冷锻用模具及其制造方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更详细地说涉及以下技 术，S卩，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。
技术介绍
为了减少车辆的C02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U3000 mesh)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，S卩，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125|im)，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 20(Him、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l:特开平11一092909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—25342
技术实现思路
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，g卩，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。本专利技术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，本专利技术的专利技术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，则会使模具表面变硬的结论。此外，本专利技术 的专利技术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。本专利技术是基于该结论而提出的。本专利技术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 0.05pm而小于或等于0.50|am。在上述冷锻用模具中，可以使上述覆膜的膜厚大于或等于lpm 而小于或等于20pm。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20(Him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，本专利技术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0.05pm而 小于或等于0.5(Him;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、 本文档来自技高网...

【技术保护点】
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０．０５μｍ而小于或等于０．５０μｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：速石正和，井上幸一郎，小林喜一，北川利博，
申请(专利权)人：大同特殊钢株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]