JP2014208363A - プレス用金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄系素材からなるプレス用金型の成形部の製造方法において、ブローホール等により溶接が困難となったり、残留応力が高くなって次の機械加工で変形や割れを生じたりする不具合を解消しつつ、かつ肉盛り溶接部の加工時には低硬度で、硬化後はＨＲＣ６０以上になる補修方法を提供する。【解決手段】プレス用金型の鉄系素材は、重量比で、Ｃ：３．３〜３．８％、Ｓｉ：１．８〜２．４％、Ｍｎ：０．３〜０．５％、Ｍｇ：０．０３〜０．０６％、Ｃｕ：０．４〜０．６％、Ｎｉ：０．３〜１．２％、Ｃｒ：０．３〜１．０％、Ｍｏ：０．３〜０．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、酸素含有量：１０ｐｐｍ以下、残部Ｆｅの組成を有する球状黒鉛鋳鉄からなる。鉄系素材の高負担部１４ａに、ハイス鋼からなる溶接材で肉盛り溶接した後に所定形状に加工し、その肉盛り部分を加熱した後に空冷して硬化させる。【選択図】図３

Description

この発明は、自動車のボディー等に用いる鋼板をプレス成形にて得るために用いるプレス用金型の製造方法に係り、特に、金型素材の成形部のエッジ部、強圧力部、切り刃部等の高い負担になる部分（以下高負担部と称す）の強度をアップするプレス用金型の製造方法に関するものである。

従来、自動車のボディー等に用いる鋼板の成形、切断、打ち抜きにはプレス金型が用いられている。そして、このプレス金型は、硬さ、耐久性等の点から金型本体は鋳鉄材により鋳造し、成形部のエッジ部や強圧力部又は切り刃部等の高負担部は鋳鋼等で別途に製造した上、この鋳鋼製成形部をボルト等で金型本体に一体に取り付けることにより得られている。

しかし、この鋳鋼製成形部では、使用頻度が高くなるかあるいは高強度の素材の加工になると、エッジ部や強圧部又は切り刃部等の高負担部に欠けが生じる。そのために、事前の策として、前記状態が生じないように、金型を製造時に、このような高負担部が所定の高硬度となる処理を行うことが行われている。また、高負担部に欠けが生じた場合には、損傷の状態によっては、成形部又は切り刃部ごと交換することになるが、損傷の程度が少ない場合には、損傷部分だけを補修する方法がとられる。

例えば、特許文献１では、ワーク加工用の成形部に高負担部を有するプレス金型の補修方法において、成形部の高負担部の補修部分に低硬度の肉盛り材を肉盛り溶接し、この肉盛り部分を所定のエッジ部や強圧部の形状に加工して、その後に、ドライアイス等の冷却剤でサブゼロ処理をして硬度を高めることが開示されている。さらに、肉盛り材として、溶接後の硬度がＨＲＣ４５以下となるものを用いることとして、具体的には、Ｃ：０．５〜１．５重量％（以下全て％と表示）、Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜６．０％、Ｃｒ：０．３〜１０．０％、Ｃｏ：０．３〜１０．０％、Ｍｏ：０．２％以下、Ｖ：０．２％以下、残部Ｆｅ等の鉄系材であって、マルテンサイト変態開始温度が１５０℃以下のものを用いることが開示されている。

特許文献２には、プレス金型の成形部の材料として球状黒鉛鋳鉄が示されている。

特開平０６−０２３４４８号公報 特開２０１１−２３６４９３号公報

最近良く使われる高張力鋼板をプレス加工する成形部の素材、特に成形部の高負担部としては、ＨＲＣ６０以上にすることが強く求められている。それに対して、特許文献１では、高負担部の補修時に、鋳鉄素材に肉盛り溶接して、サブゼロ処理を施して硬度アップを図るようにしているが、硬度ＨＲＣ６０以上になるには、マルテンサイト変態がほぼ０℃以下の場合だけであり、０℃〜１５０℃の範囲ではＨＲＣ５０〜６０の範囲までである。従って、上記要求に対して特許文献１の技術では不十分であり、実用性に乏しい。さらに、特許文献１では、硬度を高める手法としてサブゼロ処理を行うものであるために、手間がかかるだけでなくコスト高であり、採用範囲が限られている。

