WO2012144318A1 - プレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法 - Google Patents

プレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2012144318A1
WO2012144318A1 PCT/JP2012/059103 JP2012059103W WO2012144318A1 WO 2012144318 A1 WO2012144318 A1 WO 2012144318A1 JP 2012059103 W JP2012059103 W JP 2012059103W WO 2012144318 A1 WO2012144318 A1 WO 2012144318A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
protective film
press molding
rδq
mold
press
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/059103
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴晴 菓子
山本　兼司
Original Assignee
日本高周波鋼業株式会社
株式会社神戸製鋼所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本高周波鋼業株式会社, 株式会社神戸製鋼所 filed Critical 日本高周波鋼業株式会社
Priority to CA2830084A priority Critical patent/CA2830084C/en
Priority to CN201280019375.1A priority patent/CN103476963B/zh
Priority to EP12773902.7A priority patent/EP2700734B1/en
Priority to US14/009,522 priority patent/US9902093B2/en
Priority to KR1020137023703A priority patent/KR101875593B1/ko
Publication of WO2012144318A1 publication Critical patent/WO2012144318A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/56—Coatings, e.g. enameled or galvanised; Releasing, lubricating or separating agents
    • B29C33/68—Release sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/01—Selection of materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/18—Lubricating, e.g. lubricating tool and workpiece simultaneously
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5886—Mechanical treatment

