CN101380659B - 冷锻用模具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种冷锻用模具及其制造方法，通过防止在冷锻用模具表面形成的硬质覆膜的磨损或剥离，从而抑制利用冷锻用模具进行锻造的成型品的粘型。本发明提供一种冷锻用模具，其包含设置在模具设计面上的单层或多层覆膜，该覆膜由从下述群中选出的一种、两种或两种以上物质构成，该群包括：含有4A族、5A族、6A族金属中的一种、两种或两种以上金属的碳化物、氮化物或碳氮化物；以及含有4A族、5A族、6A族金属中的一种、两种或两种以上金属和Si及Al中的一种或两种元素的氮化物，其中，上述4A族指Ti、Zr、Hf，5A族指V、Nb、Ta，6A族指Cr、Mo、W，该覆膜的表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm。

Description

冷锻用模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及冷锻用模具及其制造方法，更详细地说涉及以下技术，即，通过对冷锻用模具进行喷丸处理或形成覆层，而抑制利用冷锻用模具进行锻造的成型品(高张力钢板)的粘型。

背景技术

为了减少车辆的CO₂排放量、确保碰撞安全性，需要使车体轻便化、高刚性化，高张力钢板的使用率迅速上升。然而，由于高张力钢板具有高强度，所以在利用冷锻用模具对高张力钢板进行冲压加工的情况下，钢材与冷锻用模具产生激烈的摩擦，发生油膜不足，容易使钢材与冷锻用模具产生微小的热粘着，而产生称作粘型的缺陷(在成型品、即高张力钢板上产生的筋状裂痕)。形成这种缺陷的成型品，无法作为产品使用。

因此，为了解决该问题，尝试了以PVD法等方法在冷锻用模具上被覆与铁的亲合性差的硬质覆膜。

除此之外，作为可以延长模具寿命等的表面处理技术，目前还提出了多种技术。

例如，对于温锻模具，在模具表面进行渗氮处理，使渗氮后的模具表面上由氮化物层形成细微的凹凸。然后，在温锻时，为了抑制模具的磨损，在该模具表面涂覆润滑剂。润滑剂是将石墨或BN等具有固体润滑作用的粉末稀释于水中而形成的，润滑剂向模具表面的涂覆是通过在温锻时向模具喷涂而进行的。

所涂覆的润滑剂进入由氮化物层形成的细微凹凸中，利用该进入凹凸中的润滑剂能够保持润滑作用，抑制模具的磨损。此外，即使氮化物层剥离，如果通过锻造中的热量使模具表面氧化，则氧化后的表面也会与氮化物层同样地形成细微的凹凸，由该凹凸保持润滑剂。因此，即使氮化物层剥离也可以抑制模具的磨损。

然而，在由氮化物层形成凹凸的情况下，存在磨损的抑制效果不充分的问题。因此，近几年，为了抑制模具的磨损，开发应用了将比氮化物层更硬的硬质覆膜(CrN、TiAlN等)被覆在模具表面的技术。

作为形成CrN覆膜的技术，例如在专利文献1中公开了下述热加工或温加工模具，其使用金刚石研磨膏(#3000mesh)对模具基体材料的表面进行表面粗糙度调整后，形成渗氮层，洗净后利用多弧法形成由CrN构成的硬化层。此外，在专利文献2中公开了下述铸造用模具，其在用于注入熔融金属的型腔的内壁，形成由CrN构成的表面处理膜。

此外，作为可以延长模具寿命等的其它表面处理技术，提出了进行喷丸处理的技术。

例如，在专利文献3中公开了以下技术，即，通过向热处理(也包含渗氮处理、碳氮共渗处理等)后的模具(SKD、SKH)，以60～100m/秒投射与铁类投射材料相同比重的普通喷丸尺寸的投射材料(颗粒直径为125μm)，从而得到平滑的模具表面，同时得到最大的残余压应力值。

此外，在专利文献4中公开了以下技术，即，在心轴或成型模具等工具上形成渗氮层或TiN硬质覆膜，在其上通过以喷丸粒径40～200μm、喷丸喷射速度100m/秒进行喷丸处理，从而抑制心轴的磨损或发状裂纹，实现长寿命化。

