(57)【要約】【課題】金型の高強度化処理方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかる金型Ｃの高強度化処理方法は、金型Ｃに対してねじりを付与する工程と、ねじりが付与された金型Ｃに対して窒化処理をする工程と、窒化処理の後に金型Ｃに対するねじりを開放する工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に対してねじりを付与する工程と、
前記ねじりが付与された金型に対して窒化処理をする工程と、
前記窒化処理の後に前記金型に対する前記ねじりを開放する工程と、を備える、
金型の高強度化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の高強度化処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト金型の表面強度を上げる方法として、金型の表面に対してショットピーニング処理を行う方法や、窒化処理を行う方法が広く用いられている。特許文献１には、ダイカスト金型の表面に窒化処理を施す表面処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−０６０８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダイカスト金型の表面に形成された窒化処理層には、圧縮応力が残留しているが、鋳造工程で高温に加熱されることによって残留していた圧縮応力が低下し、それに伴い表面強度が低下する場合がある。窒化処理層内の圧縮残留応力が低下した場合は、再窒化処理を施す必要がある。しかしながら、所定の表面強度を得るための窒化処理には長時間を要してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、金型の表面処理において、所望の表面強度を得るための窒化処理時間を短縮することが可能な、金型の高強度化処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる金型の高強度化処理方法は、金型に対してねじりを付与する工程と、前記ねじりが付与された金型に対して窒化処理をする工程と、前記窒化処理の後に前記金型に対する前記ねじりを開放する工程と、を備える。
【０００７】
本発明にかかる金型の高強度化処理方法では、金型にねじりが付与された状態で窒化処理を行い、窒化処理の後に金型に対するねじりを開放する。よって、金型の表面処理において、所望の表面強度を得るための窒化処理時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、金型の表面処理において、所望の表面強度を得るための窒化処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる金型の高強度化処理方法の一連の流れを示すフローチャートである。
【図２】実施の形態にかかる金型の高強度化処理方法のねじり付与工程を示す模式正面図である。
【図３】実施例および比較例にかかる金型表面の断面組織写真である。
【図４】実施例および比較例にかかる金型表面の窒化硬度を示すグラフである。
【図５】実施例および比較例にかかる金型表面の圧縮残留応力値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、図面は適宜、簡略化されている。
なお、当然のことながら、図２に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。
【００１１】
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態にかかる金型の高強度化処理方法の一連の流れを示すフローチャートである。まず、金型に対してねじりを付与する（ステップＳ１）。次に、金型にねじりを付与した状態のまま、金型表面の窒化処理を行う（ステップＳ２）。そして、窒化処理後にねじりを開放すると（ステップＳ３）、ねじりと窒化処理によって金型の表面に圧縮応力が残留するため、金型表面が強化された金型を製造することができる。
【００１２】
本実施の形態における金型の高強度化処理方法は、ダイカスト金型の表面に対して行うものであるが、これに限定されない。例えば、プレス金型などに対しても行うことができる。
【００１３】
次に、図１のフローチャートの一部に対応する図２の模式図を参照しつつ、各ステップについて詳細に説明する。図２は、実施の形態にかかる金型の高強度化処理方法のねじり付与工程（ステップＳ１）を示す概略正面図である。
【００１４】
なお、ステップＳ１の前に、金型の脱脂洗浄を行うこともできる。金型の成形時には、金型表面に油類が付着することがある。脱脂洗浄により金型表面に付着した油類を除去すると、より効率的に金型表面の窒化処理を行うことができる。
【００１５】
＜ステップＳ１：ねじり付与＞
ステップＳ１では、金型に対してねじりを付与する。図２に示すように、金型Ｃの四隅に配置された保持部材１０を用いて金型Ｃを保持し、Ａ−Ａ’軸回りにＲ１方向およびＲ２方向にねじるように回転をかけることによって、金型Ｃにねじりを付与する。このとき、金型Ｃに付与するねじりは、金型Ｃの外形が塑性変形しない程度の荷重で行うものとする。
【００１６】
なお、本実施の形態における金型Ｃとは、ダイカスト金型の固定型または可動型のことである。図２では、金型Ｃは直方体として簡略的に描かれているが、実際は、金型Ｃのキャビティ側は加工対象物を所望の形状にするための凹凸を有している。また、金型Ｃの固定型は固定盤に、可動型は可動盤に、それぞれ取り付けられるような形状を有している。同様に、図２では、保持部材１０は直方体として簡略的に描かれているが、実際は、金型Ｃを保持した状態を維持できる形状であり、例えば金型Ｃを把持、狭持、拘持できるような形状を有するものが含まれる。
【００１７】
次にステップＳ２の窒化処理へと進むが、ステップＳ１とステップＳ２との間に、金型Ｃの表面に対してショットブラスト加工処理を行うことができる。ショットブラスト加工処理は、金型Ｃの仕上げ加工である。ショットブラスト加工処理では、金型Ｃの表面に生じたスケール、サビまたは汚れ等を除去することができるため、より効率的に金型表面の窒化処理を行うことができる。
【００１８】
＜ステップＳ２：窒化処理＞