Definitions

  • the present invention relates to a mold for press molding in which a protective film for preventing seizure is formed on a surface in contact with a workpiece to be press-molded, and a method for manufacturing the same, and in particular, the resistance of the protective film formed by the PVD method.
  • the present invention relates to a press mold having improved seizure properties and a method for manufacturing the same.
  • a protective film for preventing seizure is formed on a molding surface in contact with a molding object in a recent press molding die.
  • a hard protective film having lubricity such as DLC (diamond-like carbon) is formed on the surface of a mold by a CVD method (chemical vapor deposition method) or a PVD method (physical vapor deposition method).
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • PVD method physical vapor deposition method
  • Patent Document 2 discloses a method of manufacturing a tool that requires wear resistance such as a mold, and a protective film is formed on the surface of the base of the tool by an arc ion plating method that is one of PVD methods. Is formed, a part of the metal material of the cathode is scattered and adheres to the protective film, and it is disclosed that the tool life is reduced by spherical macro particles having a diameter of 1 to 5 ⁇ m. These macro particles are called droplets.
  • the protective film is formed so that the surface is smooth as compared with the case of the CVD method or the like.
  • the droplets are not removed, and if the treatment for removing the droplets is performed, there is a problem that the surface of the base of the tool is locally exposed and the effect of the protective film cannot be obtained.
  • the droplets are removed by mechanically removing the droplets by a lapping process or the like, and then forming a second layer film on the protective film after the lapping process.
  • the formed recess is filled (paragraphs 0002 to 0016 of Patent Document 2).
  • Patent Document 3 discloses a protective film containing one or both of Co and Ni. By adding Co and Ni to the protective film, the ability of the protective film to adsorb the lubricant is improved. Thus, it is disclosed that the friction coefficient on the surface of the protective film can be lowered.
  • Patent Document 2 discloses that droplets adhere when a protective film is formed by the PVD method.
  • Patent Document 3 when the droplets adhering to the protective film are present at an appropriate density, the droplets are sequentially dropped by contacting the object to be molded, and the final friction coefficient on the surface of the protective film. Is stated to be smaller.
  • Patent Document 3 describes that when the surface roughness of the protective film exceeds 0.6 ⁇ m at the maximum height Ry , the effect of providing the protective film is reduced, and this is prevented. Therefore, it is also disclosed to remove the droplets by wrapping.
  • a second-layer film is further formed on the protective film after the lapping treatment (paragraphs 0029 to 0035 of Patent Document 3).
  • Patent Document 1 when the surface roughness of the protective film is rough, the seizure resistance of the mold is improved by lapping the surface.
  • the surface roughness of the protective film is managed by the maximum height Ry , only the tip 101 of the protruding portion is removed by lapping as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). Therefore, after lapping, there is a problem that the concave portion 102 remains, which causes the concave portion to act as a notch and is easily damaged by impact or fatigue.
  • Patent Document 2 after the droplets are removed, a coating film is further formed on the protective film after the lapping treatment, thereby preventing the wear resistance of the protective film from being lowered.
  • Patent Document 2 does not disclose any technique for managing the thickness and surface roughness of the second layer coating. Therefore, the surface state of the protective film surface that is in direct contact with the object to be molded is unknown.
  • Patent Document 3 as in Patent Document 1, since the surface roughness of the protective film is controlled by the maximum height Ry , the mold is easily damaged by impact or fatigue, and the polishing flaw adheres. There is a problem that it is easy. Although Patent Document 3 describes that the desired surface roughness is ensured by the second layer coating, the second layer coating that directly contacts the object to be molded is polished. Not.
  • Patent Document 3 in order to obtain a predetermined surface roughness (maximum height R y ) in the second-layer coating film, a test piece provided separately from a mold for actually forming a protective film Therefore, it is necessary to examine the film thickness with which a predetermined surface roughness can be obtained, and there is also a possibility that the surface roughness of the second layer coating film may vary, resulting in low productivity.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and in a press molding die having a protective film formed by a PVD method, a press molding die having high seizure resistance and a press molding die. It aims at providing the manufacturing method of a protective film.
  • the press-molding die according to the present invention is a press-molding die in which a protective film for preventing seizure at the time of press molding is formed on at least a molding surface that comes into contact with the workpiece.
  • An arbitrary selection section extracted from the surface is divided into a plurality of individual sections, the number of divisions is N, and the nth division point from the end of the selection section is When the surface slope at the n-th division point is (dZ n / dX n ) assuming that the selected section extends from the (n ⁇ 1) -th division point in the direction extending dXn and dZn in the height direction.
  • the root mean square R ⁇ q calculated from the following formula 1 is 0.032 or less.
  • the surface roughness of the protective film is managed by the root mean square R ⁇ q calculated from the surface inclination at each dividing point. That is, the root mean square R ⁇ q is calculated from the slope of the surface at each dividing point according to the provisions of JIS B0601 (1994, the same applies hereinafter) and JIS B0031 (1994, the same applies hereinafter), and this value R ⁇ q is set to 0.032 or less. By doing so, the seizure resistance is improved.
  • the protective film is formed by a PVD method using a metal material containing 50 atomic% or more of pre-alloy as a cathode.
  • the protective film is, for example, formed by forming a first thin film made of a TiAlN-based material on the side in contact with the object to be molded.
  • the protective film includes a second thin film made of a CrN-based material formed on the molding surface, and the first thin film is formed on the second thin film.
  • the method for producing a protective film for a press mold according to the present invention includes a press for forming a protective film for preventing seizure at the time of press molding on at least a molding surface of the press mold that is in contact with the molding target.
  • the surface roughness of the protective film formed on the surface of the die by the PVD method is defined by the parameter R ⁇ q in any selected section.
  • This parameter R ⁇ q is calculated by dividing the arbitrary selection section into a plurality of individual sections and the slope of the surface at each division point, so that the surface state of the protective film is compared with the surface roughness due to the maximum height or the like. Can be managed accurately. If the parameter R ⁇ q is 0.032 or less, high seizure resistance can be obtained in the press mold.
  • the surface state of the protective film is managed by the inclination of each divided section divided into a plurality, and the inclination of the protective film after polishing is small. Therefore, it is possible to prevent impact damage and fatigue damage of the mold having the notched concave portion after lapping, and also prevent adhesion of the polishing rod. Therefore, according to the present invention, it is possible to dramatically improve the service life of the press mold.
  • the seizure resistance of the press-molding die can be increased and the life can be improved.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the press molding of a board
  • or (d) is a figure which shows the measurement result of the surface roughness of each test piece in the Example of this invention.
  • (A), (b) is a figure which shows as an example the surface of the protective film before and behind lapping in case surface roughness is prescribed
  • (A), (b) is a schematic diagram which shows the surface state in case surface roughness is prescribed
  • the press molding die in the present invention is, for example, a die 11 and a punch 12 in a press molding machine 10 as shown in FIG. 6 and is used as follows. That is, for example, the plate material 2 of the object to be molded is placed on the punch 12, and then the plate material 2 is fixed on the punch 12 by applying an elastic force through the pad 13 or the like, for example, with an elastic member. In this state, the die 11 is lowered from above the plate material 2, and the plate material 2 is sandwiched between the die 11 and the punch 12, thereby pressing the plate material 2 into a predetermined shape.
  • the die 11 and the punch 12 are repeatedly subjected to shearing and bending on the plate material 2, so that friction is generated in a portion in contact with the plate material 2, and friction heat is generated.
  • the surfaces of the die 11 and the punch 12 are seized and cannot be used.
  • the press molding die of the present invention has a protective film for preventing seizure formed on at least the molding surface that comes into contact with the molding target.
  • the protective film is formed by a PVD method such as ion plating.
  • This protective film is formed, for example, by the PVD method using a metal material containing 50 atomic% or more of Al as a cathode (target). That is, the target metal material contains, for example, 52 to 55 atomic% Al. In addition to Al, the metal material contains, for example, Ti: 20 to 22 atomic%, Cr: 20 to 22 atomic%, and Si: about 5 atomic%.
  • a thin film (first thin film) made of a TiAlN-based material has a thickness of 1 to 5 ⁇ m, for example, by depositing the metal material on the surface of the mold using N as a process gas, for example. It is formed.
