(57)【要約】      （修正有）【課題】高張力鋼板を冷間プレス加工するために使用されるプレス金型であって、耐かじり性に優れるとともにメインテナンス性にも優れたプレス金型を提供する。【解決手段】金型１の表面に亜鉛又は亜鉛合金からなる被膜を与えられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高張力鋼板を冷間プレス加工するために使用されるプレス金型であって、金型表面に亜鉛又は亜鉛合金からなる被膜を与えられていることを特徴とする冷間プレス金型。
【請求項２】
前記亜鉛合金はＺｎ−Ｆｅ合金であることを特徴とする請求項１記載の冷間プレス金型。
【請求項３】
前記Ｚｎ−Ｆｅ合金は、Ｚｎに５〜２５質量％のＦｅを含む合金であることを特徴とする請求項２記載の冷間プレス金型。
【請求項４】
前記被膜は、５μｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載の冷間プレス金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高張力鋼板（ハイテン）を冷間プレス加工するために使用されるプレス金型に関し、特に、耐かじり性に優れるとともにメインテナンス性にも優れたプレス金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い引張り強度を有する高張力鋼板（ハイテン）を用いることで、自動車などの外装を薄肉化できて車体の軽量化を図ることが可能となる。かかる鋼板は車体の外装としての防錆性の観点から表面に溶融亜鉛めっきを施されていることが多く、「溶融亜鉛めっき鋼板」として広く流通している。一方、成形加工にはプレス加工が多く用いられるが、引張り強度が高いためプレス圧も高く、割れを防止するような均一な伸びの制御や、スプリングバックを抑制するための形状固定制御、プレス金型の早期摩耗による寸法制御など、加工における問題点も多い。
【０００３】
例えば、特許文献１では、Ｃ，Ｍｎ，Ｎ，Ｔｉ，Ｎｂの各成分組成を調整し更に組織制御をすることで、高い強度とともに優れた延性及び曲げ性を兼備できて且つプレス加工性にも優れるとした合金溶融亜鉛めっき鋼板を開示している。ここでは、溶融亜鉛めっき鋼板を加熱して、Ｚｎめっき層中に鋼板からＦｅを拡散させ、Ｚｎ−Ｆｅ合金からなるめっき層を与えた合金化溶融亜鉛めっき鋼板について述べている。プレス加工において、めっき層がＦｅ含有量の比較的低い軟質な合金相（ζ相）を含むときは、めっき層と金型表面の凝着などによってめっき剥離（フレーキング）や鋼板のプレス割れが生じやすく、一方、めっき層がＦｅ含有量の高い硬質な合金相（Γ、Γ１、δ１ｃ相）を含むときはめっき層の粉化（パウダリング）が発生しやすいとしている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２では、ＰＶＤ法により、ＴｉＮ層、Ｃ及びＮ濃度を傾斜させたＴｉ（ＣｘＮ１−ｘ）層、ＴｉＣ層の三層構造の硬質被膜を金型表面に与えた高張力鋼板をプレス加工するプレス金型を開示している。一般的に、このようなプレス金型には、耐摩耗性を高めプレス加工時のかじり（金型とワーク等との接触により発生する金型表面の傷）を防止するように、ＣＶＤ法やＰＶＤ法によってＴｉＣやＴｉＣＮのようなセラミックスからなる硬質被膜を形成することが行われる。ここでＣＶＤ法による被膜形成では処理温度が高く金型母材の歪みや熱変形が問題となること、ＰＶＤ法により形成されたＴｉＣ被膜では密着力が不充分で剥離しやすく耐久性に問題のあること、ＴｉＣ被膜に比べて密着性の良いＴｉＣＮ被膜は低い滑り性によって摩耗しやすいこと、などについても述べている。
【０００５】
ところで、プレス金型の摩耗を抑制しつつ耐かじり性を確保すべく、硬質被膜を金型表面に付与した場合であっても、プレス加工とともに硬質被膜も徐々に摩耗し、やがて「かじり」が発生してしまう。このような場合、硬質被膜の再形成をしてプレス金型の補修が行われ得る。
【０００６】
