(57)【要約】【課題】成形面を放電加工によって形成しつつ、金型の耐久性を確実に向上させることが可能な金型の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の金型の製造方法は、金型を得るための素材１に対し、放電加工により成形面１０ａ、１０ｂを形成する放電加工工程と、放電加工工程後、成形面１０ａ、１０ｂに窒化処理を行う窒化工程と、窒化工程後、成形面１０ａ、１０ｂに硬質被膜形成処理を行う硬質被膜形成工程とを備えている。【選択図】図６
2011045888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型を得るための素材に対し、放電加工により成形面を形成する放電加工工程と、
前記放電加工工程後、前記成形面に窒化処理を行う窒化工程と、
前記窒化工程後、前記成形面に硬質被膜形成処理を行う硬質被膜形成工程とを備えていることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項２】
前記放電加工工程と前記窒化工程との間に、前記成形面に研磨加工処理を行う研磨加工工程を備え、
前記成形面は研磨加工不能な部位である研磨不能部位を有する請求項１記載の金型の製造方法。
【請求項３】
前記研磨不能部位はアンダーカット部である請求項２記載の金型の製造方法。
【請求項４】
前記研磨不能部位は凹凸部である請求項２記載の金型の製造方法。
【請求項５】
前記放電加工工程では、ワイヤーカット放電加工を行う請求項２乃至４のいずれか１項記載の金型の製造方法。
【請求項６】
前記金型は、ポンチ又は前記ポンチと整合するダイスである請求項５記載の金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の金型の製造方法が開示されている。この製造方法では打錠用の金型を製造している。この製造方法は、金型を得るための素材の先端面に対し、放電加工により断面Ｒ形状の凹部である成形面を形成する放電加工工程と、放電加工工程後の成形面に鏡面研磨加工処理を行う研磨加工工程と、研磨加工工程後の成形面に対し、窒化処理又はＰＶＤによる硬質被膜形成処理を行う表面加工工程とを備えている。素材としては、ＳＫＤ１１が選択されている。窒化処理としては、塩浴窒化法が開示されている。硬質被膜としては、ＴｉＮの蒸着膜が開示されている。この製造方法により、耐久性及び信頼性に優れた金型を製造することが可能である。
【０００３】
また、特許文献２に別の従来の金型の製造方法が開示されている（請求項２等参照。）。この製造方法ではマンドレル等の金型を製造している。この製造方法は、金型を得るための素材の成形面に窒化処理を行う窒化工程と、窒化工程後の成形面にＰＶＤによる硬質被膜形成処理を行う硬質被膜形成工程とを備えている。素材としては、ＳＫＤ１１やマトリックスハイスが開示されている。窒化処理としては、プラズマＣＶＤ法が開示されている。硬質被膜としては、ＴｉＮの蒸着膜が開示されている。この製造方法によっても、耐久性に優れた金型を製造することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０７８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５３４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、金型の形状は益々複雑化しており、金型の製造方法の一工程として、放電加工が適用される機会が多くなっている。そして、この放電加工が適用された金型に対しても、さらなる耐久性の向上が求められている。
【０００６】
しかし、放電加工工程を行う際、成形面付近が局所的に加熱されて溶融し、その後冷却されるため、成形面直下に薄い層状の鋳物組織（以下、「加工変質層」と呼ぶ。）が発生し易い。本来、金型を得るための素材は、焼き入れ、焼き戻し等の熱処理により硬度が高められ、金型として充分な材料強度を有しているが、この加工変質層では、材料強度が大きく低下してしまう。
【０００７】
