JP2014173127A - Molding die and production method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、原料粉末を圧縮成形するための成形用金型及びその製造方法に関する。 The present invention relates to, for example, a molding die for compression molding raw material powder and a method for manufacturing the same.
例えば、原料粉末を圧縮成形するための成形用金型は、上パンチ、下パンチ、ダイ等を備えている。成形用金型において、上パンチ及び下パンチのパンチ面(原料粉末を成形するための面)には、大きな圧縮力(例えば、600MPa以上)が負荷される。したがって、原料粉末にSi等のビッカース硬さ(Hv)が1000を超えるような硬質粒子が含まれている場合、圧縮成形時において、上パンチ及び下パンチのパンチ面に硬質粒子が食い込み、パンチ面が塑性変形して徐々に粗くなっていく。その結果、成形体がパンチ面に付着したり、これによって成形体に割れが発生したりして、金型寿命が短くなってしまう。 For example, a molding die for compression molding raw material powder includes an upper punch, a lower punch, a die, and the like. In the molding die, a large compressive force (for example, 600 MPa or more) is applied to the punch surfaces (surfaces for molding the raw material powder) of the upper punch and the lower punch. Therefore, when the raw powder contains hard particles such as Si having a Vickers hardness (Hv) exceeding 1000, the hard particles bite into the punch surfaces of the upper punch and the lower punch during compression molding, and the punch surface Gradually becomes rough due to plastic deformation. As a result, the molded body adheres to the punch surface, or cracks occur in the molded body, thereby shortening the mold life.
そのため、成形用金型において、上パンチ及び下パンチの表面には、硬質膜を被覆するといった表面処理が施されている。ところが、上パンチ及び下パンチのパンチ面に大きな圧縮力が負荷された時、上パンチ及び下パンチにおける金型基材部分とその表面上に形成された硬質膜部分との間に大きな硬度差があると、金型基材と硬質膜との変形量に大きな差異が生じ、両者の間に内部応力が発生する。これにより、硬質膜に割れが生じたり、金型基材から硬質膜が剥離したりして、結局、金型寿命が短くなってしまう。 For this reason, in the molding die, the surface of the upper punch and the lower punch is subjected to a surface treatment such as coating a hard film. However, when a large compressive force is applied to the punch surfaces of the upper punch and the lower punch, there is a large hardness difference between the mold base portion and the hard film portion formed on the surface of the upper punch and the lower punch. If it exists, a big difference will arise in the deformation | transformation amount of a metal mold | die base material and a hard film, and internal stress will generate | occur | produce between both. Thereby, a crack arises in a hard film, or a hard film peels from a mold base material, and a mold life will become short after all.
そこで、特許文献1には、金型基材の表面上に3層からなる硬質膜を形成した成形用金型が開示されている。ここで、硬質膜は、金型基材側に被覆したTi又はTiの窒化物、炭化物、炭窒化物のいずれかからなるa層と、金型表面側に被覆したAlCrSiの窒化物からなるb層と、a層とb層との間に配置され、a層側からb層側に向かってTi比率が減少するTiとa層側からb層側に向かってSi比率が増加するSiとを含むAlCrの窒化物からなる中間層とを有する。これにより、硬質膜は、金型基材側から金型表面側に向かって硬度が徐々に高くなるような傾斜構造となり、金型基材に対する密着性、追従性を高めることができる。 Thus, Patent Document 1 discloses a molding die in which a hard film composed of three layers is formed on the surface of a die base material. Here, the hard film is a layer made of Ti or Ti nitride, carbide or carbonitride coated on the mold base side, and b made of AlCrSi nitride coated on the mold surface side. Ti, which is disposed between the a layer and the a layer and the b layer, the Ti ratio decreases from the a layer side toward the b layer side, and the Si increases from the a layer side toward the b layer side. And an intermediate layer made of a nitride of AlCr. Accordingly, the hard film has an inclined structure in which the hardness gradually increases from the mold base side toward the mold surface side, and the adhesion to the mold base and the followability can be improved.
しかしながら、特許文献1の成形用金型では、硬質膜の種類が限定されてしまう。また、硬質膜の種類が限定されることにより、その硬質膜を形成する金型基材の種類も限定されてしまう。そのため、金型基材及び硬質膜の種類によっては、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を十分に確保することができないおそれがある。
よって、金型基材や硬質膜の種類にかかわらず、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を高めることができ、硬質膜の割れ、剥離を防止することができる成形用金型の表面処理構造や表面処理方法が望まれている。
However, in the molding die of Patent Document 1, the type of hard film is limited. Moreover, when the kind of hard film is limited, the kind of mold base material which forms the hard film will also be limited. Therefore, depending on the type of the mold base and the hard film, there is a possibility that the adhesion and followability of the hard film to the mold base cannot be sufficiently ensured.