そのために、本発明者らは、上述した成形部を有するプレス金型の成形部の製造方法として、高負担部が、硬化処理後に最低でもＨＲＣ６０以上の硬度になるものにするために、プレス金型の成形部の素材、肉盛り材および補修方法について見直した。

まず、プレス金型の成形部の素材について研究を進めた結果、特許文献２に示すような球状黒鉛鋳鉄を使用すると、ベース材として靭性があり、加工しやすいことが解った。

しかし、この球状黒鉛鋳鉄の補修部分に、肉盛り溶接材としてハイス鋼を単純に用いると、球状黒鉛鋳鉄に含まれる炭素成分が、同鋳鉄に含まれる酸素と結合して炭酸ガスを発生させ、溶接部にブローホール等の欠損を生じ溶接が困難となると同時に、ハイス鋼成分の溶接材で溶接した場合に残留応力が高く、次の機械加工で変形や割れを生じる可能性が高いことが判明した。

そのために、本発明は、上記課題を解決するプレス金型の成形部の製造方法において、上記不具合を解消しつつ、かつ肉盛り溶接部の加工時には低硬度で、硬化後はＨＲＣ６０以上になる製造方法を提供することを目的とする。

本発明では、プレス金型の成形部を球状黒鉛鋳鉄とすることとして、高靭性と高硬度との両特性を兼ね備えるプレス金型にするとともに、球状黒鉛鋳鉄の酸素含有量を下げることに着目し研究を重ねた。その結果、上記球状黒鉛鋳鉄について脱酸処理をすると、酸素含有量が低下し、球状黒鉛鋳鉄中の炭素と反応して炭酸ガスが発生するという現象を大幅に抑制できた。具体的には、ＰとＳの含有量を０．００２％以下に抑えるとともにＭｇ：０．０３〜０．０６％として脱酸処理を施して酸素含有量を１０ｐｐｍ以下に制御する。その結果、この脱酸処理の相乗効果で脱炭も果たされ、炭素含有量も低減することとなった。

具体的には、請求項１の発明は、成形部が鉄系素材からなるプレス用金型の製造方法において、該鉄系素材が、重量比で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｇ：０．０３〜０．０６％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、酸素含有量：１０ｐｐｍ以下、残部Ｆｅの組成を有する球状黒鉛鋳鉄からなり、該鉄系素材の該成形部の高負担部に、下地処理用の溶接材を溶接し、その上にハイス鋼からなる肉盛り溶接材で肉盛り溶接し、その後、その肉盛り部分を所定形状に加工し、次いで、肉盛り部分を加熱した後に空冷して硬化させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のプレス用金型の製造方法において、上記加熱処理は、ハロゲンランプヒーターによる加熱処理であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載のプレス用金型の製造方法において、ハロゲンランプヒーターによる加熱処理が、５３０〜５７０℃、４０〜８０分であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のプレス用金型の製造方法において、上記加熱処理の前に、該肉盛り部分に黒鉛を塗布することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のプレス用金型の製造方法において、該肉盛り溶接材が、Ｗ：５〜１０％、Ｍｏ：４〜６％、Ｖ：１〜３％、Ｃｒ：３〜５％、残部：Ｆｅからなることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のプレス用金型の製造方法において、上記下地処理の溶接材が、Ｎｉ：４０〜６０％、残部：Ｆｅからなり、該鉄系素材の高負担部を１７０〜２４０℃に予熱してから、上記下地処理を行うことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のプレス用金型の製造方法において、肉盛り溶接後に残留応力緩和処理を施し、その後に所定形状に加工することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７に記載のプレス用金型の製造方法において、上記残留応力緩和処理が、ピーニング処理からなることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれか１つに記載のプレス用金型の製造方法において、加熱処理前の肉盛り部分の硬度がＨＲＣ５６以下であり、加熱処理後の肉盛り部分の硬度がＨＲＣ６０〜７２であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、プレス金型の成形部の高負担部に対して肉盛り溶接するに際して、肉盛り溶接部の加工時には低硬度で、硬化後はＨＲＣ６０以上になるものにできる。さらに、プレス金型の成形部の素材として球状黒鉛鋳鉄を使うことで強度及び靱性を備える成形部とすることができるとともに、素材中の酸素含有量を抑制することによって、高負担部に肉盛り溶接した際にもブローホール等の欠損を生じることが格段に低減でき、溶接の接合強度を向上できる。それとともに、ハイス鋼成分の溶接材で溶接した場合に、次の機械加工で変形や割れを生じることを大幅に防止できる。