专利文献1：特开平11—092909

专利文献2：特开平10—137915

专利文献3：特开2003—191166

专利文献4：特开2003—253422

发明内容

然而，被覆在上述冷锻用模具上的与铁亲合性差的硬质覆膜，由于受到强烈的摩擦，使冷锻用模具的硬质覆膜磨损，最终引起剥离，从而无法充分发挥抑制粘型的效果。

此外，用于抑制上述温锻模具的磨损的硬质覆膜(CrN、TiAIN等)，均匀地覆盖在基底模具上，所以覆膜后的表面粗糙度与机加工或研磨加工后的模具的表面粗糙度大致相同(光滑的状态)。因此，润滑剂的附着性较差，润滑剂流动，润滑剂的保持力低。此外，因为该硬质覆膜的耐氧化性高，所以覆膜不易被氧化。因而，存在下述问题，即，模具表面没有形成细微的凹凸，润滑剂的保持力低，由于润滑不足反而促进磨损。

此外，专利文献1中公开的温锻或热锻用模具，其以防止硬化膜的剥离、提高附着性为主要目的，而设有CrN硬化层。为了提高附着性，尽可能地使表面没有凹凸，越平滑越好，因此对于用于提高附着力的硬质覆膜的形成方法，从耐磨性的观点出发，仍然无法解决润滑剂的保持力低，由于润滑不足反而促进磨损这一问题。

此外，专利文献2中公开的铸造用模具，其以降低铸件材料的附着或堆积、降低铸件脱模时的拉拔力为主要目的，取代脱模剂而形成CrN，得到优良的脱模性。为了提高脱模性，希望表面尽可能地没有凹凸、平滑。从根本上说，铸造用模具与锻造用模具在用途上完全不同。

此外，专利文献3及4中公开的喷丸处理技术，都是在模具表面通过渗氮处理等形成硬质层后进行喷丸处理。此外，专利文献3及4中的喷丸处理技术，是通过赋予残余压应力而抑制表面龟裂的产生，提高疲劳强度。因此，如果以形成可以维持良好的润滑剂保持力的凹凸为目的，使用专利文献3及4中公开的喷丸处理技术，在硬质层上进行喷丸处理，则存在由渗氮处理等而形成的硬质层开裂的问题。

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种冷锻用模具及其制造方法，通过防止在冷锻用模具的表面形成的硬质覆膜的磨损或剥离，从而可以抑制利用冷锻用模具进行锻造的成型品的粘型。

为了解决上述课题，本发明的发明人对用于防止冷锻用模具表面的磨损或剥离、抑制成型品的粘型的方法进行研究，得出如果以硬质覆膜覆盖模具设计面，则会使模具表面***的结论。此外，本发明的发明人得出如下结论：如果在被覆形成硬质覆膜前，通过喷丸处理在模具设计面形成凹凸，则在其上被覆硬质覆膜时，其凹凸形状会反映在硬质覆膜上，使该硬质覆膜上也形成凹凸，这种由硬质覆膜形成的凹凸可以长期维持润滑剂的保持力。由此得出的结论是，可以大幅防止冲压加工时的冷锻用模具表面的磨损或剥离，并且同时还可以抑制成型品的粘型。

本发明是基于该结论而提出的。本发明提供一种冷锻用模具，其包含设置在模具设计面上的单层或多层的覆膜，该覆膜由从下述群中选出的一种、两种或两种以上物质构成，该群包括：含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属的碳化物、氮化物或碳氮化物；以及含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属和Si及Al中的一种或两种元素的氮化物，上述覆膜的表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm。

在上述冷锻用模具中，可以使上述覆膜的膜厚大于或等于1μm而小于或等于20μm。

在上述任意一个冷锻用模具中，也可以对上述模具设计面进行硬化层深度小于或等于200μm的渗氮。

并且，在上述任意一个冷锻用模具中，优选通过喷丸处理在上述模具设计面形成凹凸后，形成上述覆膜。

此时，可以使上述喷丸处理时的喷丸介质以小于或等于100m/秒的投射速度进行投射。

此外，为了解决上述课题，本发明提供一种冷锻用模具的制造方法，其包括：凹凸形成工序，其通过喷丸处理而在模具设计面上形成凹凸，使表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm；以及覆膜形成工序，其在进行上述凹凸形成工序后，通过PVD法在上述模具设计面上形成单层或多层的覆膜，该覆膜由从下述群中选出的一种、两种或两种以上物质构成，该群包括：含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属的碳化物、氮化物或碳氮化物；以及含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属和Si及Al中的一种或两种元素的氮化物。

