JP5113549B2 - 成型金型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は成型金型の製造方法に関する。

ダイカスト金型において、成型キャビティの成型面を構成する入子の内部には、生産サイクル内で常に金型温度を安定させ、素形材の品質を維持する目的で、ダイカストマシンのインジェクション装置から射出される溶融金属（Ａｌ等）によって加えられる熱量を低減する冷却水の循環構造が構成される。その主流は、スポット冷却と呼ばれるものである。

スポット冷却では、入子に形成された冷却水流路を冷却水が循環するように構成されている。自動車のトランスミッションケース等のダイカスト金型においては、主としての有底の冷却水循環穴を入子に形成し、冷却水の往路と復路とを形成する２層パイプ構造の冷却水管を冷却水循環穴に導入して、冷却水を往路、冷却水循環穴、復路の順に循環させる構成が一般的である。

冷却水管と入子とを連結する方式としては、工具鋼で形成された入子の背面に深穴を直彫りし、この深穴を冷却水循環穴として、冷却水管からの冷却水を深穴に直接接触させる直接冷却方式と、入子に冷却水循環穴としての深穴を有する銅（例えば、Ｃ３６０１等の快削黄銅）製のブッシュを圧入し、このブッシュに形成されている深穴に冷却水管からの冷却水を循環させる間接冷却方式とがある。

直接冷却方式の場合、入子の素材（主として熱間工具鋼ＳＫＤ−６１等の工具鋼）に直接冷却水が触れることから、冷却水に対する熱伝導効率（従って冷却水による冷却効率）が高い反面、冷却水循環穴の内部に水素脆化による応力腐食割れが発生しやすい。そのため、耐久性が低くなりがちになり、場合によっては入子のキャビティ面まで割れが達成して冷却水がキャビティ面へあふれ出すという問題が生じることになる。

これに対して、間接冷却方式では、快削黄銅等、腐食の生じにくい金属材料で構成されたブッシュ内を冷却水が循環するので、直接冷却方式のような腐食割れは生じにくくなる。間接冷却方式の入子を製造する方法としては、特許文献１に開示されているように、冷却水を導入する流路を有するパイプを銅材等で形成し、このパイプを入子となる部材の間に挟み込んで、加圧接合法で接合する方法が知られている。
特開昭６１−８８９４２号公報

上述のように、入子に有底の冷却水循環穴を設け、この冷却水循環穴内に冷却水を循環させる冷却構造では、スリーブ状に形成された中空のブッシュに充分な荷重をかけることが困難であるため、特許文献１のような加圧接合法をそのまま流用することができなくなるという問題があった。また、入子を分割された部材で形成し、ブッシュをその径方向に挟み込んで拡散接合することも考えられるが、その場合には、分割された入子の間にブッシュを搬入したり、搬入されたブッシュを挟み込んで組み付けたりする工程が複雑となる上、入子が分割されていると、成型面の加工精度も悪くなり、高精度の成型用キャビティを形成することが困難になるという問題を回避することができなかった。

他方、拡散接合に依らずにブッシュを入子に嵌入した場合、ブッシュと入子との間に隙間が生じやすくなるという問題があった。特に、ブッシュの素材は、一般に軟質の金属材料であることから、お互いの加工精度をどのように高めたとしても、隙間が生じてしまい、入子から冷却水に伝導される熱量は、直接冷却方式に比べて大幅に低下する。冷却水による冷却効果を狙って、隙間にサーマルジョイント（金属類をペースト状にしたもの）を塗布しても、入子とブッシュとを密着させることができないので、完全に隙間をなくすことはできなかった。そのため、直接冷却方式と同等の冷却能力を有し、且つ維持することは困難であった。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、加工が容易であり、しかも、長期間にわたって優れた冷却効果を奏する耐久性の高い入子を製造することのできる成型金型の製造方法および成型金型を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、第１の金属で形成され、且つ成型キャビティの成型面を有する金型素材と、耐食性に優れた第２の金属で形成され、且つ冷却水流路を構成する冷却水循環穴を有するブッシュとを一体化して成型金型を製造する成型金型の製造方法であって、前記金型素材の当該冷却水流路を構成すべき部位に、内奥側が先細りになるテーパ穴を形成するテーパ穴形成工程と、形成された前記テーパ穴の周面に面接触するように対応した先細り状の外周面を有し、且つテーパ状の中実棒を前記第２の金属で形成する中実棒形成工程と、前記中実棒を前記金型素材の前記テーパ穴内に挿入するとともに当該テーパ穴の内奥側へ押圧して、両者を拡散接合する拡散接合工程と、拡散接合後の中実棒に深穴状の冷却水循環穴を形成して前記冷却水流路を形成する冷却水循環穴形成工程とを備え、前記第１の金属は、鋼であり、前記第２の金属は、銅または銅合金であることを特徴とする成型金型の製造方法である。
この態様では、テーパ穴形成工程によって金型素材にテーパ穴が形成されるとともに、中実棒形成工程によって、テーパ穴に面接触するように対応した外周面を有する中実棒が形成される。そして、この中実棒をテーパ穴に挿入して拡散接合を実行することにより、金型素材と中実棒は、一体化される。日本工業規格に定義されているように、拡散接合とは、「母材（金型素材と中実棒）を密着させ、母材の融点以下の温度条件で，塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法」をいう。この拡散接合工程では、中実棒を金型素材のテーパ穴に挿入して拡散接合を図っているので、金型素材と中実棒を充分に加圧し、好ましい拡散接合部位を形成することができる。拡散接合工程に当たっては、必要に応じて金型素材と中実棒との間にインサート金属を介在させてもよい。また、テーパ穴が、内奥側が先細りの形状になっているとともに、中実棒の外周が、このテーパ穴の内周面に面接触するように対応した先細りのテーパ形状に形成されているため、拡散接合工程において、くさび状に中実棒がテーパ穴内に圧入され、より好適な接合状態で金型素材と中実棒との間に稠密な拡散接合部位が形成される。その後、冷却水循環穴形成工程によって耐食性に優れた第２の金属で形成された冷却水流路が形成されるので、製造された金型は、第２の金属で形成された冷却水流路によって高い耐腐食性を有しつつ、金型素材との稠密な拡散接合部位によって良好な熱伝導特性を発揮し、長期間にわたって高い冷却効果を奏することが可能となる。

