JPH02200322A

JPH02200322A - 金型の製造方法

Info

Publication number: JPH02200322A
Application number: JP1943489A
Authority: JP
Inventors: Kohei Kubota; 耕平久保田; Tsutomu Sato; 勉佐藤; Ryuji Ninomiya; 隆二二宮; Tadataka Kogori; 古郡　恭敬; Takuji Yoshida; 卓司吉田
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Co Ltd
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1990-08-08
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPH0641620B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、金型および該金型用素材ブロックに関し、詳
しくは一定組成の亜鉛基合金を機械加工してなり、高強
度で、かつ耐摩耗性に優れ、しかも加工性や寸法精度が
良好で、巣の発生の少ない射出成形用金型および該金型
に用いられる素材ブロックに関する。

［従来の技術］プラスチックの射出成形用金型の分野において、数十刃
ショットを超える大規模量産用に鋼製ブロックを機械加
工して製作された金型が使用され、他方、量産前の少量
試作用として亜鉛基合金を砂型鋳造により製作された金
型が使用されている。

一方、近年の多品種少量生産の潮流の中で致方ショット
程度の寿命を持つ簡便な金型が要求されている。

このような要求に対して、鋼製金型は機械加工に長時間
を要するという欠点があるため、機動的なモデルチェン
ジに速やかに対応することができない。

また、アルミニウム合金を機械加工した金型が提案され
ているが、素材ブロックとしてのインゴットに巣が生じ
易いという欠点を有するため、これを圧延することが試
みられている。しかし、この場合には圧延するブロック
寸法に制約が出てくる。更に、加工ミスや設計変更に伴
なって必要とされる補修溶接が難しいとか、また圧延後
も板厚中心部に巣が残存するとか、金型の鏡面仕上が難
しいきいう課題を有する。

さらには、従来より少量試作用として用いられていた鋳
造用亜鉛基合金、−船釣には４．１重量％ＡＪ−３重量
％Ｃｕ−０．０５重量％Ｍ４−Ｚｎ（商品名ＺＡＳ）は
数千ショットの寿命しかないため、上記要求は満たされ
ない。

更に、特開昭６３−１３５０４３号公報には、高強度、
高耐摩耗性を示唆する亜鉛基合金を用いた鋳造成形した
金型が提案されている。しかし、この亜鉛基合金を従来
の鋳造金型として用いた場合に、上記したＺＡＳ合金（
商品名）と異なり、その表面および表面近傍に巣が生成
し易いという課題がある。

この他、このような鋳造金型は、収縮幅を見込んでも、
得られる金型の０．１〜０．２＃程度の寸法誤差は避け
られず、寸法精度に劣るため、嵌合が要求される射出成
形用金型として使用できないことや、鋳造法の特質から
例えばきのこ状等の末広がりな形状の金型が得られず、
得られる形状に制約があるという課題も有する。

【発明が解決しようとする課題］本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてな
されたもので、高強度で、かつ耐摩耗性に優れ、しかも
加工性や寸法精度が良好で、巣の発生の少ない射出成形
用金型および該金型に用いられる素材ブロックを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、一定組成を有する亜鉛基合金ブロ
ックを機械加工することによって達成される。

すなわち本発明の金型は、アルミニウム１２．１〜５ｏ
ｉｉｉ％、銅６〜２ＤＴＪ量％、マグネシウム０．０１
〜０．２０ｍ１１％、必要に応じてチタン、ジルコニウ
ム、ニッケル、コバルト、マンガン、リチウム、ケイ素
、ランタン系列元素から選ばれる少なくともＩＮ２重量
％以下、不可避不純物を除いて残部が亜鉛である亜鉛基
合金からなり、機械加工により得られるものである。

本願発明の金型に用いられる亜鉛基合金は、上記のよう
な組成を有することが必要で、アルミニウムの含有量が
３０重量％を超えると亜鉛基合金が有している良好な溶
接性が失われると共にＴ相（Ｃｕ３ＺｎＡｊｉ）を形成
して脆くなる。アルミニウムの含有量が１２重量％未満
では添加できる銅の量に限界があり、より高強度゛のも
のが得られない傾向にある。

また、銅の含有量が２０重量％を超えると５０μｍ以上
の鋳造欠陥が鋳造品内部に迄生成し易くなるため好まし
くなく、また６重量％未満では亜鉛基合金の凝固時に成
分偏析、すなわちアルミニウムが上に集まる傾向が生じ
て高さ方向に機械的特性が変化し、さらには金型に所定
の機械的強度が付与できない。