例えば、特許文献３では、多層に硬質被膜を与えたプレス金型の補修について述べている。プレス金型の表面に大なる厚さの第１被膜を形成し、その上に第１被膜よりは厚さの薄い第２被膜を形成し、第２被膜が摩耗して第１被膜が露出したら第２被膜の摩耗部位のみ、若しくは、第２被膜を除去して、再度、第２被膜を形成しプレス金型の補修を行うとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５５４４２号公報
【特許文献２】特開２００８−２０７２１９号公報
【特許文献３】特開２００９−１６６０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３のように、硬質被膜が多層被膜である場合にあっては、摩耗した表面近傍の被膜のみを再形成することでプレス金型の補修が可能であるが、多層被膜間の密着性、健全性に劣る。また、特許文献２のような多層被膜は、プレス金型の表面近傍の被膜のみがプレス加工時の耐かじり性に寄与しているのではなく、多層被膜全体でこれを付与しているのである。摩耗した表面近傍の被膜のみを再形成しても、初期のような耐かじり性を再現することはできない。以上のことから、一般的には、全ての多層被膜を一旦除去して、再度、同様の多層被膜を形成するプレス金型の補修が望まれる
【０００９】
また、多層被膜は硬質被膜であるから機械的な除去は困難を伴うとともに、化学的に比較的安定なセラミックスからなる硬質被膜では化学的な除去も困難を伴う。つまり、被膜の除去及び再形成を行う補修にかかる金型のメインテナンス性が良くない。
【００１０】
本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、耐かじり性に優れるとともにメインテナンス性にも優れたプレス金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記したように、高張力鋼板の冷間プレス加工に使用されるような硬質被膜、例えばセラミックスからなる硬質被膜を施されたプレス金型では、その補修において、硬質被膜の機械的又は化学的な除去及び再形成に多大な手間を要する。特に、複層の硬質被膜を施されている場合には、被膜の健全性を確保するためにも全ての硬質被膜を一旦除去した上で再形成する必要があり、コストも非常に大きくなる。これに対して、本発明者は、安価な元素で比較的低融点の亜鉛又は亜鉛合金からなる金属被膜をプレス金型に付与するだけで耐かじり性を向上させ得ることを見出した。かかる被膜を与えられたプレス金型では、金属被膜を機械的又は化学的に除去することも容易で、しかも再形成も比較的容易であり、メインテナンス性に優れるのである。
【００１２】
すなわち、本発明による高張力鋼板を冷間プレス加工するために使用されるプレス金型は、金型表面に亜鉛又は亜鉛合金からなる被膜を与えられていることを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、亜鉛又は亜鉛合金からなる被膜の潤滑作用によるプレス加工時の高い耐かじり性を与え得る。さらに、比較的安価な元素で低融点の金属被膜を用いたことにより、金属被膜を除去して再形成する一連の補修行程を容易とし、これによるメインテナンス性の高さを与え得るのである。
【００１４】
上記した発明において、前記亜鉛合金はＺｎ−Ｆｅ合金であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、被膜を強固に密着させ得て、プレス加工時の潤滑作用による耐かじり性を良好且つ安定に与え得るのである。
【００１５】
上記した発明において、前記Ｚｎ−Ｆｅ合金は、Ｚｎに５〜２５質量％のＦｅを含む合金であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、プレス加工時の潤滑作用による耐かじり性を良好且つ安定に与え得るとともに、比較的低融点の金属被膜によるメインテナンス性の高さを与え得るのである。
【００１６】
