專利名稱：剪切用模具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于剪切板材的剪切用模具及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著高強(qiáng)度鋼材(high tension鋼材)等金屬材料的強(qiáng)度增加，對(duì)于包含該金屬材料的板材的剪切加工中所用的剪切用模具來(lái)說(shuō)，壽命的縮短化逐漸成為問(wèn)題。所以，為了消除該問(wèn)題，現(xiàn)今已開(kāi)創(chuàng)出如下所示的在模具的基材上形成各種各樣的硬質(zhì)被膜的技術(shù)。例如，專利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)有如下的技術(shù)，S卩，在剪切用平刃刀的基材表面，形成第四族的碳化物、氮化物、碳氮化物的任意一種的陶瓷。另外，專利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)有如下的技術(shù)，即，在剪切用平刃刀的基材表面，作為內(nèi)層形成鈦氮化物的陶瓷，作為中間層形成鈦金屬層，作為外層形成鈦氮化物的陶瓷。另外，專利文獻(xiàn)3中，關(guān)于沖床用模具的制造方法，公開(kāi)有如下的技術(shù)，S卩，在對(duì)模具的基材進(jìn)行熱處理、切削加工、放電加工等后，通過(guò)在該模具的切削刃部分或該模具與板材的接觸部分，利用離子氮化形成氮化層，其后，用鈦蒸發(fā)粒子進(jìn)行離子鍍，而在該模具的表層部形成鈦的氮化物、碳化物或碳氮化物的膜。這里，對(duì)于剪切用模具的損傷，可以認(rèn)為主要原因是由反復(fù)施加的沖擊造成的模具的疲勞破壞、以及由與剪切掉的板材的摩擦造成的模具的切削刃部分的磨損。由此，通過(guò)將專利文獻(xiàn)1 3中公開(kāi)的高硬度的硬質(zhì)被膜應(yīng)用于剪切用模具中，就可以將剪切用模具的損傷降低到一定程度。專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平8-325706號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)平8-325707號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)2000-343151號(hào)公報(bào)但是，專利文獻(xiàn)1 3中所公開(kāi)的技術(shù)由于使用第四族的碳化物、氮化物或碳氮化物作為硬質(zhì)被膜，因此模具的硬度是HV (維氏硬度)2500左右，并非足夠的硬度。由此，專利文獻(xiàn)1 3中公開(kāi)的技術(shù)在長(zhǎng)壽命化的方面依然殘留有問(wèn)題。此外，專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)的技術(shù)在利用離子氮化進(jìn)行基材的硬化處理后形成硬質(zhì)薄膜，然而因基材自身被硬化，反而使模具整體變脆，促進(jìn)了模具的加速破裂。此外，剪切用模具與彎曲、拉深模具之類(lèi)的塑性加工用模具不同，通常來(lái)說(shuō)具有直角或銳角的剪切部分，施加在模具上的應(yīng)力也不同，因此需要對(duì)于剪切用模具來(lái)說(shuō)特有的表面處理技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述的問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽命化的剪切用模具及其制造方法。本發(fā)明提供以下的剪切用模具及其制造方法。(1) 一種剪切用模具，是包含一對(duì)基材并用于利用該基材來(lái)剪切配置于其間的板
4材的剪切用模具，其特征在于，上述基材中的至少一個(gè)包含鋼、超硬合金或陶瓷，并且該至少一個(gè)基材具備用于剪切上述板材的曲面的形狀的刀尖、和與上述曲面連續(xù)并且與上述板材的表面相對(duì)的面，在該至少一個(gè)基材的表面中的至少上述曲面的區(qū)域、和從與上述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的上述曲面的終端起沿著上述基材的面直到300 μ m的區(qū)域中，具備利用電弧離子鍍法形成的硬質(zhì)被膜，上述硬質(zhì)被膜含有Al和選自Ti及Cr的一種以上，并且膜厚為1 μ m以上、5 μ m以下，此外，在形成于上述曲面的區(qū)域、和從與上述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的上述曲面的終端起沿著上述基材的面直到300 μ m的區(qū)域中的上述硬質(zhì)被膜的表面，存在于長(zhǎng)IOmm的線段上的直徑20 μ m以上的金屬粒子的個(gè)數(shù)為2個(gè)以下。