを特徴とする請求項４に記載の金型の製造方法。
前記被覆層の材料としてめっきを用い、その厚みを１〜５０μｍとすることを特徴とする請求項４または５に記載の金型の製造方法。