Therefore, regardless of the type of mold base or hard film, the mold for molding can improve the adhesion and follow-up of the hard film to the mold base and prevent cracking and peeling of the hard film. The surface treatment structure and surface treatment method are desired.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を高めることができる成形用金型及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a molding die capable of improving the adhesion and followability of a hard film to a mold base and a method for producing the same.
本発明の一の態様は、金型基材の表面上に硬質膜を被覆してなる成形用金型であって、
上記金型基材は、その表面から所定の深さまで、加工硬化処理が施された下地層を有し、
該下地層は、第1下地層と、該第1下地層上に形成された第2下地層とを有し、
該第2下地層には、上記加工硬化処理を施す前又は施した後に窒化処理及び浸炭処理の少なくとも一方の表面硬化処理が施されていることを特徴とする成形用金型にある(請求項1)。
One aspect of the present invention is a molding die formed by coating a hard film on the surface of a mold substrate,
The mold base has a base layer that has been subjected to work hardening treatment from its surface to a predetermined depth,
The underlayer has a first underlayer and a second underlayer formed on the first underlayer,
In the molding die, the second underlayer is subjected to at least one surface hardening treatment of nitriding treatment and carburizing treatment before or after performing the work hardening treatment (claim). 1).
本発明の他の態様は、金型基材の表面上に硬質膜を被覆してなる成形用金型の製造方法であって、
上記金型基材の表面に対して、窒化処理及び浸炭処理の少なくとも一方の表面硬化処理を行う表面硬化処理工程と、
上記金型基材の表面に対して、上記表面硬化処理の処理深さよりも深く加工硬化処理を行う加工硬化処理工程と、
上記金型基材の表面上に硬質膜を形成する硬質膜形成工程とを有することを特徴とする成形用金型の製造方法にある(請求項3)。
Another aspect of the present invention is a method for producing a mold for molding formed by coating a hard film on the surface of a mold substrate,
A surface hardening treatment step of performing at least one surface hardening treatment of nitriding treatment and carburizing treatment on the surface of the mold base;
A work hardening treatment step for performing a work hardening treatment deeper than the treatment depth of the surface hardening treatment on the surface of the mold base;
And a hard film forming step of forming a hard film on the surface of the mold base. (Claim 3)
上記成形用金型において、金型基材は、その表面から所定の深さまで、加工硬化処理が施された下地層を有する。該下地層は、第1下地層と、該第1下地層上に形成された第2下地層とを有し、該第2下地層には、加工硬化処理を施す前又は施した後に表面硬化処理(窒化処理、浸炭処理)が施されている。そのため、表面硬化処理及び加工硬化処理の両方の処理が施された第2下地層は、加工硬化処理が施された第1下地層に比べて硬度が高くなる。 In the above mold for molding, the mold base has a base layer that has been subjected to work hardening treatment from its surface to a predetermined depth. The underlayer includes a first underlayer and a second underlayer formed on the first underlayer, and the second underlayer is surface-cured before or after being subjected to the work hardening treatment. Treatment (nitriding treatment, carburizing treatment) is performed. Therefore, the second underlayer that has been subjected to both the surface hardening process and the work hardening process has a higher hardness than the first underlayer that has been subjected to the work hardening process.
また、下地層において、第1下地層では、金型基材の表面側に近いほど加工硬化処理の効果が大きくなる。すなわち、第1下地層は、金型基材の内部側から表面側に向かって硬度が徐々に高くなる。また、第2下地層では、同じく金型基材の表面側に近いほど表面硬化処理及び加工硬化処理の効果が大きくなる。すなわち、第2下地層は、金型基材の内部側から表面側に向かって硬度が徐々に高くなる。そのため、下地層全体は、金型基材の内部側から表面側に向かって硬度が徐々に高くなる傾斜構造となる。 Further, in the base layer, in the first base layer, the closer to the surface side of the mold base, the greater the effect of work hardening treatment. That is, the hardness of the first underlayer gradually increases from the inner side to the front side of the mold base. Further, in the second underlayer, the effect of the surface hardening process and the work hardening process is increased as the surface side of the mold base is closer. That is, the hardness of the second underlayer gradually increases from the inner side to the surface side of the mold base. Therefore, the whole foundation layer has an inclined structure in which the hardness gradually increases from the inner side to the surface side of the mold base.