この点、上記特許文献１の金型の製造方法は、放電加工工程後の成形面に研磨加工工程を行うことを必須としており、かつ研磨加工工程後の成形面に対し、窒化処理及びＰＶＤによる硬質被膜形成処理の一方のみを行っている。研磨加工工程では、作業者が研磨工具を成形面に当接させつつ行うものであるから、例えば、作業者の熟練度が低い場合には、研磨が斑になり易く、成形面に対する鏡面研磨加工処理が不十分となる。また、例えば、放電加工工程後の成形面がアンダーカットや凹凸部等を有する複雑形状を有する場合にも、複雑形状である部位の処理が難しくなり、成形面に対する鏡面研磨加工処理が不十分となる。そして、そのまま窒化処理を行えば、材料強度が大きく低下した加工変質層の硬度が高くなるだけであり、成形面の硬度を向上させることができない。また、そのままＰＶＤによる硬質被膜形成処理を行えば、材料強度が大きく低下した加工変質層の上に硬質被膜が薄い層状に積層されるので、硬質被膜の成形面に対する密着力が低下し易い。このため、上記特許文献１の金型の製造方法は、金型の耐久性を確実に向上させることが難しい。
【０００８】
上記特許文献２には、窒化工程後に硬質被膜形成工程を行うことが開示されてはいるが、この特許文献２は、マンドレル等の比較的簡易な形状の金型しか意図しておらず、成形面が放電加工によって形成される複雑な形状の金型を意図していない。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、成形面を放電加工によって形成しつつ、金型の耐久性を確実に向上させることが可能な金型の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の金型の製造方法は、金型を得るための素材に対し、放電加工により成形面を形成する放電加工工程と、
前記放電加工工程後、前記成形面に窒化処理を行う窒化工程と、
前記窒化工程後、前記成形面に硬質被膜形成処理を行う硬質被膜形成工程とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
本発明の製造方法では、放電加工工程において、金型を得るための素材に対し、放電加工により成形面を形成する。ここで、素材としては、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材等の工具鋼を採用することが可能である。放電加工には、ワイヤーカット放電加工の他、形彫り放電加工が含まれる。この放電加工の際、成形面直下に上述した加工変質層が発生易い。加工変質層の厚みは非常に薄く、おおよそ１０μｍ以下、一般的には１〜数μｍ前後である。
【００１２】
放電加工工程後、窒化工程において、成形面に窒化処理を行う。これにより、成形面直下の加工変質層より深くまで、窒化により改質された拡散層が形成される。この拡散層では、硬度が高くなる。このため、加工変質層の硬度も、窒化により素材自体の硬度より高い硬度に改質される。拡散層の厚みは、一般的には数十μｍ前後である。
【００１３】
窒化工程後、硬質被膜形成工程において、成形面に硬質被膜形成処理を行う。ここで、硬質被膜形成処理としては、ＰＶＤ、ＣＶＤによるＴｉＮ、ＴｉＣ硬質被膜形成処理その他の一般的なものを採用できる。この硬質被膜形成処理により、成形面に対して硬質被膜が薄い層状に積層される。この際、仮に、放電加工により硬度が低下した加工変質層の上に硬質被膜が積層されるとすれば、素材と硬質被膜との間に硬度が低い層が介在することとなり、硬質被膜の成形面に対する密着力が弱くなる等の問題が生じ易い。この点、本発明の製造方法では、窒化により改質されて硬度が高められた加工変質層の上に硬質被膜が積層されるため、硬質被膜を成形面に対して強固に密着させることができる。
【００１４】
したがって、本発明の金型の製造方法は、成形面を放電加工によって形成しつつ、金型の耐久性を確実に向上させることができる。
【００１５】
本発明の金型の製造方法は、放電加工工程と窒化工程との間に、成形面に研磨加工処理を行う研磨加工工程を備え、成形面は研磨加工不能な部位である研磨不能部位を有することが好ましい（請求項２）。
【００１６】
放電加工された成形面に研磨加工処理を行うことにより、放電加工により硬度が低下した加工変質層をある程度除去することができるが、成形面における研磨不能部位、例えば、作業者が細い研磨工具を当接させつつ研磨しようとしても、研磨工具の先端が到達し得ない部位における加工変質層を除去することは困難である。この点、この金型の製造方法は、研磨不能部位における加工変質層に対しても、窒化工程により硬度を高めることができるので、本発明の作用効果を確実に享受できる。
【００１７】
本発明の金型の製造方法において、研磨不能部位はアンダーカット部であり得る（請求項３）。また、本発明の金型の製造方法において、研磨不能部位は凹凸部であり得る（請求項４）。
【００１８】