請求項２の発明によれば、ハロゲンランプヒーターによる加熱処理であり、ＨＲＣ６０以上の硬度を得る高負担部を得られると同時に、耐久性に優れた肉盛り溶接部を得られる。

請求項３の発明によれば、ハロゲンランプヒーターによる加熱処理の温度と時間を適切に設定することにより、更に、適切な硬度の高負担部を得られると同時に、耐久性に優れた肉盛り溶接部を得られる。

請求項４の発明によれば、肉盛り部分に黒鉛を塗布することにより、加熱手段からの放射熱を吸収し易くすることができ、速やかに幅広く均等に加熱できる。

請求項５の発明によれば、肉盛り溶接材がＷ：５〜１０％、Ｍｏ：４〜６％、Ｖ：１〜３％、Ｃｒ：３〜５％、残部：Ｆｅからなることにより、低硬度の肉盛りを施して、機械加工後の割れや歪みを抑制して高硬度にすることができる。

請求項６の発明によれば、下地処理をすることで、素材中のカーボンと肉盛り溶接材との反応による脆化を防止できる。

請求項７の発明によれば、肉盛り溶接後に残留応力緩和処理を施すことにより、硬化後の割れや歪みを効果的に抑えることができる。

請求項８の発明によれば、ピーニング処理からなる残留応力緩和処理を施すことで、容易に残留応力を除去できる。特に、肉盛り溶接は数回繰り返されるので、肉盛り溶接する度毎にピーニング処理をして応力緩和すれば、割れ等を生じること無く重ねて肉盛りできる。

請求項９の発明によれば、加熱処理前の硬度が、ＨＲＣ５６以下であり、加熱処理後の硬度が、ＨＲＣ６０〜７２であるので、肉盛り溶接後には簡単に所定形状に加工できるとともに、硬化後は高硬度の高負担部を得られる。

尚、本発明の請求項ではプレス金型の製造方法としているが、本発明は、事前に成形部の高負担部に適用することが可能であるとともに、先行技術１のように高負担部の補修時に適用できるものであり、本発明ではどちらも含むものとしてプレス金型の製造方法としている。

図１は、本発明の実施形態に係るプレス金型を示す断面図である。 図２（ａ）は、図１のプレス金型の成形部の一部を示す断面図であり、下地処理した状態を模式的に示す概略図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態から肉盛り溶接をした状態を模式的に示す概略図である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）の状態から切削加工した後の状態を模式的に示す概略図である。図２（ｄ）は、図２（ｃ）の状態から加熱処理している状態を模式的に示す概略図である。 図３は、本発明の実施形態の製造方法のフローチャートを示す図である。 図４は、実施例と比較例との性能比較を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るプレス金型１を示す。このプレス金型１は、高張力鋼板を成形上型部１１及び成形下型部１２で断面ハット形に深絞り成形した後トリミングするための金型である。トリミング刃部１３、１４を有する成形部１５、１６が本発明の球状黒鉛鋳鉄とされている。

そして、トリミング刃部１４は、図示を省略するが、図１の紙面の裏表方向に沿って斜めになっていて成形部１５、１６の相対的な下降移動によりトリミングするようになっており、高張力鋼板は、傾斜面で切断される、いわゆる斜め切り刃で切断されるようになっている。成形部１５、１６は、それぞれ金型本体１７、１８にボルト（図示省略）等で取り付けられている。

このプレス金型の成形部１５、１６で高負担部となる部分は、例えば切刃部または曲げ刃部である。この切刃部または曲げ刃部は、大きな摩擦と衝撃がかかるため、高硬度と靱性が必要であり、このために均一で緻密な焼入れ組織にする必要がある。しかし、一般に鋳鉄は鋼と異なって、強力な黒鉛化促進元素であるＳｉの添加量が高いため、オーステナイト化の温度が高く、オーステナイト中に炭素が固溶し難いので均一な焼入れ組織が得難いことが知られている。そのために、本発明では、このプレス金型１の成形部１５と成形部１６は、該鉄系素材が、重量比で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｇ：０．０３〜０．０６％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、酸素含有量：１０ｐｐｍ以下、残部：Ｆｅの組成を有する球状黒鉛鋳鉄からなる。