また、硬質膜は、金型基材の表面上、すなわち下地層の表面上に設けられている。そのため、硬質膜の硬度を下地層よりも高くすれば、金型母材(金型基材において表面硬化処理や加工硬化処理が施されていない部分)、第1下地層、第2下地層、硬質膜の順に硬度が高くなる層構造が可能となる。
そして、硬質膜は、上述したように、金型基材の内部側から表面側に向かって硬度が徐々に高くなる傾斜構造を有する下地層の表面上に設けられている。そのため、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を十分に高めることができる。
The hard film is provided on the surface of the mold base, that is, on the surface of the underlayer. Therefore, if the hardness of the hard film is made higher than that of the base layer, the mold base material (the part on which the surface hardening process or the work hardening process is not performed on the mold base), the first base layer, the second base layer, A layer structure in which the hardness increases in the order of the hard film becomes possible.
And as above-mentioned, the hard film is provided on the surface of the base layer which has the inclination structure where hardness becomes high gradually toward the surface side from the inner side of a metal mold | die base material. Therefore, the adhesion and followability of the hard film to the mold base can be sufficiently enhanced.
これにより、例えば、成形用金型を用いて原料粉末を圧縮成形する際に、成形用金型の表面に大きな圧縮力が負荷された場合でも、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を十分に確保することができる。そして、従来問題となっていた金型基材と硬質膜との硬度差による変形量の差に起因して両者の間に発生する内部応力を抑制することができ、硬質膜の割れ、剥離を十分に防止することができる。 Thereby, for example, when compressing raw material powder using a molding die, even if a large compressive force is applied to the surface of the molding die, the adhesion of the hard film to the die base material, follow-up Sufficient sex can be secured. In addition, it is possible to suppress internal stress generated between the mold base and the hard film due to the difference in deformation due to the difference in hardness between the mold base and the hard film, which prevents cracking and peeling of the hard film. It can be sufficiently prevented.
また、上記成形用金型では、金型基材や硬質膜の化学組成等に依存することなく、表面硬化処理(窒化処理、浸炭処理)及び加工硬化処理といった処理を施すことによって、成形用金型の内部側から表面側に向かって順に硬度が高くなる層構造、そして金型母材と硬質膜との間の領域(下地層)において硬度が傾斜する傾斜構造を容易に実現することができる。これにより、金型基材や硬質膜の種類にかかわらず、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を容易に高めることができる。 Further, in the above molding die, the molding die is subjected to treatments such as surface hardening treatment (nitriding treatment, carburizing treatment) and work hardening treatment without depending on the chemical composition of the mold base or the hard film. It is possible to easily realize a layer structure in which the hardness increases in order from the inner side to the surface side of the mold and an inclined structure in which the hardness is inclined in a region (underlayer) between the mold base material and the hard film. . Thereby, irrespective of the type of the mold base or the hard film, the adhesion and followability of the hard film to the mold base can be easily enhanced.
上記成形用金型の製造方法は、上記表面硬化処理工程と、上記加工硬化処理工程と、上記硬質膜形成工程とを有する。そのため、上述したような構造を有する成形用金型を容易に製造することができる。これにより、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を十分に高めることができる。また、金型基材や硬質膜の種類にかかわらず、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を容易に高めることができる。 The method for manufacturing the molding die includes the surface hardening treatment step, the work hardening treatment step, and the hard film forming step. Therefore, a molding die having the structure as described above can be easily manufactured. Thereby, the adhesiveness of a hard film | membrane with respect to a mold base material and followable | trackability can fully be improved. Moreover, regardless of the type of the mold base material or the hard film, the adhesion and followability of the hard film to the mold base material can be easily increased.
このように、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を向上させることができる成形用金型及びその製造方法を提供することができる。 Thus, the molding die which can improve the adhesiveness of a hard film | membrane with respect to a metal mold | die base material, followable | trackability, and its manufacturing method can be provided.
上記成形用金型において、上記下地層(第1下地層、第2下地層)に施される加工硬化処理としては、例えば、ショットピーニング等を用いることができる。
また、上記第2下地層に施される表面硬化処理としては、窒化処理、浸炭処理又は炭窒化処理を用いることができる。
In the molding die, for example, shot peening can be used as the work hardening treatment applied to the base layer (first base layer, second base layer).