像這樣，本發(fā)明的剪切用模具通過(guò)至少在曲面的區(qū)域、和與板材的表面相對(duì)并且從曲面的終端起沿著基材的面直到300 μ m的區(qū)域中形成硬質(zhì)被膜，就可以在剪切板材時(shí)， 恰當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)與基材接觸的表面當(dāng)中的施加高應(yīng)力的區(qū)域。另外，由于本發(fā)明的剪切用模具的硬質(zhì)被膜含有Al和選自Ti及Cr的一種以上， 因此可以利用耐磨損性、耐久性優(yōu)異的硬質(zhì)被膜來(lái)保護(hù)剪切用模具。此外，由于本發(fā)明的剪切用模具的硬質(zhì)被膜的膜厚為ι μ m以上、5 μ m以下，因此可以避免在基材與硬質(zhì)被膜的界面中、或在硬質(zhì)被膜內(nèi)部產(chǎn)生被膜的剝離或破壞。另外，本發(fā)明的剪切用模具的硬質(zhì)被膜通過(guò)將形成于曲面的區(qū)域、和從與上述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的曲面的終端起沿著基材的面直到300 μ m的區(qū)域中的硬質(zhì)被膜中的金屬粒子的個(gè)數(shù)限制為給定個(gè)數(shù)以下，就可以抑制剪切板材時(shí)的硬質(zhì)被膜的損傷。(2)根據(jù)(1)所述的剪切用模具，其特征在于，上述硬質(zhì)被膜的表面的作為表面粗糙度的參數(shù)的最大高度(Rp)為1. 0 μ m以下。(3)根據(jù)⑴或⑵所述的剪切用模具，其特征在于，上述硬質(zhì)被膜包含 (TiaCrbAlcSid) (C1-A),滿足0 ^ a ^ 0. 30. 1 ^ b ^ 0. 50. 3 ^ c ^ 0. 70 ^ d ^ 0. 2a+b+c+d = 10. 7 ^ χ ^ 1a表示Ti的原子比，b表示Cr的原子比，c表示Al的原子比，d表示Si的原子比， X表示N的原子比。像這樣，通過(guò)將本發(fā)明的剪切用模具的硬質(zhì)被膜設(shè)為上述組成，就可以進(jìn)一步提高耐磨損性和耐久性。(4)根據(jù)(1) (3)中任一項(xiàng)所述的剪切用模具，其特征在于，在上述硬質(zhì)被膜與上述基材之間，還具備ι μ m以上、5 μ m以下的CrN膜。像這樣，通過(guò)使本發(fā)明的剪切用模具具備CrN膜，就可以進(jìn)一步提高基材與硬質(zhì)被膜的密合性。(5) 一種剪切用模具的制造方法，是包含一對(duì)基材并用于利用該基材剪切配置于其間的板材的剪切用模具的制造方法，其特征在于，上述基材中的至少一個(gè)包含鋼、超硬合金或陶瓷，并且該至少一個(gè)基材具備用于剪切上述板材的曲面的形狀的刀尖、和與上述曲面連續(xù)并且與上述板材的表面相對(duì)的面，包括如下的工序，S卩，在該至少一個(gè)基材的表面中的至少上述曲面的區(qū)域、和從與上述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的上述曲面的終端起沿著上述基材的面直到300 μ m的區(qū)域中，利用過(guò)濾電弧離子鍍法形成含有Al和選自Ti及Cr的一種以上的硬質(zhì)被膜。像這樣，本發(fā)明的剪切用模具的制造方法通過(guò)利用過(guò)濾電弧離子鍍法形成硬質(zhì)被膜，就可以在基材表面形成金屬粒子少的硬質(zhì)被膜。根據(jù)本發(fā)明的剪切用模具，通過(guò)在基材表面的特定的區(qū)域，形成耐磨損性、耐久性優(yōu)異的硬質(zhì)被膜，就可以使剪切用模具長(zhǎng)壽命化。另外，根據(jù)本發(fā)明的剪切用模具的制造方法，可以制造實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽命化的剪切用模具。


圖1是本發(fā)明的剪切用模具剪切板材的過(guò)程中的剪切用模具與板材的剖面圖。圖2是本發(fā)明的剪切用模具剪切板材的過(guò)程中的剪切用模具與板材的放大剖面圖。圖3是本發(fā)明的剪切用模具及其制造方法中所用的電弧離子鍍裝置的概略圖。圖4是本發(fā)明的剪切用模具及其制造方法中所用的過(guò)濾電弧離子鍍裝置的直線型電弧式蒸發(fā)源的概略圖。圖5是本發(fā)明的剪切用模具及其制造方法中所用的過(guò)濾電弧離子鍍裝置的90° 彎曲型電弧式蒸發(fā)源的概略圖。其中，1剪切用模具，Ia基材，Ib硬質(zhì)被膜，2板材，11排氣口，12氣體供給口，13小室，13a 小室壁，14電弧式蒸發(fā)源，15電弧電源，16基材載臺(tái)，17支撐臺(tái)，18偏置電源，19 加熱器，20燈絲(7〗，> > 卜)，21燈絲放電電源，22燈絲加熱用電源，41電磁線圈，100