また、焼入れ組織の硬度は高いが、靱性に欠ける傾向があり、化学成分、特に合金元素の量に大きく影響されることが知られている。そのために、例えば、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ等の合金元素を特定割合で添加した球状黒鉛鋳鉄を使用することが好ましい。特に、高靱性及び高強度のプレス金型を得る場合には、Ｃ：３．３〜３．８重量％（以下、単に％と表示する）、Ｓｉ：１．８〜２．４％、Ｍｇ：０．０３〜０．０６％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、酸素含有量：１０ｐｐｍ以下、Ｍｏ：０．３〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜０．５％、Ｃｕ：０．４〜０．６％、Ｎｉ：０．３〜１．２％、Ｃｒ：０．３〜１．０％、残部：Ｆｅの組成を有する球状黒鉛鋳鉄とすることが好ましい。

各成分の範囲について説明する。

Ｃは、３．０％未満では黒鉛量が不足、白銑化が促進され、流動性が不足し、４．０％を超えると、黒鉛量が過多となり強度が低下するので、上記範囲とする。特に、３．３〜３．８％とすることが好ましい。

Ｓｉは、１．０％未満では、流動性低下、白銑化を進展させ、３．０％を超えると、フェライトの析出が多く、高強度化が困難となる。特に、１．８％〜２．４％とすることが好ましい。

Ｍｇは、０．０３％未満では酸素含有量を低減できず、０．０６％を超えるとドロスが多くなるので、上記範囲とする。

Ｐは、０．０２％以下が望ましい。これよりも多すぎると、Ｆｅと化合してステダイト（Ｆｅ３Ｐ）を形成し切削性を減少させ、鋳物に巣をつくり易くなると同時に非常に脆くなる。なお、Ｐはゼロ（無し）でも良い。

Ｓは、０．０２％以下が望ましい。これよりも多すぎると、脆化して割れを発生し易くなる。なお、Ｓはゼロ（無し）でも良い。

酸素含有量は１０ｐｐｍ以下が望ましい。これよりも多すぎると、溶接時に鋳鉄材中のＣと反応して炭酸ガスを発生し、溶接不良を起こす。なお、酸素含有量はゼロ（無し）でも良い。

更に、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ等の成分を含む球状黒鉛鋳鉄とする場合には、以下の範囲とすることが好ましい。

Ｍｏは、焼入れ性の向上、組織の緻密化を促すので、この機能を発揮するためには、０．３％以上とすることが好ましく、０．５％を越えると、炭化物形成、粒界に析出し強度低下の原因となるので、上記範囲とすることが好ましい。

Ｍｎは、組織を緻密にし、強さ、硬さを増し、焼入れ性を高める働きをするので、この機能を発揮するためには、０．３％以上とすることが好ましく、０．５％を超えると、加工性を阻害するので、上記範囲とすることが好ましい。

Ｃｕは黒鉛粒が微細になり、基地が緻密に強化されるので、この機能を発揮するためには、０．４％以上とすることが好ましく、０．６％を超えると、延性が著しく低下し、被削性を悪くするので、上記範囲とすることが好ましい。

Ｎｉは、黒鉛の粗大化を防ぎ、組織を緻密にし、機械的性質を著しく改善するので、この機能を発揮するためには、０．３％以上とすることが好ましく、１．２％を超えると機械的性質の増大は認められずコストアップになるので、上記範囲とすることが好ましい。

Ｃｒは、炭化物を安定にし、組織を緻密にするので、この機能を発揮するためには、０．３％以上とすることが好ましく、１．０％を超えると機械的性質の増大は認められずコストアップになるので、上記範囲とすることが好ましい。

高負担部の硬度としては、加熱処理後の硬度が最低ＨＲＣ６０以上必要であり、ＨＲＣ７２を超えると、鋳物部に繋がる領域を必要以上に硬くすることになり、刃部と金型との靱性を維持できず、耐久性が低下するので、ＨＲＣ６０〜７２とすることが好ましい。特に、ＨＲＣ６２〜６８とすることが好ましい。一方、加熱前の成形部１５、１６の硬度は、加工しやすくするためにはできるだけ低い方が好ましいが、低すぎると加熱後に必要な硬度を得られない可能性があるので、ＨＲＣ４５〜５６であることが望ましい。