さらに、前記第１の金属は鋼であり、前記第２の金属は銅または銅合金であるので、両材料で接合面の清浄化、密着化を図り、好適な拡散接合部位を得ることが可能になる。

好ましい態様において、前記拡散接合工程の後に前記成型面を形成する成型面形成工程を備えている。この態様では、拡散接合工程において、未研削の部位を受圧面にして可及的に大きな荷重を拡散接合工程の際に金型素材と中実棒とに付与することができるとともに、荷重が付与された後の金型素材を研削して成型面を形成することにより、加工精度の高い成型面を形成することができる。

好ましい態様において、前記拡散接合工程に先立って拡散接合時における受圧面を前記金型素材に形成する受圧面形成工程を備えている。この態様では、受圧面形成処理によって形成された部位を受圧面にして、拡散接合工程の際に可及的に大きな荷重を金型素材と中実棒とに付与することができる。

好ましい態様において、前記金属素材を、前記拡散接合工程の後に所定の加熱温度で加熱し、その後、急冷する焼入れ工程を備え、前記中実棒の素材となる前記第２の金属を、前記加熱温度よりも融点の高い金属から選択するとともに、前記拡散接合工程では、前記焼入れ工程時の前記加熱温度以下の温度で所定時間加熱するものである。この態様では、可及的に高い温度で金型素材と中実棒との拡散接合を図ることができる。すなわち、拡散接合法は、金属原子の拡散現象を利用して金属同士を接合させる技術であり、拡散現象は、Ｆｉｃｋの法則における拡散係数Ｄによって評価される。この拡散係数Ｄの温度依存性は、下記（１）式で表される。

Ｄ＝Ｄ₀ ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ） （１）
但し、Ｄ₀ ：振動数因子
Ｑ ：活性化エネルギー
Ｒ ：気体定数
Ｔ ：温度
（１）式から明らかなように、拡散係数Ｄは、温度が上昇するに連れて急激に上昇する特性を有しており、拡散接合法においては、他の加工要素（例えば、オーステナイト粒子の粗大化による焼戻し後の脆化防止）を充足する限りにおいて、接合時の温度を可及的に高くすることが好ましい。この点、本態様においては、第１、第２の金属が焼入れ工程での加熱温度よりも融点が高い材料であるとともに、拡散接合工程では、焼入れ工程での加熱温度で加熱されることから、拡散をより促進し、所望の接合構造を得ることができるのである。

好ましい態様において、前記第２の金属は、無酸素銅である。一般に、間接冷却方式では、入子に快削黄銅の冷却水路を形成しているが、この快削黄銅は、融点が９００℃前後であるため、焼入れ工程に要する温度（１０００℃〜１０５０℃）では溶融するおそれがあるからである。これに対して無酸素銅（Ｃ１０２０）では、融点が１０８０℃前後であるため、焼入れ工程においても溶融するおそれがなく、拡散接合においても、焼入れ工程での加熱温度に加温して好ましい拡散接合を図ることが可能になるのである。