另外，为了解决上述课题，本发明提供另一种冷锻用模具的制造方法，其包括：被覆前凹凸形成工序，其通过喷丸处理而在模具设计面上形成凹凸；覆膜形成工序，其在进行上述被覆前凹凸形成工序后，通过PVD法在上述模具设计面上形成单层或多层的覆膜，该覆膜由从下述群中选出的一种、两种或两种以上物质构成，该群包括：含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属的碳化物、氮化物或碳氮化物；以及含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属和Si及Al中的一种或两种元素的氮化物；以及被覆后凹凸形成工序，其在进行上述覆膜形成工序后，通过喷丸处理而在上述覆膜上形成凹凸，使表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm。

发明的效果

本发明所涉及的冷锻用模具，因为在模具设计面具备形成有规定表面粗糙度Ra的凹凸的硬质覆膜，由硬质覆膜构成的凸部坚硬，并且具有规定的表面粗糙度Ra，所以不易磨损。此外，在硬质覆膜上形成的凹凸，因为具有规定的表面粗糙度Ra，所以润滑剂的保持力良好，能够减少摩擦。从而，在硬质覆膜上形成的凹凸，可以长期维持润滑剂的保持力，可以防止硬质覆膜的磨损或剥离，因此可以防止成型品与冷锻用模具产生微小的热粘着，由此可以抑制成型品的粘型。即，本发明所涉及的冷锻用模具，由硬质覆膜和表面粗糙度Ra(凹凸)的叠加效果，可以防止硬质覆膜的磨损或剥离，并且可以抑制成型品的粘型。从而，本发明所涉及的冷锻用模具，可以延长模具寿命，可以实现降低该冷锻用模具以及利用其进行锻造的各种成型品的成本。

本发明所涉及的冷锻用模具的制造方法，因为具有上述结构，所以可以使模具表面的表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm。由该方法得到的冷锻用模具，可以得到与本发明所涉及的冷锻用模具相同的效果。

此外，本发明所涉及的冷锻用模具的制造方法，因为在硬质覆膜形成前进行喷丸处理，所以与硬质覆膜形成后进行喷丸处理的情况相比，具有硬质覆膜不会开裂的效果。

附图说明

图1是表示冷锻用模具1的表面部分的剖面的图。

图2是表示帽型弯曲试验所使用的冲头及冲模的形状的图。

图3是表示帽型弯曲试验结果的曲线图，是以与表面粗糙度Ra间的关系示出工件发生粘型之前的加工个数的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行详细说明。

(冷锻用模具)

图1所示的本发明的一个实施方式所涉及的冷锻用模具1，只要由以JIS SKD11为代表的冷模钢及其改良钢构成即可，材质没有特殊限定。

冷锻用模具1在模具设计面2上具有单层或多层的硬质覆膜3，该硬质覆膜3由从下述群中选出的一种、两种或两种以上物质构成，该群包括：含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属的碳化物、氮化物或碳氮化物；以及含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属和Si及Al中的一种或两种元素的氮化物。使硬质覆膜3为上述材质是因为，与单纯对模具设计面2进行渗氮相比更坚硬，因此不易磨损，即耐磨性优秀。此外，其原因还在于，如果硬质覆膜3不易磨损，则可以防止其剥离，防止由冷锻用模具1锻造获得的成型品(高张力钢板)出现微小热粘着，抑制粘型。当然，模具设计面2也可以进行硬化层深度小于或等于200μm的渗氮。

模具设计面2的表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm。使模具设计面2的表面粗糙度Ra落在该范围内是为了使该表面粗糙度Ra反映在“模具设计面2的表面上形成的硬质覆膜3的表面粗糙度Ra”上。其理由在于，反映出的硬质覆膜3的表面粗糙度Ra，如果小于0.05μm，则无法得到润滑剂的充分的保持力，几乎没有防止硬质覆膜3磨损的效果，而如果超过0.50μm，则因为模具表面4的凹凸过大，反而会促进粘型。因此，使模具设计面2的表面粗糙度Ra落在该范围内。模具设计面2的表面粗糙度Ra，进一步优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.30μm，更优选大于或等于0.10μm而小于或等于0.25μm。当然，只要可以使硬质覆膜3的表面粗糙度Ra落在上述范围内即可，模具设计面2的表面粗糙度Ra并不限定于上述范围。