次に、トリミング刃部１４を製造する本発明の実施形態に係る製造方法について、図２及び図３に基づいて説明する。

ステップＳ１として、成形部１４のトリミング刃部１６のエッジ（即ち、高負担部）を製造する場合に、この部分を高負担部１４′として準備する。

ステップＳ２として、肉盛り溶接前の下地処理をする。具体的には、図２（ａ）に示すように、高負担部１４′について肉盛り溶接する前に、Ｎｉ−Ｆｅ材、特にＮｉ：４０〜６０％、残部：Ｆｅからなる溶接材１４ａ（以下Ｎｉ−Ｆｅ溶接材）を溶接する下地処理を行うことが望ましい。図２（ａ）では、Ｎｉ−Ｆｅ溶接材１４ａの層を簡略化して１層で示すが、実際の作業では２層、３層のように複数層で形成しても良い。Ｎｉ−Ｆｅ溶接材１４ａの層数は、上記機能を満足させるために、高負担部１４′の機能、素材、大きさや深さ等に応じて、１層から複数層の中で適切な層数で選定されて溶接される。

この下地処理の理由は、以下の通りである。

Ｎｉ−Ｆｅ溶接材１４ａで溶接すると高負担部１４′の硬化性を小さくでき、溶着金属（Ｎｉ−Ｆｅ溶接材１４ａ）の熱膨張係数が鋳鉄（高負担部１４′）の値に近いため施工部の耐割れ性が良好になる。従って一旦Ｎｉ−Ｆｅ溶接材１４ａを溶接施工して高負担部１４′との耐割れ性を向上させた上で、ハイス鋼を溶接すると鋳鉄とＮｉ−Ｆｅ溶接材１４ａとハイス鋼の三層構造になり施工部の割れ防止性能が向上する。更にＮｉ−Ｆｅは熱伝導率が低いので施工部の熱が逃げ難く予熱した状態を維持し易く、予熱された部分にハイス鋼を溶接することで溶材がのり易い。更に、ハイス鋼と高負担部１４′の鋳鉄に含有した炭素成分との接触が間接的になるので、脱酸処理を施した球状黒鉛鋳鉄との相乗効果で、炭酸ガスの発生やそれに伴う溶接欠陥（ポロシティ）を抑制する効果が期待できる。さらには、この溶接を行う前に、１７０〜２４０℃の予熱温度で高負担部１４′を予熱すると上記溶接が施工し易くなる。

ステップＳ３として、図２（ｂ）に示すように、Ｗ：５〜１０％、Ｍｏ：４〜６％、Ｖ：１〜３％、Ｃｒ：３〜５％、残部：Ｆｅからなるハイス鋼を肉盛り溶接して、肉盛り溶接層１４ｂを形成する。なお、図２（ｂ）では、ハイス鋼は、肉盛り溶接層１４ｂが元の形状より少し大きくなる程度まで複数回重ねて肉盛り溶接する。尚、溶接手段は問わないものであり、例えば、アーク、ＴＩＧ、ＭＩＧ等が使用可能である。

肉盛り溶接するハイス鋼としては、以下の成分のものが望ましい。

Ｗは、固溶強化により合金の強度を高める効果があり、少なすぎるとこの効果を得ることが難しく、多すぎると高コスト化を招くので、５〜１０％とすることが望ましい。

Ｍｏは、固溶強化により合金の強度を高める効果と共に、金型の耐食性の向上にも寄与するので、少なすぎるとこれらの効果を得ることが難しく、多すぎると高コスト化を招くので、４〜６％とすることが望ましい。

Ｖは、焼戻し軟化抵抗を高めると共に、結晶粒の粗大化を抑制して、靭性の向上に寄与し、また、硬質の炭化物を微細に形成して耐摩耗性を向上させる効果がある。少なすぎるとこれらの効果を得ることが難しく、多すぎると被切削性の低下を招くので、１〜３％とすることが望ましい。

Ｃｒは、焼入れ性と耐摩耗性の確保に有効な元素であるが、少なすぎるとこれらの効果を得ることが難しく、多すぎると炭化物が粗大化して靱性が悪化するので、３〜５％とすることが望ましい。