成膜裝置
具體實(shí)施例方式下面，在適當(dāng)?shù)貐⒄崭綀D的同時(shí)，對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的剪切用模具及其制造方法的方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明?！都羟杏媚＞摺繁景l(fā)明的剪切用模具1安裝于剪切機(jī)(機(jī)械式、液壓式等)中，是用于利用應(yīng)力 (剪切應(yīng)力)來(lái)分離呈板形狀的材料(板材)的模具。此外，本發(fā)明的剪切用模具1如圖 1、2所示，由配置于上下的基材la、la、形成于基材la、la表面的硬質(zhì)被膜lb、lb構(gòu)成。而且，為了保護(hù)配置于上下的基材la、la雙方，硬質(zhì)被膜Ib優(yōu)選形成在配置于上下的基材la、Ia雙方中。下面，在本實(shí)施方式中，對(duì)將本發(fā)明應(yīng)用于與板材2相對(duì)的面呈現(xiàn)出沿圖1、2的紙面垂直方向大致筆直地延伸的形狀的剪切用模具1(所謂的直線刀刃)的例子進(jìn)行說(shuō)明，然而剪切用模具ι的形狀并不限定于該形狀。例如，只要是與板材2相對(duì)的面呈現(xiàn)出沿圖1、 2的紙面垂直方向以弧狀延伸的形狀的剪切用模具1 (所謂的旋轉(zhuǎn)刀刃)等利用剪切應(yīng)力剪切板材的模具，就可以應(yīng)用本發(fā)明。下面，對(duì)剪切用模具1的基材Ia進(jìn)行說(shuō)明。< 基材 >剪切用模具1的基材Ia包含鋼、超硬合金或陶瓷。這里所說(shuō)的鋼是以狗作為主成分的合金。這里所說(shuō)的以狗作為主成分的合金通常是指，在合金中含有大于50質(zhì)量％ 的狗。另外，所謂超硬合金是將硬質(zhì)的金屬碳化物燒結(jié)而制成的合金。作為構(gòu)成超硬合金的金屬碳化物，具體來(lái)說(shuō)，可以舉出WC(碳化鎢)。另外，作為上述超硬合金還可以舉出在 WC中含有微量的TiC (碳化鈦)或TaC (碳化鉭)的材料。剪切用模具1的基材Ia具備用于剪切板材2的曲面的形狀的刀尖、和與曲面連續(xù)并且與板材2的表面相對(duì)的面。該所謂刀尖是剪切板材2的基材Ia的端緣部分。此外，為了減少板材2剪切時(shí)的損傷，該刀尖的截面呈現(xiàn)出曲面的形狀(參照?qǐng)D2)。而且，一對(duì)剪切用模具la、Ia中的一方的基材的刀尖為曲面形狀，而另一方的基材的刀尖既可以是曲面形狀，也可以不是曲面形狀。從抑制毛刺的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選另一方的模具的刀尖不是曲面形狀。剪切用模具1的基材Ia的整體的形狀如前所述，只要是能夠利用剪切應(yīng)力剪切板材的形狀，就沒(méi)有特別限定。例如為近似長(zhǎng)方體形狀、近似圓盤(pán)形狀等。另外，一對(duì)基材la、 Ia也可以不是相同的形狀。另外，剪切用模具1的基材Ia的刀尖(剪切板材2的端緣)并不限定于呈現(xiàn)出如圖1、2所示的直角，也可以呈現(xiàn)出銳角(小于90° )。這里，在基材Ia具有曲面的形狀的刀尖的情況下，所謂刀尖為直角是指由與曲面連續(xù)的2個(gè)面所形成的角度為直角。下面，對(duì)剪切用模具1的硬質(zhì)被膜Ib進(jìn)行說(shuō)明。<硬質(zhì)被膜>(設(shè)置硬質(zhì)被膜的區(qū)域)剪切用模具1的硬質(zhì)被膜Ib形成于基材Ia的表面中的至少曲面的區(qū)域、和從與板材2的表面相對(duì)的一側(cè)的曲面的終端起沿著基材Ia的面直到300 μ m的區(qū)域(以下有時(shí)將2個(gè)上述區(qū)域合并稱作保護(hù)區(qū)域)。這是因?yàn)椋鐖D2所示，在使用剪切用模具1進(jìn)行板材2的剪切時(shí)，在剪切用模具 1與板材2接觸的區(qū)域當(dāng)中，特別是對(duì)保護(hù)區(qū)域施加很高的應(yīng)力。在這里，由于形成硬質(zhì)被膜Ib的區(qū)域至少包含保護(hù)區(qū)域即可，因此例如也可以在剪切用模具1的整個(gè)基材Ia中設(shè)置硬質(zhì)被膜lb。而且，圖2表示出剪切用模具1的基材Ia的端緣(剪切板材2的端緣)的應(yīng)力分布，施加高的應(yīng)力的范圍是曲面的區(qū)域和從曲面的終端起狹窄的范圍(從曲面的終端起沿著基材表面300 μ m以內(nèi))。