JP2009166096A

JP2009166096A - プレス金型とその寿命管理方法、およびプレス金型のコーティング皮膜とその補修方法

Info

Publication number: JP2009166096A
Application number: JP2008007645A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Minazu; 竜夫水津; Daigo Matsushima; 大悟松島
Original assignee: Tocalo Co Ltd
Current assignee: Tocalo Co Ltd
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】プレス金型のコーティング皮膜の耐焼付き性，耐摩耗性を向上し、かつその摩耗を目視で簡便に判定する技術を提供する。
【解決手段】プレス金型の表面に第１コーティング皮膜を形成し、第１コーティング皮膜の上面にその第１コーティング皮膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜を形成し、第２コーティング皮膜が摩耗して第１コーティング皮膜が露出するまでプレス金型を使用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、プレス成形に用いる金型（以下、プレス金型という）とその寿命管理方法、およびプレス金型のコーティング皮膜とその補修方法に関するものである。

プレス成形は鋼板をプレス金型（すなわち凹形状の金型と凸形状の金型）で押圧して所定の形状に加工する技術であり、プレス金型には鋼板に対する耐焼付き性と耐摩耗性が要求される。そのため、プレス金型の表面にコーティングを施す技術が種々検討されている。
たとえば特許文献１には、プレス金型の表面にＷＣ−Co合金のコーティング皮膜をＨＶＯＦ法で形成する技術が開示されている。このコーティング皮膜は単一層からなる。そのため、プレス金型を使用することによってコーティング皮膜が摩耗すると、プレス金型の基地が露出して、鋼板の焼付きが発生し易くなる。

特許文献２には、プレス金型の表面に４層構造のコーティング皮膜をＰＶＤ法あるいはＣＶＤ法で形成する技術が開示されている。これら４層からなるコーティング皮膜は、厚みが薄いので、容易に摩耗し、耐焼付き性，耐摩耗性の大幅な向上は期待できない。したがって、このプレス金型を使用することによってコーティング皮膜が容易に摩耗し、プレス金型の基地が露出して、鋼板の焼付きが発生し易い。

特許文献３には、金型の表面にメッキ層または溶射層を形成し、さらにその上面に透明炭素膜を形成する技術が開示されている。この金型は溶融または半溶融の合金を成形するものであり、鋼板のプレス成形に用いるものではない。
この特許文献３の技術をプレス金型に適用すると、プレス成形を行なうことによって、まず透明炭素膜が摩耗する。ところが透明炭素膜は目視で認識し難いので、メッキ層または溶射層の上面を透明炭素膜が被覆している状態とメッキ層または溶射層が露出している状態との判別が困難である。そのため透明炭素膜のみならず、メッキ層または溶射層の摩耗が進行し、プレス金型の基地が露出して、鋼板の焼付きが発生し易い。

これら特許文献１〜３に開示された技術は、いずれもコーティング皮膜を形成するものであり、プレス金型を使用することによって生じるコーティング皮膜の摩耗を監視することはできない。
特許文献４には、コーティング皮膜の電気抵抗を測定して、コーティング皮膜の劣化を監視する技術が開示されている。この技術は、コーティング皮膜に検知端子を接触させて電気抵抗を測定し、得られた測定値に基づいてコンピューターがコーティング皮膜の劣化を判定する。そのため、監視装置が高価になるばかりでなく、粉塵や油飛沫が発生する環境では使用できない。
特開2002-69605号公報特開平6-306645号公報特開2003-88939号公報特開2003-279515号公報

本発明は、プレス金型のコーティング皮膜の耐焼付き性，耐摩耗性を向上し、かつその摩耗を目視で簡便に判定する技術を提供することを目的とし、詳しくは摩耗を目視で判定できるコーティング皮膜とその補修方法、およびそのコーティング皮膜を有するプレス金型とその寿命管理方法を提供することを目的とする。

本発明は、プレス金型の表面に第１コーティング皮膜を形成し、第１コーティング皮膜の上面にその第１コーティング皮膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜を形成し、第２コーティング皮膜が摩耗して第１コーティング皮膜が露出するまでプレス金型を使用するプレス金型の寿命管理方法である。
また本発明は、プレス金型の表面に第１コーティング皮膜を形成し、第１コーティング皮膜の上面にその第１コーティング膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜を形成し、プレス金型を使用することによって第２コーティング皮膜が摩耗して第１コーティング皮膜が露出したときに第２コーティング皮膜の摩耗部位を補修するプレス金型コーティング皮膜の補修方法である。