Further, as the surface hardening treatment applied to the second underlayer, nitriding treatment, carburizing treatment, or carbonitriding treatment can be used.
また、上記下地層において、上記第1下地層は、上記金型基材の内部側から表面側に向かって、例えば、ビッカース硬さ(Hv)が900〜1200の範囲で徐々に高くなるようにすることができる。
また、上記第2下地層は、上記金型基材の内部側から表面側に向かって、例えば、ビッカース硬さ(Hv)が1200〜1500の範囲で徐々に高くなるようにすることができる。
Further, in the underlayer, the first underlayer is gradually increased in the range of, for example, Vickers hardness (Hv) from 900 to 1200 from the inner side to the surface side of the mold base. can do.
Further, the second underlayer can be gradually increased in the range of, for example, Vickers hardness (Hv) from 1200 to 1500 from the inner side to the surface side of the mold base.
また、金型母材(金型基材において表面硬化処理や加工硬化処理が施されていない部分)のビッカース硬さ(Hv)は、例えば、800〜900とすることができる。
また、上記硬質膜を構成する材料としては、例えば、TiCN(炭窒化チタン)等を用いることができる。また、上記硬質膜のビッカース硬さ(Hv)は、例えば、2500以上とすることができる。また、上記硬質膜の厚みは、例えば、3〜10μmとすることができる。
Moreover, the Vickers hardness (Hv) of the mold base material (the part on which the surface curing process or the work curing process is not performed on the mold base material) can be set to 800 to 900, for example.
Moreover, as a material which comprises the said hard film, TiCN (titanium carbonitride) etc. can be used, for example. Moreover, the Vickers hardness (Hv) of the said hard film can be 2500 or more, for example. Moreover, the thickness of the said hard film can be 3-10 micrometers, for example.
また、上記第1下地層の厚みは、200〜400μmであり、上記第2下地層の厚みは、200〜300μmであることが好ましい(請求項2)。
この場合には、表面硬化処理及び加工硬化処理による下地層の硬度の傾斜をより均一にすることができる。これにより、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性をより一層高めることができる。
Moreover, it is preferable that the thickness of the said 1st foundation layer is 200-400 micrometers, and the thickness of the said 2nd foundation layer is 200-300 micrometers (Claim 2).
In this case, the gradient of the hardness of the underlayer due to the surface hardening process and the work hardening process can be made more uniform. Thereby, the adhesiveness of a hard film | membrane with respect to a metal mold | die base material and followable | trackability can be improved further.
上記成形用金型の製造方法において、上記硬質膜形成工程の前に、上記金型基材の表面を研磨等によって平滑な面(例えば、表面粗さ(最大高さ)Rz:1μm以下)にしておいてもよい。
この場合には、その後の上記硬質膜形成工程において、金型基材の表面上に硬質膜を精度良く形成することができる。これにより、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性をより一層高めることができる。
In the method for manufacturing a mold for molding, before the hard film forming step, the surface of the mold base is made smooth by polishing or the like (for example, surface roughness (maximum height) Rz: 1 μm or less). You may keep it.
In this case, the hard film can be accurately formed on the surface of the mold base in the subsequent hard film forming step. Thereby, the adhesiveness of a hard film | membrane with respect to a metal mold | die base material and followable | trackability can be improved further.
また、上記成形用金型の製造方法では、上記表面硬化処理工程を行った後、上記加工硬化処理工程を行ってもよい(請求項4)。
また、上記加工硬化処理工程を行った後、上記表面硬化処理工程を行ってもよい(請求項5)。
いずれの場合にも、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性を向上させた成形用金型を製造することができる。
Moreover, in the manufacturing method of the said metal mold | die, after performing the said surface hardening treatment process, you may perform the said work hardening treatment process (Claim 4).
Moreover, after performing the said work hardening process process, you may perform the said surface hardening process process (Claim 5).
In any case, it is possible to manufacture a molding die with improved adhesion and followability of the hard film to the mold base.