ステップＳ４として、肉盛り溶接層１４ｂの表面について、ピーニング処理等の残留応力緩和処理を施す。この応力緩和処理を施すと、後の機械加工工程で、肉盛り溶接層１４ｂが割れや歪みを起こす懸念が少なくなり、加工作業が容易にできる。なお、場合によっては、例えば、肉盛り量が極めて少ない場合や、割れや歪みの発生しそうにない部分や形状の部分では応力緩和処理を省略することもあり得る。残留応力緩和処理は、残留応力を緩和できれば良いので、ピーニング処理に限られるものでは無く、他の処理手段でも良く、機械的外力あるいは熱応力等を加えることにより行うのが好ましい。なお、ステップＳ３とステップＳ４とは、交互に繰り返すように、即ち、肉盛り溶接する度毎に応力緩和処理を施すようにしても良く、あるいは複数の肉盛りで応力緩和処理を施すようにしても良い。肉盛り溶接に対して応力緩和処理をこまめに繰り返す方が割れは発生しにくくなるが、生産性が悪くなるので、適切なタイミングで応力緩和処理を行うように設定すれば良い。

ステップＳ５として、図２（ｃ）に示すように、肉盛り部分１４ｂを機械加工手段によって所定形状に加工して、トリミング刃層１４ｃ（以降、刃形成層１４ｃと称す）を形成する。この機械加工手段は、どのような機械加工手段でも良く、補修前の基の状態に加工できれば良く、切削加工、研削加工、研磨加工、これらの各手段の組み合わせ等が可能であり、手作業でも機械作業でも良い。

ステップＳ７として、図２（ｄ）に示すように、ハロゲンランプヒーター２１の照射光２１ａを刃形成層１４ｃの頂点に向けて照射し、刃形成層１４ｃを温度５３０〜５７０℃、時間４０〜８０分の条件で加熱保持することが望ましい。

加熱温度が低すぎると硬化強度が不足し、加熱温度が高すぎると割れが生じるので、上記温度範囲とすることが望ましい。時間が短すぎると硬化強度が不足し、時間が長すぎると割れるので、上記時間範囲とすることが望ましい。

なお、この実施形態では、ハロゲンヒーターを用いた加熱手段としたが、この加熱手段に限られるものでは無く、他の加熱手段、例えば、セラミックパネルヒータ、カンタル線ヒーター、カーボンヒーター、バーナーでも良い。なお、高負担部１４′の表面積が広い場合には、バーナーでは所定温度に所定時間保持することが難しいが、高負担部１４′の表面積が狭い場合や局部的な補修の場合などでは、バーナーによる加熱手段も可能である。逆に、高負担部１４′の表面積が広い場合には、加熱炉に入れて加熱することも可能である。ただし、この場合には、高負担部１４′のみ加熱することにならないとともに設備コストが高いので、好ましいとはいえない。

加熱する前に、黒鉛粉末をハケ等で表面に塗布してから加熱すると、ハロゲンランプヒーター２１からの放射熱が吸収されやすくなり、刃形成層１４ｃの頂点に照射するだけで刃形成層１４ｃ全域に及び周縁部に熱伝播を生じさせて加熱できることとなり（図２（ｄ）の矢印Ｐ参照）、効率的に加熱できる。すなわち、不要な部分が加熱されることを防止できるので、鈍化することを防止できる。

ステップＳ８として、刃形成層１４ｃを空冷する。これにより、刃形成層１４ｃが高負担部１４′の刃部１４ｄとして形成される。高負担部１４′の刃部１４ｄではＨＲＣ６０以上の硬度を有するものにできるとともに、高負担部１４′の刃部１４ｄと成形部１４との靱性を適度に保つことができ成形型１の耐久性が向上できる。この空冷とは、何ら冷却手段を講じることなく、自然に放置して冷却することであり、放冷とも言う。