また本発明は、プレス金型の表面に形成される第１コーティング皮膜と、第１コーティング皮膜の上面に形成されその第１コーティング皮膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜と、を有するプレス金型のコーティング皮膜である。
また本発明は、基地表面に第１コーティング皮膜を有し、第１コーティング皮膜の上面にその第１コーティング皮膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜を有するプレス金型である。

本発明のプレス金型の寿命管理方法、プレス金型コーティング皮膜の補修方法、プレス金型のコーティング皮膜およびプレス金型においては、第１コーティング皮膜として、ＶＣ，Cr₃Ｃ₂またはNbＣの単相皮膜、あるいはＶＣ，Cr₃Ｃ₂およびNbＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＴＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ，ZrＮ，TiＮ，TiＣＮ，TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ，ZrＮ，TiＮ，TiＣＮ，TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成することが好ましい。または、第１コーティング皮膜として、TiＮ，TiＣ，TiＣＮまたはCr₃Ｃ₂の単相皮膜、あるいはTiＮ，TiＣ，TiＣＮおよびCr₃Ｃ₂の中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＣＶＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ，ZrＮ，TiＮ，TiＣＮ，TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ，ZrＮ，TiＮ，TiＣＮ，TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成することが好ましい。

ここでＤＬＣは、Diamond Like Carbonを指す。

本発明によれば、プレス金型のコーティング皮膜の耐焼付き性，耐摩耗性を向上し、かつその摩耗を目視で簡便に判定できる。そのため、必要に応じて補修を行なう等の対応が可能となり、優れた耐焼付き性と耐摩耗性を維持しながらプレス金型を使用できる。

本発明では、プレス金型の表面に第１コーティング皮膜を形成し、第１コーティング皮膜の上面にその第１コーティング皮膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜を形成する。つまりプレス金型に２層のコーティング皮膜を形成する。
第１コーティング皮膜は、ＶＣ，Cr₃Ｃ₂またはNbＣの単相皮膜であっても良いし、あるいはＶＣ，Cr₃Ｃ₂およびNbＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜であっても良い。これらの材質からなる第１コーティング皮膜は、ＴＤ法を採用して形成することが好ましい。

また、第１コーティング皮膜は、TiＮ，TiＣ，TiＣＮまたはCr₃Ｃ₂の単相皮膜であっても良いし、あるいはTiＮ，TiＣ，TiＣＮおよびCr₃Ｃ₂の中から選ばれる２種以上の複合皮膜であっても良い。これらの材質からなる第１コーティング皮膜は、ＣＶＤ法を採用して形成することが好ましい。
このような第１コーティング皮膜の厚みが５μｍ未満では、プレス金型の耐焼付き性，耐摩耗性を確保できない。一方、20μｍを超えると、耐焼付き性，耐摩耗性のさらなる向上が期待できず、経済的に不利である。したがって、第１コーティング皮膜の厚みは５〜20μｍの範囲内が好ましい。

第２コーティング皮膜は、CrＮ，ZrＮ，TiＮ，TiＣＮ，TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜であっても良いし、あるいはCrＮ，ZrＮ，TiＮ，TiＣＮ，TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜であっても良い。これらの材質からなる第２コーティング皮膜は、ＰＶＤ法を採用して形成することが好ましい。
このような第２コーティング皮膜の厚みが0.5μｍ未満では、第２コーティング皮膜が容易に摩耗して第１コーティング皮膜が露出しやすい。そのため、後述するプレス金型の寿命管理が困難になり、頻繁に補修を行なわざるを得なくなる。一方、５μｍを超えると、後述する第２コーティング皮膜の補修の際に、プレス金型の変形や第１コーティング皮膜の剥離が発生し易くなる。したがって、第２コーティング皮膜の厚みは0.5〜５μｍの範囲内が好ましい。

本発明では、第１コーティング皮膜と第２コーティング皮膜に上記したような硬質の材質を使用し、かつ第１コーティング皮膜の厚みを大きくする。その結果、プレス金型のコーティング皮膜の耐焼付き性，耐摩耗性を大幅に向上できる。
第１コーティング皮膜および第２コーティング皮膜に使用する材質の色調は表１に示す通りである。なおTiＮとTiＣＮは、ＣＶＤ法を採用する場合とＰＶＤ法を採用する場合で色調が異なるので、その両方を記載する。