また、上記表面硬化処理工程では、上記表面硬化処理の処理深さが200〜300μmであり、上記加工硬化処理工程では、上記加工硬化処理の処理深さが400〜700μmであることが好ましい(請求項6)。
この場合には、表面硬化処理及び加工硬化処理による金型基材の表面から所定の深さまでの領域(下地層)の硬度の傾斜をより均一にすることができる。これにより、金型基材に対する硬質膜の密着性、追従性をより一層高めることができる。
In the surface hardening treatment step, the treatment depth of the surface hardening treatment is preferably 200 to 300 μm, and in the work hardening treatment step, the treatment depth of the work hardening treatment is preferably 400 to 700 μm. Item 6).
In this case, the gradient of the hardness of the region (underlayer) from the surface of the mold base to the predetermined depth by the surface hardening process and the work hardening process can be made more uniform. Thereby, the adhesiveness of a hard film | membrane with respect to a metal mold | die base material and followable | trackability can be improved further.
(実施例1)
上記成形用金型及びその製造方法にかかる実施例について、図1、図2を用いて説明する。
Example 1
Examples relating to the molding die and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.
まず、本例の成形用金型について説明する。
図1に示すように、成形用金型1は、金型基材2の表面200上に硬質膜3を被覆してなる。金型基材2は、その表面200から所定の深さまで、加工硬化処理が施された下地層21を有する。下地層21は、第1下地層211と、第1下地層211上に形成された第2下地層212とを有する。第2下地層212には、加工硬化処理を施す前に表面硬化処理(窒化処理)が施されている。
以下、これを詳説する。
First, the molding die of this example will be described.
As shown in FIG. 1, a molding die 1 is formed by coating a
This will be described in detail below.
図1に示すように、成形用金型1は、Si等の硬質粒子を含有する原料粉末を成形するための金型である。成形用金型1は、上パンチ、下パンチ及びダイを備えている。同図では、成形用金型1の上パンチ又は下パンチのパンチ面(原料粉末を成形するための面)を示している。したがって、同図に示す成形用金型1の表面100は、上パンチ又は下パンチのパンチ面に当たる。
As shown in FIG. 1, a molding die 1 is a die for molding a raw material powder containing hard particles such as Si. The molding die 1 includes an upper punch, a lower punch, and a die. In the figure, the punch surface (surface for forming the raw material powder) of the upper punch or the lower punch of the molding die 1 is shown. Therefore, the
同図に示すように、金型基材2は、その表面200から所定の深さ(約500μm)までの領域において、下地層21を有する。
下地層21は、金型母材20上に形成された第1下地層211と、第1下地層211上に形成された第2下地層212とを有する。第1下地層211は、厚みT1が約300μmであり、第2下地層212は、厚みT2が約200μmである。なお、金型母材20は、金型基材2において後述する表面硬化処理や加工硬化処理が施されていない部分であり、ビッカース硬さ(Hv)が約840である。
As shown in the figure, the
The
同図に示すように、下地層21(第1下地層211及び第2下地層212)には、加工硬化処理が施されている。本例の加工硬化処理は、ショットピーニング処理である。また、下地層21のうち、第2下地層212には、加工硬化処理を施す前に予め所定の表面硬化処理が施されている。本例の表面硬化処理は、窒化処理である。
すなわち、下地層21のうち、第1下地層211は、ショットピーニング処理のみが施された部分であり、第2下地層212は、窒化処理が施された後、さらにショットピーニング処理が施された部分である。
As shown in the figure, the base layer 21 (the
That is, in the
同図に示すように、下地層21(第1下地層211及び第2下地層212)は、金型基材2の内部側から表面側に向かって、硬度が傾斜した状態となっている。
具体的に、第1下地層211は、金型基材2の内部側から表面側に向かって、ビッカース硬さ(Hv)が約900〜1200の範囲で徐々に高くなっている。また、第2下地層212は、金型基材2の内部側から表面側に向かって、ビッカース硬さ(Hv)が約1200〜1500の範囲で徐々に高くなっている。すなわち、下地層21は、金型基材2の内部側から表面側に向かって、ビッカース硬さ(Hv)が約900〜1500の範囲で徐々に高くなっている。
As shown in the figure, the foundation layer 21 (the
Specifically, the
同図に示すように、硬質膜3は、金型基材2の表面200上に形成されている。すなわち、硬質膜3は、金型基材2の下地層21(具体的には第2下地層212)上に形成されている。本例の硬質膜3は、TiCN(炭窒化チタン)からなる。また、硬質膜3は、金型基材2よりも硬度が高く、ビッカース硬さ(Hv)が約2500である。また、硬質膜3は、厚みT3が約5μmであり、表面粗さRzが1μm以下である。
As shown in the figure, the
次に、本例の成形用金型の製造方法について説明する。
図1、図2に示すように、成形用金型1の製造方法は、金型基材2の表面200に対して、窒化処理及び浸炭処理の少なくとも一方の表面硬化処理を行う表面硬化処理工程と、金型基材2の表面200に対して、表面硬化処理の処理深さよりも深く加工硬化処理を行う加工硬化処理工程と、金型基材2の表面200上に硬質膜3を形成する硬質膜形成工程とを有する。
以下、これを詳説する。
Next, a method for manufacturing the molding die of this example will be described.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the method for manufacturing a molding die 1 is a surface hardening treatment step of performing at least one surface hardening treatment of nitriding treatment and carburizing treatment on the
This will be described in detail below.
