JP6556845B2 - 金型の表面処理方法及び前記方法で処理された金型 - Google Patents
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Description
金型の表面に対し略球状の噴射材を噴射すると共に衝突させて,前記表面にディンプルを形成する金型の表面処理方法において,
次式,
1+3.3e-H/230 ≦ W ≦ 3+13.4e-H/1060 ・・・(式1)
0.01+0.2e -H/230 ≦ D ≦ 0.01+1.1e -H/500 ・・・(式2)
ここで,
Wは,ディンプルの相当径(μm)
Dは,ディンプルの深さ(μm)
Hは,金型の母材硬度(Hv)
で規定する条件を満たすように前記ディンプルを形成することを特徴とする(請求項1)。
1+3.3e -H/230 ≦ W ≦ 3+13.4e -H/1060 ・・・(式1)
0.01+0.2e -H/230 ≦ D ≦ 0.01+1.1e -H/500 ・・・(式2)
ここで,
Wは,ディンプルの相当径(μm)
Dは,ディンプルの深さ(μm)
Hは,金型の母材硬度(Hv)
〔処理対象〕
本発明の表面処理方法は,離型性が要求される金型全般を対象とすることができ,離型性が必要とされる金型であれば,その用途は限定されない。
前述した金型の表面に対するディンプルの形成は,略球状の噴射粒体を噴射して金型の成型面の表面に衝突させることにより行う。
本発明の方法で使用する略球状の噴射粒体における「略球状」とは,厳密に「球」である必要はなく,一般に「ショット」として使用される,角のない形状の粒体であれば,例えば楕円形や俵型等の形状のものであっても本発明で使用する「略球状の噴射粒体」に含まれる。
前述した噴射粒体を金型の表面に向けて噴射する噴射装置としては,圧縮気体と共に研磨材の噴射を行う既知のブラスト加工装置を使用することができる。
前述したブラスト加工装置を使用して行う噴射粒体の噴射は,一例として噴射圧力0.01MPa〜0.7MPa,好ましくは0.05〜0.5MPaの範囲で行うことができ,処理を行う部分の金型表面の面積に対し,ディンプルの形成面積(投影面積)が50%以上となるように行う。
1+3.3e-H/230 ≦ W ≦ 3+13.4e-H/1060 ・・・(式1)
なお,上記の式1において,
Wは,ディンプルの相当径(μm)
Hは,母材硬度(Hv) である。
0.01+0.2e-H/230 ≦ D ≦ 0.01+1.1e-H/500 ・・・(式2)
なお,上記の式2において,
Dは,ディンプルの深さ(μm)
Hは,母材硬度(Hv) である。
以上で説明した本発明の表面処理方法で表面処理が行われた金型では,離型性が大幅に向上することが確認されており,後述する実施例において,一例として手磨きによって平坦に仕上げた金型(研磨品)との比較において5倍以上,本発明で規定する径及び深さを上回るディンプルを形成した金型に比較して3.5倍以上という高い離型性の向上が得られると共に,研磨品に対し最大6.5倍,本発明で規定する径及び深さを上回るディンプルを形成した金型に対し最大2.5倍という,耐久性の向上が得られるものとなっている。
DH=α×P÷(D2)
によって求めることができる。
(1)試験目的
金型の離型性を大幅に向上させることのできるディンプルの形成条件(径と深さ)を求める。
(2-1) 概要
母材の材質が異なる複数種類の金型に対し,使用する噴射粒体の材質及び粒径と,噴射方法(噴射装置,噴射圧力等)の組み合わせを変化させてディンプルを形成し,形成されたディンプルの径と深さを測定した。
処理対象とした金型の材質と,各金型に対して行った表面処理の処理条件を下記の表1及び表2に示す。
ディンプルの径(相当径)と深さは,形状解析レーザー顕微鏡(キーエンス社製「VK−X250」)を使用して測定した。
上記各試料におけるディンプル相当径とディンプル深さの測定結果,及び離型性の評価結果を表3及び表4に,各試料におけるディンプル相当径と金型の母材硬度の分散図を図3に,ディンプル深さと金型の母材硬度の分散図を図4にそれぞれ示す。
図3及び図4に示す分散図において,丸数字の番号はそれぞれ試料番号を示し,白地の丸に数字を記載したものが研磨品に対し大幅な離型性の向上が確認された試料の試料番号であり,黒色の丸に白抜きで数字を記載したものが,研磨品と同等以下の離型性しか示さなかった試料の試料番号である。
1+3.3e-H/230≦ W ≦ 3+13.4e-H/1060・・・(式1)
によって特定することができ,形成されたディンプル相当径がこの範囲内に含まれるものは,いずれも離型性の大幅な向上が得られるものとなっている。
0.01+0.2e-H/230 ≦D≦0.01+1.1e-H/500・・・(式2)
によって特定することができ,形成されたディンプルの深さがこの範囲内に含まれるものは,いずれも離型性の大幅な向上が得られるものとなっている。
(1)試験の目的
本発明の表面処理方法による離型性向上の程度を数値的に明らかにする。
