(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの周縁を縁切りする上型と下型からなるトリミング金型において、前記上型及び下型はアルミニウム・銅系亜鉛合金を母材とし、下型の上端外周部および上型の下端内周部に、母材上に設けられる銅合金からなる下盛り部と下盛り部上に設けられるニッケル合金からなる上盛り部とからなる切り刃を備え、更に前記上型内には上型が下降する際にワークの周縁を下型の上端外周部に押え付ける押えパッドが支持されていることを特徴とするトリミング金型。
【請求項２】
請求項１に記載のトリミング金型において、前記下盛りとなる銅合金はＳi（珪素）が1.0〜8.0wt%、Ｍn（マンガン）が0.3〜4.0wt%、Ｐb（鉛）が0.03〜4.5wt%、Ａl（アルミニウム）が0.03〜11.0wt%、Ｎi（ニッケル）が0.03〜7.0wt%、Ｆe（鉄）が0.03〜6.0wt%、Ｃu（銅）が残部であり、前記上盛りとなるニッケル合金は、Ｂ（ホウ素）が1.0〜6.0wt%、Ｃr（クロム）が5.0〜20.0wt%、Ｓi（珪素）が1.0〜7.0wt%、Ｆe（鉄）が0.03〜4.0wt%、Ｃu（銅）が0.5〜6.0wt%、Ｎi（ニッケル）が残部であることを特徴とするトリミング金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブランク材を所望の形状に曲げ成形するプレス成形金型或いはブランク材を絞り成形しその周縁を縁切りするトリミング金型などの金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のボディは、ブランク材をプレス成形したり絞り成形或いはトリミング成形することで得られる。斯かる成形を行う金型は一般に鋳鉄製や鋳鋼製であり、剛性が高く数十万ショットにも耐えられるが、金型製作にかかる費用が高くなる。
【０００３】
そこで、多品種少量生産に向く金型として、亜鉛合金等を母材とした金型が、特開平５−８４５９１号公報、特開平５−１９５１２１号公報、特開平５−２０８２９６号公報及び特開平５−２３７６５６号公報に開示されている。
【０００４】
即ち、特開平５−８４５９１号公報には、アルミニウムと銅を含む亜鉛合金に、マグネシウムとアルミニウムを含むビッカース硬度１５０以上の亜鉛合金を肉盛り溶接することが開示されている。
また特開平５−１９５１２１号公報には、プレス金型用の亜鉛合金として、アルミニウムが9.5〜30wt%、銅が6.0〜20wt%、マグネシウムが0.01〜0.2wt%、残部を亜鉛としたものが提案されている。
また特開平５−２０８２９６号公報には、プラスチックの成形金型の母材として亜鉛合金を用いることと、この金型の補修用の溶加材としてＳi等を含むアルミ合金が提案されている。
また特開平５−２３７６５６号公報には、アルミニウム材からなる金型の補修方法として、補修部を除いてその周縁部のみにＮi−Ｐめっきを施し、Ｎi−Ｐめっきのない補修部に溶加材を肉盛りすることで、補修周縁部の硬度を確保することが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
亜鉛合金等を母材とした金型は、軽量で鋳造が容易で、しかもメンテナンス性にも優れるが、亜鉛合金に高硬度の異種金属を溶接することが困難である。
例えば、特開平５−８４５９１号公報や特開平５−２０８２９６号公報に開示されるように、アルミニウムと銅を含む亜鉛合金に、マグネシウムとアルミニウムを含む亜鉛合金或いはＳi等を含むアルミ合金を肉盛り溶接しても、トリミング用の切り刃としては充分な硬度ではない。
【０００６】
したがって、亜鉛合金製の金型としては実際にはプラスチックの成形金型等にその用途が限定され、特開平５−１９５１２１号公報にはプレス金型が提案されているが、硬度が要求される切り刃や耐摩耗性が要求される曲げ成形部についての問題は未解決のままである。
【０００７】