上記した発明において、前記被膜は、５μｍ以上の厚さを有することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、被膜の剥離による潤滑作用の早期の枯渇を防止できて、プレス加工時の潤滑作用による耐かじり性を良好且つ安定に与え得るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】曲げしごき試験についてのプレス装置の要部の側面図である。
【図２】曲げしごき試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施例、併せて比較例としての冷間プレス加工用のプレス金型について、その耐かじり性を評価するための「曲げしごき試験」について説明する。まず、その試験方法について説明する。
【００１９】
図１に示すように、曲げしごき試験装置１０は、鋼板を曲げてしごき加工する装置であって、角柱形状のパンチ１と、その下側に位置するダイ２と、ダイ２の端面Ａに対向するバックダイ３とを含む。パンチ１はダイ２の上面Ｂよりも更に上方の位置から、ダイ２の端面Ａに沿って下降可能であり、ダイ２の端面ＡとのクリアランスＷを維持するように、バックダイ３がパンチ１の水平方向への移動を規制している。
【００２０】
パンチ１、ダイ２及びバックダイ３には、ＪＩＳ  Ｇ４４０４の合金工具鋼鋼材に定められるＳＫＤ１１を６０ＨＲＣに調質して用いている。後述するように、比較例の一部を除き、パンチ１の少なくともダイ２の端面Ａに対向する側の面には被膜を与えている。図２には、実施例１〜９及び比較例１〜３のパンチ１の被膜について示した。実施例１では亜鉛からなる単層の金属被膜を、実施例２〜９では所定の成分組成のＺｎ−Ｆｅ合金（亜鉛合金）からなる単層の金属被膜を与えている。
【００２１】
実施例１では、加工後の鋼材の表面を脱脂し、４４０〜４６０℃の溶融亜鉛めっき槽にこれを浸漬させて空冷する溶融亜鉛めっき法により純亜鉛からなる金属被膜を与えている。一方、実施例２〜９では、ＰＶＤ処理により亜鉛合金からなる金属被膜を与えている。なお、ＰＶＤ処理では、コーティング時間を１５０分、コーティング温度を４５０〜５００℃、バイアス電圧を１００Ｖ、雰囲気ガスをＡｒ、ガス圧力を０．５Ｐａ、アーク電流を１００Ｖとしている。
【００２２】
また、比較例１では被膜を与えず、比較例２及び３では、上記したと同様のＰＶＤ処理により、それぞれＴｉＮ及びＴｉＣＮによる単層の窒化物からなる被膜を与えている。
【００２３】
再び図１を参照すると、曲げしごき加工の被加工材としての鋼板４には、板厚Ｔ＝１．６ｍｍの表面処理を与えられていない７８０ＭＰａ級高張力鋼板を使用した。
【００２４】
曲げしごき加工は、鋼板４をダイ２の上面Ｂに載置し、その端部４ａをダイ２からわずかにはみ出るように配置し、パンチ１を下降させる。鋼板４の端部４ａはパンチ１によって下方に押し込まれてダイ２の端面Ａに沿って曲げられる。ここで潤滑剤は使用していない。また、ダイ２の端面Ａからパンチ１までのクリアランスＷはバックダイ３によって鋼板４の板厚Ｔの１０％に調整されており、鋼板４は曲げ加工とともにしごき加工をも与えられる。かかる曲げしごき加工を順送りプレスによって５０ショット／分の速度で連続的に行った。
【００２５】
曲げしごき加工を１００ショット行う毎に鋼板４の表面にかじり傷が生じているかを観察し、この「かじり」を生じたショット数をパンチ１の被膜の耐かじり性についての「寿命」とした。かかる寿命については。図２にあわせてまとめた。
【００２６】
次に、上記した鋼板の曲げしごき試験の結果と金型の耐かじり性について説明する。
【００２７】
図２に示したように、比較例１の被膜の付与されていないパンチ１では、最初の約１０ショット程度で金型のかじりを生じ、曲げしごき加工を継続できなくなった。一方、実施例１乃至９の亜鉛又は亜鉛合金からなる金属被膜を付与されたパンチ１では、少なくとも１００ショット以上を経てもかじり傷は観察されず、被膜を与えていない比較例１と比較して、耐かじり性における亜鉛又は亜鉛合金からなる金属被膜の有用性が確認できた。
【００２８】
