JPH02187308A

JPH02187308A - 金型および該金型用素材ブロック

Info

Publication number: JPH02187308A
Application number: JP598389A
Authority: JP
Inventors: Kohei Kubota; 耕平久保田; Tsutomu Sato; 勉佐藤; Ryuji Ninomiya; 隆二二宮; Tadataka Kogori; 古郡　恭敬; Takuji Yoshida; 卓司吉田
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1989-01-17
Filing date: 1989-01-17
Publication date: 1990-07-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分！］本発明は、金型および該金型用素材ブロックに関し、詳
しくは一定組成の亜鉛基合金を機械加工してなり、高強
度で、かつ耐摩耗性に優れ、しかも加工性や寸法精度が
良好で、巣の発生の少ない射出成形用金型および該金型
に用いられる素材ブロックに関する。

［従来の技術］プラスチックの射出成形用金型の分野において、数十刃
ショットを超える大規模量産用に鋼製ブロックを機械加
工して製作された金型が使用され、他方、量産前の少量
試作用として亜鉛基合金を砂型鋳造により製作された金
型が使用されている。

一方、近年の多品種少量生産の潮流の中で飲方ショット
程度の寿命を持つ簡便な金型が要求されている。

このような要求に対して、鋼製金型は機械加工に長時間
を要するという欠点があるため、機動的なモデルチェン
ジに速やかに対応することができない。

また、アルミニウム合金を機械加工した金型が提案され
ているが、素材ブロックとしてのインゴットに巣が生じ
易いという欠点を有するため、これを圧延することが試
みられている。しかし、この場合には圧延するブロック
寸法に制約が出てくる。更に、加工ミスや設計変更に伴
なって必要とされる補修溶接が難しいとか、金型の鏡面
仕上が難しいという課題を有する。

さらには、従来より少量試作用として用いられていた鋳
造用亜鉛基合金、−船釣には４．１重量％ＡＪ−３重量
％Ｃｕ−０．０５重量％Ｍｇ−Ｚｎ（商品名ＺＡＳ）は
数千ショットの寿命しかないため、上記要求は満たされ
ない。

更に、特開昭［１３−６５０４３号公報には、高強度、
高耐摩耗性を示唆する亜鉛基合金を用いた鋳造成形した
金型が提案されている。しかし、この亜鉛基合金を従来
の鋳造金型として用いた場合に、上記したＺＡＳ合金（
商品名）と異なり、その表面に巣が生成し易いという問
題がある。この他、このような鋳造金型は、収縮幅を見
込んでも、得られる金型の０．１〜０．２＃１程度の寸
法誤差は避けられず、寸法精度に劣るため、嵌合が要求
される射出成形用金型として使用できないことやきのこ
状等の末広がりな形状の金型が得られ′ず、形状に制約
があるという課題も有する。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みなさ
れたもので、高強度で、かつ耐摩耗性に優れ、しかも加
工性や寸法精度が良好で、巣の発生の少ない射出成形用
金型および該金型に用いられる素材ブロックを提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の上記目的は、一定組成を有する亜鉛基合金ブロ
ックを機械加工することによって達成される。

すなわち本発明の金型は、アルミニウム６〜１２重量％
、銅５．５〜１２重量％、マグネシウム０．０１〜０．
２０重１％、必要に応じてチタン、ジルコニウム、ニッ
ケル、コバルト、マンガン、リチウム、ケイ素、ランタ
ン系元素から選ばれる少なくとも　１種２重量％以下、
不ｉＪ避不純物を除いて残部が亜鉛である亜鉛基合金か
らなり、機械加工により得られるものである。

本願発明の金型に用いられる亜鉛基合金は、上記のよう
な組成を有することが必要で、アルミニウムの含有量が
１２重量％を超えると亜鉛基合金の凝固時に成分偏析が
生じ、高さ方向に機械的特性が変化して好ましくない。

アルミニウムの含有量が６重量％未満では引張り強さ等
の所定の機械的強度が得られない。

また、銅の含有量が１２重量％を超えると５０μｍ以上
の鋳造欠陥が鋳造品内部に迄生成し易くなるため好まし
くなく、また３’ｆｆ１ｆｆｉ％未満では金型に所定の
機械的強度が付与できない。