好ましい態様において、前記拡散接合工程の後の金型素材を、前記焼入れ工程の前に当該焼入れ工程での加熱温度よりも低い温度で加熱した後、徐冷する焼鈍し工程を備えている。この態様では、焼入れ工程でのマルテンサイト変態をより好適に促進することができる。すなわち、拡散接合工程では、相当の熱と圧力が加えられた状態にあるとともに、急冷が困難であるため、金型素材は、マルテンサイト、残留オーステナイト、ベイナイト等を含む混合組織になっている。そのため、直ちに焼入れ工程に移行しても、良質のマルテンサイト組織を得ることができず、金型として好適な硬度や靱性を得ることができない。これに対し、拡散接合工程の後に金型素材を再度所定温度に加熱して徐冷することにより、金型素材が球状パーライト単相に変態する。この結果、後工程の焼入れ工程において、金型素材のマルテンサイト変態が促進され、その後の焼戻し工程により金型として好適な硬度や靱性を得ることのできる良質のマルテンサイト組織を得ることが可能になるのである。

以上説明したように本発明では、第１の金属で構成された金型素材と耐食性に優れた第２の金属で構成されたブッシュとの間に拡散接合部位が形成されるので、ブッシュによる高い耐腐食性を有しつつ、金型素材との稠密な拡散接合部位によって良好な熱伝導特性を発揮し、加工が容易であり、しかも、長期間にわたって高い冷却効果を奏することができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るダイカスト金型用入子の製造方法を示す工程図である。また、図２〜図５は、各工程の説明図である。

まず、図１および図２（Ａ）（Ｂ）を参照して、同図に示す実施形態では、まず、金型素材１０と中実棒２０とが並行して製造される（工程ＳＴ１〜ＳＴ５）。

具体的には、第１の金属としての熱間工具鋼ＳＫＤ−６１の金型素材１０に有底のテーパ穴１１を形成するテーパ穴形成工程ＳＴ１が施される。テーパ穴１１は、例えば切削装置でくり抜かれたものであり、その底部側が細くなるテーパ形状に形成されている。テーパ穴１１は、平行な開口端１１ａと、開口端１１ａとの間に肩部１１ｂを区画してテーパ状の内面を形成するテーパ部１１ｃとを有し、テーパ部１１ｃの最奥部は、球面状に仕上げられている。以下、図２〜図６の説明では、テーパ穴１１の開口端側を仮に上方という。

テーパ穴形成工程ＳＴ１の後、テーパ穴１１の軸芯Ｌ回りに円形断面に金型素材１０を粗削りする形状粗削り工程ＳＴ２が施される。粗削りされた金型素材１０は、上部（テーパ穴１１の開口端１１ａ側）に形成される小径部１２と、この小径部１２とともに肩部１４を形成する大径部１５とを有している。また、金型素材１０の底部には、受圧面１６が形成されている。受圧面１６は、テーパ穴１１に圧入される中実棒２０が拡散接合工程ＳＴ６時にテーパ穴１１の内奥側へ押圧された際、その荷重を受ける面である。本実施形態では、この形状粗削り工程ＳＴ２が、拡散接合工程ＳＴ６に先立って拡散接合時における受圧面１６を金型素材１０に形成する受圧面形成工程を含んでいる。

形状粗削り工程ＳＴ２を終えた金型素材１０には、周知の方法で清浄化工程ＳＴ３が施され、この清浄化工程ＳＴ３によって、特にテーパ穴１１内の酸化膜が除去され、表面が清浄化される。

上述した各工程ＳＴ１〜ＳＴ３に並行して、金型素材１０と接合される中実棒２０を切削装置によって製造する中実棒形成工程ＳＴ４と、清浄化工程ＳＴ５とが施される。

中実棒形成工程ＳＴ４によって削り出された中実棒２０は、テーパ穴１１の開口端１１ａに対応する円柱部２１と、肩部１１ｂに対応する段部２２と、テーパ部１１ｃに対応するテーパ部２３とを一体に有する中実の金属棒材である。段部２２およびテーパ部２３は、対応する肩部１１ｂ、テーパ部１１ｃに面接触するように諸元が設定された状態で形成されている。これに対して、円柱部２１は、開口端１１ａよりも僅かに長い寸法に設定され、組付時において、金型素材１０の上端面１７から一部が上方に突出する潰し代が出るように設定されている（図３（Ｂ）参照）。

中実棒２０の素材としては、第２の金属としての無酸素銅（Ｃ１０２０）が好適に採用される。これは、後述する焼入れ工程ＳＴ９において、金型素材１０が１０３０℃に加熱されることから、一般的な素材である快削黄銅よりも融点の高い無酸素銅を採用することとしたのである。