マグネシウムは、Ｚｎ　−ＡＪ系合金の粒界腐食を防止
するために必要であるが、その含有量が０．２０ｆｆＩ
量％を超えると金型が脆くなり、０．０１重量％未満で
は含有効果が小さい。

チタン、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、マンガン
、リチウム、ケイ素、ランタン系列元素から選ばれる少
なくとも１種は、金型の機械的強度、例えば硬さを改善
するために任意に含有されるが、２．０重量％を超えて
含有してもそれ以上の含有効果は＝ない。

本発明の金型は、上記亜鉛基合金からなる素材ブロック
を機械加工することによって得られるが、同一組成の亜
鉛基合金を鋳造して金型を得た場合には、本発明のよう
な良好な金型は得られない。

すなわち、特開昭８３−８５０４３号公報に記載されて
いるように鋳造して金型を得た場合には、上述のように
金型の表面および表面近傍に巣が発生し、射出成形品の
品質劣化につながるのみならず、寸法精度に劣り、嵌合
が要求される射出成形用金型として使用できず、しかも
複雑な形状の金型が得られないのである。

本発明の金型の製造方法の好ましい一例は次の通りであ
る。

先ず、上記組成範囲となるように、所定量の各成分を黒
鉛るつぼ等の中に添加し、これを溶解して上記組成範囲
の亜鉛基合金を得る。

次に、この亜鉛基合金を４５０〜５５０℃で溶解し、所
定寸法の鋳型に鋳造し、本発明の素材ブロックを得る。

ここに用いられる鋳造方法は、アルミニウムの偏析を避
けるために、上部を加熱して底部を冷却するトップヒー
ト法を採用することが望ましい。また、鋳型材料として
は、鋳物砂を使用することができるが、好ましくは鋳鉄
製材料、更に好ましくはグラファイト等の炭素材料やセ
ラミック中に水冷管を配管して用いることができる。こ
のようにグラファイト等を用いる場合には、得られる金
型の機械的強度は、鋳物砂を用いた場合と比較して引張
強さが２に９　ｒ　／　ｍ　２　　ブリネル硬さ（Ｈｓ
　）が５程度向上する。

このようにして得られた本発明の素材ブロック寸法、形
状は任意であるが、−辺１００〜１１０００ｊの直方体
が一般的である。

次に、この素材ブロックに放電加工等の機械加工を施し
、所望形状の本発明の金型が得られる。

この際に、表面から数ミリ以内が金型の成形面にならな
いように配慮して機械加工を行なう。好ましくは表面の
５ｍｌ程度を最初に研削しておくとよい。

この金型の引張強さは３２ｋｇｆ／ｊＩＩＩ２以上、ブ
リネル硬さ（Ｈａ）は１３０以上である。金型に要求さ
れる寿命は、金型形状、射出成形に用いられる熱可塑性
樹脂の種類によって異なるが、ポリアセタール樹脂を使
用し、精密ギヤ形状の金型を例に挙げれば、１５０００
〜２００００シヨツトが要求されるが、この要求は引張
強さ３２　ｋｇｒ／１ｔｔｒｘ２以上、ブリネル硬さ（
Ｈａ　）は１００以上、好ましくは１０５以上で達成さ
れる。本発明の金型は、上記機械的強度の数値から、こ
の要求に充分に対応し得るものである。

また、射出成形した樹脂の表面性として許容されるため
の巣の限界は５０μｍ以下のものが１００ｃＩｉ当り　
５個以内である。本発明の素材ブロックも鋳造により得
られるため巣は発生するが、５０μｍ以上のものは表面
およびその近傍に限られ、この素材ブロックを機械加工
して金型としての所定寸法に仕上げることによって、金
型にはほとんど巣の発生は見られず、このためこの金型
を用いた射出成形品にもこれに起因した欠陥は発生しな
い。

［実施例］以下、実施例等に基づいて本発明を具体的に説明する。

なお、第１表中の数値は特記しない限り重量％基準であ
る。

第１表に示す各成分の所定量を黒鉛るつぼに添加、溶解
して亜鉛基合金を得た。

次に、この亜鉛基合金を鋳鉄製の鋳型内に投入し、３０
０ａｍ　Ｘ　　３００ａｗ　Ｘ　　３０Ｇａｍの素材ブ
ロックを鋳造した。この鋳造は、鋳型の上部をバー　ナ
ーで加熱するトップヒート法を用いた。