マグネシウムは、Ｚｎ　−Ａ、Ｊ系合金の粒界腐食を防
止するために必要であるが、その含有量が０．２０重量
％を超えると金型が脆くなり、０．０１重量％未満では
含有効果が小さい。

チタン、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、マンガン
、リチウム、ケイ素、ランタン系元素から選ばれる少な
くとも　１種は、金型の機械的強度、例えば硬さを改善
するために任意に含有されるが、２．０重量％を超えて
含有してもそれ以上の含有効果はない。

本発明の金型は、上記亜鉛基合金からなる素材ブロック
を機械加工することによって得られるが、同一組成の亜
鉛基合金を鋳造して金型を得た場合には、本発明のよう
な良好な金型は得られない。

すなわち、特開昭６３−８５０４３公報に記載されてい
るように鋳造して金型を得た場合には、上述のように金
型の表面に巣が発生し、射出成形品の品質劣化につなが
るのみならず、寸法精度に劣り、嵌合が要求される射出
成形用金型として使用できず、しかも複雑な形状の金型
が得られないのである。

本発明の金型の製造方法の好ましい一例は次の通りであ
る。

先ず、上記組成範囲となるように、所定量の各成分を黒
鉛るつぼ等の中に添加し、これを溶解して上記組成範囲
の亜鉛基合金を得る。

次に、この亜鉛基合金を４５０〜５００℃で溶解し、所
定寸法の鋳型に鋳造し、本発明の素材ブロックを得る。

ここに用いられる鋳造方法は、アルミニウムの偏析を避
けるために、上部を加熱して底部を冷却するトップヒー
ト法を採用することが望ましい。また、鋳型材料として
は、鋳物砂を使用することができるが、好ましくは鋳鉄
製材料、更に好ましくはグラファイト等の炭素材料やセ
ラミック中に水冷管を配管して用いることができる。こ
のようにグラファイト等を用いる場合には、得られる金
型の機械的強度は、鋳物砂を用いた場合と比較して引張
強さが２Ｋｔ　ｒ　／　＃２　　ブリネル硬さ（ＨＢ　
）が５程度向上する。

このようにして得られた本発明の素材ブロック寸法、形
状は任意であるが、−辺１００〜１０００ａｓ＋の直方
体が一般的である。

次に、この素材ブロックに放電加工等の機械加工を施し
、所望形状の本発明の金型が得られる。

この際に、表面から数ミリ以内が金型の成形面にならな
いように配慮して機械加工を行なう。好ましくは表面の
５ｆｆｉ１１程度を最初に研削しておくとよい。

この金型の引張強さは３４Ｋｆｉ　ｆ’　／　＃　２以
上、ブリネル硬さ（Ｈａ　）は１０５以上である。金型
に要求される寿命は、金型形状、射出成形に用いられる
熱可塑性樹脂の種類によって異なるが、ポリアセタール
樹脂を使用し、精密ギヤ形状の金型を例に挙げれば、１
５０００〜２００００シヨツトが要求されるが、この要
求は引張強さ’３２Ｋｔ　ｆ’　／　ｍａｒ　２以上、
ブリネル硬さ（Ｈａ　）はｉｏｏ以上、好ましくは１０
５以上で達成される。本発明の金型は、上記機械的強度
の数値から、この要求に充分に対応し得るものである。

また、射出成形した樹脂の表面性として許容されるだめ
の巣の限界は５０μｍ以下のものがｔ　ｏ　ｏ　ｃｉ当
り　５個以内であるが、本発明の素材ブロックも鋳造に
より得られるため巣は発生するが、５０μｍ以上のもの
は表面およびその近傍に限られ、この素材ブロックを機
械加工して金型としての所定寸法に仕上げることによっ
て、金型にはほとんど巣の発生は見られず、こ・のため
この金型を用いた射出成形品にもこれに起因した欠陥は
発生しない。

［実施例］以下、実施例等に基づいて本発明を具体的に説明する。

なお、第１表中の数値は特記しない限り重量％基準であ
る。

実施例１〜１８および比較例１〜４第１表に示す各成分の所定量を黒鉛るつぼに添加、溶解
して亜鉛基合金を得た。

次に、この亜鉛基合金を鋳鉄製の鋳型内に投入し、　３
００１ＩＩＩｎ×３００ｍｍ×３００ＩＩＩＩｎの素材
ブロックを鋳造した。この鋳造は、鋳型の上部をバーナ
ーで加熱するトップヒート法を用いた。

