冲压加工用金属模具的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种不使用大量冷却润滑剂而抑制凝聚且能够良好地进行成型加工的冲压加工用金属模具。本发明的冲压加工用金属模具，具备冲头部和冲模部，在冲头部的外周面及前端面与冲模部的内周面包覆有表面粗糙度Ra为0.05μm以下的碳膜，冲头部的内部形成有制冷剂能够流通的冲头内制冷剂通道，并且冲模部的内部形成有制冷剂能够流通的冲模内制冷剂通道，冲头部形成为圆柱状，冲头内制冷剂通道具有：中心通道部，形成于冲头部的中心轴上且前端配置于冲头部的前端部；多个放射通道部，连接于中心通道部的前端且相互以等角度间隔呈放射状延伸而形成；及多个外周通道部，基端与放射通道部的前端连接且沿所述中心轴形成于冲头部的外周面附近。
【专利说明】冲压加工用金属模具【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适合用于制作铝合金制的罐体的干压加工用金属模具的冲压加工用金属模具。
【背景技术】
[0002]一直以来如下技术受到关注，即施加有金刚石膜或DLC (类金刚石碳)膜等碳膜的金属模具具有高润滑的表面，因此在金属加工中能够进行无油式或免清洗的冲压成型等干压加工。已知上述碳膜通过基于表面氢气的终端而在与非碳固溶性合金之间具有较高滑动特性，可抑制因被合金工件引起的凝聚。
[0003]这些碳膜主要通过在以碳化钨为主成分的硬质合金上施加接合处理，且通过CVD法等气相合成直接蒸镀金刚石或DLC膜而制成(参考专利文献I至3)。例如，专利文献I中提出对金属原料板进行拉深加工之后施加减薄拉深加工的拉深和减薄拉深加工法，该拉深和减薄拉深加工法中，作为减薄拉深加工中的至少最末阶段的减薄拉深轧制的模，使用在模基材中与金属原料板接触侧的面DLC膜的表面粗糙度Ra为0.05 ii m以下的模。
[0004]专利文献1:日本专利公开平10-137861号公报
[0005]专利文献2:日本专利公开平09-314253号公报
[0006]专利文献3:日本专利公开平11-277160号公报 [0007]上述以往技术中，遗留有以下课题。
[0008]即，上述专利文献所记载的技术中，以较高加工率成型合金时，金属模具与被加工合金之间不得不成为高温(局部为300°C以上)，若为这种高温状态，即使将金属模具的表面弄得再平滑，也无法避免因碳膜的动摩擦系数变高而导致被加工合金的凝聚或堆积。尤其，若达到300°C以上，则存在金属模具表面的碳膜中因氢脱离而导致滑动特性恶化，易产生上述凝聚的问题。因此，为了避免该现象，一般通过成型时放射冷却润滑剂来使冷却润滑剂介于金属模具与被加工合金之间，但是由于需要大量非循环的冷却润滑剂，因此存在制造成本加大的不良情况。
【发明内容】
[0009]本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种不使用大量的冷却润滑剂而抑制凝聚，且能够良好地进行成型加工的冲压加工用金属模具。
[0010]为了解决上述课题本发明采用以下结构。即，第I发明所涉及的冲压加工用金属模具为一种冲压加工用金属模具，其特征在于，具备对工件进行成型加工的冲头部和冲模部，在所述冲头部的外周面及前端面与所述冲模部的内周面包覆有其表面粗糙度Ra为0.05 u m以下的碳I吴，所述冲头部的内部形成有制冷剂能够流通的冲头内制冷剂通道，并且所述冲模部的内部形成有制冷剂能够流通的冲模内制冷剂通道，所述冲头部形成为圆柱状，所述冲头内制冷剂通道具有:中心通道部，其形成于所述冲头部的中心轴上且前端配置于所述冲头部的前端部；多个放射通道部，基端与该中心通道部的前端连接且相互以等角度间隔呈放射状延伸而形成；及多个外周通道部，基端与这些放射通道部的前端连接且沿所述中心轴形成于所述冲头部的外周面附近。