この素材ブロックの表面を５履研削した後、フライス加
工、放電加工等によりギヤ状金型を得た。

この際の得られた金型の引張強さ、ブリネル硬さ、アル
ミニウムの偏析の有無、巣の状況の良否および溶接性能
の良否について評価し、試験結果を第１表に示した。ま
た、実施例３においては、機械加工性能として旋盤加工
性能および放電加工性能を評価し、結果を第２表に示し
た。

これら各評価の試験方法は次の通りである。

（試験条件）（１）引張強さ（ｋｇｒ／ｍ”　）　　：インストロン
引張り試験機により引張速度ｌａｗ／ｗｉｎ、温度６０
”Ｃで測定。

（２）ブリネル硬さ（Ｈａ）：ブリネル硬さ試験機によ
り荷重１０００　Ｋｇ、３０秒保持、温度２５℃で測定
。

（３）偏析の有無二金型の上部と底部のアルミニウムの
分析を行ない、偏析のあるものを有、ないものを無とし
た。

（４）巣の状況二金型の表面から１０ｍｍ内部迄研削し
て観察し、１００ｃｉ当りに観察される５０μｍ以上の
微小巣が５個以下のものを良好とし、６個以上のものを
不良とした。

（５）溶接性能：金型と同一材からなる線材を用いてＴ
ＩＧ溶接によって金型表面に肉盛りし、溶接断面を観察
した。溶接部に割れやブローホールが発生したものを不
良、発生していないものを良好とした。

（８）旋盤加工性能：回転数、送り、切込みの総合評価
とした。

（７）放電加工性能：電圧６０ｖ、電流６Ａの条件で５
５ｍ　Ｘ　５０ＪＩＩＩ　ｘ深さ２０ｍｇ＋の穴を仕上
面の面積度２８μｍで加工するのに必要な時間で計算し
た。

比較例６〜７実施例３で用いたのと同寸法の市販のアルミニウム合金
ブロック（Ｊ　Ｉ　Ｓ　　Ａ　７０７５−Ｔ　６１材）
および鉄鋼５４５Ｃブロツクを用い、実施例３と同様に
放電加工によりギヤ状金型を得た。

この際の得られたそれぞれの金型の引張強さ、ブリネル
硬さおよび溶接性能の良否について実施例３と同様に評
価し、試験結果を第１表に示した。

また、比較例６においては金型の表面から中心部迄研削
して観察し、巣の状況の良否を判定して試験結果を第１
表に示した。

さらに、得られたそれぞれの金型の旋盤加工性能および
放電加工性能を実施例３と同様に評価し、結果を第２表
に示した。

比較例８実施例３と同様の亜鉛基合金から鋳造によって、実施例
３と同様の寸法および形状のギヤ状金型を製造した。

得られた金型は、実施例３の所望の寸法に対して寸法誤
差が０．１＃程度生じてしまった。また、金型表面およ
び表面近傍には５０μｍ以上の微小巣が６個以上発生し
、その評価は不良であった。

実施例２１実施例３で用いた亜鉛基合金の素材ブロックの表面を５
１ｍ研削した後、放電加工等によりきのこ状金型を調製
した。

得られた金型は、寸法精度に優れ、また金型表面および
表面近傍には５０μｍ以上の微小巣が５個以下であり、
その評価は良好であった。

比較例９実施例３と同様の亜鉛基合金から鋳造によって、実施ｆ
！４２１と同様の寸法および形状のきのこ状金型の製造
を試みたが、形状が末広がりなため製造が困難であった
。

第２表第１表に示されるように、アルミニウム、銅およびマグ
ネシウムを一定量含有する亜鉛基合金からなる素材ブロ
ックを放電加工して得られる実施例１〜１０の金型は、
本発明で規定する組成範囲を外れた亜鉛基合金からなる
素材ブロックを放電加工して得られた比較例１〜５の金
型に比較して引張強さや硬さが高い水準にあり、引張強
さ３２ｋｇｆ／　ｍ　”以上、ブリネル硬さ（Ｈ８）は
１３０以上であり、金型に要求される特性をいずれも超
えていた。また、アルミニウムの偏析が無く、巣の状況
も良好であり、溶接性能も良好であった。さらには、第
２表に示されるように、旋盤加工性能や放電加工性能も
極めて優れていた。