中実棒２０を製造した後、この中実棒２０に対しても周知の方法で清浄化工程ＳＴ５が施され、この清浄化工程ＳＴ５によって、中実棒２０表面の酸化膜が除去され、表面が清浄化される。

次に、図１および図３を参照して、清浄化された金型素材１０および中実棒２０は、図３（Ａ）に示すように、中実棒２０のテーパ部２３をテーパ穴１１の開口端１１ａから差し込んで、組み付けられ、真空炉３０内で中実棒２０の周面をテーパ穴１１の全周にわたって密着させた状態で拡散接合工程ＳＴ６が実行される。

図６は、本発明の実施の形態に係る加熱処理の具体例を示すタイミングチャートである。

図６を参照して、この拡散接合工程ＳＴ６では、金型素材１０の受圧面１６を図略のプレス装置の載置面３１に載置し、押圧子３２で中実棒２０の潰し代部分を１５ＭＰａ程度の圧力で押圧し、その状態で段階的に昇温して目標温度（図示の例では１０３０℃程度）まで加熱し、目標温度に達してから所定時間ｔ１（例えば１時間）、圧力と温度とを真空炉３０内で維持した後、徐冷することにより行われる。本実施形態においては、過度に高温に金型素材１０が加熱されることによって、オーステナイト粒子が粗大化し、焼戻し後に脆化することを防止するため、目標温度を１０３０℃に設定している。もっとも、解決手段の欄に示した（１）式から明らかなように、拡散係数Ｄは、温度が上昇するに連れて急激に上昇する特性を有しており、接合時の温度を可及的に高くすることが好ましいことから、本実施形態では、無酸素銅を採用することにより、高い目標温度での拡散接合を図るようにしているのである。

この拡散接合工程ＳＴ６では、中実棒２０を金型素材１０のテーパ穴１１に挿入して拡散接合を図っているので、金型素材１０と中実棒２０を充分に加圧し、好ましい拡散接合部位４１（図４（Ａ）参照）を形成することができる。拡散接合工程ＳＴ６に当たっては、必要に応じて金型素材１０と中実棒２０との間にインサート金属を介在させ、固相拡散接合、或いは液相拡散接合としてもよい。また、テーパ穴１１が、内奥側が先細りの形状になっているとともに、中実棒２０の外周が、このテーパ穴１１の内周面に面接触するように対応した先細りのテーパ形状に形成されているため、拡散接合工程ＳＴ６において、くさび状に中実棒２０がテーパ穴１１内に圧入され、より好適な接合状態で金型素材１０と中実棒２０との間に稠密な拡散接合部位４１が形成される。

図１および図４を参照して、拡散接合工程ＳＴ６を終えた金型素材１０と中実棒２０とは、両者の接合部分に拡散接合部位４１を有する成型金型としてのダイカスト金型用入子４０を構成している。

このダイカスト金型用入子４０は、真空炉３０から取り出され、切削装置による形状粗削り工程ＳＴ７を施すことによって、当該金型素材１０の下部にキャビティ成型面４２が形成される。本実施形態においては、この形状粗削り工程ＳＴ７を拡散接合工程ＳＴ６の後に行っているので、図２、図３で示した受圧面１６を形成し、拡散接合工程ＳＴ６においては、より好適な姿勢で金型素材１０と中実棒２０とを加圧することができる。このように本実施形態では、形状粗削り工程ＳＴ７が、拡散接合工程ＳＴ６の後に成型面４２を形成する成型面形成工程を含んでいる。

キャビティ成型面４２が形成されたダイカスト金型用入子４０には、図１および図４（Ｂ）に示すように、加熱炉５０内で熱処理が施される（工程ＳＴ８〜ＳＴ１０）。

次に図６を参照して、上述したように、拡散接合工程ＳＴ６では、徐々に加熱温度を上昇し、目標温度に達してからは、所定時間ｔ１の間、圧力と温度を維持して拡散接合を生じさせ、その後、徐冷することにより行われる。この拡散接合工程ＳＴ６が終了した時点Ａでの金型素材１０は、マルテンサイト、パーライト、残留オーステナイト、ベイナイト等を含む混合組織になっている。そのため、直ちに焼入れ工程に移行しても、良質のマルテンサイト組織を得ることができず、金型として好適な硬度や靱性を得ることができない。そこで、本実施形態では、焼入れ工程ＳＴ９に先立って、焼鈍し工程ＳＴ８を行うこととしている。

この焼鈍し工程ＳＴ８では、加熱炉５０内で、ダイカスト金型用入子４０を加熱し、所定の目標温度（例えば、８５０℃）まで昇温する。次いで、所定時間ｔ２（例えば、１時間）、加熱温度を維持した後、徐冷する。この焼鈍し工程ＳＴ８が終了した時点Ｂでの金型素材１０の組織は、球状パーライトの単相に変態している。この結果、後工程の焼入れ工程ＳＴ９において、金型素材のマルテンサイト変態が促進され、その後の焼戻し工程ＳＴ１０により金型として好適な硬度や靱性を得ることのできる良質のマルテンサイト組織を得ることが可能になるのである。