[0011]该冲压加工用金属模具中，冲头部的内部形成有制冷剂能够流通的冲头内制冷剂通道，并且冲模部的内部形成有制冷剂能够流通的冲模内制冷剂通道，因此即使不使用大量的冷却润滑剂也能够通过在内部流通的制冷剂与表面的碳膜一同从内部有效地冷却冲头部及冲模部。因此，在冲头内制冷剂通道及冲模内制冷剂通道流通的制冷剂能够轻松地循环，仅准备所需量的制冷剂作为用于有效冷却冲头部及冲模部的循环介质即可。另外，能够作为主动冷却方式，并通过始终监控循环的制冷剂的温度而能够比以往更严密地进行成型加工时的温度管理。由此，还能够排除因金属模具的热膨胀或收缩等引起的制造上的不稳定因素。
[0012]另外，将碳膜的表面粗糙度Ra设为0.05 ii m以下是因为，若Ra超过0.05 U m,则在加工时无法得到充分的滑动特性，存在发生被加工合金的凝聚、堆积等的危险。
[0013]另外，该冲压加工用金属模具中，冲头内制冷剂通道具有上述中心通道部、上述多个放射通道部及上述多个外周通道部，因此制冷剂首先通过中心通道部供给于冲头部的中心之后，在前端侧通过多个放射通道部扩展为放射状而流通，进一步通过多个外周通道部流经外周附近，从而能够有效地冷却前端面及外周面的碳膜。另外，能够以中心轴为中心对称地冷却冲头部，能够在同一截面的最外周得到温度的均匀性，并能够抑制因热膨胀或收缩引起的模具形态不均匀的发生，且能够防止因加工时阻力的增大及因其而导致的被加工合金凝聚或堆积。
[0014]第2发明所涉及的冲压加工用金属模具，其特征在于，第I发明中，所述冲模部形成为圆环状，所述冲模内制冷剂通道沿所述冲模部的周向形成为圆环状。
[0015]即，该冲压加工用金属模具中，冲模部形成为圆环状，冲模内制冷剂通道沿冲模部的周向形成为圆环状，因此能够有效地冷却形成于冲模部的内周面的碳膜。
[0016]第3发明所涉及的冲压加工用金属模具，其特征在于，第I或第2发明中，该冲压加工用金属模具具备向所述冲头内制冷剂通道内及所述冲模内制冷剂通道内供给所述制冷剂的制冷剂供给源，该制冷剂供给源以雷诺数为3000以上的湍流使流经所述冲头内制冷剂通道内及所述冲模内制冷剂通道内的所述制冷剂流通。
[0017]S卩，该冲压加工用金属模具中，制冷剂供给源以雷诺数为3000以上的湍流使流经冲头内制冷剂通道内及冲模内制冷剂通道内的制冷剂流通，因此与层流时相比在通道内难以产生温度分布，能够在整个通道中进行均匀冷却。
[0018]第4发明所涉及的冲压加工用金属模具，其特征在于，第I至第3中的任一发明中，该冲压加工用金属模具具备向所述冲头内制冷剂通道内及所述冲模内制冷剂通道内供给所述制冷剂的制冷剂供给源，该制冷剂供给源使所述制冷剂流通而将所述碳膜的温度控制在小于300°C。
[0019]S卩，该冲压加工用金属模具中，制冷剂供给源使制冷剂流通而将碳膜的温度控制在小于300°C，因此能够防止氢从碳膜中脱离，并维持稳定的较高滑动特性。
[0020]第5发明所涉及的冲压加工用金属模具，其特征在于，第I至第4中任一发明中，所述冲头部具备:有底圆筒状的外侧基体，在外周面及前端面形成有所述碳膜且由硬质合金形成；及内侧基体，其设置于该外侧基体的内侧并且在内部形成有所述冲头内制冷剂通道且由铜或铜合金形成。
[0021]S卩，该冲压加工用金属模具中，具备设置于外侧基体的内侧并且冲头内制冷剂通道形成于内部且由铜或铜合金形成的内侧基体，因此，经由热传导性较高的铜或铜合金的内侧基体而与制冷剂进行热交换，能够有效地冷却外侧基体及碳膜。
[0022]第6发明所涉及的冲压加工用金属模具，其特征在于，第I至第5中的任一发明中，所述工件为铝合金薄板，所述冲压加工用金属模具是对该铝合金薄板进行拉深和减薄拉深加工的干压加工用金属模具。