第１コーティング皮膜と第２コーティング皮膜に用いる材質を選択する際には、これらの色調を考慮して選択する。つまりプレス金型を使用することによって、第２コーティング皮膜が摩耗して第１コーティング皮膜が露出したときに、目視による認識（以下、視認という）が容易になるような組合せを選択する。
色調の異なる材質を組み合わせることによって、第２コーティング皮膜が摩耗して第１コーティング皮膜が露出したときに容易に視認できる。したがって、第２コーティング皮膜が摩耗して第１コーティング皮膜が露出するまでプレス金型を使用することによって寿命を管理すれば、優れた耐焼付き性と耐摩耗性を維持できる。

さらに、第１コーティング皮膜が露出した部位を補修すれば、優れた耐焼付き性と耐摩耗性を維持しながらプレス金型を繰り返し使用できる。第２コーティング皮膜の厚みは、第１コーティング皮膜に比べて薄いので、第２コーティング皮膜の補修を行なっても熱的負荷は少なく、プレス金型の変形や第１コーティング皮膜の剥離は発生しない。
また、第１コーティング皮膜が露出したときに、第２コーティング皮膜を全て除去して第１コーティング皮膜を残留させ、その第１コーティング皮膜の上面に、再度、第２コーティング皮膜を形成しても良い。第２コーティング皮膜の厚みは、第１コーティング皮膜に比べて薄いので、第２コーティング皮膜を除去しさらに再度形成する補修を行なっても熱的負荷は少なく、金型の変形や第１コーティング皮膜の剥離は発生しない。

以上に説明した通り、本発明によれば、プレス金型のコーティング皮膜の耐焼付き性，耐摩耗性を向上し、かつコーティング皮膜の摩耗を簡便な手段で容易に視認できる。そのため、必要に応じて補修を行なう等の対応が可能となり、優れた耐焼付き性と耐摩耗性を維持しながらプレス金型を使用できる。なお、プレス金型は、プレス成形に用いる凹形状の金型（いわゆるダイ）と凸形状の金型（いわゆるポンチ）を指す。

＜実施例１＞
プレス成形に用いるポンチに、第１コーティング皮膜と第２コーティング皮膜を形成した。その処理法，材質，色調，厚みの組合せは表２に示す通りである。
表２に示すNo.１〜11は本発明を適用した例であり、これらを発明例とする。No.１〜８は第１コーティング皮膜の上面に第２コーティング皮膜を１回形成した例である。No.９〜11は第１コーティング皮膜の上面に第２コーティング皮膜を形成した後、ショットブラストを用いて第２コーティング皮膜を全て除去し、残留させた第１コーティング皮膜の上面に、再度、第２コーティング皮膜を形成した例である。

No.12〜17は、単一のコーティング皮膜のみを形成した例であり、これらを比較例とする。No.12〜14は単一のコーティング皮膜を形成するにあたってＴＤ法またはＣＶＤ法を採用した例であり、便宜上、第１コーティング皮膜として記載する。No.15〜17は単一のコーティング皮膜を形成するにあたってＰＶＤ法を採用した例であり、便宜上、第２コーティング皮膜として記載する。

このようなポンチを用いて鋼板（ＪＩＳ規格ＳＳ４００相当）のプレス成形を、それぞれ150回ずつ行なった。その後、各ポンチの端面に発生した傷の深さを調査した。その結果を表２に示す。

表２から明らかなように、発明例では傷の深さが0.3〜1.2μｍであったのに対して、比較例では2.5〜7.5μｍであった。つまり発明例のポンチは、耐焼付き性および耐摩耗性が大幅に向上していることが確かめられた。
＜実施例２＞
実施例１と同様に作製した表２のポンチを用いて鋼板（ＪＩＳ規格ＳＳ４００相当）のプレス成形を行なった。その際、発明例では、第２コーティング皮膜が摩耗して第１コーティング皮膜が露出するまで、プレス成形を繰り返し行なった。比較例では、単一のコーティング皮膜が摩耗してポンチの基地が露出するまで、プレス成形を繰り返し行なった。

このようにして、発明例では第１コーティング皮膜の露出の視認性を調査し、比較例では基地の露出の視認性を調査した。視認性は、極めて容易に視認できるものを優とし、容易に視認できるものを良とし、注視すれば視認できるものを可とし、視認が困難なものを難として評価した。その結果を表２に示す。
表２から明らかなように、発明例（No.１〜11）では視認性が優，良または可であったのに対して、比較例のNo.12，15，17では視認性が難であった。また比較例のNo.13，14，16では露出したポンチの基地を視認することは可能（評価は良）であるが、ポンチの基地に深い傷が発生した。この点を考慮して、表２では比較例（No.12〜17）の視認性を全て難と表記した。