焼鈍し工程ＳＴ８の後、焼入れ工程ＳＴ９が施される。

焼入れ工程ＳＴ９では、所定の温度毎に保持時間ｔ３、ｔ４を設け、ダイカスト金型用入子４０が可及的に均等に昇温するように加熱する。例えば、本実施形態では、４５０℃〜６５０℃の間に第１の保持時間ｔ３を設け、７００℃〜８５０℃の間に第２の保持時間ｔ４を設けている。各保持時間ｔ３、ｔ４は、約１時間に設定される。

焼入れ工程ＳＴ９では、球状パーライト単相組織がマルテンサイト組織（多少の残留オーステナイトがあってもよい）に変態するために充分な加熱温度（図示の例では１０３０℃）に加熱される。この加熱温度に達すると、その後は加熱炉５０を制御して加熱温度を所定時間ｔ５（例えば、約１時間）、一定に維持する。その後、ガス冷、水冷、油冷等の方法でダイカスト金型用入子４０を急冷する。この急冷時間ｔ６は、例えば３０分以内に５１０℃まで冷却するように温度が制御される。

この焼入れ工程ＳＴ９が終了した時点Ｃでの金型素材１０の組織は、マルテンサイトと残留オーステナイトの組織である。

この段階でのマルテンサイト組織は、硬いわりに降状点が低く、もろい状態にある。そこで本実施形態では、靱性の高いマルテンサイト組織を得るために、比較的高温（例えば５５０℃）で焼戻し工程ＳＴ１０を実行することとしている。

この焼戻し工程ＳＴ１０では、複数回にわたってダイカスト金型用入子４０を目標温度（例えば５５０℃）まで加熱し、徐冷（放冷）する。

この焼戻し工程ＳＴ１０が終了した時点Ｄでの金型素材１０の組織は、靱性の高い焼戻しマルテンサイトに変態する。

次に、図１および図５を参照して、焼戻し工程ＳＴ１０を終了したダイカスト金型用入子４０は、再び研削装置によって、加工される。まず、平面加工工程ＳＴ１１により、金型素材１０の上端面１７と中実棒２０の上面４３とが面一に研削される（図５（Ａ）参照）。その後、中実棒２０の軸芯沿いに有底の冷却水循環穴（深穴）４４が冷却水循環穴形成工程ＳＴ１２によって形成される（図５（Ｂ）参照）。冷却水循環穴４４は、詳しくは後述する冷却水管１０９を嵌入させる入口側の嵌入部４４ａと、この嵌入部４４ａよりも小径に形成され、嵌入部４４ａとの間に肩部４４ｂを区画した状態で冷却水を循環させる底部側の循環部４４ｃとを同心に有している。冷却水循環穴４４の嵌入部４４ａ、循環部４４ｃは、何れもストレートな筒状になっている。この冷却水循環穴４４が形成されることにより、中実棒２０は、本発明におけるブッシュを構成する。なお、冷却水循環穴形成工程ＳＴ１２の実行時には、金型素材１０と中実棒２０との間に形成された拡散界面（拡散接合部位）４１の接合良否を加工負荷による分離有無等により判定することも可能となる。

次いで、形状仕上げ加工工程ＳＴ１３によって、ダイカスト金型用入子４０の外周面が仕上げ加工される。最後に、寸法検査を行って、ダイカスト金型用入子４０が完成する。

次に、上述した各工程ＳＴ１〜ＳＴ１３を経て製造されたダイカスト金型用入子４０を採用したダイカスト成型装置１００について説明する。

図７は、本発明の実施形態に係るダイカスト成型装置１００の断面略図である。なお、以下の説明において、図７の左側を仮に前方とする。

図７を参照して、本実施形態に係るダイカスト成型装置１００は、固定盤１０１と、この固定盤１０１の前方に配置される可動盤１０２とを備えている。

固定盤１０１と可動盤１０２との間には、固定盤１０１の前面に固定される固定母型１０３が配置されており、固定母型１０３と可動盤１０２との間には、可動母型１０４が配置されている。可動母型１０４は、その前面に配置されたダイベース１０５によって、可動盤１０２と一体化され、前後方向に所定の間隔を隔てた状態で可動盤１０２とともに前後に移動可能に構成されている。