まず、図2(a)に示すように、金型基材2を準備する。金型基材2は、日立金属社製の粉末高速度工具鋼HAP10である。
次いで、図2(b)に示すように、金型基材2の表面200に対して、所定の表面硬化処理を行う(表面硬化処理工程)。本例では、表面硬化処理として窒化処理を行う。窒化処理の処理深さD1は約200μmである。これにより、金型基材2には、表面200から所定の深さ(約200μm)まで窒化層201が形成される。
First, as shown to Fig.2 (a), the
Next, as shown in FIG. 2B, a predetermined surface hardening treatment is performed on the
次いで、図2(c)に示すように、金型基材2の表面200に対して、加工硬化処理を行う(加工硬化処理工程)。本例では、加工硬化処理としてショットピーニング処理を行う。このとき、ショットピーニング処理の処理深さD2は、先ほどの窒化処理の処理深さ(約200μm)よりも深く、約500μmとする。これにより、金型基材2には、表面200から所定の深さ(約500μm)まで下地層21が形成される。
Next, as shown in FIG. 2C, a work hardening process is performed on the
また、同図に示すように、下地層21には、ショットピーニング処理のみが施された部分である第1下地層211と、窒化処理及びショットピーニング処理の両方が施された部分(先ほど窒化層210が形成された部分(図2(b)参照))である第2下地層212とが形成される。本例では、第1下地層211の厚みが約300μmであり、第2下地層212の厚みが約200μmである。
Further, as shown in the figure, the
次いで、図示を省略したが、金型基材2の表面200を鏡面(表面粗さRz:0.5μm)に研磨した後、金型基材2の表面200上に、厚み約5μmの硬質膜3を形成する(硬質膜形成工程)。本例では、金型基材2の表面200上に、TiCNからなる硬質膜3をPVD(物理気相成長)法により成膜する。PVD法としては、例えば、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の方法を用いることができる。
以上により、図1に示す成形用金型1を得る。
Next, although not shown, after polishing the
Thus, the molding die 1 shown in FIG. 1 is obtained.
次に、本例の成形用金型1及びその製造方法の作用効果について説明する。
本例の成形用金型1において、金型基材2は、その表面200から所定の深さまで、加工硬化処理が施された下地層21を有する。下地層21は、第1下地層211と、第1下地層211上に形成された第2下地層212とを有し、第2下地層212には、加工硬化処理を施す前に表面硬化処理(本例では窒化処理)が施されている。そのため、表面硬化処理及び加工硬化処理の両方の処理が施された第2下地層212は、加工硬化処理が施された第1下地層211に比べて硬度が高くなる。
Next, the effect of the molding die 1 of this example and its manufacturing method will be described.