硬质覆膜3在冲压时与被成型材料(工件)接触，表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm。使硬质覆膜3的表面粗糙度Ra落在该范围是因为，如果小于0.05μm，则无法得到润滑剂的充分的保持力，几乎没有防止硬质覆膜3磨损的效果，而如果超过0.50μm，则因为模具表面4的凹凸过大，反而会促进粘型。硬质覆膜3的表面粗糙度Ra，进一步优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.30μm，更优选大于或等于0.10μm而小于或等于0.25μm。

硬质覆膜3的膜厚，无论是单层还是多层都优选整体大于或等于1μm而小于或等于20μm。使硬质覆膜3的膜厚落在该范围内是因为，如果小于1μm，则防止硬质覆膜3的磨损或剥离的效果小，而如果超过20μm，则被覆时间延长，经济方面不利。在以多层构成硬质覆膜3的情况下，其层叠顺序并不特别限定。

(冷锻用模具的制造方法)

本发明的一个实施方式所涉及的冷锻用模具1，例如，可以使用以JIS SKD11为代表的冷模钢及其改良钢构成的模具，按照以下的(1)凹凸形成工序以及(2)覆膜形成工序的顺序进行制造。另外，在进行后述的(3)被覆后凹凸形成工序的情况下，将下述的(1)凹凸形成工序特别地称为被覆前凹凸形成工序。

(1)凹凸形成工序(被覆前凹凸形成工序)

在凹凸形成工序中，通过喷丸处理在模具设计面2上形成凹凸，使其表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm(进一步优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.30μm，更优选大于或等于0.10μm而小于或等于0.25μm)。该凹凸如果像车床加工面那样，从一方向有凹凸，而从另一方向没有凹凸，则无法得到效果。因此，以从任意方向测量均为规定的表面粗糙度Ra的方式形成凹凸。为此，喷丸处理可以通过以下方式进行，即，将喷丸介质以小于或等于100m/秒的投射速度(即将与表面碰撞时的速度)投射，或者将金属制的直径小于或等于100μm的喷丸介质以大于或等于0.1MPa而小于或等于0.6MPa的投射压力(开始投射的压力)，大于或等于100mm而小于或等于300mm的投射距离而进行投射。

在凹凸形成工序相当于被覆前凹凸形成工序的情况(进行后述(3)被覆后凹凸形成工序的情况)下，在被覆后凹凸形成工序中，表面粗糙度Ra只要大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm即可，因此进行被覆前凹凸形成工序时的表面粗糙度Ra并没有特殊限定，但是优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm。从而，喷丸处理可以通过将金属制喷丸介质以100m/秒的投射速度投射而进行，或者优选通过将金属制的直径小于或等于100μm的喷丸介质以大于或等于0.1MPa而小于或等于0.6MPa的投射压力，大于或等于100mm而小于或等于300mm的投射距离投射而进行。

另外，无论在上述哪种情况下，都使投射速度小于或等于100m/秒，是为了使表面粗糙度Ra最优化，而不会使其过大，不会使粘型恶化。同时，投射速度超过100m/秒这一条件，虽然有助于提高疲劳强度，但会使表面粗糙度Ra过大。

此外，在进行喷丸处理前，可以预先对模具设计面2进行硬化层深度小于或等于200μm的渗氮。其理由在于，使模具表面硬化，以提高覆膜的附着性。

(2)覆膜形成工序

在下面的被覆形成工序中，利用PVD法或CVD法在模具设计面2上形成单层或多层的硬质覆膜3，该硬质覆膜3由从下述群中选出的一种、两种或两种以上物质构成，该群包括：含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属的碳化物、氮化物或碳氮化物；以及含有4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属中的一种、两种或两种以上金属和Si及Al中的一种或两种元素的氮化物。由于硬质覆膜3形成在已经通过喷丸处理形成有凹凸的模具设计面2上，因此模具设计面2的凹凸形状反映为硬质覆膜3的表面形状。从而，硬质覆膜3的表面粗糙度Ra成为大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm(进一步优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.30μm，更优选大于或等于0.10μm而小于或等于0.25μm)。或者，对于硬质覆膜3，在进行后述(3)被覆后凹凸形成工序的情况下，通过被覆后凹凸形成工序中的喷丸处理，使硬质覆膜3的表面粗糙度Ra成为大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm(进一步优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.30μm，更优选大于或等于0.10μm而小于或等于0.25μm)。

