JPH02205647A - 金型および金型用素材ブロック - Google Patents

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からなり、高強度で、かつ耐
摩耗性に優れ、しかも巣の発生が少なく、簡便に得られ
る射出成形用金型および機械加工してなる金型に用いら
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、数十万
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、圧延後も板厚中心部に巣
が残存するととか、金型の鏡面仕上が難しいという課題
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−３，０
重量％Ｃｕ　−０，０５重量％Ｍｇ　−Ｚｎ（商品名Ｚ
ＡＳ）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。

［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
巣の発生が少なく、簡便に得られる射出成形用金型およ
び機械加工してなる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を用
いることによって達成される。

すなわち本発明の金型は、マンガンｌＯ□０〜３０．０
重量％、銅５．０〜２０．０重量％、必要に応じてアル
ミニウム１．０重量％以下、チタン１．０重量％以下、
さらに必要に応じてケイ素、マグネシウム、鉄から選ば
れる少なくとも　ＩＮｌ、０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るものであ
る。

本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、マンガンの含有量が３０．
０重量％を超えると亜鉛基合金を得る際に各添加成分を
溶解させるのに必要な温度が高くなり、その際にマンガ
ンの酸化が激しく、目的組成の亜鉛基合金を良好に得る
ことが困難である。

マンガンの含有量が１０００重量％未満では引張強さ、
硬さ等の所定の機械的強度が得られない。

また、銅の含有量が２０．０重量％を超えると亜鉛基合
金を得る際に各添加成分を溶解させるのに必要な温度が
高くなり、その際にマンガンの酸化が激しく、目的組成
の亜鉛基合金を良好に得ることが困難である。また、銅
の含有量が５．０重量％未満では引張強さ、硬さ等の所
定の機械的強度が得られない。

アルミニウム、チタンは、本系合金からなる金型を２０
０℃付近に保持する際における脆化現象を抑制するため
に任意に含有されるが、それぞれ１．０重量％を超える
と金属間化合物が粗大となって逆に金型が脆くなる。

ケイ素、マグネシウム、鉄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、１．０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ものであるが、
その具体的な製造方法は任意であり、例えば上記亜鉛基
合金を直接所望形状の金型に鋳造する方法、あるいは先
ず上記亜鉛基合金からなる素材ブロックを得、これを機
械加工して所望形状の金型を得る方法が好適である。

本発明の金型の好ましい製造方法の一例を以下に示す。

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６５０〜
８００℃で溶解し、所定寸法の鋳型に鋳造して本発明の
金型を得る。ここに使用される鋳型材料としては鋳物砂
等を使用することができる。このようにして得られた金
型の形状、寸法は任意である。

また、本発明の金型の好ましい製造一方法の他の一例を
以下に示す。

先ず、上述の製造方法と同様にして上記組成範囲の亜鉛
基合金を得た後、溶解して所定寸法の鋳型に鋳造し、本
発明の素材ブロックを得る。ここに使用される鋳型材料
としては、鋳物砂等を使用することができ、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
。このように鋳鉄製材料、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　ｋｇｆ／ａｓ２、ブリネル
硬さ（Ｈａ　）が５程度向上する。

上述のようにして得られる本発明の素材ブロックの寸法
、形状は任意であり、このような素材ブロックとしては
、−辺１００〜１１０００ａ程度の直方体や立方体のブ
ロック、大まかに所望の金型形状としてかつ数ミリ程度
以上肉厚を厚くした肉ぬすみブロック、あるいは所望の
金型形状より数ミリ程度ずつ肉厚を厚くしたニアネット
シエイプのブロック等が好ましく、−船釣に採用される
。

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を得る。このようにして得ら
れた金型の寸法精度は０．ＯＬｍｓ＋程度であり、嵌合
が要求される射出成形用金型としても好適に使用できる
。

上記のいずれの製造方法によっても、得られる金型は引
張強さ３８ｋｇｆ’／ａｍ”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、ａｏｏｏｏショット以上が
要求されるが、この要求は引張強さ３５　ｋｇｆ／Ｍ”
以上、ブリネル硬さ（Ｈａ　）は１２０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１００ｃｄ当り　５
個以内であるが、上記のいずれの製造方法によっても、
得られる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。

実施例１〜ＩＢおよび比較例１〜４ 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。ただし、銅、マンガンの含有量
がそれぞれ本発明の組成範囲を超えた比較例３，４はい
ずれも、溶解時の温度が高くなり、その際にマンガンの
酸化が激しく、亜鉛基合金を良好に得ることができなか
った。

次に、この亜鉛基合金を鋳鉄製の鋳型内に投入し、３０
０ｍ　Ｘ　　３００ａａ　Ｘ　　３００ａａ＋の素材ブ
ロックを鋳造した。この素材ブロックから、フライス加
工、放電加工等によってギヤ状金型を得た。

得られた金型の寸法精度はいずれも０．０１ｍ程度と極
めて良好であった。また、得られた金型の引張強さ、ブ
リネル硬さおよび巣の状況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／１ｌｌＩｌ１２）：インスト
ロン引張り試験機により引張速度１ｃｍ／ｍｉｎ、温度
６０℃で測定。