  • This TiAlN-based protective film has been conventionally used as a protective film, and since it was formed by the PVD method, when a part of the cathode metal of the evaporation source evaporated on the surface, it could not be ionized. Droplets with scattered metal are formed. Performing press molding while the droplets are adhered on the protective film causes seizure of the press molding die, and in the present invention, the droplets are removed by polishing.
  • the root mean square R ⁇ q defined in JIS B0601 and JIS B0031 is used instead of the conventionally used surface roughness standard, and the parameter R ⁇ q is set to 0.032 or less. It is managed. That is, the parameter R ⁇ q extracts an arbitrary section of the surface of the protective film, divides it into a plurality of individual sections, sets the number of divisions to N, and sets the nth dividing point from the end of the selected section to the (n-1) th.
  • Equation 3 the 1 to 4 mm section is divided into 1668 to 6667, and the parameter R ⁇ q is calculated.
  • FIG. 1 is an SEM photograph showing the surface of the protective film in the press molding die according to the present invention
  • FIG. 2 is an SEM photograph showing the surface of the protective film having a large surface roughness after lapping
  • FIG. 3 is a view after conventional lapping. It is a SEM photograph which shows the surface of a protective film. Note that the magnifications in FIGS. 1 to 3 are each 500 times. Conventionally, when wrapping droplets manages the surface roughness of the protective film after wrapping in JIS B0601 to specified maximum height R y, mean roughness ten point R z or arithmetic mean roughness R a Therefore, as shown in FIG.
  • the surface irregularities are polished so as to be uniformly smooth, and as shown in FIG. 1, no sharp portions are left on the surface of the protective film.
  • the above-mentioned problems do not occur, the friction between the press-molded metal plate and the protective film can be greatly reduced, and the seizure of the mold is prevented.
  • the life of the molding die can be dramatically improved. Even when the surface roughness of the protective film is controlled by the parameter R ⁇ q, when R ⁇ q exceeds 0.032, a recess remains on the surface of the protective film as shown in FIG. The effect of the invention cannot be obtained sufficiently.
  • FIG. 5 is a graph showing the change in the number of possible shots of the press molding die with respect to the parameter R ⁇ q.
  • each plot in the graph shows the test results of Examples described later, and the white circle plot indicates a TiAlN-based protective film formed by the arc ion plating method, and the black circle plot indicates a TiC-based protection layer.
  • the triangular plot indicates that the VC-based protective film is formed by the molten salt immersion method
  • the square plot indicates that the TiN-based protective film is formed by the arc ion plating method. Show the case.
  • the solid line in FIG. 5 shows the relationship between the number of possible shots of the press mold and R ⁇ q calculated based on the durability test result in the TiAlN-based protective film.
  • the number of press molds that can be shot is less than 300 times, and the mold life is short.
  • the parameter R ⁇ q is 0.032 or less
  • the number of shots is dramatically increased, the number of shots is 1000 or more, and when the parameter R ⁇ q is 0.030, the number of shots is 6000.
  • the durable life of the mold can be dramatically improved. As shown in FIG.
  • the parameter R ⁇ q may be 0.032 or less, and preferably 0.030 or less. However, it is not limited to these numerical values, and the smaller the parameter R ⁇ q, the better. As shown in FIG. 5, when the VC protective film is formed by the molten salt dipping method, even if the parameter R ⁇ q is reduced to about 0.02, the possible shot number of the press molding die is It is about 2000 times, and the effect of improving the life is small as compared with the PVD method such as the arc ion plating method. Therefore, in the present invention, the protective film is preferably formed by a PVD method such as an arc ion plating method.
  • a protective film serving as a base made of, for example, a CrN-based material is provided on the surface of the mold.
  • the (second thin film) may be formed with a thickness of 2 to 5 ⁇ m, for example.
  • a method for producing a protective film for press molds will be described.
  • a mold for forming a protective film is introduced into a chamber to which a process gas such as nitrogen gas is supplied. Then, for example, a mold is placed on a rotary table connected to a bias power source, for example.
  • a flat target connected to an arc power source is provided on the side wall of the vacuum chamber.
  • the target is a metal plate containing, for example, 52 to 55 atomic% Al, and further containing Ti: 20 to 22 atomic%, Cr: 20 to 22 atomic%, and Si: about 5 atomic%.
  • each ionized metal particle reacts with, for example, N of the process gas and adheres to the mold in the form of a thin film to form a protective film.
  • the protective film is formed with a predetermined thickness on the surface of the mold, the mold with the protective film is taken out from the vacuum chamber.
  • the protective film formed on the surface of the mold is polished.
  • conventional lapping for example, handler lapping is performed using a rotary tool, or lapping is performed using a sponge-like abrasive having a surface roughness number of, for example, 600 or less. That is, conventionally, a soft abrasive was used because of fear of overpolishing the surface of the protective film.
  • a diamond paste is applied to a relatively hard abrasive obtained by solidifying felt so that the surface roughness is about 3000, for example, and lapping is performed. Thereby, the insufficient polishing of the droplet by the conventional polishing method can be solved, and the surface of the protective film can be sufficiently polished.
  • the parameter R ⁇ q is used to manage the surface roughness. That is, R ⁇ q extracts an arbitrary section of the surface of the protective film, divides it into a plurality of individual sections, sets the number of divisions to N, and the nth division point from the end of the selected section is the (n ⁇ 1) th division.
  • the surface irregularities are polished so as to be uniformly smooth, and as shown in FIG. No sharp parts are left on the surface. Therefore, there is no problem that the protective film is easily damaged by impact or fatigue, or that the polishing rod adheres to shorten the life of the mold, or the seizure resistance of the mold varies. Moreover, the friction between the press-molded metal plate and the protective film, for example, can be greatly reduced, and seizure of the mold can be prevented, so that the life of the press-molding mold can be dramatically improved.
  • a protective film (second thin film) made of, for example, CrN-based material is formed on the surface of the mold, prior to the formation of the first thin film, metal Cr and 50 atomic% or less are used as a target.
  • the target may be formed by arc ion plating using a target containing a metal element of Group 4, Group 5 or Group 6A.
  • a protective film was formed on the surface of a press mold.
  • the mold in the present example is a die and a punch that are tempered so that the steel equivalent to SKD11 has a hardness of 60 HRC.
  • the protective film is formed by a molten salt immersion (TD) method or an arc ion plating method.
  • TD molten salt immersion
  • a mold is immersed in a VC-based salt bath to form a VC-based protective film on the surface, and then subjected to quenching and tempering, followed by lapping.
  • Ti: 50 atomic% and Al: 50 atomic% (however, inevitable impurities are included in each component) are used as target (cathode) materials in the chamber.
  • Nitrogen gas or a mixed gas of nitrogen and hydrocarbons such as methane is used as a process gas to be introduced, and a TiC, TiN or TiAlN system is formed on the mold surface by arc ion plating in each process gas atmosphere.
  • the protective film was formed with various thicknesses.
  • each protective film was polished.
  • the surface of each protective film is a stylus displacement type provided on a surface roughness measuring instrument (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., product name: HANDYSURF E-35B, resolution in the height direction 0.01 ⁇ m).
  • Trace with a pickup tip shape: conical shape, tip diameter: 5 ⁇ m
  • analyze the trace result with analysis software product name: TiMS Light, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.
  • parameter R ⁇ q according to JIS B0601 and JIS B0031. It managed by calculating.
  • the cut-off value ⁇ c of the measurement result was 0.8 mm
  • the measurement length ln was 4.0 mm.
  • the arithmetic average roughness Ra and the maximum height Ry defined in JIS B0601 were calculated.
  • the die 11 and the punch 12 on which the protective film of each Example and Comparative Example is formed are installed in the press molding machine 10 as shown in FIG. 6 and the metal plate 2 is placed on the punch 12, for example, an elastic member
  • the plate material 2 was fixed on the punch 12 by applying an elastic force through the pad 13 or the like.
  • the die 11 was lowered from above the plate material 2 and the plate material 2 was sandwiched between the die 11 and the punch 12 to press-mold the plate material 2.
  • a hot rolled mild steel plate (SPH590) having a plate thickness of 3.2 mm was used, and press-molded without lubricating oil (only the rust preventive material of the workpiece material).
  • the processing speed was 40 spm (shot per minute), and the ironing rate (sheet thickness reduction amount / original plate thickness) was 7%.
  • Table 1 shows the measurement results of the possible number of shots in each example and comparative example.
  • Example No. 3 Comparative Example No. 4, no. 7 and no. About 8, it traced with the said surface roughness measuring device, and analyzed the trace result with the said analysis software.
  • the surface roughness curves of the analyzed protective film are shown in FIGS. 7 (a) to 7 (d), respectively.
  • Example No. of the same TiAlN film is used. 1, 2, 3 and Comparative Example No.
  • Example No. in which the arithmetic average roughness Ra has substantially the same value. 2 and Comparative Example No. 8 and the maximum height Ry are almost equal to Example No. 1 and Comparative Example No. 1
  • Example No. 3 and Comparative Example No. 4 and Comparative Example No. No. 4 is smaller in R ⁇ q, but the shot life is less than in Example No.
  • the present invention can improve the seizure resistance of a press mold having a protective film formed by the PVD method, and contributes to the improvement of the wear resistance of the press mold.