In the molding die 1 of this example, the
また、下地層21において、第1下地層211では、金型基材2の表面側に近いほど加工硬化処理の効果が大きくなる。すなわち、第1下地層211は、金型基材2の内部側から表面側に向かって硬度が徐々に高くなる。また、第2下地層212では、同じく金型基材2の表面側に近いほど表面硬化処理及び加工硬化処理の効果が大きくなる。すなわち、第2下地層212は、金型基材2の内部側から表面側に向かって硬度が徐々に高くなる。そのため、下地層21全体は、金型基材2の内部側から表面側に向かって硬度が徐々に高くなる傾斜構造となる。
In the
また、硬質膜3は、金型基材2の表面200上、すなわち下地層21の表面上に設けられている。そのため、硬質膜3の硬度を下地層21よりも高くすれば、金型母材20(金型基材において表面硬化処理や加工硬化処理が施されていない部分)、第1下地層211、第2下地層212、硬質膜3の順に硬度が高くなる層構造が可能となる。
そして、硬質膜3は、上述したように、金型基材2の内部側から表面側に向かって硬度が徐々に高くなる傾斜構造を有する下地層21の表面上に設けられている。そのため、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性を十分に高めることができる。
The
As described above, the
これにより、例えば、成形用金型1を用いて原料粉末を圧縮成形する際に、成形用金型1の表面100に大きな圧縮力が負荷された場合でも、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性を十分に確保することができる。そして、従来問題となっていた金型基材2と硬質膜3との硬度差による変形量の差に起因して両者の間に発生する内部応力を抑制することができ、硬質膜3の割れ、剥離を十分に防止することができる。
Thereby, for example, when the raw material powder is compression-molded using the molding die 1, even when a large compressive force is applied to the
また、成形用金型1では、金型基材2や硬質膜3の化学組成等に依存することなく、表面硬化処理(本例では窒化処理)及び加工硬化処理といった処理を施すことによって、成形用金型1の内部側から表面側に向かって順に硬度が高くなる層構造、そして金型母材20と硬質膜3との間の領域(下地層21)において硬度が傾斜する傾斜構造を容易に実現することができる。これにより、金型基材2や硬質膜3の種類にかかわらず、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性を容易に高めることができる。
In addition, the molding die 1 is molded by performing treatments such as surface hardening treatment (nitriding treatment in this example) and work hardening treatment without depending on the chemical composition of the
また、本例において、第1下地層211の厚みT1は、200〜400μmであり、第2下地層212の厚みT2は、200〜300μmである。そのため、表面硬化処理(本例では窒化処理)及び加工硬化処理による下地層21の硬度の傾斜をより均一にすることができる。これにより、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性をより一層高めることができる。
In this example, the thickness T 1 of the
また、本例の成形用金型1の製造方法は、表面硬化処理工程と、加工硬化処理工程と、硬質膜形成工程とを有する。そのため、上述したような構造を有する成形用金型1を容易に製造することができる。これにより、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性を十分に高めることができる。また、金型基材2や硬質膜3の種類にかかわらず、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性を容易に高めることができる。
Moreover, the manufacturing method of the molding die 1 of this example includes a surface hardening process, a work hardening process, and a hard film forming process. Therefore, the molding die 1 having the structure as described above can be easily manufactured. Thereby, the adhesiveness and followable | trackability of the
また、本例において、表面硬化処理工程では、表面硬化処理(本例では窒化処理)の処理深さD1が200〜300μmであり、加工硬化処理工程では、加工硬化処理の処理深さD2が400〜700μmである。そのため、表面硬化処理及び加工硬化処理による金型基材2の表面200から所定の深さまでの領域(下地層21)の硬度の傾斜をより均一にすることができる。これにより、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性をより一層高めることができる。
Further, in the present embodiment, the surface hardening treatment process, the processing depth D 1 of the surface hardening treatment (nitriding treatment in the present example) is 200-300 [mu] m, work hardening treatment in the step of work hardening treatment process depth D 2 Is 400 to 700 μm. Therefore, the hardness gradient of the region (underlayer 21) from the
また、硬質膜形成工程の前に、金型基材2の表面200を鏡面(表面粗さRz:0.5μm)に研磨し、平滑な面にしている。そのため、その後の硬質膜形成工程において、金型基材2の表面200上に硬質膜3を精度良く形成することができる。これにより、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性をより一層高めることができる。
Further, before the hard film forming step, the
このように、本例によれば、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性を向上させることができる成形用金型1及びその製造方法を提供することができる。
Thus, according to this example, it is possible to provide a molding die 1 that can improve the adhesion and followability of the
なお、本例では、成形用金型1の製造方法における表面処理工程において、表面硬化処理として窒化処理を行ったが、例えば、窒化処理に代えて浸炭処理や炭窒化処理を行うこともできる。 In this example, in the surface treatment process in the method for manufacturing the molding die 1, nitriding treatment is performed as the surface hardening treatment. However, for example, carburizing treatment or carbonitriding treatment can be performed instead of the nitriding treatment.