這樣，通過(guò)至少在保護(hù)區(qū)域形成硬質(zhì)被膜lb，就可以針對(duì)基材 Ia的端緣的角度為90°以下的剪切用模具1確保耐磨損性及耐久性的提高。這里，在基材 Ia具有曲面的形狀的刀尖的情況下，所謂刀尖為直角是指，由與曲面連續(xù)的2個(gè)面所形成的角度為直角。(硬質(zhì)被膜的材質(zhì))硬質(zhì)被膜Ib含有Al和選自Ti及Cr的一種以上。如此規(guī)定的理由是因?yàn)?，由?Al使硬質(zhì)被膜Ib的耐磨損性提高，因此是必需的元素，并且Ti、Cr是提高硬質(zhì)被膜Ib的耐磨損性、耐久性的元素。具體來(lái)說(shuō)，硬質(zhì)被膜Ib 是(Ti、Al) (CN)、(Cr、Al) (CN)、(Ti、Cr、Al) (CN)或者在它們中含有Si的被膜。其中優(yōu)選的是同時(shí)含有Ti和Cr的被膜。此外，優(yōu)選硬質(zhì)被膜Ib包含(TiaCrbAlcSid) (C1^xNx)，滿足0彡a彡0. 3、 0. 1 彡 b 彡 0. 5,0. 3 彡 C 彡 0. 7、0 彡 d 彡 0. 2、a+b+c+d = 1、0· 7 彡 χ 彡 1 (a 表示 Ti 的原子比，b表示Cr的原子比，c表示Al的原子比，d表示Si的原子比，χ表示N的原子比。)。 通過(guò)將硬質(zhì)被膜Ib設(shè)為上述組成，就可以進(jìn)一步提高硬質(zhì)被膜Ib的耐磨損性和耐久性。下面，對(duì)限定上述組成的詳細(xì)的理由進(jìn)行說(shuō)明。由于Al和Cr通過(guò)形成(Al、Cr) (CN)膜，會(huì)提高硬質(zhì)被膜Ib的耐磨損性，因此上述組成式的Al的原子比c優(yōu)選為0. 3彡c彡0. 7，Cr的原子比優(yōu)選為0. 1彡b彡0. 5。更優(yōu)選Al的原子比c為0. 4彡c彡0. 6，Cr的原子比b為0. 15彡b彡0. 3。Ti是使硬質(zhì)被膜Ib高硬度化而提高耐磨損性的元素，然而如果含量過(guò)多，則有可能使硬質(zhì)被膜Ib變脆。由此，上述組成式的Ti的原子比a優(yōu)選為0 < a < 0. 3。Si是通過(guò)使硬質(zhì)被膜Ib中的晶體微細(xì)化而提高硬度、高面壓性的元素，然而如果含量過(guò)多，則有可能使硬質(zhì)被膜Ib非晶化。由此，上述組成式的Si的原子比d優(yōu)選為 0彡d彡0. 2。更優(yōu)選Si的原子比d為0彡d彡0. 15。而且，如果考慮由Si含量的增加造成的硬質(zhì)被膜Ib的非晶化，則對(duì)于上述組成式的Al的原子比c、Si的原子比d，更優(yōu)選(c+d)為0. 6以下。C是使硬質(zhì)被膜Ib高硬度化而提高耐磨損性的元素，然而如果含量過(guò)多，則有可能降低硬質(zhì)被膜Ib的硬度。由此，上述組成式的C的原子比(1-x)優(yōu)選為小于0.3，也就是說(shuō)，優(yōu)選為0.7彡χ彡1。(硬質(zhì)被膜的膜厚)當(dāng)利用后述的電弧離子鍍法(或者過(guò)濾電弧離子鍍法)在基材Ia表面形成硬質(zhì)被膜Ib時(shí)，就會(huì)在硬質(zhì)被膜Ib中產(chǎn)生殘留壓縮應(yīng)力。特別是，如果在基材Ia的表面中的設(shè)于剪切板材2的端緣的曲面較厚地形成硬質(zhì)被膜lb，則會(huì)在界面(基材Ia與硬質(zhì)被膜 Ib的界面)或者硬質(zhì)被膜Ib內(nèi)部產(chǎn)生剝離或破壞現(xiàn)象。所以，硬質(zhì)被膜Ib的膜厚需要為Iym以上、5 ym以下。更優(yōu)選為1 μ m以上、3 μ m 以下。而且，硬質(zhì)被膜Ib的膜厚可以利用后述的被膜形成方法來(lái)控制。(硬質(zhì)被膜中的金屬粒子)存在于硬質(zhì)被膜Ib中的直徑為20 μ m以上的金屬粒子成為硬質(zhì)被膜Ib的損傷原因。另外，需要抑制形成于如下區(qū)域的硬質(zhì)被膜Ib中的金屬粒子的存在，S卩，在利用剪切用模具1進(jìn)行板材2的剪切時(shí)施加最大的應(yīng)力的曲面的區(qū)域、和從與上述板材2的表面相對(duì)的一側(cè)的曲面的終端起沿著基材的面直到300 μ m的區(qū)域。由此，通過(guò)在形成于曲面的區(qū)域、和從與上述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的曲面的終端起沿著基材的面直到300μπι的區(qū)域的硬質(zhì)被膜的表面中，將存在于IOmm的長(zhǎng)度的線段上的直徑為20 μ m以上的金屬粒子的個(gè)數(shù)設(shè)為2個(gè)以下，就可以抑制剪切板材2時(shí)的硬質(zhì)被膜Ib的損傷。更優(yōu)選的是金屬粒子的個(gè)數(shù)為0個(gè)的情況。此外，直徑為20 μ m以上的金屬粒子的個(gè)數(shù)可以利用后述的被膜形成方法來(lái)控制。