（２）ブリネル硬さ（ＨＢ）：ブリネル硬さ試験機によ
り荷重１０００　Ｋ９．３０秒保持、温度２５℃で測定
。

（８）巣の状況：金型の表面からＩＯ麿内部迄研削して
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。

（４）旋盤加工性能：回転数、送り、切込みの総合評価
とした。

（５）放電加工性能：電圧６０ｖ、電流６Ａの条件で５
５Ｉｔ！ＩＩ×５０１１１１１Ｉ×深さ２０ｍの穴を仕
上面の面精度２８μｍで加工するのに必要な時間で計算
した。

比較例５〜６ 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　Ｉｓ　　Ａ　７０７５−Ｔ　８１材）お
よび鉄鋼５４５Ｃブロツクを用い、実施例３と同様に放
電加工等によってギヤ状金型を得た。

得られたそれぞれの金型の引張強さおよびブリネル硬さ
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５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。

実施例１７ 実施例３と同様の亜鉛基合金から、実施例３で得られた
ものと同様の寸法および形状のギヤ状金型を直接鋳造し
た。

得られた金型の引張強さ、ブリネル硬さ等の金型に要求
される諸特性はいずれも実施例３で得られた金型と同等
であった。

比較例７ 前記のＺＡＳ合金（４，１重量％Ａｊ−３，０重量％Ｃ
ｕ　−０，０５重量％Ｍｇ−Ｚｎ）から、実施例３で得
られたものと同様の寸法および形状のギヤ状金型を直接
鋳造した。

得られた金型の引張強さ、ブリネル硬さ、巣の状況の良
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。

第２ 表 第１表に示されるように、マンガンおよび銅を一定量含
有する亜鉛基合金からなる素材ブロックを機械加工して
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機械
加工して得られた比較例１〜２の金型に比較して引張強
さや硬さが高い水１　ｊ、：　アリ、引張強さ　３８ｋ
ｇ１’／　ｍ　２以上、ブリネル硬さ（Ｈａ）は１３０
以上であり、金型に要求される諸特性をいずれも超えて
いた。また、寸法精度が極めて優れており、巣の状況も
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。他方、銅、マンガンの
含有量がそれぞれ本発明の組成範囲を超えた比較例３．
４はいずれも、各成分を溶解させる際にマンガンが著し
く酸化し、マンガンを所定量添加しても酸化物として溶
湯表面に浮上してしまい、目的組成の亜鉛基合金を良好
に得ることができなかった。

実施例１１〜１３は、実施例３で用いられた亜鉛基合金
中にチタンおよびアルミニウムを少量含有させたもので
あるが、得られた金型は２００℃付近に保持された際の
脆化現象が抑制されたものであった。

実施例１４〜１６は、実施例１１で用いられた亜鉛基合
金中にケイ素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がさらに向上する。

比較例５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、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６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
高水学であるものの、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。

実施例１７は、実施例３と同一組成の亜鉛基合金を鋳造
して直接金型を得たものであるが、引張強さ、ブリネル
硬さ等の諸特性は高水準であった。

比較例７は、ＺＡＳ合金を鋳造して直接金型を得たもの
であるが、引張強さ、ブリネル硬さはいずれも低水準で
あった。

［発明の効果］ 以上説明したように、一定組成の亜鉛基合金からなる本
発明の金型は、３万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、しかも巣の発生が少ないもの
であり、鋳造によって簡便に得られる。

さらに、本発明の金型は加工性にも優れており、一定組
成の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、より寸法精度に優れた金型が得られる。

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型に対し、極めて簡便に得られるを
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、巣
の発生、残存も少なく、また寸法上の制約がないという
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ＺＡＳ合金のような低強度の亜鉛基合金を鋳造して
製造した金型に対し、高い強度および耐摩耗性を有する
。

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。

特許出願人　三井金属鉱業株式会社 代理人　弁理士　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　伊　東　哲　也

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マンガン１０．０〜３０．０重量％、銅５．０〜２
   ０．０重量％、不可避不純物を除いて残部が亜鉛である
   亜鉛基合金からなる金型。 ２、マンガン１０．０〜３０．０重量％、銅５．０〜２
   ０．０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、マンガン１０．０〜３０．０重量％、銅５．０〜２
   ０．０重量％、アルミニウム１．０重量％以下、チタン
   １．０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る金型。 ４、マンガン１０．０〜３０．０重量％、銅５．０〜２
   ０．０重量％、アルミニウム１．０重量％以下、チタン
   １．０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。 ５、マンガン１０．０〜３０．０重量％、銅５．０〜２
   ０．０重量％、アルミニウム１．０重量％以下、チタン
   １．０重量％以下、ケイ素、マグネシウム、鉄から選ば
   れる少なくとも１種１．０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る金型。 ６、マンガン１０．０〜３０．０重量％、銅５．０〜２
   ０．０重量％、アルミニウム１．０重量％以下、チタン
   １．０重量％以下、ケイ素、マグネシウム、鉄から選ば
   れる少なくとも１種１．０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。