固定母型１０３と可動母型１０４との間には、固定母型１０３の前面に固定された固定入子１０６と、可動母型１０４の背面に固定された可動入子１０７とが配置されており、互いに前後に対向して環状のキャビティ１０８を形成している。固定入子１０６には、上述した製造手順を経て形成されたダイカスト金型用入子４０が固着されている。固定母型１０３には、前後に延びる冷却水管１０９が貫通しており、この冷却水管１０９の前端部がダイカスト金型用入子４０の冷却水循環穴４４内に導入されている。

図８は、図７の要部拡大図である。

図８を参照して、冷却水管１０９は、冷却水の往路を構成するインナパイプ１０９ａと、このインナパイプ１０９ａの外周に冷却水の復路を構成する隙間を隔てて同心に配置されるアウタパイプ１０９ｂとを有している。アウタパイプ１０９ｂは、ダイカスト金型用入子４０の冷却水循環穴４４を構成する嵌入部４４ａに、図略のシールを介して圧入される。また、インナパイプ１０９ａは、アウタパイプ１０９ｂよりも冷却水循環穴４４の内奥側に導入され、冷却水循環穴４４の循環部４４ｃの底部付近に開口している。アウタパイプ１０９ｂの上流端には、ノズル部１０９ｃが形成され、このノズル部１０９ｃに、インナパイプ１０９ａの上流端に連通して冷却水を供給する供給口１０９ｄと、インナパイプ１０９ａの外周とアウタパイプ１０９ｂの内周との間に連通して、冷却水循環穴４４から復動した冷却水を排出する排出口１０９ｅとを形成している。そして、供給口１０９ｄからインナパイプ１０９ａに供給された冷却水を冷却水循環穴４４に流してダイカスト金型用入子４０を冷却した後、アウタパイプ１０９ｂの内周とインナパイプ１０９ａの外周との間から冷却水を復動させて排出口１０９ｅから排出する仕組みを構成している。

図７を参照して、可動母型１０４には、キャビティ１０８の外周部分の一部を形成する分流子１１０と、スライドコア１１１とが設けられている。このうち、スライドコア１１１は、可動入子１０７と相対的に変位可能にスライドコアホルダ１１３に固定されており、可動母型１０４に固定されたコアシリンダ１１２により、スライドコアホルダ１１３を介して駆動されるように構成されている。

他方、固定母型１０３には、可動母型１０４に固定された分流子１１０の背面に対向して、キャビティ１０８の一部と連通する鋳込口ブッシュ１１４が設けられている。鋳込口ブッシュ１１４の上流側（後ろ側）には、射出スリーブ１１５が連続している。射出スリーブ１１５には、成型材料となる溶融金属としてのアルミニウム１１６を導入する導入口１１５ａが形成されているとともに、この導入口１１５ａから導入されたアルミニウム１１６を前方の鋳込口ブッシュ１１４からキャビティ１０８内に押し込むプランジャロッド１１７のプランジャチップ１１８が摺動自在に設けられている。射出スリーブ１１５、プランジャロッド１１７等は、本実施形態におけるインジェクション装置を構成している。

また、キャビティ１０８内で成型された成型品を取り出すために、可動盤１０２には、押し出しロッド１２０が設けられており、その後端部には、押出し板１２１が固定されている。押出し板１２１には、押出しピン１２２が片持ち状に固定され、後方の可動母型１０４、可動入子１０７を貫通して、キャビティ１０８に臨んでいる。

図７に示したダイカスト成型装置１００でワークを成型する際には、可動盤１０２を図略の駆動装置で駆動して、可動母型１０４、可動入子１０７が図示の通り固定母型１０３、固定入子１０６、ダイカスト金型用入子４０との間でキャビティ１０８を形成する。これと並行して、コアシリンダ１１２により、スライドコアホルダ１１３を介してスライドコア１１１を図示の状態に保持する。この状態で、射出スリーブ１１５の導入口１１５ａから素材となるアルミニウム１１６を導入し、プランジャロッド１１７のプランジャチップ１１８で導入されたアルミニウム１１６を前方の鋳込口ブッシュ１１４からキャビティ１０８内に押し込み、凝固完了までの所定時間で成型する。

この成型の間、冷却水が冷却水管１０９に供給され、ダイカスト金型用入子４０が冷却される。

図８を参照して、より詳細に説明すると、図略の冷却水供給回路から供給された冷却水は、冷却水管１０９の供給口１０９ｄからインナパイプ１０９ａを通り、ダイカスト金型用入子４０の冷却水循環穴４４に導入され、ダイカスト金型用入子４０の熱を吸収する。その後、冷却水循環穴４４内に形成された流路を通って、アウタパイプ１０９ｂの内周側に流れ、後方に戻って排出口１０９ｅから吐出される。