而且，所謂金屬粒子是存在于硬質(zhì)被膜Ib中的Ti、Cr、Al等金屬的塊。這里所說(shuō)的存在于IOmm的長(zhǎng)度的線段上的金屬粒子是由該線段完全地橫穿的金屬粒子。另外，所謂直徑是從與硬質(zhì)被膜Ib的膜面垂直的方向觀看金屬粒子時(shí)的金屬粒子截面的直徑，在截面為圓形以外的情況下，采用最長(zhǎng)的兩端之間(直徑)的長(zhǎng)度。而且，對(duì)于線段，優(yōu)選在形成于曲面的區(qū)域、和從與上述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的曲面的終端起沿著基材的面直到300 μ m的區(qū)域的硬質(zhì)被膜Ib的表面中，設(shè)于與刀尖(端緣)延伸的方向(棱線方向)大致相同的方向。(硬質(zhì)被膜的膜表面形狀)由于剪切用模具1不同于與板材2的接觸區(qū)域大的塑性加工用模具(彎曲、拉深模具等)，與板材2的接觸區(qū)域集中于端緣(刀尖)附近的狹窄區(qū)域，因此施加在該區(qū)域的應(yīng)力非常大。此外，由于該應(yīng)力沿與模具的表面大致垂直的方向作用，因此在硬質(zhì)被膜Ib 的表面具有凹凸的情況下，因應(yīng)力集中于該凸部分，而很容易引起被膜損傷。所以，硬質(zhì)被膜Ib的最大高度(Rp)優(yōu)選為Iym以下。更優(yōu)選為0.5μπι以下。由于硬質(zhì)被膜Ib越平滑越好，因此最大高度(Rp)進(jìn)一步優(yōu)選為0 μ m，然而從制造的容易性的觀點(diǎn)考慮，也可以優(yōu)選使用最大高度(Rp)為0.05 μ m以上的硬質(zhì)被膜lb。而且，最大高度 (Rp)是由 JISB 0601(2001)定義的。所謂最大高度(Rp)是基準(zhǔn)長(zhǎng)度下的輪廓曲線的山高度的最大值。對(duì)于最大高度 (Rp)的測(cè)定，例如只要利用Sloan公司的探針式表面粗糙度計(jì)Dektak6M(掃描長(zhǎng)度1mm、掃描速度lmm/15秒、載荷20mgf)，對(duì)任意的3個(gè)部位實(shí)施測(cè)定，算出其平均即可。對(duì)于測(cè)定部位，在硬質(zhì)被膜Ib的表面當(dāng)中，更優(yōu)選對(duì)形成于剪切板材2的曲面的區(qū)域、以及從與上述板材2的表面相對(duì)的一側(cè)的曲面的終端起沿著基材的面直到300 μ m的區(qū)域的硬質(zhì)被膜Ib實(shí)施。<CrN 膜 >硬質(zhì)被膜Ib為了增加硬度而含有Al，然而由此殘留應(yīng)力也會(huì)增加，其結(jié)果是，基材Ia與硬質(zhì)被膜Ib的密合性有降低的趨勢(shì)。所以，為了提高基材Ia與硬質(zhì)被膜Ib的密合性，優(yōu)選在基材Ia與硬質(zhì)被膜Ib之間形成包含CrN的中間層(圖示略)。另外，對(duì)于CrN 膜的膜厚，如果小于1 μ m，則有可能使提高密合性、降低殘留應(yīng)力的效果變小，另一方面，如果超過(guò)5 μ m,則這些效果有可能達(dá)到飽和。由此，CrN膜的膜厚優(yōu)選為1 μ m 5 μ m。而且，CrN膜以Cr、N為主體(例如Cr、N的原子％的合計(jì)為80原子％以上，更優(yōu)選為90原子％以上)。作為Cr與N的含有比，可以表示為CivxNxU的范圍是0. 3 0. 55)。下面，對(duì)剪切用模具1的制造方法進(jìn)行說(shuō)明?！都羟杏媚＞叩闹圃旆椒ā芳羟杏媚＞?是通過(guò)在基材Ia的表面中的至少基材Ia的保護(hù)區(qū)域利用電弧離子鍍法(以下適當(dāng)?shù)胤Q作AIP法)形成硬質(zhì)被膜Ib來(lái)制造的。這里所說(shuō)的AIP法是利用電弧放電在基材表面涂覆離子蒸發(fā)物質(zhì)的被膜形成方法。通過(guò)使用AIP法，可以在基材Ia表面上恰當(dāng)?shù)匦纬捎操|(zhì)被膜lb。此外，在利用AIP 法形成硬質(zhì)被膜Ib后，優(yōu)選以使該硬質(zhì)被膜Ib的最大高度(Rp)達(dá)到1. Oym以下的方式， 利用研磨將表面平滑化。