このようにして、発明例のポンチは、露出した第１コーティング皮膜の視認性が優れていること、および優れた耐焼付き性と耐摩耗性を有することが確かめられた。
なお、表２に示すNo.１のポンチは、第１コーティング皮膜が露出した後、さらにプレス成形を継続して、ポンチの基地が露出するまでプレス成形を約70000回（合計）繰り返し行なうことができた。一方、No.12のポンチは、プレス成形を約30000回繰り返したときにプレス金型の基地が露出した。この点からも、本発明を適用することによって、耐焼付き性および耐摩耗性が大幅に向上することが確かめられた。

Claims

プレス金型の表面に第１コーティング皮膜を形成し、前記第１コーティング皮膜の上面に前記第１コーティング皮膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜を形成し、前記第２コーティング皮膜が摩耗して前記第１コーティング皮膜が露出するまで前記プレス金型を使用することを特徴とするプレス金型の寿命管理方法。
前記第１コーティング皮膜として、ＶＣ、Cr₃Ｃ₂またはNbＣの単相皮膜、あるいはＶＣ、Cr₃Ｃ₂およびNbＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＴＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成することを特徴とする請求項１に記載のプレス金型の寿命管理方法。
前記第１コーティング皮膜として、TiＮ、TiＣ、TiＣＮまたはCr₃Ｃ₂の単相皮膜、あるいはTiＮ、TiＣ、TiＣＮおよびCr₃Ｃ₂の中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＣＶＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成することを特徴とする請求項１に記載のプレス金型の寿命管理方法。
プレス金型の表面に第１コーティング皮膜を形成し、前記第１コーティング皮膜の上面に前記第１コーティング膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜を形成し、前記プレス金型を使用することによって前記第２コーティング皮膜が摩耗して前記第１コーティング皮膜が露出したときに前記第２コーティング皮膜の摩耗部位を補修することを特徴とするプレス金型コーティング皮膜の補修方法。
前記第１コーティング皮膜として、ＶＣ、Cr₃Ｃ₂またはNbＣの単相皮膜、あるいはＶＣ、Cr₃Ｃ₂およびNbＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＴＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成して、前記摩耗部位を補修することを特徴とする請求項４に記載のプレス金型コーティング皮膜の補修方法。
前記第１コーティング皮膜として、TiＮ、TiＣ、TiＣＮまたはCr₃Ｃ₂の単相皮膜、あるいはTiＮ、TiＣ、TiＣＮおよびCr₃Ｃ₂の中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＣＶＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成して、前記摩耗部位を補修することを特徴とする請求項４に記載のプレス金型コーティング皮膜の補修方法。
プレス金型の表面に形成される第１コーティング皮膜と、前記第１コーティング皮膜の上面に形成され前記第１コーティング皮膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜と、を有することを特徴とするプレス金型のコーティング皮膜。
前記第１コーティング皮膜として、ＶＣ、Cr₃Ｃ₂またはNbＣの単相皮膜、あるいはＶＣ、Cr₃Ｃ₂およびNbＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＴＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成することを特徴とする請求項７に記載のプレス金型のコーティング皮膜。
前記第１コーティング皮膜として、TiＮ、TiＣ、TiＣＮまたはCr₃Ｃ₂の単相皮膜、あるいはTiＮ、TiＣ、TiＣＮおよびCr₃Ｃ₂の中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＣＶＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成することを特徴とする請求項７に記載のプレス金型のコーティング皮膜。
基地表面に第１コーティング皮膜を有し、前記第１コーティング皮膜の上面に前記第１コーティング皮膜と異なる色調を有する第２コーティング皮膜を有することを特徴とするプレス金型。
前記第１コーティング皮膜として、ＶＣ、Cr₃Ｃ₂またはNbＣの単相皮膜、あるいはＶＣ、Cr₃Ｃ₂およびNbＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＴＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成することを特徴とする請求項10に記載のプレス金型。
前記第１コーティング皮膜として、TiＮ、TiＣ、TiＣＮまたはCr₃Ｃ₂の単相皮膜、あるいはTiＮ、TiＣ、TiＣＮおよびCr₃Ｃ₂の中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＣＶＤ法によって厚み５〜20μｍに形成し、前記第２コーティング皮膜として、CrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮまたはＤＬＣの単相皮膜、あるいはCrＮ、ZrＮ、TiＮ、TiＣＮ、TiAlＮおよびＤＬＣの中から選ばれる２種以上の複合皮膜をＰＶＤ法によって厚み0.5〜５μｍに形成することを特徴とする請求項10に記載のプレス金型。