Abstract

　プレス成形用金型は、少なくとも被成形体に接触する成形面上に、プレス成形時の焼き付きを防止するための保護膜が形成されている。この保護膜は、ＰＶＤ法により形成されており、その表面から抜き出された任意の選択区間を複数の個別区間に分割し、その分割数をＮとし、選択区間の端部からｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺｎ／ｄＸｎ）としたときに、下記数式から算出される二乗平均平方根ＲΔｑが０．０３２以下である。 これにより、ＰＶＤ法により形成された保護膜を有するプレス成形用金型の耐焼き付き性を向上させることができる。

Description

プレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法
　本発明は、プレス成形される被成形体に接触する面上に焼き付き防止用の保護膜が形成されたプレス成形用金型及びその製造方法に関し、特に、ＰＶＤ法により形成された保護膜の耐焼き付き性を向上させたプレス成形用金型及びその製造方法に関する。
　プレス成形用の金型は、被成形体に対して剪断加工及び曲げ加工を繰り返す用途で使用されることから、被成形体の金属材料との間に摩擦が生じ、金型の表面には、摩擦熱による焼き付きが発生しやすい。この焼き付きを防止するために、潤滑剤を使用した場合においては、プレス加工後の被成形体に脱脂処理等を施す必要があるため、プレス成形後の後処理が煩雑になるという問題点がある。
　この問題点を解決するために、近時のプレス成形用の金型には、被成形体に接触する成形面上に、焼き付き防止用の保護膜を形成することが行われている。例えば、特許文献１には、ＣＶＤ法（化学蒸着法）又はＰＶＤ法（物理蒸着法）等により、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の潤滑性を有する硬質保護膜を、金型の表面に形成する技術が開示されている。この特許文献１においては、保護膜の表面粗さを最大高さＲｙで８μｍ以下とすれば、工具の耐久性が向上することが開示されており、保護膜の表面粗さＲｙを小さくするために、ダイヤモンドラッピング等により研磨することが開示されている（特許文献１の段落００３５、００４７等）。
　特許文献２には、金型等の耐摩耗性が必要とされる工具の製造方法が開示されており、工具の基体表面に、ＰＶＤ法の１つであるアーク式イオンプレーティング法により保護膜を形成すると、陰極の金属材料の一部が飛散して保護膜に付着し、直径が１乃至５μｍの球状のマクロ粒子により、工具寿命が低下することが開示されている。このマクロ粒子は、ドロップレットとよばれている。ＰＶＤ法により保護膜を形成する場合においては、ＣＶＤ法等の場合に比して、保護膜は表面が滑らかになるように形成される。よって、一般的に、ドロップレットは、除去されず、ドロップレットを除去する処理を行うと、局所的に工具の基体表面が露出し、保護膜の効果が得られなくなるという問題点がある。特許文献２においては、ドロップレットをラッピング処理等により機械的に除去した後、ラッピング処理後の保護膜上に、更に第２層目の被膜を形成することにより、ドロップレットが除去されることにより形成された凹部を埋めている（特許文献２の段落０００２乃至００１６）。
　特許文献３には、Ｃｏ及びＮｉの一方又は双方を含有する保護膜が開示されており、保護膜にＣｏ及びＮｉを添加することにより、保護膜が潤滑剤を吸着する能力が向上し、これにより、保護膜表面の摩擦係数を低くできることが開示されている。また、特許文献２と同様に、特許文献３にも、ＰＶＤ法により保護膜を形成した場合に、ドロップレットが付着することが開示されている。しかし、特許文献３においては、保護膜に付着したドロップレットは、適度の密度で存在する場合には、被成形体に接触することにより順次脱落していき、保護膜表面の最終的な摩擦係数は小さくなると記載されている。一方、特許文献３には、保護膜の表面粗さが、最大高さＲｙで０．６μｍを超えた場合、保護膜を設けた効果が小さくなることが記載されており、これを防止するために、ラッピングによりドロップレットを除去することも開示されている。この場合には、特許文献２と同様に、ラッピング処理後の保護膜上に、更に第２層目の被膜を形成している（特許文献３の段落００２９乃至００３５等）。
特開２００５－３０５５１０号公報 特開２００５－２８５４４号公報 特開２００８－３１０１１号公報
　しかしながら、上記従来の技術には以下に示す問題点がある。特許文献１においては、保護膜の表面粗さが粗い場合に、表面をラッピングすることにより、金型の耐焼き付き性は改善している。しかし、保護膜の表面粗さを最大高さＲｙで管理しているため、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、突出部の先端１０１のみがラッピングにより除去される。よって、ラッピング後には、凹部１０２が残り、これにより、凹部がノッチとして作用して衝撃破壊又は疲労破壊しやすいという問題点がある。また、ラッピング後においても、突出部の側部には、傾きが急峻な斜面１０３が残り、これにより、突出部間に研磨滓が凝着しやすいという問題点がある。なお、保護膜の表面粗さをＪＩＳ　Ｂ０６０１に規定された十点平均粗さＲｚ及び算術平均粗さＲａで管理した場合にも同様である。
　なお、ＪＩＳ　Ｂ０６０１の表面粗さの規定においては、図９に示すように、表面の凹凸部間の斜面１０３の傾斜が急峻な場合（図９（ａ））と緩やかな場合（図９（ｂ））とで、同一の平均粗さが算出されるため、両者には、同一の高さとなるようなラッピングが施される。よって、図９に示すように、耐摩耗性に大きく影響を及ぼす凹凸部の斜面の傾斜に差異が生じ、金型の耐焼き付き性にばらつきが生じるという問題点がある。
　特許文献２においては、ドロップレットを除去した後、ラッピング処理後の保護膜上に更に被膜を形成することにより、保護膜の耐摩耗性の低下を防止している。しかしながら、特許文献２においては、第２層目の被膜の厚さ及び表面粗さを管理する技術は、何等開示されていない。よって、被成形体に直接接触する保護膜表面の表面状態が不明である。
　特許文献３においても、特許文献１と同様に、保護膜の表面粗さを最大高さＲｙで管理しているため、金型が衝撃破壊又は疲労破壊しやすくなり、研磨滓が凝着しやすいという問題点がある。なお、特許文献３においては、第２層目の被膜により、所望の表面粗さが確保されると記載されているものの、被成形体に直接接触する第２層目の被膜については、研磨していない。即ち、特許文献３においては、第２層目の被膜に所定の表面粗さ（最大高さＲｙ）を得るためには、実際に保護膜を形成する金型とは別に設けられた試験片により、所定の表面粗さが得られる被膜厚さを検討する必要があり、また、第２層目の被膜における表面粗さにばらつきが生じる虞もあり、生産性が低いという問題点がある。
　本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ＰＶＤ法により形成された保護膜を有するプレス成形用金型において、高い耐焼き付き性を有するプレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明に係るプレス成形用金型は、少なくとも被成形体に接触する成形面上に、プレス成形時の焼き付きを防止するための保護膜が形成されたプレス成形用金型において、前記保護膜は、ＰＶＤ法により形成されており、その表面から抜き出された任意の選択区間を複数の個別区間に分割し、その分割数をＮとし、前記選択区間の端部からｎ番目の分割点が、ｎ－１番目の分割点から前記選択区間が延びる方向にｄＸｎ、高さ方向にｄＺｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺｎ／ｄＸｎ）としたときに、下記数式１から算出される二乗平均平方根ＲΔｑが０．０３２以下であることを特徴とする。本発明のプレス成形用金型は、保護膜の表面粗さが各分割点における表面の傾きから算出された二乗平均平方根ＲΔｑにより管理されている。即ち、ＪＩＳ　Ｂ０６０１（１９９４年、以下同じ）及びＪＩＳ　Ｂ００３１（１９９４年、以下同じ）の規定より、各分割点における表面の傾きから二乗平均平方根ＲΔｑが算出され、この値ＲΔｑを０．０３２以下とすることにより、耐焼き付き性が向上する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　本発明に係るプレス成形用金型において、例えば前記保護膜は、前Ａｌを５０原子％以上含有する金属材を陰極とするＰＶＤ法により形成されたものである。
　前記保護膜は、例えば前記被成形体に接触する側にＴｉＡｌＮ系の材料からなる第１薄膜が形成されたものである。この場合に、例えば前記保護膜は、前記成形面上に形成されたＣｒＮ系の材料からなる第２薄膜が形成され、この第２薄膜上に前記第１薄膜が形成されていることが好ましい。