実施例１１〜２０は、実施例３で用いられた亜鉛基合金
中にチタン等の成分を少量含有させたものであるが、第
１表に示されるように硬さ等の特性がさらに向上する。

比較例６は、アルミニウム合金ブロックを放電加工等し
て金型としたものであり、第１表に示されるように引張
強さや硬さは高水準にあるものの、特に内部に巣の残存
がみられ、巣の状況は不良であった。また、溶接部には
微細な割れが多数観察され、溶接性能は不良であった。

さらに、第２表に記載されるように、加工性は実施例３
に比べて劣ったものであった。

比較例７は、鉄鋼ブロックを放電加工等して金型とした
ものであり、第１表に示されるように引張強さや硬さは
高水準であるものの、第２表°に記載されるように、加
工性は実施例３に比べて著しく劣り、放電加工性能では
、実施例３の１２倍も長時間を要した。

比較例８は、実施例３と同一組成の亜鉛基合金をそのま
ま鋳造して金型としたものであるが、寸法精度が悪く、
また巣の発生がみられ、巣の状況も不良であった。

実施例２１および比較例９は、末広がりな形状であるき
のこ状の金型の製造を試みたものであるが、実施例３と
同一組成の亜鉛基合金からなる素材ブロックを放電加工
した実施例２１では、寸法精度が良好で、しかも巣の状
況も良好であるきのこ状の金型が得られたが、実施ＰＪ
３と同一組成の亜鉛基合金をそのまま鋳造した比較例９
は、末広がりな形状であるきのこ状の金型は得られなか
った。

［発明の効果］以上説明したように、一定組成の亜鉛基合金を機械加工
してなる本発明によって、２万ショット以上の射出成形
に耐える強度および耐摩耗性を有し、しかも加工性や寸
法精度が良好で、巣の発生の少ない金型および該金型に
用いられる素材ブロックが得られる。

このことは、本発明の金型が従来の鋼製ブロックを機械
加工して得られる金中に対し、極めて高い加工性を示し
、機動的なモデルチェンジに対応できることとなる。

また、本発明の金型は、従来提案されているアルミニウ
ム合金ブロックを機械加工して得られる金型に対し、高
い機械加工性を示すのみならず、巣の残存も少なく、ま
た寸法上の制約がなく、かつ補修溶接性等に優れるとい
う利点を有する。

さらに、本発明の金型は、従来試作用として用いられて
いる低強度の亜鉛基合金を鋳造して製造した金型に対し
、高い強度や耐摩耗性を有し、また特開昭６３−６５（
１４３号公報に記載されているような高強度の亜鉛基合
金を鋳造して製造した金型に対し、巣の生成が許容限度
内であり、かつ寸法精度がよいため、嵌合可能な部材の
製作ができ、また末広がりな形状の金型が製造できると
いう利点を有する。

従って、本発明の金型は、現在要求されている種々の形
状が必要とされる致方ショットの射出成形用金型として
好適である。

Claims

【特許請求の範囲】１、アルミニウム１２．１〜３０重量％、銅６〜２０重
量％、マグネシウム０．０１〜０．２０重量％、不可避
不純物を除いて残部が亜鉛である亜鉛基合金からなり、
機械加工してなる金型。２、アルミニウム１２．１〜３０重量％、銅６〜２０重
量％、マグネシウム０．０１〜０．２０重量％、不可避
不純物を除いて残部が亜鉛である亜鉛基合金からなり、
機械加工してなる金型用素材ブロック。３、アルミニウム１２．１〜３０重量％、銅６〜２０重
量％、マグネシウム０．０１〜０．２０重量％、チタン
、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、マンガン、リチ
ウム、ケイ素、ランタン系列元素から選ばれる少なくと
も１種２重量％以下、不可避不純物を除いて残部が亜鉛
である亜鉛基合金からなり、機械加工してなる金型。４、アルミニウム１２．１〜３０重量％、銅６〜２０重
量％、マグネシウム０．０１〜０．２０重量％、チタン
、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、マンガン、リチ
ウム、ケイ素、ランタン系列元素から選ばれる少なくと
も１種２重量％以下、不可避不純物を除いて残部が亜鉛
である亜鉛基合金からなり、機械加工してなる金型用素
材ブロック。