アンダーカット部又は凹凸部に対しては、細い研磨工具の先端が到達し得ない場合が多い。このため、この金型の製造方法は、本発明の作用効果をより確実に享受できる。
【００１９】
本発明の金型の製造方法において、放電加工工程では、ワイヤーカット放電加工を行うことが好ましい（請求項５）。
【００２０】
ワイヤーカット放電加工は、形彫り放電加工と比較して、アンダーカット部又は凹凸部等の複雑形状を有する成形面を形成するのに適している。このため、この金型の製造方法は、本発明の作用効果を一層確実に享受できる。
【００２１】
本発明の金型の製造方法において、金型は、ポンチ又はポンチと整合するダイスであることが好ましい（請求項６）。
【００２２】
鋼板等の板材打ち抜き加工に用いられるポンチ及びダイスには、非常に高い耐久性が求められる。また、ポンチ及びダイスの断面形状は、アンダーカット部又は凹凸部等の複雑形状を有する場合が多い。このため、この金型の製造方法は、本発明の作用効果をより一層確実に享受できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例の金型の製造方法に係り、金型の概略説明図である。
【図２】実施例の金型の製造方法に係り、金型の断面図である（図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す。）。
【図３】実施例の金型の製造方法に係り、放電加工工程後における素材の断面組織を示す顕微鏡写真である。
【図４】実施例の金型の製造方法に係り、窒化処理を行った状態における表面からの深さと硬度との関係と、窒化処理を行っていない状態における表面からの深さと硬度との関係とを比較して示すグラフである。
【図５】実施例の金型の製造方法に係り、窒化工程後における素材の断面組織を示す顕微鏡写真である。
【図６】実施例の金型の製造方法に係り、窒化処理と硬質被膜形成処理とを行った状態における表面からの深さと硬度との関係と、窒化処理を行わないままで硬質被膜形成処理を行った状態における表面からの深さと硬度との関係とを比較して示すグラフである。
【図７】実施例の金型の製造方法により製造される別の金型の断面図である（図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す。）。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（実施例）
実施例の金型の製造方法は、図１に示すように、プレス装置９に装着されて、鋼板（ＳＨＰ、ＳＣＰ等。）８の打ち抜き加工に適用されるポンチ１０及びダイス９０を製造する方法である。
【００２６】
ポンチ１０は、図２に示す複雑な断面形状を有する柱状体である。一方、ダイス９０には、ポンチ１０に整合する柱状穴９０ａが形成されている。そして、鋼板８が載置されたダイス９０の柱状穴９０ａに向かって、ポンチ１０が挿入されることにより、鋼板８がポンチ１０の断面形状と同一形状（図２に示す形状）に打ち抜かれて製品８ａが製造される。その後、製品８ａは、ノックアウトピン９１により持ち上げられて、柱状穴９０ａの外に取り出される。
【００２７】
上記の通り使用されるポンチ１０及びダイス９０には、製品８ａの製造コストの低廉化のために高い耐久性も求められる。また、ポンチ１０及びダイス９０には、製品８ａの高機能化のために、例えば、図２に示すような複雑な断面形状とすることが求められる。このため、実施例の金型の製造方法は、以下に説明する各工程を備えている。なお、以下の説明では、ポンチ１０について説明し、同様に製造されるダイス９０についての説明は省略する。
【００２８】
＜放電加工工程＞
放電加工工程では、図２に示すように、ポンチ１０を得るための素材１に対してワイヤー放電加工を実施することにより、成形面１０ａ、１０ｂを形成する。なお、素材１は、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材等の工具鋼を採用している。
【００２９】
ワイヤー放電加工は周知の加工技術であるので説明は簡略するが、図２に示す断面形状に沿って、大電流が流れるワイヤーを糸鋸のように移動させる。そうすると、素材１におけるワイヤーと接触する部位が局所的に加熱溶融して切断されて、成形面１０ａ、１０ｂが形成される。成形面１０ａ、１０ｂは、スリット状の溝の先端に連続する円筒面形状の部位であるアンダーカット部１０ｂを有している。本実施例では、アンダーカット部１０ｂの直径は数ｍｍ以下であり、アンダーカット部１０ｂに連続するスリット状の溝の幅も１〜２ｍｍ程度である。