　本発明に係るプレス成形金型用保護膜の製造方法は、プレス成形用金型の少なくとも被成形体に接触する成形面上に、プレス成形時の焼き付きを防止するための保護膜を形成するプレス成形金型用保護膜の製造方法において、反応ガス雰囲気中で、前記保護膜となる金属材料を陰極として、前記成形面上にＰＶＤ法により保護膜を形成する工程と、この保護膜の表面を研磨する工程と、を有し、前記保護膜の表面を研磨する工程は、前記保護膜の表面から抜き出された任意の選択区間を複数の個別区間に分割し、その分割数をＮとし、前記選択区間の端部からｎ番目の分割点が、ｎ－１番目の分割点から前記選択区間が延びる方向にｄＸｎ、高さ方向にｄＺｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺｎ／ｄＸｎ）としたときに、下記数式から算出される二乗平均平方根ＲΔｑを０．０３２以下となるように研磨するものであることを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　本発明のプレス成形用金型は、ＰＶＤ法により金型の表面に形成された保護膜が、任意の選択区間において、パラメータＲΔｑによりその表面粗さが規定されている。このパラメータＲΔｑは、任意の選択区間が複数の個別区間に分割され、各分割点における表面の傾斜により算出されるため、最大高さ等による表面粗さに比して、保護膜の表面状態を精度よく管理できる。そして、このパラメータＲΔｑを０．０３２以下とすれば、プレス用金型に高い耐焼き付き性を得ることができる。
　また、本発明においては、保護膜の表面状態が複数に分割された各分割区間の傾斜によって管理され、研磨後の保護膜はその傾斜が小さい。よって、ラッピング後の凹部をノッチとする金型の衝撃破壊及び疲労破壊を防止でき、研磨滓の凝着も防止できる。よって、本発明によれば、プレス用金型の寿命を飛躍的に向上させることができる。
　よって、本発明の製造方法により製造されたプレス成形金型用保護膜によれば、プレス成形用金型の耐焼き付き性を高め、寿命を向上させることができる。
本発明に係るプレス成形用金型における保護膜の表面を示すＳＥＭ写真（５００倍）である。 ラッピング後の表面粗さが大きい保護膜の表面を示すＳＥＭ写真（５００倍）である。 従来のラッピング後の保護膜の表面を示すＳＥＭ写真（５００倍）である。 （ａ）乃至（ｃ）は本発明のプレス成形用金型における保護膜の表面粗さの調節方法を従来の表面粗さの調整方法と対比して示す図である。 パラメータＲΔｑに対するプレス成形用金型のショット可能数の変化を示すグラフ図である。 板材のプレス成形を示す模式図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明の実施例における各試験片の表面粗さの測定結果を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、表面粗さを最大高さで規定した場合におけるラッピング前後の保護膜の表面を一例として示す図である。 （ａ），（ｂ）は表面粗さを従来の基準により規定した場合における表面状態を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態に係るプレス成形用金型について説明する。本発明におけるプレス成形用金型は、例えば図６に示すようなプレス成形機１０におけるダイ１１及びパンチ１２等であって、以下のように使用される。即ち、パンチ１２上に被成形体の例えば板材２を載置した後、例えば弾性部材により、パッド１３等を介して弾性力を印加することにより、板材２をパンチ１２上に固定する。この状態で板材２の上からダイ１１を下降させて、ダイ１１とパンチ１２との間に板材２を挟み込むことにより、板材２を所定の形状にプレス成形する。
　この図６に示す例においては、ダイ１１及びパンチ１２には、板材２に剪断加工及び曲げ加工を繰り返すため、板材２に接触する部分には、摩擦が発生し、摩擦熱が生じ、これにより、ダイ１１及びパンチ１２の表面に焼き付きが生じて、使用することができなくなる。
　この焼き付きを防止するために、本発明のプレス成形用金型は、少なくとも被成形体に接触する成形面上に、焼き付き防止用の保護膜が形成されている。本発明においては、保護膜は、例えばイオンプレーティング等のＰＶＤ法により形成されている。
　この保護膜は、例えばＡｌを５０原子％以上含有する金属材を陰極（ターゲット）とするＰＶＤ法により形成されたものである。即ち、ターゲットとなる金属材は、例えば５２乃至５５原子％のＡｌを含有する。金属材は、Ａｌ以外に、例えばＴｉ：２０乃至２２原子％、Ｃｒ：２０乃至２２原子％及びＳｉ：５原子％程度を含有する。
　そして、本発明における保護膜は、例えばＮをプロセスガスとして、上記金属材が金型の表面に蒸着されることにより、ＴｉＡｌＮ系の材料からなる薄膜（第１薄膜）が例えば１乃至５μｍの厚さで形成されたものである。このＴｉＡｌＮ系の保護膜は、従来から保護膜として使用されており、ＰＶＤ法により形成されることにより、その表面には、蒸発源の陰極金属の一部が蒸発した際に、イオン化できなかった金属が飛散して付着したドロップレットが形成される。保護膜上にドロップレットが付着したままプレス成形を行うことは、プレス成形用金型の焼き付きの原因となるため、本発明においては、ドロップレットは、研磨により除去されている。この際、本発明においては、従来使用されている表面粗さの基準に代えて、ＪＩＳ　Ｂ０６０１及びＪＩＳ　Ｂ００３１に規定された二乗平均平方根ＲΔｑを用い、このパラメータＲΔｑが０．０３２以下となるように管理されている。即ち、パラメータＲΔｑは、保護膜の表面の任意の区間を抜き出し、それを複数の個別区間に分割し、分割数をＮとし、選択区間の端部からｎ番目の分割点がｎ－１番目の分割点から選択区間が延びる方向にｄＸｎ、高さ方向にｄＺｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺｎ／ｄＸｎ）としたときに、各分割点における傾斜の二乗平均値の平方として、下記数式３により算出される。例えば１乃至４ｍｍの区間を１６６８乃至６６６７分割して、パラメータＲΔｑが算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　図１は本発明に係るプレス成形用金型における保護膜の表面を示すＳＥＭ写真、図２はラッピング後の表面粗さが大きい保護膜の表面を示すＳＥＭ写真、図３は従来のラッピング後の保護膜の表面を示すＳＥＭ写真である。なお、これらの図１乃至３における拡大倍率は、夫々５００倍である。従来、ドロップレットをラッピングする際には、ラッピング後の保護膜の表面粗さをＪＩＳ　Ｂ０６０１に規定された最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚ又は算術平均粗さＲａで管理しているため、図４（ｂ）に示すように、表面の凹凸部の先端のみがラッピングにより除去され、保護膜の表面には、図３に示すように、凸部の先端及び凹部には、鋭利な角部が残る。そうすると、保護膜が衝撃破壊又は疲労破壊しやすくなったり、研磨滓が凝着して金型の寿命が短くなるという問題点があったり、保護膜表面の凹凸部間の斜面の傾斜が急峻な場合と緩やかな場合とで金型の耐焼き付き性にばらつきが生じるという問題点がある。しかしながら、本発明においては、上記のようにパラメータＲΔｑにより、各分割点における傾斜により表面の粗さが管理され、パラメータＲΔｑが０．０３２以下となるように研磨されることにより、図４（ｃ）に示すように、表面の凹凸は、均一に平滑となるように研磨され、図１に示すように、保護膜の表面には、鋭利な部分は残されていない。これにより、本発明においては、上記のような問題は発生せず、プレス成形される例えば金属板と保護膜との間の摩擦を大きく低減でき、金型の焼き付きが防止されることにより、プレス成形用金型の寿命を飛躍的に向上させることができる。なお、保護膜の表面粗さをパラメータＲΔｑにより管理した場合においても、ＲΔｑが０．０３２を超えている場合には、図２に示すように、保護膜の表面には、凹部が残り、本発明の効果を十分に得ることができない。
　ここで、本発明におけるパラメータＲΔｑの数値限定理由について、図５を参照して説明する。図５はパラメータＲΔｑに対するプレス成形用金型のショット可能数の変化を示すグラフ図である。なお、グラフ図中の各プロットは、後述する実施例の試験結果を示し、白丸のプロットは、ＴｉＡｌＮ系の保護膜をアークイオンプレーティング法により形成した場合、黒丸のプロットは、ＴｉＣ系の保護膜をアークイオンプレーティング法により形成した場合、三角形のプロットは、ＶＣ系の保護膜を溶融塩浸漬法により形成した場合、四角形のプロットはＴｉＮ系の保護膜をアークイオンプレーティング法により形成した場合を示す。そして、図５の実線は、ＴｉＡｌＮ系の保護膜における耐久試験結果を基に算出されたＲΔｑに対するプレス成形用金型のショット可能数の関係を示す。図５に示すように、パラメータＲΔｑが０．０３２を超えている領域においては、プレス成形用金型のショット可能数は、３００回未満であり、金型の寿命が短い。しかし、パラメータＲΔｑが０．０３２以下になると、ショット可能数が飛躍的に増加し、ショット可能数は１０００回以上となり、パラメータＲΔｑが０．０３０において、ショット可能数は、６０００回となる。このように、保護膜の表面粗さの管理にパラメータＲΔｑを用いることにより、金型の耐久寿命を飛躍的に向上させることができる。図５に示すように、パラメータＲΔｑは、０．０３２以下であればよく、０．０３０以下であることが好ましい。しかし、これらの数値に限定されず、パラメータＲΔｑは、小さければ小さい程よい。なお、図５に示すように、ＶＣ系の保護膜を溶融塩浸漬法により形成した場合においては、パラメータＲΔｑが０．０２程度まで小さくなっても、プレス成形用金型のショット可能数は、２０００回程度であり、アークイオンプレーティング法等のＰＶＤ法に比して、寿命向上の効果は小さい。よって、本発明においては、保護膜はアークイオンプレーティング法等のＰＶＤ法により形成されていることが好ましい。