此外，优选硬质覆膜3的表面粗糙度Ra在从任意两方向进行测量时，其差值为50％以内。

具有以上结构的硬质覆膜3，因为凸部坚硬且具有规定的表面粗糙度Ra，所以不易磨损。此外，因为凹凸具有规定的表面粗糙度Ra，所以润滑剂的保持力良好。从而，可以防止硬质覆膜的磨损或剥离，在该硬质覆膜上形成的凹凸可以长期维持润滑剂的保持力。这样，如果硬质覆膜3不易磨损，可以维持润滑剂的保持力，则可以减少摩擦，可以防止硬质覆膜3的剥离，可以防止利用冷锻用模具1进行锻造的成型品(高张力钢板)出现微小热粘着，可以抑制粘型。

作为为了形成硬质覆膜3而进行的PVD法，可以采用真空蒸镀、离子镀、溅射蒸镀中的任意一种，特别优选离子镀。离子镀法是将蒸发后的金属进行离子化，将该金属离子在反应性气体气氛下利用电场加速而附着在处理品表面(模具设计面2)上，作为使金属蒸发的方法，可以采用阴极电弧放电的方法或空心阴极式中的任意一种。优选离子镀是因为与CVD法相比，可以以更低的温度进行处理，因此可以防止对冷锻用模具1由热影响引起的软化，可以减小由再淬火引起的应变。此外，还可以采用电阻加热蒸镀、电子束蒸镀、分子束外延法。

在通过离子镀法形成硬质覆膜3的情况下，优选使离子化的金属加速的电场电压为10～500V。此外，作为反应性气体可以使用甲烷等碳氢化合物类气体或氮气，其压力从0.1～10Pa中选择即可。

此时，优选硬质覆膜3无论是单层还是多层，都使整体的膜厚大于或等于1μm而小于或等于20μm。在多层的情况下，从下层侧向上层侧按顺序变更种类反复进行PVD法即可。

另外，也可以在形成硬质覆膜3之前，对模具设计面2进行离子照射。这种情况下，优选使用4A族(Ti、Zr、Hf)、5A族(V、Nb、Ta)、6A族(Cr、Mo、W)金属等的金属离子或Ar离子进行，该离子照射时加速离子的电场电压为500～2000V。

针对进行上述(1)以及(2)的工序所得到的冷锻用模具1，还可以进行以下的(3)被覆后凹凸形成工序。

(3)被覆后凹凸形成工序

在下面的被覆后凹凸形成工序中，通过喷丸处理在硬质覆膜3上形成凹凸，使表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm(进一步优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.30μm，更优选大于或等于0.10μm而小于或等于0.25μm)。该凹凸如果像车床加工面那样，从一方向有凹凸，而从另一方向没有凹凸，则无法得到效果。因此，以从任意方向测量均为规定的表面粗糙度Ra的方式形成凹凸。为此，喷丸处理可以通过以下方式进行，即，将陶瓷制或玻璃制喷丸介质以100m/秒的投射速度进行投射，或者通过将陶瓷制或玻璃制的直径小于或等于100μm的喷丸介质以大于或等于0.1MPa而小于或等于0.6MPa的投射压力，大于或等于100mm而小于或等于300mm的投射距离进行投射。在这里，不使用金属制喷丸介质而使用陶瓷制或玻璃制喷丸介质，是因为硬质覆膜3虽然是硬质的但较脆，因此如果使用金属制喷丸介质则可能使硬质覆膜3开裂。此外，使喷丸介质以小于或等于100m/秒的投射速度投射是基于与上述相同的理由。

还通过被覆后凹凸形成工序而进一步进行喷丸处理的理由在于，促进细微的凹凸(表面粗糙度Ra大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm，进一步优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.30μm，更优选大于或等于0.10μm而小于或等于0.25μm)的形成，同时通过向模具设计面2以及硬质覆膜3的表面赋予残余压应力，从而提高硬质覆膜3的附着性，进而改善冷锻用模具1的模具寿命。

此外，还有以下理由。如果在覆膜形成工序中进行离子镀，则硬质覆膜3的表面上不会蒸发地以液体状态附着半球状的所谓的微滴。该微滴不会起保持部的作用，因此为了将其去除，在形成硬质覆膜3后进行喷丸处理即可。

