JPH04259344A - 成形金型用合金 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、機械的強度に優れ、
鋳造や加工が容易であり、しかも溶接性が良好な、成形
金型用合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラスチック成形用金型、特に射
出成形用金型の素材としては、Ｓ５５Ｃ系の機械構造用
炭素鋼が汎用されていた。この機械構造用炭素鋼は、強
度、溶接性、しぼ加工性、磨き加工性等が良好であるば
かりでなく、被削性にも優れており、かつ、金型用素材
の中では比較的安価であるという特徴を有しているから
である。一方、特に鏡面仕上げを必要とする金型におい
ては、プレハードン鋼等が用いられていた。

【０００３】近年、事務用機器等の各種機器のハウジン
グや構成部材、自動車構成部材等がプラスチック化され
るとともに、これらの性能の向上やデザインの変更に伴
い、頻繁なモデルチェンジが行われている。これに伴い
、プラスチック成形品のライフサイクルが短くなり、多
品種少量生産となってきている。そのため、そのような
プラスチック成形品を成形するための金型に関し、低価
格化や短納期化の要求が強くなってきている。

【０００４】ところで、前記機械構造用炭素鋼のような
素材を用いて金型を製作す場合には、切削加工等の多く
の機械加工工程が必要とされ、その機械加工費が金型製
作コストの大半を占めている。そのため、多品種少量生
産用金型に求められている、金型の低価格化や納期の短
縮化には対応できなかった。そのため、試作金型用とし
てＺＡＳ（商品名、三井金属工業社製）等の低融点で加
工性のよい亜鉛基合金を砂型鋳造することにより、切削
加工等の機械加工を極力削減した形状に賦形し、これに
倣い加工や研磨等の仕上げ工程を施して金型を製作する
方法が提案されている。

【０００５】これによれば、量産金型のように、鍛造し
た大型鋼材ブロックの切削加工により製作する金型に比
べ、加工速度が早いため、安価になるとともに、納期の
短縮につながるという利点を有している。しかし、上記
の亜鉛基合金は、強度や硬度等の機械的物性が鍛造鋼材
に比してかなり劣るため、設計上かなりの余裕をみて設
計せねばならず、また、鏡面仕上げができず使用できる
製品の範囲が限られていた。さらに、ピンホール、引け
巣等の鋳造欠陥の発生を防ぐことが難しく、そのため溶
接等による補修が必須となるが、冷却条件が溶接部近傍
で著しく変化するため、組織にむらが発生し、それが成
形品に転写されるなどの問題を有していた。

【０００６】また、アルミニウム合金や銅合金も、同様
の目的に使用されてきているが、前者は、硬度が低いた
めに鏡面性に劣るとともにピンホール、引け巣等の鋳造
欠陥が発生し易く、溶接性も著しく悪いため、一旦生じ
た鋳造欠陥の補修、加工ミスに起因する金型の補修は実
質上不可能であった。後者の銅合金は硬度が低く鏡面性
が出ない等の問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記のよ
うな現状に鑑み、機械的強度に優れ、かつ、鋳造や加工
が容易でしかも溶接性のよい、プラスチックの成形金型
用として好適な合金を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の成形金型用合
金は、重量百分率でアルミニウム５〜１５％、鉄２〜５
％、ニッケルもしくは（及び）コバルト１〜４％、マン
ガン３〜１０％及び残部が銅からなることを特徴とする
ものである。この発明の合金において、アルミニウムは
銅とともに主成分をなすもので、銅と合金化することで
機械的強度を向上させるものであり、その含有量を重量
百分率で５〜１５％としているのは、５％未満では大き
な効果が期待できず、１５％を超えると脆性が増し、衝
撃強度に著しい低下をきたすからである。

【０００９】鉄を含有させることにより、機械的強度特
に硬度向上が図られるが、その含有量を重量百分率で２
〜５％としているのは、２％未満では成形金型用として
十分な硬度のものとならず、５％を超えると脆化が著し
くなるからである。ニッケルもしくは（及び）コバルト
は、合金の硬度、耐食性を向上させるものであり、その
含有量を重量百分率で総量１〜４％としているのは、１
％未満では十分な効果が得られず、４％を超えると脆性
が増してしまうからである。

【００１０】また、マンガンは機械的強度の向上させる
ために必要であり、その含有量を重量百分率で３〜１０
％としているのは、３％未満では十分な効果が得られず
、１０％を超えると脆性が増してしまうからである。 さらに、この発明の合金においては、上記の元素以外に
混入の可能性のある全ての元素が不純物（不可避的不純
物）として存在することは許される。その含有量につい
ては、粒界腐食がどの程度問題になるかにより変わって
くるが、通常、重量百分率で０．１％以内とするのが好
ましい。

【００１１】この発明の合金は、最終金型形状に近い形
状に鋳造し、この鋳造品を後加工により仕上げることに
より成形金型を製作するのが通常の使用態様であるが、
素材ブロックに鋳造し、これを機械加工することにより
金型を製作することも可能である。

【００１２】

【作用】この発明の合金は、上記のとおりの組成のアル
ミニウム青銅系合金であって溶接性がよく、強度及び硬
度が著しく向上したものとなっているので、耐磨耗性に
優れて耐久性があり、鋳造用金型材料として極めて好適
な素材である。

【００１３】

【実施例】次に、この発明の実施例を説明する。表１に
示すとおりの組成の合金（実施例１〜５、比較例１〜４
）を溶製し、これを砂型閉鎖鋳型を用い、それぞれ試験
片を鋳造した。なお、比較例４は、亜鉛基合金のＺＡＳ
である。得られた試験片について、引張強度及びブリネ
ル硬度を測定した。その結果を表１に併せ示す。

【００１４】なお、原料としては、各成分とも、純度９
９．９９％以上の高純度のものを使用した。この結果か
ら明らかなように、実施例の合金は、いずれも引張強度
が６５ｋｇ／ｍｍ２以上、ブリネル硬度が１６０以上の
値を示し、比較例の合金に比し、機械的強度、硬度とも
格段に優れており、鋳造用金型材料として好適な素材で
あることが分かった。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【発明の効果】以上のとおり、この発明の合金は、鋳造
用合金として、機械的強度や硬度が極めて高く、耐磨耗
性に優れている。したがって、この合金を用いることに
より、鋳造法により耐久性に優れた成形金型を容易に製
造することができ、鍛造鋼材を用いるのに比して機械加
工工数を大幅に逓減でき、成形金型の低価格化及び短納
期化を実現できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量百分率でアルミニウム５〜１５％
   、鉄２〜５％、ニッケルもしくは（及び）コバルト１〜
   ４％、マンガン３〜１０％及び残部が銅からなることを
   特徴とする成形金型用合金。