專利名稱：金屬部件的沖壓加工方法以及沖壓加工用模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拉深加工、彎曲加工、鍛造加工等金屬部件的沖壓加工方法以及在該沖壓加工中使用的沖壓加工用模具。
背景技術(shù)：
以往，在由鈦、鎂、鋁這樣的金屬形成的部件(以下稱為“金屬部件”)的沖壓加工、 樹脂制品、橡膠制品等的成形加工中使用模具。當(dāng)使用模具進(jìn)行沖壓加工或成形加工時(shí)，謀求模具與金屬部件或橡膠制品等之間的潤(rùn)滑性或脫模性(剝離容易度)，期望模具容易從金屬部件或樹脂制品等剝離。以往，關(guān)于使模具容易從金屬部件或樹脂制品等剝離的技術(shù)，例如公知有如下的技術(shù)在模具形成DLC(類金剛石碳)等硬質(zhì)膜的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)1)、或者是涂敷氟樹脂涂料等從而在模具形成氟樹脂膜的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)2、3、4)。由于氟樹脂膜柔軟、且容易因反復(fù)使用模具而產(chǎn)生剝離或損傷，因此，在專利文獻(xiàn)2 4所記載的技術(shù)中， 提高了氟樹脂膜的耐久性。[專利文獻(xiàn)1]日本特開2003-1M418號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本特開2004-74646號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]日本特開平9-193164號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]日本特開平5-M5848號(hào)公報(bào)根據(jù)專利文獻(xiàn)2 4所記載的各種現(xiàn)有技術(shù)，能夠提高氟樹脂膜自身的強(qiáng)度。但是，上述現(xiàn)有技術(shù)是以在樹脂制品、橡膠制品等的成形加工中使用的模具作為對(duì)象的技術(shù)，難以應(yīng)用于在拉深加工、彎曲加工、鍛造加工這樣的金屬部件的沖壓加工中使用的模具。在樹脂制品、橡膠制品等的成形加工中使用的模具作為使樹脂等流入由模具形成的空間(間隙)從而形成期望的形狀的所謂的型箱使用。例如，當(dāng)形成為如圖19所示的模具100、101時(shí)，在這些模具100、101中，在與樹脂等接觸的內(nèi)側(cè)部分的表面形成有氟樹脂膜102。這樣，該氟樹脂膜102從樹脂103承受與模具100、101的內(nèi)側(cè)表面交叉的方向的壓力(垂直力)Π。另一方面，作為在金屬部件的沖壓加工中使用的模具，存在如圖20所示的模具 200、201、202。當(dāng)使用上述模具200、201、202進(jìn)行金屬部件203的彎曲加工時(shí)，模具202沿著箭頭P的方向移動(dòng)，但是，此時(shí)，模具200、201、202被強(qiáng)力地按壓于金屬部件203的表面、 或者刮蹭金屬部件203的表面。因此，模具200、201、202不僅從金屬部件203承受與模具的表面交叉的方向的壓力f2、還承受沿著表面的方向的剪切力f3。與表面交叉的方向的壓力f2相對(duì)于氟樹脂膜以將該氟樹脂膜按壓于模具的表面的方式發(fā)揮作用，但是，沿著表面的方向的剪切力f3相對(duì)于氟樹脂膜以沿著模具的表面削掉氟樹脂膜的方式發(fā)揮作用。因此，即便像現(xiàn)有技術(shù)那樣在模具200、201、202的表面形成有提高了強(qiáng)度的氟樹脂膜，由于作用有像剪切力f3這樣的沿著表面的方向的強(qiáng)力的剪切力，氟樹脂膜容易在沿著模具的表面的方向被削掉、且氟樹脂膜容易從模具的表面快速剝離。因此，在為了使模具與金屬部件之間的潤(rùn)滑性或脫模性變好而以氟樹脂膜作為覆膜 (潤(rùn)滑覆膜)的模具中，存在無(wú)法反復(fù)進(jìn)行沖壓加工的課題。另一方面，即便是在金屬部件中，由于由純鈦或鈦合金形成的金屬部件(以下稱為“鈦部件”)、由鎂合金形成的金屬部件(以下稱為“鎂合金部件”)容易產(chǎn)生與模具之間的熔敷，因此，以往使用潤(rùn)滑油等潤(rùn)滑劑進(jìn)行沖壓加工，在不使用潤(rùn)滑劑的干燥環(huán)境下進(jìn)行加工是極其困難的。