(作用)

根据上述冷锻用模具的制造方法，通过喷丸处理在模具设计面2上形成凹凸，使表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm，并在其上通过PVD形成硬质覆膜3。从而，使模具设计面2的凹凸形状反映为硬质覆膜3的表面形状，硬质覆膜3的表面粗糙度Ra大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm。这样制成的冷锻用模具1，因为在硬质覆膜3上形成的凸部坚硬且具有规定的表面粗糙度Ra，所以不易磨损。此外，因为在硬质覆膜3上形成的凹凸具有规定的表面粗糙度Ra，所以润滑剂的保持力良好。从而，通过由硬质覆膜3构成的凹凸而长期地维持润滑剂的保持力。

这样，如果硬质覆膜3不易磨损，可以维持润滑剂的保持力，则可以防止硬质覆膜3的剥离，可以防止利用冷锻用模具1进行锻造的成型品(高张力钢板)出现微小热粘着，可以抑制粘型。

通过上述的叠加效果，冷锻用模具1可以抑制磨损，延长模具寿命，实现成型品的品质提高。

如果对形成有硬质覆膜3的冷锻用模具1进一步进行喷丸处理，则除了可以进一步促进硬质覆膜3的表面粗糙度Ra大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm这样的凹凸形成，通过赋予残余压应力来提高附着性之外，还可以去除微滴。由此，对于冷锻用模具1，可以进一步防止硬质覆膜3的磨损或剥离，可以防止利用冷锻用模具1进行锻造的成型品(高张力钢板)出现微小热粘着，可以抑制粘型。通过上述的叠加效果，冷锻用模具1可以抑制磨损，延长模具寿命，实现成型品的品质提高。

[实施例]

以下，对本发明的实施例以及对比例进行说明。

(冲头及冲模的制作)

对于实施例1～18以及对比例1～5，对调质为59HRC的JISSKD11进行加工而制备图2所示的冲头及冲模。

随后，对实施例1、4、6、9～11、13、16、17、18以及对比例2～4的冲模的基底表面(图2中以虚线表示的部分)，分别进行硬化层整体厚度为0.05mm的等离子渗氮处理。

然后，对实施例1～18以及对比例2～5的冲模表面(图2中以虚线表示的部分)通过喷丸处理投射喷丸介质而形成微小的凹凸。此时，对于实施例1～18以及对比例3～5，喷丸处理是使用钢制的粒径小于或等于100μm的喷丸介质，以100m/秒的投射速度进行的。此时，投射压力大于或等于0.1MPa而小于或等于0.6MPa，投射距离大于或等于100mm而小于或等于300mm。对于对比例2，是使用钢制的粒径为500μm的喷丸介质，以150m/秒的投射速度进行的。此时，投射压力大于或等于0.1MPa而小于或等于0.6MPa，投射距离大于或等于100mm而小于或等于300mm。

然后，对实施例1～18以及对比例1～3的冲模表面(图2中以虚线表示的部分)，以离子镀法被覆硬质覆膜。此时，进行氩离子轰击的电场电压为500～1000V，进行被覆的电场电压为50～300V，反应性气体的压力为1～10Pa。各实施例以及各对比例的具体条件是与表1所示的覆膜种类等相对应而从上述条件中选取的。在多层的情况下(实施例13～15)，反复进行离子镀法。另外，实施例13～15的多层覆膜，先被覆该表中的左侧的覆膜，随后被覆右侧的覆膜。即，如果以实施例13为例，则先被覆TiN，然后被覆CrN。

然后，对实施例4、5、7、8、11、14、15、17、18以及对比例2～5的冲模表面(图2中以虚线表示的部分)，再次通过喷丸处理在表面形成微小的凹凸。此时，对于各实施例以及对比例3～5，喷丸处理是使用陶瓷制或玻璃制的粒径小于或等于100μm的喷丸介质，以100m/秒的投射速度进行的。此时，投射压力大于或等于0.1MPa而小于或等于0.6MPa，投射距离大于或等于100mm而小于或等于300mm。对于对比例2，是使用玻璃制的粒径为500μm的喷丸介质，以150m/秒的投射速度进行的。此时，投射压力大于或等于0.1MPa而小于或等于0.6MPa，投射距离大于或等于100mm而小于或等于300mm。