【００３０】
この放電加工の際、成形面１０ａ、１０ｂ直下には、薄い層状の鋳物組織である加工変質層が発生易い。放電加工工程後における素材１の断面組織を示す顕微鏡写真を図３に示すように、加工変質層の厚みは非常に薄い。図３の顕微鏡写真の例では、加工変質層の厚みは１μｍ前後である。
【００３１】
また、放電加工工程後、すなわち、窒化処理を行っていない状態における表面からの深さと硬度との関係を図４に破線Ａ１で示す。工具鋼である素材１は、予め、焼き入れ、焼き戻し等の熱処理により硬度が高められており、金型として充分な材料強度を有しているが、この加工変質層では、材料強度が大きく低下してしまう。図４の破線Ａ１の例では、表層からの深さ１μｍにおける硬度、すなわち加工変質層における硬度は、ビッカース硬度（Ｈｖ）６１２．８である（ＨＲｃでは、５５．６）。一方、表層からの深さ３μｍ以上における硬度、すなわち、ワイヤー放電加工による局所加熱の影響を受け難い深さにおける硬度は、ビッカース硬度（Ｈｖ）７５０程度である。これにより、素材１の本来の硬度と比較して、加工変質層の硬度が大幅に低下していることが判る。
【００３２】
＜研磨加工工程＞
次に、研磨加工工程において、放電加工された成形面１０ａ、１０ｂに研磨加工処理を行う。研磨加工処理は、「ミガキ」とも呼ばれる周知の加工技術であるので説明は簡略するが、作業者が研磨工具を成形面１０ａに当接させて表層を僅かに削り取るようにして行う。このため、研磨加工処理により、加工変質層の一部は除去されるが、完全に除去することは難しい。
【００３３】
また、上述した微細複雑形状であるアンダーカット部１０ｂには研磨工具の先端が到達し難く、研磨加工処理を行うことができない。このため、アンダーカット部１０ｂでは、研磨加工工程後においても、加工変質層がそのまま残ることとなる。
【００３４】
＜窒化工程＞
次に、窒化工程において、成形面１０ａ、１０ｂ、すなわち、研磨加工された成形面１０ａと、研磨加工不能部位であるアンダーカット部１０ｂとに、窒化処理を行う。窒化処理は、周知の金属改質技術であるので説明は簡略するが、本実施例では、窒素雰囲気下で、素材１を４５０〜５００°Ｃに加熱することにより行う。これにより、成形面１０ａ、１０ｂ直下の加工変質層より深くまで、窒化により改質された拡散層が形成される。窒化工程後における素材１の断面組織を示す顕微鏡写真を図５に示すように、拡散層の厚みは、一般的には数十μｍ前後である。
【００３５】
また、窒化工程後、すなわち、窒化処理を行った状態における表面からの深さと硬度との関係を図４に実線Ｂ１で示す。この拡散層では、硬度が高くなる。図４の実線Ｂ１の例では、表層からの深さ１μｍにおける硬度、すなわち加工変質層における硬度は、ビッカース硬度（Ｈｖ）１１５０程度まで高くなっている。また、表層からの深さ３μｍ以上における硬度も、窒化処理を行っていない状態と比較してビッカース硬度が高くなっている。このことから、窒化により、加工変質層の硬度が素材１自体の硬度より高い硬度に改質されていることが判る。
【００３６】
＜硬質被膜形成工程＞
次に、硬質被膜形成工程において、窒化処理された成形面１０ａ、１０ｂに硬質被膜形成処理を行う。ここで、硬質被膜形成処理としては、ＰＶＤ、ＣＶＤによるＴｉＮ、ＴｉＣ硬質被膜形成処理その他の一般的なものを採用できるが、本実施例では、ＰＶＤによるＴｉＮ被膜形成処理を採用しており、真空（０．０００１ｋＰａ）、アルゴン雰囲気下で、素材１を４５０〜５００°Ｃに加熱することにより行う。これにより、成形面１０ａ、１０ｂに対してＴｉＮ硬質被膜が薄い層状に積層される。なお、ＰＶＤは、ＣＶＤと比較して処理温度が低いので、素材１に対する熱的影響を小さくできる。
【００３７】
こうして、放電加工工程〜研磨加工工程〜窒化工程〜硬質被膜形成工程が実施されることにより、ポンチ１０が完成する。
【００３８】
窒化処理と硬質被膜形成処理とを行った状態における表面からの深さと硬度との関係を図６に実線Ｂ２で示す。なお、図６における横軸は、成形面１０ａ、１０ｂに積層されたＴｉＮ被膜の厚み（約３μｍ）の表層を深さ０μｍとして表示している。
【００３９】
実線Ｂ２から判るように、ＴｉＮ被膜は、窒化により改質されて硬度が高められた加工変質層の上に積層されている。これにより、ＴｉＮ被膜を成形面１０ａ、１０ｂに対して強固に密着させることができる。
【００４０】