次に、テストピースを例にして、本発明と比較例を実験した例を説明する。

（実施例１）
プレス金型の成形部としてのテストピースの大きさ及び材料は以下のとおりである。

高さ：５０ｍｍ、幅：５０ｍｍ、長さ：５００ｍｍの矩形状テストピースとした。材料は、Ｃ：３．７３％、Ｓｉ：１．９７％、Ｍｎ：０．３９％、Ｍｇ：０．０４３％、Ｃｕ：０．５４％、Ｎｉ：０．３９％、Ｃｒ：０．４５％、Ｍｏ：０．３２％、Ｐ：０．０１５、Ｓ：０．００４、酸素含有量：５．０ｐｐｍ、残部Ｆｅの球状黒鉛鋳鉄とした。

そして、１つの角部を高さ：８ｍｍ、幅：８ｍｍ、長さ：５００ｍｍで三角柱形状に欠けた形状にした。この部分を、図２に示すように、高負担部１４′とした。高負担部１４′を２００℃の温度で加熱した。この加熱状態で、Ｎｉ：５０重量％、Ｆｅ：５０重量％の溶接材を溶接する下地処理をした。この場合、溶接材を３層に重ねて溶接した。

その後、重量％で、Ｃ：０．８３、Ｓｉ：０．３、Ｍｎ：０．２８、Ｃｒ：３．９６、Ｍｏ：４．９５、Ｗ：６．１２、Ｖ：１．８１（ＳＫＨ-５１相当）のハイス鋼で肉盛り溶接した。溶接方法は、Ｔｉｇ溶接を使用した。次に、肉盛り溶接して温度の高い状態で、肉盛り層１４ｂに、直ぐにハンマリングを施して応力緩和を図った。この時に、一度の溶接で全部を肉盛りできないので、複数回繰り返し肉盛りして、元の形状を少し大きくした形状にした。尚、この場合には、肉盛り溶接する毎に、応力緩和処理を施して、次の肉盛り溶接をするようにして、できるだけ応力緩和を施した。その後、切削加工及び研削加工を行って、欠ける前の元の形状になるように加工して、刃形成層１４ｃを得た。次に、刃形成層１４ｃの表面に黒色黒鉛粉末を塗布した。その後、ハロゲンランプヒーター（ハイベック株式会社製の商品(形式：ＨＹＳ−４５Ｗ、定格:９０Ｖ、１８００Ｗ、焦点：４５ｍｍ、水冷式））を使用して、刃形成層１４ｃの頂点に向けて、頂点の温度が約５５０℃の状態で６０分維持する加熱処理を行った。加熱処理後、空冷（自然冷却）して、高負担部１４′の刃部１４ｄを得た。

（実施例２〜１２）
実施例１と同様にして、実施例２〜１２も作製した。実施例２〜１２では、実施例１に比較して、素材の組成は、実施例１〜６が大半で同じで、実施例６〜１２が別の組成のものである。各実施例はＰ、Ｓ、酸素含有量が異なる場合を基本として、一部、Ｍｇの含有量や加熱手段をバーナーに変更した実施例とした。バーナーによる加熱は、頂点の温度が約５５０℃の状態で６０分維持する加熱処理を行った。

なお、溶接材のハイス鋼については、経験的に別の成分でも同様な結果が得られると憶測できるので、異なる成分のハイス鋼まではテストしなかった。

比較例１〜５は、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、酸素含有量が本発明と異なる場合の例、あるいは溶接材の異なるものの組み合わせ例である。

評価テストは以下のとおりである。

（1）加熱前の硬度、加熱冷却後の硬度の測定（ロックウェル硬さ試験法）
（2）歪み測定
肉盛り溶接後、加工後、加熱後、冷却後のいずれかで、歪みが目視できた場合であって、歪み量０．２ｍｍを超えるものを×、０．２〜０．１を△、０．１〜０．０２を○、０．０２未満を◎とそれぞれ評価した。この評価は上記テストピースに対して設定したものであり、テストピースの大きさや形状が異なる場合には、変わることもあり得る。

（3）割れ測定
肉盛り溶接後、加工後、加熱後、冷却後のいずれかで、割れが目視できた場合であって、長さが２ｍｍを超える割れが１つでもあるもの、あるいは長さ３０ｍｍ間に長さが２ｍｍ以内の割れが５個以上あるものを×、５個未満２個以上あるものを△、１個以下を○、全く割れが見られないものを◎とそれぞれ評価した。尚、この評価は上記テストピースに対して設定したものであり、テストピースの大きさや形状が異なる場合には、変わることもあり得る。