ステップＳ２では、金型Ｃ表面の窒化処理を行う。金型Ｃは、引き続き保持部材１０によって保持され、ねじりが付与された状態である。窒化処理には、一般的なガス軟窒化処理などを用いることができる。まず、金型Ｃを配置した加熱炉内を真空引きし、加熱炉内に不活性ガス（パージガス）を供給してパージする。次に、加熱炉内の金型Ｃに対し、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含む浸窒ガスを供給し、金型Ｃを、ヒータ等を用いて５００〜６００℃に加熱する。加熱により、加熱炉内に供給された浸窒ガスが熱分解されて、窒素原子が金型Ｃの内部に取り込まれることで、金型Ｃに対して窒化処理が施される。金型Ｃの窒化処理に要する時間は、所望の窒化層の深さと所望の表面強度によるが、本実施の形態では金型Ｃにねじりを付与しているため、約１．５時間以下程度の処理時間で行うことができる。
【００１９】
＜ステップＳ３：ねじり開放＞
ステップＳ３では、保持部材１０によって付与されていた金型Ｃのねじりを開放する。
以上が、実施の形態にかかる金型の高強度化処理方法の一連の流れである。
【００２０】
従来のように、金型表面に対してショットピーニング処理や窒化処理を行った場合は、窒化処理を施した金型を用いた鋳造工程の中で高温に加熱されることによって残留応力が低下していたため、その都度再窒化処理を行う必要があった。つまり、所定の表面強度を得るための再窒化処理には、長時間を要するという問題があった。
【００２１】
本実施の形態では、金型に窒化処理を施す前に、金型にねじりを付与している。ねじりを付与することにより、浸窒ガスが金型の表面に対して入りやすくなり、所定の表面強度を得るための窒化処理時間を短縮することができる。さらに、金型に付与したねじりを開放すると、金型の表面にねじりによる圧縮応力が残留する。したがって、所望の表面強度を有する金型を短時間で製造することができる。また、金型を短時間で製造できるため、金型の生産性が上がり、コストを低減することができる。
【実施例】
【００２２】
次に、本発明の実施例について説明する。
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２３】
実施例および比較例に用いた金型は、アルミ鋳造用の金型である。実施例では、金型表面の脱脂処理を行ってから、ねじりを付与した。次に、ねじりを付与したまま金型表面に対してショットブラスト加工処理を行った。そして、引き続きねじりを付与したまま、金型表面の窒化処理を行った。最後にねじりを開放した。これに対して、比較例では、金型に対してねじりを付与していない。比較例における他の処理工程は、実施例と同様に行った。
【００２４】
ここで、本実施例および比較例に用いたアルミ鋳造用の金型に使用される金型材料では、窒化処理の際に６００℃以上になると、焼き鈍しが行われてしまう。つまり、ねじりや窒化処理によって付与した残留応力が、焼き鈍しによって除去され、所望の表面硬度を得られないというおそれがある。したがって、本実施例および比較例では、窒化処理を５６０℃で行った。また、窒化処理時間は、実施例は１．５時間、比較例は３時間で行った。
【００２５】
図３〜図５は、上述の一連の処理を行った実施例および比較例にかかる金型表面に関する一連の結果を示している。
図３は、実施例および比較例にかかる金型表面の断面組織写真である。図３の写真に示すように、実施例の窒化層Ｎ１は、比較例の窒化層Ｎ１００と同等の窒化層深さを得ることができた。さらに、実施例の窒化層Ｎ１は、比較例の窒化層Ｎ１００より濃い状態で形成された。すなわち、実施例では、金型に対してねじりを付与することにより、比較例よりも短時間で、強度の高い窒化層を形成することができたものと考えられる。次に、以下に説明するように、実施例および比較例の金型における窒化硬度と圧縮残留応力値をそれぞれ実際に測定し、グラフ化した（図４、図５）。
【００２６】
図４は、実施例および比較例にかかる金型表面の窒化硬度を示すグラフである。実施例および比較例にかかる金型について、表面から１０、２０、４０、６０、１００、２００、５００μｍの深さにおける窒化硬度をそれぞれ測定した。窒化硬度の測定は、ビッカース表面硬さ試験を用いて行った。図４では、実施例のプロットは四角、比較例のプロットは三角で示した。
【００２７】
図４に示すように、窒化硬度は、表面から深い部分にかけて徐々に低下するものの、いずれの深さにおいても、実施例の硬度が比較例の硬度より高いという結果を得た。すなわち、図３の写真に示したように、図３の写真において濃い色を示していた実施例の窒化層Ｎ１は、比較例の窒化層Ｎ１００より高い硬度であった。
【００２８】
図５は、実施例および比較例にかかる金型表面の圧縮残留応力値を示すグラフである。実施例および比較例にかかる金型について、０〜５００μｍの深さにおける圧縮残留応力値をそれぞれ測定した。残留応力の測定は、Ｘ線回折を用いて行った。図５では、実施例のプロットは四角、比較例のプロットは三角で示した。
【００２９】
図５に示すように、圧縮残留応力値は、いずれの深さにおいても、実施例の圧縮残留応力値が比較例の圧縮残留応力値より高いという結果を得た。すなわち、前述の図４のグラフに示した窒化硬度と同様、図３の写真において濃い色を示していた実施例の窒化層Ｎ１は、比較例の窒化層Ｎ１００より高い圧縮残留応力値を示した。
【００３０】
以上、図３〜図５に示したように、金型表面に対してねじりを付与して窒化処理時間を１．５時間とした実施例が、ねじりを付与せず窒化処理時間を３時間とした比較例より、金型表面は高い硬度であり高い圧縮残留応力値を示すという結果を得た。つまり、実施例では、金型表面に対してねじりを付与したことにより、窒化処理時間を短縮することができた。さらに、ねじりを付与した実施例では、圧縮残留応力値も高い結果であったことから、疲労強度を向上させることができたものと考えられる。このようにして、所望の表面強度を有する金型を短時間で製造することができた。
【００３１】
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  保持部材
Ｃ  金型
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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