また、硬度が要求される切り刃部分を肉盛り溶接で形成せず、切り刃となる部分に硬質クロムめっきを施したり、蒸着、スパッタリング等にて切り刃を形成することも考えられるが、いずれも耐久性を確保するのに必要な厚さの切り刃を形成することが困難で、コスト的にも不利である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明に係る金型は、上型及び下型をアルミニウム・銅系亜鉛合金を母材とし、切り刃または曲げ成形部は、肉盛り部をグラインダ等により成形してなり、更に前記肉盛り部は下盛りと上盛りとから構成され、下盛りは銅合金を溶加材とし、上盛りはニッケル合金を溶加材とした。
【０００９】
亜鉛合金とニッケル合金との溶接の相性は悪く、高硬度の肉盛りを行おうとして、亜鉛合金の上にニッケル合金を肉盛りすることはできない。そこで、本発明者らは鋭意研究した結果、銅合金であれば亜鉛合金とニッケル合金の双方に対して溶接可能であることを知見し、この銅合金を下盛りとし、この下盛りの上にニッケル合金を上盛りすることで本発明をなすに至った。
【００１０】
銅合金としては、Ｍn（マンガン）とＳi（珪素）を含有するものが好ましく、ニッケル合金としてはＢ（ホウ素）とＳi（珪素）を含有するものが好ましい。
【００１１】
下盛りとなる銅合金の具体的な成分割合としては、Ｓi（珪素）が1.0〜8.0wt%、Ｍn（マンガン）が0.3〜4.0wt%、Ｐb（鉛）が0.03〜4.5wt%、Ａl（アルミニウム）が0.03〜11.0wt%、Ｎi（ニッケル）が0.03〜7.0wt%、Ｆe（鉄）が0.03〜6.0wt%、Ｃu（銅）が残部となるのが好ましい。
【００１２】
Ｓi（珪素）は脱酸に必要な元素であり、同時に硬度上昇元素でもある。Ｓiが1.0wt%未満では脱酸不足でブローホールが発生しやすくなり、8.0wt%を超えると一相組織ではなく多くの相が析出し脆化する。
Ｍn（マンガン）は脱酸及び脱硫に必要な元素である。Ｍnが0.3wt%未満では添加の効果が現れず、4.0wt%を超えて添加してもそれ以上の効果は得られない。
Ｐb（鉛）は切削向上元素である。Ｐbが0.03wt%未満では添加の効果が殆どなく、4.5wt%を超えると過剰となり、溶接割れが発生しやすくなる。
Ａl（アルミニウム）は着色剤であり、Ａlが増加すると銅赤色から黄金色になり、また硬度上昇元素でもある。Ａlが0.03wt%未満では添加の効果が殆どなく、11.0wt%を超えると硬度伸び共に低下する。
Ｎi（ニッケル）は硬度上昇に有効な元素である。Ｎiが0.03wt%未満では添加の効果が殆どなく、7.0wt%を超えると過剰になって硬度が低下する。
Ｆe（鉄）は結晶粒を微細化し硬度を増加する元素である。Ｆeが0.03wt%未満では添加の効果が殆どなく、6.0wt%を超えても過剰になって添加の効果がない。
【００１３】
また、上盛りとなるニッケル合金の具体的な成分割合としては、Ｂ（ホウ素）が1.0〜6.0wt%、Ｃr（クロム）が5.0〜20.0wt%、Ｓi（珪素）が1.0〜7.0wt%、Ｆe（鉄）が0.03〜4.0wt%、Ｃu（銅）が0.5〜6.0wt%、Ｎi（ニッケル）が残部とするのが好ましい。
【００１４】
Ｂ（ホウ素）は結晶粒を微細化し硬度を高める元素である。Ｂが1.0wt%未満では添加の効果が極めて小さく、6.0wt%を超えると過剰になって溶接割れが発生しやすくなる。
Ｃr（クロム）は硬度上昇及び高温における耐酸化性を向上する元素である。Ｃrが5.0wt%未満では添加の効果が小さく、20.0wt%を超えると過剰になって加工性が低下する。
Ｓi（珪素）は脱酸性元素であり、湯流れを向上する元素である。Ｓiが1.0wt%未満では湯流れに対する添加効果が小さく、7.0wt%を超えると過剰になって溶接割れが発生しやすくなる。
Ｆe（鉄）は結晶粒を微細化し硬度を増加する元素である。Ｆeが0.03wt%未満では添加効果が殆どなく、4.0wt%を超えても過剰になって添加効果がない。
Ｃu（銅）は靱性向上に有効な元素である。Ｃuが0.5wt%未満では添加効果が殆どなく、6.0wt%を超えると過剰になって靱性が低下し溶接割れが発生しやすい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は本発明を適用したトリミング金型装置の切断の前後を説明した図、図２（ａ）乃至（ｄ）は同トリミング金型の切り刃の形成過程を説明した要部拡大図である。
【００１６】