この素材ブロックの表面を５ＩＮＩＫ研削した後、フラ
イス加工、放電加工等によりギヤ状金型を得た。

この際の得られた金型の引張強さ、ブリネル硬さ、アル
ミニウムの偏析の有無および巣の状況の良否について評
価し、試験結果を第１表に示した。

また、実施例５においては、機械加工性能として旋盤加
工性能および放電加工性能を評価し、結果を第２表に示
した。

これら各評価の試験方法は次の通りである。

（試験条件）（１）引張強さ（Ｂｆ　／ｍｍ２）：インストロン引張
り試験機により引張速度１ｃｍ／　１ｆｆ１１ｎ、、温
度６０℃で測定。

（２）ブリネル硬さ（Ｈａ）：ブリネル硬さ試験機によ
り荷重１０００　ｈ、３０秒、保持温度２５℃で測定。

（３）偏析の有無：金型の上部と底部のアルミニウムの
分析を行ない、偏析のあるものを有り、ないものを無し
とした。

（４）巣の状況二金型の表面からｌｏｗ内部迄研削して
観察し、　１００　ｃｍ当りに観察される５０μｍ以上
の微小果が５個以下のものを良好とし、６個以上のもの
を不良とした。

（５）旋盤加工性能二回転数、送り、切込みの総合評価
とした。

（６）放電加工性能：電圧６０ｖ１電流ＢＡの条件で５
５＃　Ｘ　５０＋１！Ｉｌｌ　ｘ深さ２０Ｉ！＋＋＋＋
の穴を仕上面の面精度２８μｍで加工するのに必要な時
間で計算した。

比較例５〜６実施例６で用いたのと同寸法の市販のアルミニウム合金
ブロック（Ｊ　Ｉ　Ｓ　　Ａ　７０７５−Ｔ　ｆｉｆ材
）および鉄鋼５４５Ｃブロツクを用い、実施例６と同様
に放電加工によりギヤ状金型を得た。

この際の得られた金型の引張り強さ、ブリネル硬さ、巣
の状況の良否について実施例６と同様に訂価し、試験結
果を第１表に示した。また、旋盤加工性能および放電加
工性能を実施例６と同様に評価し、結果を第２表に示し
た。

比較例７実施例６と同様の亜鉛基合金から鋳造によって、実施例
６と同様の寸法および形状のギヤ状金型を製造した。

得られた金型は、実施例６の所望の寸法に対して寸法誤
差が０．１ｍ程度生じてしまった。また、金型表面には
５０μｍ以上の微小巣が６個以上発生し、その評価は不
良であった。

実施例１９実施例６で用いた亜鉛基合金の素材ブロックの表面を５
履研削した後、放電加工によりきのこ状金型を調製した
。

得られた金型は、寸法精度に優れ、また金型表面には５
０μｍ以上の微小巣が５個以下であり、その評価は良で
あった。

比較例８実施例６と同様の亜鉛基合金から鋳造によって、実施例
１９と同様の寸法および形状のきのこ状金型の製造を試
みたが、形状が末広がりなため製造が困難であった。

第表第１表に示されるように、アルミニウム、銅およびマグ
ネシウムを一定量含有する亜鉛基合金からなる素材ブロ
ックを放電加工して得られる実施例１〜８の金型は、本
発明で規定する組成範囲を外れた亜鉛基合金からなる素
材ブロックを放電加工して得られた比較例１〜４の金型
に比較して引張強さや硬さが高い水準にあり、引張強さ
３４Ｋｙｒ／馴２以上、ブリネル硬さ（Ｈ３）は１０５
以上であり、金型に要求される特性をいずれも超えて（
また。また、アルミニウムの偏析が無く、巣の状況も良
好であった。さらには、第２表に示されるように、旋盤
加工性能や放電加工性能も極めて優れていた。