更に、亜鉛合金からなる金属被膜とした実施例７〜９において、金属被膜の膜厚を１，５，１５μｍと大きくするほど、耐かじり性についての寿命は１００ショットから２３００ショットへと長くなった。つまり、亜鉛や亜鉛合金による金属被膜は、曲げしごき加工のショット毎に徐々に剥離を生じ膜厚を減じつつ、その剥離片が鋼板４との間で潤滑作用を与えていると考える。金属被膜の膜厚が薄いと、潤滑作用がより早期になくなってしまうのである。金属被膜の膜厚については特に限定されないが、密着性を損なわない範囲で、上記した潤滑作用を与える観点からより大きいことが好ましい。一方、実施例７〜９において、少なくとも５μｍ以上の膜厚で金型の耐かじり性についての寿命が大幅に延びていることから、５μｍ以上とすることが好ましい。
【００２９】
ところで、それぞれ亜鉛及び亜鉛合金からなる金属被膜とした実施例１及び２では、耐かじり性についての寿命は同等であったが、膜厚は後者において小さかった。これは、亜鉛にＦｅを添加し合金化することで、金属被膜をパンチ１の基材へより強固に密着させ得ること、曲げしごき加工のショット毎の剥離量を少なくしても十分な潤滑作用を与え得ることを示している。これにより良好且つ安定な耐かじり性を付与できる。
【００３０】
亜鉛合金からなる金属被膜とした実施例３〜５を比べると、Ｆｅの含有量をそれぞれ５，１０，２５質量％と増加させると、耐かじり性についての寿命はそれぞれ１７００,２０００，１５００ショットとなり、１０質量％で最も大きくなった。これらはいずれも、窒化物からなる硬質被膜とした比較例２及び３と比べても、耐かじり性に対する寿命が大きくなった。
【００３１】
同様に、Ｆｅの含有量の異なる亜鉛合金被膜とした実施例２及び６を比べると、同じ膜厚でありながら、実施例２よりも実施例６の耐かじり性についての寿命が短くなった。これは、Ｆｅの含有量が所定以上、ここでは実施例６の３０質量％程度に増加すると、上記したようなショット毎に生じる剥離片が鋼板４へ凝着し、被膜が早く摩耗して、潤滑作用がより早期に枯渇してしまうと考える。
【００３２】
以上のことから、実施例１の結果も併せて考えると、Ｆｅの含有量は、Ｚｎに対して、５〜２５質量％の範囲内が好ましく、更に好ましくは５〜１０質量％である。
【００３３】
以上のように、これに限定されないが溶融亜鉛めっき法又はＰＶＤ法などで、亜鉛又は亜鉛合金からなる金属被膜を冷間プレス加工用のプレス金型に付与するだけで、金型の耐かじり性を向上させ得る。従来の窒化物被膜と比べて、本実施例における亜鉛又は亜鉛合金からなる金属被膜は比較的軟質な被膜であることから、機械的な除去が容易であり、セラミックス被膜と比較しても、化学的な除去が容易である。また、かかる金属被膜は低融点な金属元素からなり、再形成が容易である。またかかる金属被膜は上記したようにショット毎に徐々に膜厚を減じるので、その厚さ方向の寸法精度は厳密に要求されるものではない。しかも、単層でよく、複層の被膜よりも再形成が容易である。すなわち、かかる被膜を与えたプレス金型はメインテナンス性に優れるのである。このような優れたメインテナンス性に加え、かかる金属被膜は安価な金属元素からなり、コストも安価である。そこで、実施例７のように、比較例２及び３ほどの耐かじり性に対する寿命を得られなくとも、被膜を容易且つ安価に再形成できるから、トータルコストを低減できるのである。
【００３４】
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。例えば、プレス金型にはＳＫＨ５１をはじめとするハイス鋼やタングステン・カーバイドを主成分とする超硬材料を使用することもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１  パンチ
２  ダイ
３  バックダイ
４  鋼板
【図１】
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【図２】
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