此外，在AIP法當(dāng)中，優(yōu)選應(yīng)用過(guò)濾電弧離子鍍法(以下適當(dāng)?shù)胤Q作過(guò)濾AIP法)。 這里所說(shuō)的過(guò)濾AIP法是AIP法的一種，是在防止金屬粒子(靶子的熔融粒子)向基材Ia 的附著的同時(shí)將離子蒸發(fā)物質(zhì)涂覆在基材Ia上的被膜形成方法。通過(guò)使用過(guò)濾AIP法，與通常的AIP法相比可以形成金屬粒子相當(dāng)少的硬質(zhì)被膜 lb，因此可以不進(jìn)行膜形成后的研磨地(或者利用最小限度的研磨)獲得最大高度(Rp)小的硬質(zhì)被膜lb。借助過(guò)濾AIP法的膜形成后的硬質(zhì)被膜Ib的Rp為2μπι以下，通過(guò)研磨膜形成后的硬質(zhì)被膜Ib，Rp達(dá)到0. 1 μ m以下。對(duì)于受到高應(yīng)力的剪切用模具1，使用過(guò)濾AIP法尤其有效。這是因?yàn)?，在想要使用通常的AIP法形成含有Al、Ti、Cr等的硬質(zhì)被膜Ib的情況下，由于在靶子中含有熔點(diǎn)不同的元素，因此在利用電弧放電將靶子蒸發(fā)的同時(shí)，金屬粒子 (靶子的熔融粒子)就會(huì)飛濺，該金屬粒子混入硬質(zhì)被膜Ib中。其結(jié)果是，容易在硬質(zhì)被膜Ib的表面形成凹凸。所以，在使用通常的AIP法進(jìn)行膜形成的情況下，優(yōu)選利用研磨將表面平滑化，然而對(duì)于具有銳角的端緣的剪切用模具1，也會(huì)有研磨非常困難的情況。由此， 對(duì)于受到高應(yīng)力的剪切用模具1，不需要(或者是最小限度的)膜形成后的研磨的過(guò)濾AIP 法是有效的。而且，在形成CrN膜的情況下，只要在基材Ia表面首先利用AIP法或過(guò)濾AIP法形成CrN膜后，利用相同的方法形成硬質(zhì)被膜Ib即可。下面，參照?qǐng)D3、4及5對(duì)電弧離子鍍法和過(guò)濾電弧離子鍍法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。〈電弧離子鍍法〉電弧離子鍍法是使用圖3的成膜裝置100進(jìn)行的。該成膜裝置100如圖3所示，具備具有進(jìn)行真空排氣的排氣口 11、和供給N2氣、 Ar氣、CH4氣等的氣體供給口 12的小室13 ；與電弧式蒸發(fā)源14連接的電弧電源15 ；支撐作為成膜對(duì)象的被處理體(圖示略)的基材載臺(tái)16上的支撐臺(tái)17 ；在該支撐臺(tái)17與上述小室13之間穿過(guò)支撐臺(tái)17對(duì)被處理體施加負(fù)的偏置電壓的偏置電源18。另外，除此以外還具備加熱器19、燈絲20、燈絲放電電源21、燈絲加熱用電源22等。首先，在成膜裝置100的電弧式蒸發(fā)源14處，安裝靶子，并且在旋轉(zhuǎn)的基材載臺(tái) 16上的支撐臺(tái)17上安裝基材Ia作為被處理體(省略圖示)，將小室13內(nèi)抽真空(排氣到 IXlO-3Pa以下)，成為真空狀態(tài)。其后，用處于小室13內(nèi)的加熱器19將被處理體的溫度加熱到約400°C。其后，在總壓力為4Pa的N2氣氛、Ar氣氛、CH4氣氛、或它們的混合氣體氣氛中，從電弧式蒸發(fā)源14向(MOOmm的靶子供給150A的電弧電流，在基材Ia表面上形成硬質(zhì)被膜lb?！催^(guò)濾電弧離子鍍法〉過(guò)濾AIP法是使用圖3的成膜裝置100的電弧式蒸發(fā)源14部分為圖4、5所示的構(gòu)成的裝置(以下適當(dāng)?shù)胤Q作過(guò)濾成膜裝置)進(jìn)行的。過(guò)濾成膜裝置在電弧式蒸發(fā)源14前方具有具備由多個(gè)電磁線圈41構(gòu)成的磁感應(yīng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)管。通過(guò)具有具備磁感應(yīng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)管，就可以用導(dǎo)管捕捉相對(duì)于靶表面容易以很小的角度放出的金屬粒子。其結(jié)果是，可以僅將離子化了的靶原子利用磁場(chǎng)向基材Ia引導(dǎo)。電弧式蒸發(fā)源14的導(dǎo)管的形狀既可以如圖4所示為直線形狀(直線型電弧式蒸發(fā)源)，也可以如圖5所示為彎曲成90°的形狀(90°彎曲型電弧式蒸發(fā)源)。另外，還可以是彎曲成90°以上的形狀。雖然以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，然而本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，可以在不脫離技術(shù)方案的范圍中所記載的本發(fā)明的主旨的范圍中適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)變更。實(shí)施例下面，對(duì)于本發(fā)明的剪切用模具及其制造方法，將確認(rèn)了本發(fā)明的效果的實(shí)施例 (試驗(yàn)材料No. 2、4、6、8 10、13 21、23、24、沈 46)與不滿足本發(fā)明的要件的比較例 (試驗(yàn)材料No. 1、3、5、7、11、12、22、25)對(duì)比而具體地加以說(shuō)明。