　なお、第１薄膜と基材である金型との密着性の向上及び保護膜全体の耐圧性の向上を目的として、金型の表面には、例えばＣｒＮ系の材料からなる下地となる保護膜（第２薄膜）が例えば２乃至５μｍの厚さで形成されていてもよい。
　次に、本発明のプレス成形金型用保護膜の製造方法について説明する。先ず、プロセスガスの例えば窒素ガスが供給されているチャンバ内に保護膜形成対象の金型を導入する。そして、例えばバイアス電源に接続された例えばロータリーテーブル上に金型を載置する。真空チャンバの側壁には、アーク電源に接続された例えば平板状のターゲットが設けられている。ターゲットは、例えば５２乃至５５原子％のＡｌを含有し、更にＴｉ：２０乃至２２原子％、Ｃｒ：２０乃至２２原子％及びＳｉ：５原子％程度を含有する金属板であり、双方の電源から電力を供給すると、金型とターゲットとの間にアーク放電が生じ、ターゲットの表面には、アークスポットが形成される。このアークスポットに集中する電気エネルギーにより、金属材中のＡｌ、Ｔｉ、及びＣｒ等の成分が瞬時に蒸発・イオン化し、真空チャンバ内に飛散する。そして、各イオン化した金属粒は、プロセスガスの例えばＮと反応して、金型の方面に薄膜状に付着し、保護膜が形成される。金型の表面に保護膜が所定の厚さで形成されたら、真空チャンバから保護膜付きの金型を取り出す。
　次に、金型の表面に形成された保護膜を研磨する。従来のラッピングにおいては、例えば回転式工具によるハンドラッピングを実施したり、表面粗さの番数が小さい例えば６００番以下のスポンジ状研磨材を用いてラッピングを施している。即ち、従来は、保護膜の表面を研磨しすぎることを恐れて、軟質の研磨材を使用していた。しかしながら、本発明においては、例えばフェルトを固形化した比較的硬質の研磨材に、例えば表面粗さが３０００番程度となるようにダイヤモンドペーストを塗布してラッピングを実施する。これにより、従来の研磨方法によるドロップレットの研磨不足を解消し、十分に保護膜の表面を研磨することができる。
　保護膜の研磨の際には、その表面粗さの管理にパラメータＲΔｑを用いる。即ち、ＲΔｑは、保護膜の表面の任意の区間を抜き出し、それを複数の個別区間に分割し、分割数をＮとし、選択区間の端部からｎ番目の分割点がｎ－１番目の分割点から選択区間が延びる方向にｄＸｎ、高さ方向にｄＺｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺｎ／ｄＸｎ）としたときに、各分割点における傾斜の二乗平均値の平方として下記数式４により算出される。例えば１乃至４ｍｍの区間を１６６８乃至６６６７分割して、パラメータＲΔｑが算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　本発明においては、表面粗さのパラメータＲΔｑが０．０３２以下となるように研磨することにより、表面の凹凸は、均一に平滑となるように研磨され、図１に示すように、保護膜の表面には、鋭利な部分は残されない。よって、保護膜が衝撃破壊又は疲労破壊しやすくなったり、研磨滓が凝着して金型の寿命が短くなる、又は金型の耐焼き付き性にばらつきが生じるという問題点は発生しない。また、プレス成形される例えば金属板と保護膜との間の摩擦を大きく低減でき、金型の焼き付きが防止されることにより、プレス成形用金型の寿命を飛躍的に向上させることができる。
　なお、金型の表面に、例えばＣｒＮ系の材料からなる下地となる保護膜（第２薄膜）を形成する場合においては、上記第１薄膜の形成に先立ち、ターゲットとして金属Ｃｒと５０原子％以下の４属、５属又は６Ａ属の金属元素を含有するターゲットを使用して、アークイオンプレーティングにより形成すればよい。
　以下、本発明の構成による効果について、その実施例を比較例と比較して説明する。先ず、プレス成形用の金型の表面に、保護膜を形成した。本実施例における金型は、ＳＫＤ１１相当の鋼を硬さが６０ＨＲＣとなるように調質したダイ及びパンチである。保護膜の形成は、溶融塩浸漬（ＴＤ）法又はアークイオンプレーティング法による。溶融塩浸漬法においては、ＶＣ系の塩浴中に金型を浸漬して表面にＶＣ系の保護膜を形成した後、焼入れ・焼戻し処理を施し、その後、ラッピング処理を施すことにより、保護膜を８μｍの厚さで形成した。また、アークイオンプレーティング法においては、ターゲット（陰極）材として、Ｔｉ：５０原子％及びＡｌ：５０原子％（但し、各成分中には不可避的不純物も含まれる）を使用し、チャンバ中に導入するプロセスガスとして窒素ガス又は窒素とメタン等の炭化水素との混合ガスを使用し、各プロセスガス雰囲気中でアークイオンプレーティング法により、金型の表面にＴｉＣ系、ＴｉＮ系又はＴｉＡｌＮ系の保護膜を種々の厚さで形成した。
　その後、各保護膜を研磨した。研磨の際には、各保護膜の表面を、表面粗さ測定器（東京精密社製、製品名：ＨＡＮＤＹＳＵＲＦ　Ｅ－３５Ｂ、高さ方向の分解能０．０１μｍ）に設けられた触針式変位型ピックアップ（先端形状：円錐形、先端径：５μｍ）によりトレースし、トレース結果を解析ソフト（東京精密社製、製品名：ＴｉＭＳ　Ｌｉｇｈｔ）により解析し、ＪＩＳ　Ｂ０６０１及びＪＩＳ　Ｂ００３１に準拠してパラメータＲΔｑを算出することにより管理した。このとき、測定結果のカットオフ値λｃは０．８ｍｍとし、測定長ｌｎは４．０ｍｍとした。同時に、各実施例及び比較例において、ＪＩＳ　Ｂ０６０１に規定された算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｙを算出した。各実施例及び比較例の保護膜が形成されたダイ１１及びパンチ１２を、図６に示すようにプレス成形機１０に設置し、パンチ１２上に金属板２を載置した後、例えば弾性部材により、パッド１３等を介して弾性力を印加することにより、板材２をパンチ１２上に固定した。この状態で、板材２の上からダイ１１を下降させて、ダイ１１とパンチ１２との間に板材２を挟み込むことにより、板材２をプレス成形した。金属板２としては、板厚が３．２ｍｍの熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ５９０）を使用し、潤滑油なし（ワーク材の防錆材のみ）でプレス成形した。なお、加工速度は４０ｓｐｍ（ｓｈｏｔ　ｐｅｒ　ｍｉｎｕｔｅ）、しごき率（板厚減肉量／元の板厚）を７％とした。各実施例及び比較例におけるショット可能数の測定結果を表１に示す。また、実施例Ｎｏ．３、比較例Ｎｏ．４、Ｎｏ．７及びＮｏ．８については、上記表面粗さ測定器によりトレースし、トレース結果を上記解析ソフトにより解析した。解析した保護膜の表面粗さ曲線を、夫々図７（ａ）乃至（ｄ）に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表１に示すように、本発明の構成を満足する実施例Ｎｏ．１乃至３は、溶融塩浸漬法によって保護膜を形成した比較例Ｎｏ．４、並びにパラメータＲΔｑが０．０３２を超えた比較例Ｎｏ．５乃至８に比して、ショット可能数が飛躍的に向上し、３０００ショットでも焼き付きが発生しなかった。
　表１にあるように、同じＴｉＡｌＮ系皮膜の実施例Ｎｏ．１，２，３及び比較例Ｎｏ．７，８を比較すると、ショット可能数とＲΔｑには明確な相関性が認められることがわかる。また、算術平均粗さＲａがほぼ同様の値を有する実施例Ｎｏ．２及び比較例Ｎｏ．８と、最大高さＲｙがほぼ等しい実施例Ｎｏ．１及び比較例Ｎｏ．８において、夫々、ショット可能数が大きく異なっていることから、金型の寿命はＲΔｑと強い相関性を有していることがわかる。また、実施例Ｎｏ．３と比較例Ｎｏ．４とを比較すると、比較例Ｎｏ．４の方がＲΔｑが小さいにも拘わらず、ショット寿命が実施例Ｎｏ．３の方が大きくなっているが、これは、ＰＶＤ法で形成したＴｉＡｌＮ皮膜の方が長寿命であることを示している。また、図７（ａ）（比較例Ｎｏ．７）及び図７（ｂ）（比較例Ｎｏ．８）に示すように、ＲΔｑが０．０３２を超えている場合においては、保護膜の表面は、凹凸の双方が大きく、ＲΔｑの減少とともに、凹凸が小さくなる。そして、パラメータＲΔｑが０．０３２以下となると、図７（ｃ）（実施例Ｎｏ．３）に示すように、保護膜の表面の凹凸は、極めて小さくなる。よって、本発明によれば、パラメータＲΔｑにより、表面粗さを管理しながら研磨を実施することにより、プレス成形用金型の寿命を確実に向上させることができる。なお、図７（ｄ）（比較例Ｎｏ．４）は溶融塩浸漬法により保護膜を形成しているので、ドロップレットの付着はなく、本発明のパラメータＲΔｑによって表面粗さを管理する効果が小さくなっている。
　本発明は、ＰＶＤ法により形成された保護膜を有するプレス成形用金型の耐焼き付き性を向上させることができ、プレス成形用金型の耐摩耗性の向上に寄与する。
　１０：プレス成形機、１１：ダイ、１２：パンチ、１３：パッド、２：板材（金属板）