一方、比較例として、窒化処理を行わないままで硬質被膜形成処理を行った状態における表面からの深さと硬度との関係を実線Ａ２で示す。実線Ａ２から判るように、比較例では、放電加工により硬度が低下した加工変質層の上にＴｉＮ被膜が積層されている。このため、素材１とＴｉＮ被膜との間に硬度が低い層が介在しており、ＴｉＮ被膜の成形面１０ａ、１０ｂに対する密着力が弱くなってしまう。
【００４１】
＜作用効果＞
実施例の金型の製造方法では、放電加工により成形面１０ａ、１０ｂ直下に発生した加工変質層を窒化処理により改質するので、加工変質層の硬度が素材１自体の硬度より高い硬度になる。そして、改質された加工変質層の上にＴｉＮ被膜が積層されるため、ＴｉＮ被膜を成形面１０ａ、１０ｂに対して強固に密着させることができる。
【００４２】
したがって、実施例の金型の製造方法は、成形面１０ａ、１０ｂを放電加工によって形成しつつ、ポンチ１０の耐久性を確実に向上させることができる。その結果として、製品８ａの製造コストの低廉化が図れる。また、より複雑な断面形状の製品８ａの製造が可能となり、製品８ａを高機能化させることができる。
【００４３】
また、この製造方法では、研磨不能部位であるアンダーカット部１０ｂにおける加工変質層に対しても、窒化工程により硬度を高めることができるので、本発明の作用効果を確実に享受できる。
【００４４】
さらに、この製造方法では、放電加工工程において、ワイヤーカット放電加工を行うので、形彫り放電加工と比較して、アンダーカット部１０ｂ等の複雑形状を有する成形面１０ａ、１０ｂを形成し易い。このため、この製造方法は、本発明の作用効果を一層確実に享受できる。
【００４５】
（変形例）
実施例の金型の製造方法は、図７に示す断面形状を有するポンチ２０の製造にも適用できる。
【００４６】
＜放電加工工程＞
放電加工工程では、図７に示すように、ポンチ２０を得るための素材１に対してワイヤー放電加工を実施することにより、成形面２０ａ、２０ｂを形成する。
【００４７】
成形面２０ａ、２０ｂは、矩形断面の対向する２辺に、三角断面の山と溝との繰り返し形状をなす部位である凹凸部２０ｂを有している。本実施例では、凹凸部２０ｂの山の頂点間の距離が１ｍｍ以下であり、溝の深さが１ｍｍ以下である。
【００４８】
＜研磨加工工程＞
次に、研磨加工工程において、放電加工された成形面２０ａ、２０ｂに研磨加工処理を行う。ここで、凹凸部２０ｂは、上述した通り微細な凹凸形状であることから、研磨工具の先端が到達し難く、研磨加工処理を行うことができない。このため、凹凸部２０ｂでは、研磨加工工程後においても、加工変質層がそのまま残ることとなる。
【００４９】
＜窒化工程〜硬質被膜形成工程＞
上記実施例で説明した通りであるので、説明は省略する。
【００５０】
＜作用効果＞
上記実施例の製造方法によりポンチ２０を製造する場合も、放電加工により成形面２０ａ、２０ｂ直下に発生した加工変質層を窒化処理により改質するので、加工変質層の硬度が素材１自体の硬度より高い硬度になる。この際、研磨不能部位である凹凸部２０ｂにおける加工変質層も、窒化工程により硬度を高められる。そして、改質された加工変質層の上にＴｉＮ被膜が積層されるため、ＴｉＮ被膜を成形面２０ａ、２０ｂに対して強固に密着させることができる。
【００５１】
したがって、実施例の金型の製造方法により製造されるポンチ２０の耐久性も確実に向上する。
【００５２】
以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００５３】
例えば、実施例では、放電加工工程と窒化工程との間に、研磨加工工程を実施しているが、研磨加工工程を省略することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は金型に利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１…素材
１０、２０、９０…金型（１０…ポンチ、９０…ダイス）
１０ａ、１０ｂ、２０ａ、２０ｂ…成形面（１０ｂ、２０ｂ…研磨不能部位（１０ｂ…アンダーカット部、２０ｂ…凹凸部））
【図１】
2011045888.tif 000003
【図２】
2011045888.tif 000004
【図４】
2011045888.tif 000005
【図６】
2011045888.tif 000006
【図７】
2011045888.tif 000007
【図３】
2011045888.tif 000008
【図５】
2011045888.tif 000009