略球状の噴射粒体を噴射して表面処理を行った試料5〜8のSKD61製コアピン,及び表面粗さRa0.1μm未満に研磨したSKD61製コアピン(研磨品)をそれぞれ備えたプラスチック成型金型を使用して,ポリアセタール(POM:ポリオキシメチレン)樹脂を成型した際の離型抵抗力を測定して比較した。
形成されたディンプルの相当径及び深さが,前掲の式1及び式2の範囲内にある試料5〜7のコアピン(実施例)では,研磨品の離型抵抗100%に対し,離型抵抗が20〜30%まで低下するという優れた効果が得られることが確認された。
(1)試験の目的
本発明の表面処理方法で処理を行った金型の耐久性を確認する。
略球状の噴射粒体を噴射して表面処理を行った試料15〜18のGM241製ダイと,試料19〜22のSKD61製パンチとの組み合わせから成るプレス金型と,表面粗さRa0.2μm以下に仕上げたGM241製ダイとSKD61製パンチの組み合わせから成るプレス金型を使用してプレス成形を継続して行い,プレス金型のダイに凝着が生じ,成型品(ワーク)の表面に傷が生じた時点の成型品の製造個数をカウントし,この製造個数によって各金型の耐久性を評価した。
評価は,研磨品のプレス金型の製造個数100%に対する比として評価した。
以上の結果,形成されたディンプルの相当径及び深さが,前掲の式1及び式2の範囲内にある試料15〜17のダイと,試料19〜21のピンチとの組み合わせから成るプレス金型(実施例)を使用した場合には,研磨品のプレス金型を使用した場合に比較して耐久性が最も低いものでも5.3倍向上し,最大6.5倍の向上が確認された。
(1)試験の目的
前掲の「金型の耐久試験1」で処理対象とした金型〔GM241(Hv280)製ダイ,SKD61(Hv450)製パンチ〕よりも高硬度の金型〔SKH51(Hv870)製パンチ〕に対し本発明の表面処理方法で処理を行った場合においても,耐久性の向上が得られることを確認する。
略球状の噴射粒体を噴射して表面処理を行った試料23〜26のSKH51製プレス金型(パンチ)と,表面粗さRa0.2μm以下に仕上げたSKH51製プレス金型(パンチ)(研磨品)を使用してプレス成形を継続して行い,ワークのかじり発生を目視で観察し,かじりが発生したショット数によって各金型の耐久性を評価した。
評価は,研磨品のプレス金型のショット数100%に対する比として評価した。
以上の結果,形成されたディンプルの相当径及び深さが,前掲の式1及び式2の範囲内にある試料23〜25のプレス金型(パンチ)を使用した場合(実施例)では,研磨品のプレス金型を使用した場合に比較して耐久性が最も低いものでも2.7倍向上し,最大3.2倍の向上が確認された。
(1)試験の目的
超硬合金(Hv1400)製のパンチに対し本発明の表面処理方法で処理が有効であることを確認する。
球状の噴射粒体を噴射して表面処理を行った超硬合金製のプレス金型(パンチ)と,表面粗さRa0.2μm以下に仕上げた超硬合金製プレス金型(パンチ)(研磨品)を使用してプレス成形を継続して行い,ワークに対するスジの発生を目視で観察し,スジが顕著に発生したショット数によって金型の耐久性を評価した。
評価は,研磨品のプレス金型のショット数100%に対する比として評価した。
以上の結果,試料27の超硬合金製のプレス金型(パンチ)においても,286%の耐久性の向上が得られることが確認された。
Claims (4)
- 金型の表面に対し略球状の噴射粒体を噴射すると共に衝突させて,前記表面にディンプルを形成する金型の表面処理方法において,
次式
1+3.3e-H/230 ≦ W ≦ 3+13.4e-H/1060 ・・・(式1)
0.01+0.2e -H/230 ≦ D ≦ 0.01+1.1e -H/500 ・・・(式2)
ここで,
Wは,ディンプルの相当径(μm)
Dは,ディンプルの深さ(μm)
Hは,金型の母材硬度(Hv)
で規定する条件を満たすように前記ディンプルを形成することを特徴とする金型の表面処理方法。 - 前記略球状の噴射粒体としてメディアン径が1〜20μmの噴射粒体を使用すると共に,該噴射粒体を噴射圧力0.01MPa〜0.7MPaで噴射して,ディンプルの形成面積が前記成型面の面積に対し50%以上となるよう前記ディンプルを形成することを特徴とする請求項1記載の金型の表面処理方法。
- 前記噴射粒体の噴射を,Ra0.3μm以下の表面粗さに調整された金型の表面に対して行うことを特徴とする請求項1又は2記載の金型の表面処理方法。
- 表面に,次式で規定するディンプルが形成されていることを特徴とする金型。
1+3.3e -H/230 ≦ W ≦ 3+13.4e -H/1060 ・・・(式1)
0.01+0.2e -H/230 ≦ D ≦ 0.01+1.1e -H/500 ・・・(式2)
ここで,
Wは,ディンプルの相当径(μm)
Dは,ディンプルの深さ(μm)
Hは,金型の母材硬度(Hv)
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