評価結果を、図４に示す。図４から明らかなように、比較例１では、歪みが問題となり、比較例２では硬度が不足し、比較例３では硬度、歪み、割れの全てで問題となり、比較例４では、歪みと割れで問題となり、比較例５では割れで問題となり、比較例１〜５では、硬度、歪み、割れの全てを同時に満足するものはなく、使用できるものは得られなかった。一方、実施例１〜１２では、硬度、歪み、割れの全てを同時に満足するものが得られた。すなわち、本発明では、硬度がＨＲＣ６０以上であって、歪みや割れを生じない、いわゆる靱性も兼ね備えるものが得られるが、比較例では、いずれもこれらを同時にすべて満足するものは得られなかった。

本発明では、プレス金型は、高負担部１４′を有する成形部１４を上記球状黒鉛鋳鉄製としたが、金型本体を炭素鋼にして、後から上記球状黒鉛鋳鉄製部分も含めた金型部分をボルト等で上記金型本体に一体に取り付けるようにしても良い。又は、金型本体自体を上記球状黒鉛鋳鉄で製造するようにしても良い。

この発明は、自動車のボディー等に用いる鉄板をプレス成形にて得るために用いるプレス用金型素材の成形部のエッジ部、強圧力部、切り刃部等の高い負担になる部分（即ち高負担部）の製造方法に適用できる。

１ 成形型
１１ 成形上型部
１２ 成形下型部
１３、１４ トリミング刃部（エッジ部又は強圧部）
１４′ 高負担部
１４ａ Ｎｉ−Ｆｅ溶接材（下地処理用の溶接材）
１４ｂ 肉盛り溶接層（肉盛り部分）
１４ｃ 刃形成層
１４ｄ 補修刃部
１５、１６ 成形部
１７、１８ 金型本体
２１ ハロゲンランプヒーター
２１ａ 照射光

Claims (9)

1. 成形部が鉄系素材からなるプレス用金型の製造方法において、
   該鉄系素材が、重量比で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｇ：０．０３〜０．０６％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、酸素含有量：１０ｐｐｍ以下、残部Ｆｅの組成を有する球状黒鉛鋳鉄からなり、
   該鉄系素材の該成形部の高負担部に、下地処理用の溶接材を溶接し、
   その上にハイス鋼からなる肉盛り溶接材で肉盛り溶接し、
   その後、その肉盛り部分を所定形状に加工し、
   次いで、肉盛り部分を加熱した後に空冷して硬化させることを特徴とするプレス用金型の製造方法。
2. 請求項１に記載のプレス用金型の製造方法において、
   上記加熱処理は、ハロゲンランプヒーターによる加熱処理であることを特徴とするプレス用金型の製造方法。
3. 請求項２に記載のプレス用金型の製造方法において、
   ハロゲンランプヒーターによる加熱処理が、５３０〜５７０℃、４０〜８０分であることを特徴とするプレス用金型の製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のプレス用金型の製造方法において、
   上記加熱処理の前に、該肉盛り部分に黒鉛を塗布することを特徴とするプレス用金型の製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載のプレス用金型の製造方法において、
   該肉盛り溶接材が、Ｗ：５〜１０％、Ｍｏ：４〜６％、Ｖ：１〜３％、Ｃｒ：３〜５％、残部：Ｆｅからなることを特徴とするプレス用金型の製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載のプレス用金型の製造方法において、
   上記下地処理の溶接材が、Ｎｉ：４０〜６０％、残部：Ｆｅからなり、
   該鉄系素材の高負担部を１７０〜２４０℃に予熱してから、上記下地処理を行うことを特徴とするプレス用金型の製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載のプレス用金型の製造方法において、
   肉盛り溶接後に残留応力緩和処理を施し、その後に所定形状に加工することを特徴とするプレス用金型の製造方法。
8. 請求項７に記載のプレス用金型の製造方法において、
   上記残留応力緩和処理が、ピーニング処理からなることを特徴とするプレス用金型の製造方法。
9. 請求項１ないし８のいずれか１つに記載のプレス用金型製造方法において、
   加熱処理前の肉盛り部分の硬度がＨＲＣ５６以下であり、加熱処理後の肉盛り部分の硬度がＨＲＣ６０〜７２であることを特徴とするプレス用金型の製造方法。

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