通过以上步骤得到实施例1～18以及对比例1～5的冲头及冲模。另外，仅对图2中虚线部分进行表面处理，是因为在其它部分可以防止微小热粘着，不会发生粘型。

随后，对实施例1～18以及对比例1～5，测量该图所示的冲模表面(图2中以虚线表示的部分)的覆膜厚度(μm)、表面粗糙度Ra(μm)。表面粗糙度Ra是以JIS B0601为标准，从任意正交的两个方向测量的结果。其结果在表1中汇总示出。

(帽型弯曲试验)

对于实施例1～18以及对比例1～5，使用图2所示的冲头及冲模，在以下条件下进行帽型弯曲试验。帽型弯曲试验是针对用作工件的下述高张力钢板，每次更换一个工件反复进行，直至产生粘型。

<帽型弯曲试验条件>

(1)行程50mm

(2)工件980MPa级高张力钢板、厚度为1.5mm、无表面处理

(3)润滑剂用毛刷涂覆的防锈油

(4)冷锻用模具(冲头及冲模)的材料SKD11

表1中一并示出工件发生粘型前的个数。

图3中以曲线图示出表1所示的帽型弯曲试验的结果。图3的曲线图以与表面粗糙度Ra间的关系示出工件发生粘型前的加工个数。

[表1]

对于硬质覆膜，XXX/YYY表示的是，XXX为下层侧，YYY为上层侧。

表面粗糙度是从正交的两个方向测量的结果。

基底渗氮是表示在冲模上形成覆膜前进行了渗氮。

(评价)

首先，根据对比例1～3和对比例4、5的比较可知，如果像对比例1～3那样形成硬质覆膜，则无论它们的表面粗糙度Ra如何，与对比例4的单纯进行渗氮、或对比例5的单纯赋予残余压应力相比，都可以使发生粘型前的加工个数大幅增加。因此，可知硬质覆膜的形成对抑制粘型是有效的。此外，比较对比例4和5可知，进行了基底渗氮与没有进行基底渗氮相比，发生粘型前的加工个数大幅增加，因此基底渗氮对抑制粘型也是有效的。

实施例1～18与对比例1～3相比，发生粘型前的加工个数进一步大幅增加。

首先，对比例1的发生粘型前的加工个数少的理由可以说是，对比例1既没有进行被覆前喷丸，也没有进行被覆后喷丸，所以与实施例1～18相比，其表面粗糙度Ra过小。换句话说，其理由可以说是，因为对比例1的表面粗糙度Ra过小，所以润滑剂的保持力低，或者排斥润滑剂，容易使硬质覆膜产生磨损或剥离，工件(高张力钢板)与冲模发生微小热粘着，发生粘型。

其次，对于对比例2，虽然既进行了被覆前喷丸，也进行了被覆后喷丸，但是发生粘型前的加工个数仍然较少的理由可以说是，与实施例1～18相比表面粗糙度Ra过大。换句话说，其理由可以说是，因为对比例2的表面粗糙度Ra过大，所以促进凹凸的凸部的磨损，容易产生剥离，使工件(高张力钢板)与冲模发生微小热粘着，发生粘型。此外，作为出现这种结果的理由还可以认为是，因为对比例2的投射速度为150m/秒，所以导致表面粗糙度Ra过大。

再次，对于对比例3，虽然既进行了被覆前喷丸，也进行了被覆后喷丸，并且表面粗糙度Ra也与实施例1～18没有太大差别，但是发生粘型前的加工个数仍然较少的理由可以说是，表面粗糙度Ra在X方向和Y方向有差异(粗糙度具有各向异性)。换句话说，其理由可以说是，因为对比例3的表面粗糙度Ra具有粗糙度各向异性，所以润滑剂向某方向流动，其结果，润滑剂的保持力变弱，容易使硬质覆膜产生磨损或剥离，高张力钢板与冲模发生微小热粘着，发生粘型。

与此相对，对于实施例1～18，硬质覆膜形成凹凸，其凸部坚硬，并且形成规定表面粗糙度Ra(大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm)的凹凸，凹部形成润滑剂的保持部位，因此使摩擦减少，硬质覆膜不易产生磨损或剥离。此外，实施例1～18中，在从至少任意两个方向测量的情况下凹凸落在规定的表面粗糙度Ra(大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm)中，因此润滑剂的保持力良好。从而，实施例1～18通过硬质覆膜和表面粗糙度Ra(凹凸)的叠加效果，与对比例1～5相比，可以进一步抑制硬质覆膜的磨损或剥离，可以维持润滑剂的保持力，其结果，可以抑制工件(高张力钢板)与冲模发生微小热粘着，由此可以抑制粘型的发生。