〈試驗(yàn)材料的制作〉使用圖3所示的成膜裝置(在表中為普通電弧)、搭載有圖4所示的直線型電弧式蒸發(fā)源的成膜裝置(在表中為過(guò)濾1)、搭載有圖5所示的90°彎曲型電弧式蒸發(fā)源的成膜裝置(在表中為過(guò)濾幻、或空心陰極型成膜裝置(在表中為HCD)，在包含模具鋼 (JIS-SKD1UHRC60)的基材上，形成表1 3所示的硬質(zhì)被膜。作為膜形成方法，首先，將基材設(shè)置于成膜裝置中，在以達(dá)到lX10_3Pa以下的方式將小室內(nèi)排氣后，將基材加熱到400°C。其后，實(shí)施使用了 Ar離子的濺射，在將氮?dú)鈱?dǎo)入小室直至達(dá)到4 后，以150A的電流值實(shí)施電弧放電，在基材上形成硬質(zhì)被膜。而且，在形成硬質(zhì)被膜后，對(duì)于一部分的試驗(yàn)材料，利用研磨裝置實(shí)施了研磨。另外，在形成硬質(zhì)被膜前，對(duì)于一部分的試驗(yàn)材料，形成了 CrN膜。在膜形成后或研磨結(jié)束后，進(jìn)行了硬質(zhì)被膜的組成、金屬粒子數(shù)(個(gè))、最大高度 (Rp)、硬度(GPa)的測(cè)定以及剪切試驗(yàn)?！礈y(cè)定方法〉通過(guò) EPMA(electron Probe Micro Analyzer)測(cè)定硬質(zhì)被膜的組成。對(duì)于金屬粒子數(shù)，在形成于試驗(yàn)材料(剪切用模具)的曲面的區(qū)域、和從與上述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的曲面的終端起沿著基材的面直到300 μ m的區(qū)域中的硬質(zhì)被膜的表面中，任意地選擇10處IOmm的長(zhǎng)度的線段。此后，使用400倍的光學(xué)顯微鏡照片，觀察從該線段沿與曲面垂直的方向切斷的硬質(zhì)被膜的截面，計(jì)數(shù)在該截面中露出的直徑為20 μ m 以上的金屬粒子。此后，算出該10處的金屬粒子數(shù)的平均值，將該平均值作為金屬粒子數(shù)。硬度(維氏硬度)是使用維氏壓頭，在載荷25gf、保持時(shí)間15秒的條件下測(cè)定的。最大高度(Rp)是使用Sloan公司的探針式的表面粗糙度計(jì)(DEKTAK6M)，以Imm的掃描距離計(jì)測(cè)的。〈試驗(yàn)方法〉使用以上述方法制作的試驗(yàn)材料(直線刀刃)，進(jìn)行了拉伸強(qiáng)度980MPa、厚度2mm、 寬度IOOmm的高強(qiáng)度鋼板的剪切試驗(yàn)。剪切試驗(yàn)是利用配置于鋼板的上下的一對(duì)試驗(yàn)材料剪切鋼板的試驗(yàn)，是在將行程次數(shù)設(shè)為90spm、將試驗(yàn)材料的間隙(clearance)設(shè)為鋼板的板厚的10% (0. 2mm)的條件下進(jìn)行的。而且，試驗(yàn)材料的剪切截面的尺寸是150mm(切斷鋼材的方向的長(zhǎng)度)X 100mm。〈評(píng)價(jià)方法〉對(duì)于評(píng)價(jià)方法，每隔一定時(shí)間觀察剪切面(鋼板接觸的部分全域)的損傷，將在該部位產(chǎn)生200 μ m以上的損傷的時(shí)間點(diǎn)判斷為試驗(yàn)材料的壽命。
對(duì)于評(píng)價(jià)方法，將壽命(產(chǎn)生損傷前的行程次數(shù))為35000以上的情況評(píng)價(jià)為良好，將小于35000的情況評(píng)價(jià)為不良。而且，表1所示的所有試驗(yàn)材料以使最大高度(Rp)達(dá)到0.6 0.8μπι的方式進(jìn)行了研磨。另外，表2所示的所有的試驗(yàn)材料的金屬粒子數(shù)達(dá)到2個(gè)以下。另外，表3所示的所有試驗(yàn)材料以使最大高度(Rp)達(dá)到0.5ym以下的方式進(jìn)行了研磨，并且金屬粒子數(shù)為2個(gè)以下。
權(quán)利要求
1.一種剪切用模具，其是包含一對(duì)基材并用于利用該基材來(lái)剪切配置于其間的板材的剪切用模具，其特征在于，所述基材中的至少一個(gè)包含鋼、超硬合金或陶瓷，并且該至少一個(gè)基材具備用于剪切所述板材的曲面的形狀的刀尖、和與所述曲面連續(xù)并且與所述板材的表面相對(duì)的面，在該至少一個(gè)基材的表面中的至少所述曲面的區(qū)域、和從與所述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的所述曲面的終端起沿著所述基材的面直到300 μ m的區(qū)域，具備利用電弧離子鍍法形成的硬質(zhì)被膜，所述硬質(zhì)被膜含有Al和選自Ti及Cr的一種以上，并且膜厚為1 μ m以上5 μ m以下， 還在形成于所述曲面的區(qū)域、和從與所述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的所述曲面的終端起沿著所述基材的面直到300 μ m的區(qū)域的所述硬質(zhì)被膜的表面，存在于長(zhǎng)IOmm的線段上的直徑 20 μ m以上的金屬粒子的個(gè)數(shù)為2個(gè)以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剪切用模具，其特征在于，所述硬質(zhì)被膜的表面的作為表面粗糙度的參數(shù)的最大高度Rp為1. 