実施例９〜１８は、実施例６で用いられた亜鉛基合金中
にチタン等の成分を少量含有させたものであるが、第１
表に示されるように硬さ等の特性がさらに向上する。

比較例５は、アルミニウム合金ブロックを放電加工等し
て金型としたものであり、第１表に示されるように引張
強さや硬さは高水準にあるものの、内部に巣の残存がみ
られ、巣の状況は不良であった。また、第２表に記載さ
れるように、加工性は実施例６に比べて劣ったものであ
った。

比較例６は、鉄鋼ブロックを放電加工等して金型とした
ものであり、第１表に示されるように引張強さや硬さは
高水準で、しかも巣の状況も良好であるものの、第２表
に記載されるように、加工性は実施例６に比べて著しく
劣り、放電加工性能では、実施例６の１２倍も長時間を
要した。

比較例７は、実施例６と同一組成の亜鉛基合金をそのま
ま鋳造して金型としたものであるが、寸法精度が悪く、
また巣の発生がみられ、巣の状況は不良であった。

実施例１９および比較例８は、形状が末広がりなきのこ
状の金型の製造を試みたものであるが、実施例６と同一
組成の亜鉛基合金からなる素材ブロックを放電加工した
実施例１９では、寸法精度が良好で、しかも巣の状況も
良好であるきのこ状の金型が得られたが、実施例６と同
一組成の亜鉛基合金をそのまま鋳造した比較例８は、形
状が末広がりであるきのこ状の金型は得られなかった。

［発明の効果］以上説明したように、一定組成の亜鉛基合金を機械加工
してなる本発明によって、２万ショット以上の射出成形
に耐える強度および耐摩耗性を有し、しかも加工性や寸
法精度が良好で、巣の発生の少ない金型および該金型に
用いられる素材ブロックが得られる。

このことは、本発明の金型が従来の鋼製ブロックを機械
加工して得られる金型に対し、極めて高い加工性を示し
、機動的なモデルチェンジに対応できることとなる。

また、本発明の金型は従来提案されているアルミニウム
合金製ブロックを機械加工して得られる金型に対し、高
い機械加工性を示すのみならず、巣の発生も少なく、ま
た寸法上の制約がなく、かつ補修溶接性等に優れるとい
う利点を有する。

さらに、本発明の金型は従来試作用として用いられてい
る低強度の亜鉛基合金を鋳造して製造した金型に対し、
高い強度や耐摩耗性を有し、また特開昭Ｈ−６５（１４
３号公報に記載されているような高強度の亜鉛基合金を
鋳造して製造した金型に対し、巣の生成が許容限度内で
あり、かつ寸法精度がよいため、嵌合可能な部材の製作
ができ、また末広がりな形状の金型が製造できるという
利点を有する。

従って、本発明の金型は、現在要求されている種々の形
状が必要とされる敵方ショットの射出成形用金型として
好適である。

特許出願人　三井金属鉱業株式会社代理人　弁理士　伊　東　辰　雄代理人　弁理士　伊　東　哲　也

Claims

【特許請求の範囲】１、アルミニウム６〜１２重量％、銅５．５〜１２重量
％、マグネシウム０．０１〜０．２０重量％、不可避不
純物を除いて残部が亜鉛である亜鉛基合金からなり、機
械加工してなる金型。２、アルミニウム６〜１２重量％、銅５．５〜１２重量
％、マグネシウム０．０１〜０．２０重量％、不可避不
純物を除いて残部が亜鉛である亜鉛基合金からなり、機
械加工してなる金型用素材ブロック。３、アルミニウム６〜１２重量％、銅５．５〜１２重量
％、マグネシウム０．０１〜０．２０重量％、チタン、
ジルコニウム、ニッケル、コバルト、マンガン、リチウ
ム、ケイ素、ランタン系元素から選ばれる少なくとも１
種２重量％以下、不可避不純物を除いて残部が亜鉛であ
る亜鉛基合金からなり、機械加工してなる金型。４、アルミニウム６〜１２重量％、銅５．５〜１２重量
％、マグネシウム０．０１〜０．２０重量％、チタン、
ジルコニウム、ニッケル、コバルト、マンガン、リチウ
ム、ケイ素、ランタン系元素から選ばれる少なくとも１
種２重量％以下、不可避不純物を除いて残部が亜鉛であ
る亜鉛基合金からなり、機械加工してなる金型用素材ブ
ロック。