[0023]S卩，该冲压加工用金属模具是对招合金薄板进行拉深和减薄拉深(DI:Drawingand Ironing)加工的干压加工用金属模具，因此能够以低成本、低环境负荷制作产品质量稳定的铝合金制罐体。
[0024]根据本发明，起到以下效果。
[0025]即，根据本发明所涉及的冲压加工用金属模具，冲头部的内部形成有制冷剂能够流通的冲头内制冷剂通道，并且冲模部的内部形成有制冷剂能够流通的冲模内制冷剂通道，因此即使不使用大量的冷却润滑剂也能够通过在内部流通的制冷剂与表面的碳膜一同从内部有效地冷却冲头部及冲模部。
[0026]因此，在铝罐的DI工艺等中能够将本发明的冲压加工用金属模具适用于干压加工用的模具，并能够通过抑制凝聚来实现产品质量的稳定化，并且不使用大量的冷却润滑剂就能够以低成本实现节省资源及节能工艺。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明所涉及的冲压加工用金属模具的一实施方式中表示加工时的金属模具的截面图。
[0028]图2是本实施方式中表示冲头部的放射通道部中的截面图。
[0029]图3是本实施方式中表示冲模部的外侧圆环部的冲模内制冷剂通道中的截面图。
[0030]1-冲压加工用金属模具，2-冲头部，3-冲模部，4-碳膜，5-冲头内制冷剂通道，5a-中心通道部，5b-放射通道部，5c-外周通道部，6-冲模内制冷剂通道，7-外侧基体，8-内侧基体，11-制冷剂供给源，L-制冷剂，W-工件。
【具体实施方式】
[0031]以下，参考图1至图3对本发明所涉及的冲压加工用金属模具的一实施方式进行说明。另外，用于以下说明的各附图中，有为了将各部设为能够识别或容易识别的大小而根据需要，适当变更尺度的部分。
[0032]如图1至图3所示，本实施方式的冲压加工用金属模具I使用铝合金薄板作为工件W，是对该铝合金薄板进行DI加工的干压加工用的金属模具，具备对工件W进行成型加工的冲头部2和冲模部3，在冲头部2的外周面及前端面与冲模部3的内周面包覆有其表面粗糙度Ra为0.05 ii m以下的碳膜4。
[0033]并且，上述冲头部2的内部形成有制冷剂L能够流通的冲头内制冷剂通道5，并且冲模部3的内部形成有制冷剂L能够流通的模具内制冷剂通道6。
[0034]上述冲头部2形成为圆柱状，冲头内制冷剂通道5具有:中心通道部5a，其形成于冲头部2的中心轴上且前端配置于冲头部2的前端部；多个放射通道部5b，基端与该中心通道部5a的前端连接且相互以等角度间隔呈放射状延伸而形成；及多个外周通道部5c，基端与这些放射通道部5b的前端连接且沿中心轴形成于冲头部2的外周面附近。
[0035]该冲头部2具备:有底圆筒状的外侧基体7，在外周面及前端面形成有碳膜4且由硬质合金形成；及内侧基体8，其设置于该外侧基体7的内侧并且在内部形成有冲头内制冷剂通道5且由铜或铜合金形成。即，在DI加工时直接抵接于工件W的部分即外侧基体7的外周面及前端面形成有碳膜4。
[0036]上述冲模部3形成为圆环状，冲模内制冷剂通道6沿冲模部3的周向形成为圆环状。
[0037]该冲模部3具备:圆环状的内侧圆环部9,在内周面形成有碳膜4且由硬质合金形成；及外侧圆环部10，其设置于该内侧圆环部9的外周并且在内部形成有冲模内制冷剂通道6且由不锈钢(SUS)等铁类材料形成。即，在DI加工时直接抵接于工件W的部分即内侧圆环部9的内周面形成有碳膜4。
[0038]另外，该冲压加工用金属模具I具备向冲头内制冷剂通道5内及冲模内制冷剂通道6内供给制冷剂L的制冷剂供给源11。