0 μ m以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剪切用模具，其特征在于，所述硬質(zhì)被膜包含(TiaCrbAl。Sid) (CVxNx)，滿足0彡a彡0. 3 0. 1 彡 b 彡 0. 5 0. 3 彡 c 彡 0. 7 0彡d彡0. 2 a+b+c+d = 1 0. 7彡χ彡1a表示Ti的原子比，b表示Cr的原子比，c表示Al的原子比，d表示Si的原子比，χ表示N的原子比。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的剪切用模具，其特征在于，所述硬質(zhì)被膜包含(TiaCrbAl。Sid) (CVxNx)，滿足0彡a彡0. 3 0. 1 彡 b 彡 0. 5 0. 3 彡 c 彡 0. 7 0彡d彡0. 2 a+b+c+d = 1 0. 7彡χ彡1a表示Ti的原子比，b表示Cr的原子比，c表示Al的原子比，d表示Si的原子比，χ表示N的原子比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剪切用模具，其特征在于，在所述硬質(zhì)被膜與所述基材之間， 還具備Iym以上5 μπι以下的CrN膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的剪切用模具，其特征在于，在所述硬質(zhì)被膜與所述基材之間， 還具備1 μ m以上5 μ m以下的CrN膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的剪切用模具，其特征在于，在所述硬質(zhì)被膜與所述基材之間， 還具備1 μ m以上5 μ m以下的CrN膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的剪切用模具，其特征在于，在所述硬質(zhì)被膜與所述基材之間， 還具備1 μ m以上5 μ m以下的CrN膜。
9.一種剪切用模具的制造方法，其是包含一對(duì)基材并用于利用該基材剪切配置于其間的板材的剪切用模具的制造方法，其特征在于，所述基材中的至少一個(gè)包含鋼、超硬合金或陶瓷，并且該至少一個(gè)基材具備用于剪切所述板材的曲面的形狀的刀尖、和與所述曲面連續(xù)并且與所述板材的表面相對(duì)的面，包括如下的工序在該至少一個(gè)基材的表面中的至少所述曲面的區(qū)域、和從與所述板材的表面相對(duì)的一側(cè)的所述曲面的終端起沿著所述基材的面直到300μπι的區(qū)域，利用過(guò)濾電弧離子鍍法形成含有Al和選自Ti及Cr的一種以上的硬質(zhì)被膜。
全文摘要
本發(fā)明提供實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽命化的剪切用模具及其制造方法。本發(fā)明提供一種剪切用模具(1)，是包含一對(duì)基材并用于利用該基材來(lái)剪切配置于其間的板材的剪切用模具(1)，其特征在于，在所述基材中的至少一個(gè)表面中的至少曲面的區(qū)域、和從與所述板材(2)的表面相對(duì)的一側(cè)的所述曲面的終端起沿著所述基材的面直到300μm的區(qū)域中，具備利用電弧離子鍍法形成的硬質(zhì)被膜，所述硬質(zhì)被膜含有Al和選自Ti及Cr中的一種以上，并且膜厚為1μm以上、5μm以下，此外，在形成于所述曲面的區(qū)域、和從與所述板材(2)的表面相對(duì)的一側(cè)的所述曲面的終端起沿著所述基材的面直到300μm的區(qū)域中的所述硬質(zhì)被膜的表面，存在于長(zhǎng)10mm的線段上的直徑20μm以上的金屬粒子的個(gè)數(shù)為2個(gè)以下。
文檔編號(hào)C23C14/06GK102310226SQ20111017489
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者吉田潤(rùn)二, 山本兼司, 林田康宏 申請(qǐng)人:日本高周波鋼業(yè)株式會(huì)社, 株式會(huì)社神戶制鋼所