此外，根据图3的曲线图，与表1所示的结果相同地，可以确认实施例1、16的发生粘型前的加工个数显著多于对比例2。此外，比较实施例1、18这两者可知，进行了被覆后喷丸与没有进行被覆后喷丸相比，在整体上发生粘型前的加工个数具有增多的倾向。从图3的曲线图可知，硬质覆膜的表面粗糙度Ra优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.50μm，进一步优选大于或等于0.05μm而小于或等于0.30μm，更优选大于或等于0.10μm而小于或等于0.25μm。

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施的情况。

工业实用性

本发明所涉及的冷锻用模具及其制造方法，可以通过抑制模具磨损而改善模具寿命、改善成型品的品质，因此对于模具厂商或使用模具制造各种产品的厂商来说，工业实用性极高。

Claims (7)

1.一种冷锻用模具，其特征在于，

其包含设置在模具设计面上的单层或多层的覆膜，该覆膜由从下述群中选出的一种、两种或两种以上物质构成，该群包括：含有4A族、5A族、6A族金属中的一种、两种或两种以上金属的碳化物、氮化物或碳氮化物；以及含有4A族、5A族、6A族金属中的一种、两种或两种以上金属和Si及Al中的一种或两种元素的氮化物，其中，上述4A族是指Ti、Zr、Hf，5A族是指V、Nb、Ta，6A族是指Cr、Mo、W，

上述覆膜的表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.10μm而小于或等于0.50μm，

通过喷丸处理在上述模具设计面形成凹凸后，形成上述覆膜。

2.根据权利要求1所述的冷锻用模具，其特征在于，

上述覆膜的膜厚大于或等于1μm而小于或等于20μm。

3.根据权利要求1所述的冷锻用模具，其特征在于，

对上述模具设计面进行了硬化层深度小于或等于200μm的渗氮。

4.根据权利要求2所述的冷锻用模具，其特征在于，

对上述模具设计面进行了硬化层深度小于或等于200μm的渗氮。

5.根据权利要求1所述的冷锻用模具，其特征在于，

上述喷丸处理时的喷丸介质，是以小于或等于100m/秒的投射速度进行投射的。

6.一种冷锻用模具的制造方法，其包括：

凹凸形成工序，其通过喷丸处理而在模具设计面上形成凹凸，使表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.10μm而小于或等于0.50μm；以及

覆膜形成工序，其在进行上述凹凸形成工序后，通过PVD法在上述模具设计面上形成单层或多层的覆膜，该覆膜由从下述群中选出的一种、两种或两种以上物质构成，该群包括：含有4A族、5A族、6A族金属中的一种、两种或两种以上金属的碳化物、氮化物或碳氮化物；以及含有4A族、5A族、6A族金属中的一种、两种或两种以上金属和Si及Al中的一种或两种元素的氮化物，其中，上述4A族是指Ti、Zr、Hf，5A族是指V、Nb、Ta，6A族是指Cr、Mo、W。

7.一种冷锻用模具的制造方法，其包括：

被覆前凹凸形成工序，其通过喷丸处理而在模具设计面上形成凹凸；

覆膜形成工序，其在进行上述被覆前凹凸形成工序后，通过PVD法在上述模具设计面上形成单层或多层的覆膜，该覆膜由从下述群中选出的一种、两种或两种以上物质构成，该群包括：含有4A族、5A族、6A族金属中的一种、两种或两种以上金属的碳化物、氮化物或碳氮化物；以及含有4A族、5A族、6A族金属中的一种、两种或两种以上金属和Si及Al中的一种或两种元素的氮化物，其中，上述4A族是指Ti、Zr、Hf，5A族是指V、Nb、Ta，6A族是指Cr、Mo、W；以及

被覆后凹凸形成工序，其在进行上述覆膜形成工序后，通过喷丸处理而在上述覆膜上形成凹凸，使表面粗糙度Ra从任意方向测量均大于或等于0.10μm而小于或等于0.50μm。

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