[0039]该制冷剂供给源11具有将流经冲头内制冷剂通道5内及冲模内制冷剂通道6内的制冷剂L的流速控制成以雷诺数为3000以上的湍流流通的功能。即，制冷剂供给源11在将各制冷剂通道的内径设定为例如直径5_时，将制冷剂L的流速设定为0.5m/s以上来设为雷诺数为3000以上的湍流。另外，该例的制冷剂L采用30°C的冷却水。
[0040]另外，该制冷剂供给源11还具有使制冷剂L循环、流通而将碳膜4的温度控制在小于300°C的功能。即，制冷剂供给源11具有测定循环中的制冷剂L的温度的温度传感器等的温度检测机构，且具有控制`制冷剂L的温度和流速的控制机构，来始终监控制冷剂L的温度而使得从该温度推断出的碳膜4中的温度不超过300°C以上。
[0041]上述硬质合金例如采用以碳化钨(WC)为主要材料而作为粘合剂并包含小于10%的Co等的硬质合金或无粘合剂的WC。这些硬质合金通过化学处理去除使碳膜4的附着强度下降的表面附近的Co，通过气相合成来在其之上形成碳膜4。
[0042]上述碳膜4为DLC膜或多晶金刚石膜，本实施方式中采用金刚石膜。在已合成这些碳膜4的阶段，最表面的起伏以Ra计达到数左右。例如利用波长360nm以下的脉冲激光将此研磨，来设为Ra ^0.05 u m。即，上述碳膜4被激光研磨成表面粗糙度Ra成为0.05 u m 以下。
[0043]如图1所示，该冲压加工用金属模具I中，以在杯成型的工件W内插入上述冲头部2的状态压入于冲模部3内，以多阶段进行工件W的拉深和减薄拉深加工来制作罐体。此时，制冷剂L以上述条件从制冷剂供给源11供给到各制冷剂通道来适当地冷却冲头部2及冲模部3的碳膜4。
[0044]如此在本实施方式的冲压加工用金属模具I中，冲头部2的内部形成有制冷剂L能够流通的冲头内制冷剂通道5，并且冲模部3的内部形成有制冷剂L能够流通的冲模内制冷剂通道6，因此即使不使用大量的冷却润滑剂也能够通过在内部流通的制冷剂L与表面的碳膜4 一同从内部有效地冷却冲头部2及冲模部3。即，能够通过对金属模具内部进行水冷来防止加工时发生的金属模具表面的碳膜4的温度上升，并维持与工件W的滑动特性。[0045]在冲头内制冷剂通道5及冲模内制冷剂通道6流通的制冷剂L能够轻松地循环，仅准备所需量的制冷剂作为用于有效冷却冲头部2及冲模部3的循环介质即可。另外，能够作为主动冷却方式，并能够通过始终监控循环的制冷剂L的温度来比以往更严密地进行成型加工时的温度管理。由此，还能够排除因金属模具的热膨胀或收缩等引起的制造上的不稳定因素。
[0046]另外，冲头内制冷剂通道5具有上述中心通道部5a、上述多个放射通道部5b及上述多个外周通道部5c，因此制冷剂L首先通过中心通道部5a供给于冲头部2的中心之后，在前端侧通过多个放射通道部5b扩展为放射状而流通，进一步通过多个外周通道部5c流经外周附近，从而能够有效地冷却前端面及外周面的碳膜4。另外，能够以中心轴为中心对称地冷却冲头部2，能够在同一截面的最外周得到温度的均匀性，并能够抑制因热膨胀或收缩引起的金属模具形态不均匀的发生，且能够防止因加工时阻力的增大而导致被加工合金的凝聚或堆积。
[0047]另外，冲模部3形成为圆环状，冲模内制冷剂通道6沿冲模部3的周向形成为圆环状，因此能够有效地冷却形成于冲模部3的内周面的碳膜4。
[0048]另外，制冷剂供给源11以雷诺数为3000以上的湍流使流经冲头内制冷剂通道5内及冲模内制冷剂通道6内的制冷剂L流通，因此与层流时相比在通道内难以产生温度分布，能够在整个通道中进行均匀冷却。
[0049]另外，制冷剂供给源11使制冷剂L流通而将碳膜4的温度控制在小于300°C，因此能够防止氢从碳膜4脱离，并能够维持稳定的较高滑动特性。
[0050]另外，具备设置于外侧基体7的内侧并且在内部形成有冲头内制冷剂通道5且由铜或铜合金形成的内侧基体8，因此，经由热传导性较高的铜或铜合金的内侧基体8而与制冷剂L进行热交换，能够有效地冷却外侧基体7及碳膜4。