(実施例2)
本例は、図3に示すように、成形用金型1の製造方法において、表面硬化処理工程と加工硬化処理工程との順序を変更した例である。なお、本例において、実施例1と同様の構成については、同様の符号を付し、その説明を省略している。
(Example 2)
This example is an example in which the order of the surface hardening process and the work hardening process is changed in the method for manufacturing the molding die 1 as shown in FIG. In addition, in this example, about the structure similar to Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
まず、図3(a)に示すように、金型基材2を準備する。金型基材2は、日立金属社製の粉末高速度工具鋼HAP10である。
次いで、図3(b)に示すように、金型基材2の表面200に対して、加工硬化処理を行う(加工硬化処理工程)。本例では、加工硬化処理としてショットピーニング処理を行う。このとき、ショットピーニング処理の処理深さD2は、後の窒化処理の処理深さ(約200μm)よりも深く、約500μmとする。これにより、金型基材2には、表面200から所定の深さ(約500μm)まで加工硬化層202が形成される。
First, as shown in FIG. 3A, a
Next, as shown in FIG. 3B, a work hardening treatment is performed on the
次いで、図3(c)に示すように、金型基材2の表面200に対して、所定の表面硬化処理を行う(表面硬化処理工程)。本例では、表面硬化処理として窒化処理を行う。窒化処理の処理深さD1は約200μmである。これにより、金型基材2には、表面200から所定の深さ(約500μm)まで下地層21が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, a predetermined surface hardening treatment is performed on the
また、同図に示すように、下地層21には、ショットピーニング処理のみが施された部分である第1下地層211と、ショットピーニング処理及び窒化処理の両方が施された部分である第2下地層212とが形成される。本例では、第1下地層211の厚みが約300μmであり、第2下地層212の厚みが約200μmである。
Further, as shown in the figure, the
次いで、図示を省略したが、金型基材2の表面200を鏡面(表面粗さRz:0.5μm)に研磨した後、金型基材2の表面200上に、厚み約5μmの硬質膜3を形成する(硬質膜形成工程)。本例では、金型基材2の表面200上に、TiCNからなる硬質膜3をPVD(物理気相成長)法により成膜する。
以上により、図1に示す成形用金型1を得る。
Next, although not shown, after polishing the
Thus, the molding die 1 shown in FIG. 1 is obtained.
次に、本例の作用効果について説明する。
本例の場合にも、実施例1と同様に、金型基材2に対する硬質膜3の密着性、追従性を向上させた成形用金型1を製造することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
Also in the case of this example, as in Example 1, the molding die 1 with improved adhesion and followability of the
1 成形用金型
2 金型基材
200 表面(金型基材の表面)
21 下地層
211 第1下地層
212 第2下地層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mold for
21
Claims (6)
上記金型基材(2)は、その表面(200)から所定の深さまで、加工硬化処理が施された下地層(21)を有し、
該下地層(21)は、第1下地層(211)と、該第1下地層(211)上に形成された第2下地層(212)とを有し、
該第2下地層(212)には、上記加工硬化処理を施す前又は施した後に窒化処理及び浸炭処理の少なくとも一方の表面硬化処理が施されていることを特徴とする成形用金型(1)。 A molding die (1) formed by coating a hard film (3) on a surface (200) of a mold base (2),
The mold base (2) has a base layer (21) subjected to work hardening treatment from the surface (200) to a predetermined depth,
The underlayer (21) has a first underlayer (211) and a second underlayer (212) formed on the first underlayer (211),
The second underlayer (212) is subjected to at least one surface hardening treatment of nitriding treatment and carburizing treatment before or after the work hardening treatment is performed, and the molding die (1 ).
上記金型基材(2)の表面(200)に対して、窒化処理及び浸炭処理の少なくとも一方の表面硬化処理を行う表面硬化処理工程と、
上記金型基材(2)の表面(200)に対して、上記表面硬化処理の処理深さよりも深く加工硬化処理を行う加工硬化処理工程と、
上記金型基材(2)の表面(200)上に硬質膜(3)を形成する硬質膜形成工程とを有することを特徴とする成形用金型(1)の製造方法。 A method for producing a molding die (1) obtained by coating a hard film (3) on a surface (200) of a die substrate (2),
A surface hardening treatment step of performing at least one surface hardening treatment of nitriding treatment and carburizing treatment on the surface (200) of the mold base (2);
A work hardening treatment step for performing a work hardening treatment on the surface (200) of the mold base (2) deeper than the treatment depth of the surface hardening treatment;
A method of producing a molding die (1), comprising: a hard film forming step of forming a hard film (3) on the surface (200) of the mold base (2).
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JP2020067342A (en) * | 2018-10-23 | 2020-04-30 | グローリー株式会社 | Magnetic detection device, paper sheet identification device, and paper sheet processing device |
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