本実施形態においては、冷却水循環穴４４を形成する際に、中実棒２０を金型素材１０のテーパ穴１１内に拡散接合し、その後、研削加工によって冷却水循環穴４４を形成しているので、銅材と金型素材１０との間は、稠密な拡散接合部位４１で接合されている。この結果、長期間にわたり、熱応力に対する高い耐性を維持することができ、クラックの発生を防止することができる。

図７に示したダイカスト成型装置１００は、自動変速機に設けられるトランスミッションケースのダイカスト型を具体化したものである。本件発明者らが実施した実験では、３００００ｓｈｏｔの鋳造を行った後でも、冷却水の漏れが生じず、ダイカスト金型用入子４０に錆が発生することもなかった。冷却能力においても、素形材の良品条件である金型温度を維持することができ、品質と稼働率の両面において高いレベルを維持している。

以上説明したように、本実施形態では、冷却水循環穴形成工程ＳＴ１２によって耐食性に優れた金属（無酸素銅）で形成された冷却水流路が形成されるので、製造されたダイカスト金型用入子４０は、無酸素銅の冷却水流路によって高い耐腐食性を有しつつ、金型素材１０との稠密な拡散接合部位４１によって良好な熱伝導特性を発揮し、長期間にわたって高い冷却効果を奏することが可能となる。

また本実施形態では、拡散接合工程ＳＴ６の後にキャビティ成型面４２を形成する成型面形成工程としての形状粗削り工程ＳＴ７を備えている。このため本実施形態では、拡散接合工程ＳＴ６において、未研削の部位を受圧面１６にして可及的に大きな荷重を拡散接合工程ＳＴ６の際に金型素材１０と中実棒２０とに付与することができるとともに、荷重が付与された後の金型素材１０を研削してキャビティ成型面４２を形成することにより、加工精度の高いキャビティ成型面４２を形成することができる。

また本実施形態では、拡散接合工程ＳＴ６に先立って拡散接合時における受圧面１６を金型素材１０に形成する受圧面形成工程としての形状粗削り工程ＳＴ２を備えている。このため本実施形態では、拡散接合工程ＳＴ６の際に可及的に大きな荷重を受圧面１６で受けることによって、金型素材１０と中実棒２０とに付与することができる。

また本実施形態では、第１の金属は、工具鋼であり、第２の金属は、無酸素銅である。このため本実施形態では、両材料で接合面の清浄化、密着化を図り、好適な拡散接合部位４１を得ることが可能になる。

また本実施形態では、金型素材１０を、拡散接合工程ＳＴ６の後に所定の加熱温度（１０３０℃）で加熱し、その後、急冷する焼入れ工程ＳＴ９を備え、中実棒２０の素材となる第２の金属を、焼入れ工程ＳＴ９での加熱温度（１０３０℃）よりも融点の高い無酸素銅にするとともに、拡散接合工程ＳＴ６では、焼入れ工程ＳＴ９時の加熱温度以下の温度で所定時間加熱するものである。このため本実施形態では、可及的に高い温度で金型素材１０と中実棒２０との拡散接合を図ることができる。すなわち、第１、第２の金属が焼入れ工程ＳＴ９での加熱温度よりも融点が高い材料であるとともに、拡散接合工程ＳＴ６では、焼入れ工程ＳＴ９での加熱温度で加熱されることから、拡散をより促進し、所望の接合構造を得ることができるのである。

また本実施形態では、第２の金属は、無酸素銅である。一般に、間接冷却方式では、入子に快削黄銅の冷却水路を形成しているが、この快削黄銅は、融点が９００℃前後であるため、焼入れ工程ＳＴ９に要する温度（１０００℃〜１０５０℃）では溶融するおそれがあるからである。これに対して無酸素銅（Ｃ１０２０）では、融点が１０８０℃前後であるため、焼入れ工程ＳＴ９においても溶融するおそれがなく、拡散接合においても、焼入れ工程ＳＴ９での加熱温度に加温して好ましい拡散接合を図ることが可能になるのである。

また本実施形態では、拡散接合工程ＳＴ６の後の金型素材１０を、焼入れ工程ＳＴ９の前に当該焼入れ工程ＳＴ９での加熱温度よりも低い温度で加熱した後、徐冷する焼鈍し工程ＳＴ８を備えている。このため本実施形態では、焼入れ工程ＳＴ９でのマルテンサイト変態をより好適に促進することができる。すなわち、拡散接合工程ＳＴ６では、相当の熱と圧力が加えられた状態にあるとともに、急冷が困難であるため、金型素材１０は、マルテンサイト、パーライト、残留オーステナイト、ベイナイト等を含む混合組織になっている。そのため、直ちに焼入れ工程ＳＴ９に移行しても、良質のマルテンサイト組織を得ることができず、金型として好適な硬度や靱性を得ることができない。これに対し、拡散接合工程ＳＴ６の後に金型素材１０を再度所定温度に加熱して徐冷することにより、金型素材１０が球状パーライト単相に変態する。この結果、後工程の焼入れ工程ＳＴ９において、金型素材１０のマルテンサイト変態が促進され、その後の焼戻し工程ＳＴ１０により金型として好適な硬度や靱性を得ることのできる良質のマルテンサイト組織を得ることが可能になるのである。