[0051]由此，将本实施方式的冲压加工用金属模具I设为对铝合金薄板进行DI加工的干压加工用金属模具，从而能够以低成本制作产品质量稳定的铝合金制罐体。
[0052][实施例]
[0053]接着，使用上述实施方式的冲压加工用金属模具进行DI加工，对评价结果进行说明。
[0054]所使用的冲压加工用金属模具将加工时直接作用的部分即冲头部的外侧基体及冲模部的内侧圆环部设为含有6%的Co的硬质合金，通过在其之上气相合成多晶金刚石来包覆碳膜。
[0055]另外，利用波长262nm、10kHz的脉冲激光研磨已包覆的多晶金刚石的碳膜，将其研磨成 Ra < 0.03 u m。
[0056]另外，使用光学显微镜、电子显微镜、激光显微镜来测定碳膜的表面粗糙度(表面起伏)。另外，利用拉曼光谱法测定碳膜的结构进行评价。
[0057]另外，各制冷剂通道的直径为3_，将制冷剂设为25°C的水，使其以截面平均速度为lm/s的湍流状态流通的同时进行铝合金的加工率为40%的减薄拉深加工。另外，作为比较，未使制冷剂流通时也同样进行减薄拉深加工。
[0058]其结果，未使制冷剂流通时，在连续减薄拉深加工中确认到铝合金的凝聚及堆积，但在使制冷剂循环而进行金属模具的冷却时，未确认到凝聚和堆积。[0059]另外，本发明的技术范围并不限于上述实施方式及实施例，在不脱离本发明宗旨的范围内能够加以各种变更。
【权利要求】
1.一种冲压加工用金属模具，其特征在于， 具备对工件进行成型加工的冲头部和冲模部， 在所述冲头部的外周面及前端面与所述冲模部的内周面包覆有碳膜，该碳膜的表面粗糙度Ra为0.05iim以下， 所述冲头部的内部形成有制冷剂能够流通的冲头内制冷剂通道，并且所述冲模部的内部形成有制冷剂能够流通的冲模内制冷剂通道， 所述冲头部形成为圆柱状， 所述冲头内制冷剂通道具有: 中心通道部，形成于所述冲头部的中心轴上且前端配置于所述冲头部的前端部； 多个放射通道部，基端与该中心通道部的前端连接且相互以等角度间隔呈放射状延伸而形成；及 多个外周通道部，基端与这些放射通道部的前端连接且沿所述中心轴形成于所述冲头部的外周面附近。
2.如权利要求1所述的冲压加工用金属模具，其特征在于， 所述冲模部形成为圆环状， 所述冲模内制冷剂通道沿所述冲模部的周向而形成为圆环状。
3.如权利要求1或2所述的冲压加工用金属模具，其特征在于， 所述冲压加工用金属模具具备制冷剂供给源，该制冷剂供给源向所述冲头内制冷剂通道内及所述冲模内制冷剂通道内供给所述制冷剂， 该制冷剂供给源以雷诺数为3000以上的湍流使流经所述冲头内制冷剂通道及所述冲模内制冷剂通道内的所述制冷剂流通。
4.如权利要求1或2所述的冲压加工用金属模具，其特征在于， 所述冲压加工用金属模具具备制冷剂供给源，该制冷剂供给源向所述冲头内制冷剂通道内及所述冲模内制冷剂通道内供给所述制冷剂， 该制冷剂供给源使所述制冷剂流通而将所述碳膜的温度控制在小于300°C。
5.如权利要求1或2所述的冲压加工用金属模具，其特征在于， 所述冲头部具备: 有底圆筒状的外侧基体，在外周面及前端面形成有所述碳膜且由硬质合金形成；及内侧基体，设置于该外侧基体的内侧并且在内部形成有所述冲头内制冷剂通道且由铜或铜合金形成。
6.如权利要求1或2所述的冲压加工用金属模具，其特征在于， 所述工件为铝合金薄板， 所述冲压加工用金属模具是对该铝合金薄板进行拉深和减薄拉深加工的干压加工用金属模具。
【文档编号】B21D37/10GK103639288SQ201310050733
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年2月8日 优先权日:2012年2月9日
【发明者】高桥正训, 日向野哲, 久保拓矢 申请人:三菱综合材料株式会社