Claims (5)

  1. 少なくとも被成形体に接触する成形面上に、プレス成形時の焼き付きを防止するための保護膜が形成されたプレス成形用金型において、
    前記保護膜は、ＰＶＤ法により形成されており、その表面から抜き出された任意の選択区間を複数の個別区間に分割し、その分割数をＮとし、前記選択区間の端部からｎ番目の分割点が、ｎ－１番目の分割点から前記選択区間が延びる方向にｄＸｎ、高さ方向にｄＺｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺｎ／ｄＸｎ）としたときに、下記数式から算出される二乗平均平方根ＲΔｑが０．０３２以下であることを特徴とするプレス成形用金型。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
  2. 前記保護膜は、Ａｌを５０原子％以上含有する金属材を陰極とするＰＶＤ法により形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形用金型。
  3. 前記保護膜は、前記被成形体に接触する側にＴｉＡｌＮ系の材料からなる第１薄膜が形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載のプレス成形用金型。
  4. 前記保護膜は、前記成形面上に形成されたＣｒＮ系の材料からなる第２薄膜が形成され、この第２薄膜上に前記第１薄膜が形成されたものであることを特徴とする請求項３に記載のプレス成形用金型。
  5. プレス成形用金型の少なくとも被成形体に接触する成形面上に、プレス成形時の焼き付きを防止するための保護膜を形成するプレス成形金型用保護膜の製造方法において、
    反応ガス雰囲気中で、前記保護膜となる金属材料を陰極として、前記成形面上にＰＶＤ法により保護膜を形成する工程と、この保護膜の表面を研磨する工程と、を有し、
    前記保護膜の表面を研磨する工程は、前記保護膜の表面から抜き出された任意の選択区間を複数の個別区間に分割し、その分割数をＮとし、前記選択区間の端部からｎ番目の分割点が、ｎ－１番目の分割点から前記選択区間が延びる方向にｄＸｎ、高さ方向にｄＺｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺｎ／ｄＸｎ）としたときに、下記数式から算出される二乗平均平方根ＲΔｑを０．０３２以下となるように研磨するものであることを特徴とするプレス成形金型用保護膜の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
PCT/JP2012/059103 2011-04-18 2012-04-03 プレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法 WO2012144318A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2830084A CA2830084C (en) 2011-04-18 2012-04-03 Press-forming mold and method for manufacturing protective film for press-forming mold
CN201280019375.1A CN103476963B (zh) 2011-04-18 2012-04-03 压力成形用金属模及压力成形金属模用保护膜的制造方法
EP12773902.7A EP2700734B1 (en) 2011-04-18 2012-04-03 Press forming die, and method of manufacturing press forming die protection film
US14/009,522 US9902093B2 (en) 2011-04-18 2012-04-03 Press-forming mold and method for manufacturing protective film for press-forming mold
KR1020137023703A KR101875593B1 (ko) 2011-04-18 2012-04-03 프레스 성형용 금형 및 프레스 성형 금형용 보호막의 제조방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011091900 2011-04-18
JP2011-091900 2011-04-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012144318A1 true WO2012144318A1 (ja) 2012-10-26