トリミング金型装置は上型１と下型２を備え、上型１は昇降プレート３に上端部が取り付けられ、下型２はベースプレート４上に固定される。上型１内には押えパッド５が昇降自在に支持され、この押えパッド５と昇降プレート３との間にはスプリング６が配置されている。
【００１７】
押えパッド５には成形用の凹部５ａが形成され、下型２にはワークとしてのワークＷを載置する凸部２ａが形成されている。また、上型１の下端内周部には切り刃７が設けられ、同じく下型２の上端外周部には切り刃８が設けられている。
【００１８】
而して、図１（ａ）に示すように、ワークＷを下型２の凸部２ａ上に載置した後、昇降プレート３とともに上型１及び押えパッド５を下降せしめる。すると押えパッド５の下端が上型１の下端よりも若干下に出ているので、押えパッド５によりワークＷの周縁を下型２の上端外周部に押え付ける。この状態から更に上型１を下降せしめることで、図１（ｂ）に示すように、切り刃７，８によってワークＷの周縁を切断する。
【００１９】
次に、切り刃の形成方法について図２に基づいて説明する。尚、切り刃７，８の何れも形成方法は同様であるので、下型２の切り刃８についてのみ説明する。
先ず、図２（ａ）に示すように、下型２の上端外周部に開先１０を形成する。次いで図２（ｂ）に示すように、開先１０の上にＴＩＧ溶接にて下盛り１１を形成する。下盛り溶接の溶加材としては銅合金を用いる。本実施例では銅合金として、Ｍn（マンガン）0.84wt%、Ｓi（珪素）3.7wt%、残部をＣu（銅）としたものを用いた。
【００２０】
銅合金としては上記の組成のものに限らず、前記した範囲、即ち、Ｓi（珪素）が1.0〜8.0wt%、Ｍn（マンガン）が0.3〜4.0wt%、Ｐb（鉛）が0.03〜4.5wt%、Ａl（アルミニウム）が0.03〜11.0wt%、Ｎi（ニッケル）が0.03〜7.0wt%、Ｆe（鉄）が0.03〜6.0wt%、Ｃu（銅）が残部としたものが好ましい。
【００２１】
次いで、図２（ｃ）に示すように、下盛り１１の上にＴＩＧ溶接にて上盛り１２を形成する。上盛り溶接の溶加材としてはニッケル合金を用いる。本実施例ではニッケル合金としてＢ（ホウ素）2.3wt%、Ｓi3.2wt%、残部をＮi（ニッケル）としたものを用いた。
【００２２】
ニッケル合金としては上記の組成のものに限らず、前記した範囲、即ち、Ｂ（ホウ素）が1.0〜6.0wt%、Ｃr（クロム）が5.0〜20.0wt%、Ｓi（珪素）が1.0〜7.0wt%、Ｆe（鉄）が0.03〜4.0wt%、Ｃu（銅）が0.5〜6.0wt%、Ｎi（ニッケル）が残部としたものが好ましい。
【００２３】
この後、グラインダやＮＣ工作機械等で加工することで、図２（ｄ）に示すように、切り刃８を得る。この切り刃８は数万ショットのトリミング成形を行うことができた。
【００２４】
尚、図示例ではトリミング金型装置について説明したが、プレス金型についても本発明は適用でき、また切り刃の部分を２段の肉盛り溶接で形成した例を説明したが、切り刃以外の部分を銅合金からなる下盛り溶接とニッケル合金からなる上盛り溶接とで形成してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明の金型は、母材を亜鉛合金としたので、鋳鉄製、アルミ製、鋼製の金型に比べて切削性、放電加工性及び研磨性に優れ、金型の製作時間を大幅に短縮でき、補修やメンテナンス性にも優れる。
【００２６】
特に、母材を亜鉛合金とした場合に問題となる切り刃または曲げ成形部については、高硬度のニッケル合金を直接肉盛りせず、下盛りとして銅合金を設け、この上にニッケル合金を上盛りしたので、充分に高硬度の切り刃や曲げ成形部を簡単に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明を適用したトリミング金型装置の切断の前後を説明した図
【図２】（ａ）乃至（ｄ）は同トリミング金型の切り刃の形成過程を説明した要部拡大図
【符号の説明】
１…上型、２…下型、２ａ…凸部、３…昇降プレート、４…ベースプレート、５…押えパッド、５ａ…凹部、６…スプリング、７，８…切り刃、１０…開先、１１…下盛り、１２…上盛り。
【図１】
0004517099.tif 000002
【図２】
0004517099.tif 000003