上述した実施の形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。

例えば、本発明は、上述のようなアルミニウムのダイカスト成型のみならず、樹脂成型用金型にも適用することができる。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の形態に係る成型金型の製造方法を示す工程図である。 本発明の実施の形態に係る成型金型の製造方法における各工程の説明図であり、（Ａ）は金型素材の断面図、（Ｂ）は中実棒の側面図である。 本発明の実施の形態に係る成型金型の製造方法における拡散接合工程の金型素材の断面図である。 本発明の実施の形態に係る成型金型の製造方法における拡散接合工程の金型素材の断面図である。 本発明の実施の形態に係る成型金型の製造方法における拡散接合工程の金型素材の断面図である。 本発明の実施の形態に係る加熱処理の具体例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係るダイカスト成型装置の断面略図である。 図７の要部拡大図である。

１０ 金型素材
１１ テーパ穴
１６ 受圧面
２０ 中実棒（ブッシュの素材）
４０ ダイカスト金型用入子（成型金型の一例）
４１ 拡散接合部位
４２ キャビティ成型面
４４ 冷却水循環穴
１００ ダイカスト成型装置
１０８ キャビティ
１０９ 冷却水管
１１６ アルミニウム（溶融金属の一例）
ＳＴ１ テーパ穴形成工程
ＳＴ２ 形状粗削り工程（受圧面形成工程の一例）
ＳＴ３ 清浄化工程
ＳＴ４ 中実棒形成工程
ＳＴ５ 清浄化工程
ＳＴ６ 拡散接合工程
ＳＴ７ 形状粗削り工程（成型面形成工程の一例）
ＳＴ８ 焼鈍し工程
ＳＴ９ 焼入れ工程
ＳＴ１０ 焼戻し工程
ＳＴ１１ 平面加工工程
ＳＴ１２ 冷却水循環穴形成工程
ＳＴ１３ 形状仕上げ加工工程

Claims (6)

1. 第１の金属で形成され、且つ成型キャビティの成型面を有する金型素材と、耐食性に優れた第２の金属で形成され、且つ冷却水流路を構成する冷却水循環穴を有するブッシュとを一体化して成型金型を製造する成型金型の製造方法であって、
   前記金型素材の当該冷却水流路を構成すべき部位に、内奥側が先細りになるテーパ穴を形成するテーパ穴形成工程と、
   形成された前記テーパ穴の周面に面接触するように対応した先細り状の外周面を有し、且つテーパ状の中実棒を前記第２の金属で形成する中実棒形成工程と、
   前記中実棒を前記金型素材の前記テーパ穴内に挿入するとともに当該テーパ穴の内奥側へ押圧して、両者を拡散接合する拡散接合工程と、
   拡散接合後の中実棒に深穴状の冷却水循環穴を形成して前記冷却水流路を形成する冷却水循環穴形成工程とを備え、
   前記第１の金属は、鋼であり、前記第２の金属は、銅または銅合金である
   ことを特徴とする成型金型の製造方法。
2. 請求項１記載の成型金型の製造方法において、
   前記拡散接合工程の後に前記成型面を形成する成型面形成工程を備えている
   ことを特徴とする成型金型の製造方法。
3. 請求項２記載の成型金型の製造方法において、
   前記拡散接合工程に先立って拡散接合時における受圧面を前記金型素材に形成する受圧面形成工程を備えている
   ことを特徴とする成型金型の製造方法。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の成型金型の製造方法において、
   前記金属素材を、前記拡散接合工程の後に所定の加熱温度で加熱し、その後、急冷する焼入れ工程を備え、
   前記中実棒の素材となる前記第２の金属を、前記加熱温度よりも融点の高い金属から選択するとともに、前記拡散接合工程では、前記焼入れ工程時の前記加熱温度以下の温度で所定時間加熱するものである
   ことを特徴とする成型金型の製造方法。
5. 請求項４記載の成型金型の製造方法において、
   前記第２の金属は、無酸素銅である
   ことを特徴とする成型金型の製造方法。
6. 請求項４または５記載の成型金型の製造方法において、
   前記拡散接合工程の後の金型素材を、前記焼入れ工程の前に当該焼入れ工程での加熱温度よりも低い温度で加熱した後、徐冷する焼鈍し工程を備えている
   ことを特徴とする成型金型の製造方法。
   

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