Family

ID=47041433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/059103 WO2012144318A1 (ja) 2011-04-18 2012-04-03 プレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9902093B2 (ja)
EP (1) EP2700734B1 (ja)
JP (1) JP5135479B2 (ja)
KR (1) KR101875593B1 (ja)
CN (1) CN103476963B (ja)
CA (1) CA2830084C (ja)
WO (1) WO2012144318A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6211987B2 (ja) * 2014-04-22 2017-10-11 株式会社神戸製鋼所 Ｚｎめっき鋼板の熱間成形用金型
JP6250470B2 (ja) 2014-04-25 2017-12-20 株式会社神戸製鋼所 切削工具
KR102174803B1 (ko) 2015-04-23 2020-11-05 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤 피복 금형 및 그 제조 방법
DE102016225449A1 (de) * 2016-12-19 2018-06-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Beschichten eines metallischen Bauteils mit einer Verschleißschutzschicht, metallisches Bauteil sowie Kraftstoffeinspritzsystem
CN111936248B (zh) * 2018-04-13 2022-08-30 日本制铁株式会社 热压成型品的制造方法、压制成型品、冲模模具及模具套件
MX2020013493A (es) * 2018-07-04 2022-05-04 Nippon Steel Corp Metodo de fabricacion de articulo formado por prensado en caliente, articulo formado por prensado, matriz y conjunto de matriz.
CN115175776A (zh) 2020-02-26 2022-10-11 杰富意钢铁株式会社 剪切模具及冲压成形方法
EP4094872A4 (en) * 2020-03-26 2023-05-31 OSG Corporation ROLLING TOOL AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE
WO2022196385A1 (ja) 2021-03-16 2022-09-22 Ｊｆｅスチール株式会社 プレス成形金型の損傷評価装置及び損傷評価方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11277131A (ja) * 1998-03-26 1999-10-12 Topy Ind Ltd アルミ押出形材の製造法
JP2005015852A (ja) * 2003-06-26 2005-01-20 Nissan Motor Co Ltd 硬質炭素膜及びその製造方法
JP2005028544A (ja) 2003-07-10 2005-02-03 Tungaloy Corp 被覆工具およびその製造方法
JP2005238264A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Jfe Steel Kk ろう付け方法
JP2005305510A (ja) 2004-04-22 2005-11-04 Sumitomo Metal Ind Ltd プレス型工具
JP2005347568A (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Ebara Corp 基板研磨方法及び基板研磨装置
JP2007191751A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Nachi Fujikoshi Corp 被膜形成方法および被覆基材
JP2008031011A (ja) 2006-07-31 2008-02-14 Nissan Motor Co Ltd 硬質炭素被膜

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4747864A (en) 1986-06-19 1988-05-31 Corning Glass Works Process for the precision molding of glass articles
DE19714317C1 (de) * 1997-03-25 1998-06-18 Mannesmann Ag Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkzeugen aus Stahl, insbesondere von Kaltpilger-Walzdornen zur Kaltumformung von Rohren
KR19990068529A (ko) * 1999-05-31 1999-09-06 오원형 다층코팅면을갖는금형및그제조방법
US6528386B1 (en) * 2001-12-20 2003-03-04 Texas Instruments Incorporated Protection of tungsten alignment mark for FeRAM processing
EP1639630B1 (en) * 2003-07-02 2015-01-28 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method
DE102005020424A1 (de) * 2005-04-29 2006-11-02 Röhm Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Folie aus thermoplastischem Kunststoff, Folie und Verwendung der Folie
KR100818165B1 (ko) * 2006-02-09 2008-04-02 (주)이온본드 엘트론 윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조방법
JP5234931B2 (ja) * 2008-06-23 2013-07-10 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜被覆部材および成形用冶工具

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11277131A (ja) * 1998-03-26 1999-10-12 Topy Ind Ltd アルミ押出形材の製造法
JP2005015852A (ja) * 2003-06-26 2005-01-20 Nissan Motor Co Ltd 硬質炭素膜及びその製造方法
JP2005028544A (ja) 2003-07-10 2005-02-03 Tungaloy Corp 被覆工具およびその製造方法
JP2005238264A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Jfe Steel Kk ろう付け方法
JP2005305510A (ja) 2004-04-22 2005-11-04 Sumitomo Metal Ind Ltd プレス型工具
JP2005347568A (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Ebara Corp 基板研磨方法及び基板研磨装置
JP2007191751A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Nachi Fujikoshi Corp 被膜形成方法および被覆基材
JP2008031011A (ja) 2006-07-31 2008-02-14 Nissan Motor Co Ltd 硬質炭素被膜

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2700734A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP5135479B2 (ja) 2013-02-06
US20140023740A1 (en) 2014-01-23
KR101875593B1 (ko) 2018-07-06
US9902093B2 (en) 2018-02-27
EP2700734A1 (en) 2014-02-26
EP2700734B1 (en) 2018-09-12
EP2700734A4 (en) 2014-10-01
KR20130122971A (ko) 2013-11-11
JP2012232344A (ja) 2012-11-29
CA2830084A1 (en) 2012-10-26
CN103476963A (zh) 2013-12-25
CN103476963B (zh) 2016-08-17
CA2830084C (en) 2016-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012144318A1 (ja) プレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法
US11779989B2 (en) Coated metal mold and method for manufacturing same
JP5351875B2 (ja) 塑性加工用金型およびその製造方法、ならびにアルミニウム材の鍛造方法
CN110616399B (zh) 覆盖工具及其制造方法
WO2013047548A1 (ja) 摺動特性に優れた被覆部材
JP6454701B2 (ja) 基材と硬質コーティングとを有する、コーティングされた成形工具の使用法
JP2009061465A (ja) 冷間鍛造用金型及びその製造方法
CN102803546B (zh) 耐腐蚀性优异的被覆物品的制造方法及被覆物品
JP5433356B2 (ja) 金型及び金型表面の加工方法
Klünsner et al. Influence of surface topography on early stages on steel galling of coated WC-Co hard metals
CN106163690A (zh) 镀Zn钢板的热成形用模具
JP2008080352A (ja) 耐久性に優れた硬質材料被覆塑性加工用金型
Lind et al. Wear of different PVD coatings at industrial fine-blanking field tests
JP2009061464A (ja) 温熱間鍛造用金型及びその製造方法
JP6308298B2 (ja) 被覆工具の製造方法
JP4392719B2 (ja) 母材表面の下地処理方法及びこの方法により下地処理された表面を持つ母材及び製品
JP6528936B2 (ja) 被覆工具の製造方法
JP2014122400A (ja) 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜
Flegler et al. Dry forming of aluminum

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12773902

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20137023703

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2830084

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14009522

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012773902

Country of ref document: EP