為了在不使用潤(rùn)滑劑的狀態(tài)下在干燥環(huán)境下對(duì)鈦部件或鎂合金部件進(jìn)行沖壓加工，期望以氟樹脂膜作為潤(rùn)滑覆膜來(lái)形成模具。但是，如前面所述，氟樹脂膜缺乏耐久性，在形成有氟樹脂膜的模具中，無(wú)法反復(fù)進(jìn)行沖壓加工，因此，以往通過(guò)使用特氟隆片(特氟隆是注冊(cè)商標(biāo))等片狀部件進(jìn)行干燥環(huán)境下的加工。在這種干燥環(huán)境下的加工中，例如存在如下的課題在進(jìn)行拉深加工的情況下，無(wú)法反復(fù)進(jìn)行拉深、無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜的形狀的加工等，在加工中伴隨著制約，且成本變高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于，在金屬部件的沖壓加工方法以及在該沖壓加工中使用的沖壓加工用模具中，即便以氟樹脂膜作為潤(rùn)滑覆膜，也能夠提高模具的耐久性，以便能夠反復(fù)進(jìn)行沖壓加工，并且，對(duì)于鈦部件或鎂合金部件這樣的加工困難的金屬部件(難加工金屬部件)，即便不使用特氟隆片等片狀部件，也能夠進(jìn)行干燥環(huán)境下的加工。為了解決上述課題，本發(fā)明所涉及的金屬部件的沖壓加工方法是使用模具進(jìn)行的金屬部件的沖壓加工方法，其特征在于，在模具的表面中的與金屬部件接觸的部分的至少一部分形成微細(xì)凹凸部，該微細(xì)凹凸部具備微細(xì)的凹凸、且最大表面粗糙度在3 μ m以上 25μπι以下，在微細(xì)凹凸部形成氟樹脂膜，以制造沖壓加工用模具，該氟樹脂膜的厚度比最大表面粗糙度小，以使氟樹脂膜與金屬部件直接接觸的方式使用沖壓加工用模具進(jìn)行沖壓加工。在該沖壓加工方法中，由于在沖壓加工用模具的表面形成有微細(xì)凹凸部，因此模具的表面積擴(kuò)大，并且，由于在該微細(xì)凹凸部的表面形成有氟樹脂膜，因此氟樹脂膜會(huì)鉤掛于微細(xì)凹凸部的凹凸，微細(xì)凹凸部維持氟樹脂膜，以便氟樹脂膜不會(huì)沿著表面偏移。并且， 由于氟樹脂膜的厚度比最大表面粗糙度小，因此能夠防止氟樹脂膜僅表面剝離。并且，氟樹脂膜遍及金屬部件的廣范圍與金屬部件直接接觸，能夠?qū)⒛Σ料禂?shù)抑制得低。氟樹脂膜進(jìn)入微細(xì)凹凸部的凹部，從而該氟樹脂膜在沖壓加工時(shí)成為潤(rùn)滑劑。因此，通過(guò)以使氟樹脂膜與金屬部件直接接觸的方式使用沖壓加工用模具進(jìn)行沖壓加工，即便不存在潤(rùn)滑劑或特氟隆片等片狀部件也能夠進(jìn)行難加工金屬部件的沖壓加工。并且，在上述沖壓加工方法中，優(yōu)選當(dāng)模具由硬質(zhì)合金鋼形成時(shí)，以使最大表面粗糙度在3μπ 以上10 μ m以下的方式形成微細(xì)凹凸部，當(dāng)模具由硬質(zhì)合金鋼以外的鋼形成時(shí)，以使最大表面粗糙度在10 μ m以上25 μ m以下的方式形成微細(xì)凹凸部。通過(guò)使最大表面粗糙度在上述的范圍內(nèi)，能夠?qū)⒛Σ料禂?shù)抑制在低的值，且能夠獲得微細(xì)凹凸部對(duì)氟樹脂膜的維持效果。進(jìn)一步，在上述沖壓加工方法中，優(yōu)選當(dāng)反復(fù)進(jìn)行沖壓加工時(shí)，對(duì)微細(xì)凹凸部涂敷氟樹脂。這樣，能夠利用涂敷的氟樹脂對(duì)微細(xì)凹凸部補(bǔ)給在沖壓加工中失去的氟樹脂膜。在上述的沖壓加工方法中，優(yōu)選在溫度范圍設(shè)定為從10°C到氟樹脂的連續(xù)使用最高溫度的范圍的從常溫到溫?zé)釁^(qū)域中進(jìn)行沖壓加工。在該溫度范圍內(nèi)，特別是鈦部件或鎂部件的延展性提高，成形變得容易。進(jìn)而，本發(fā)明提供一種在金屬部件的沖壓加工中使用的沖壓加工用模具，其特征在于，沖壓加工用模具具有微細(xì)凹凸部，該微細(xì)凹凸部形成于與金屬部件接觸的部分的至少一部分，具備微細(xì)的凹凸，且最大表面粗糙度在3 μ m以上25 μ m以下；以及氟樹脂膜，該氟樹脂膜形成于微細(xì)凹凸部，氟樹脂膜具有比最大表面粗糙度小的厚度。在該模具中，由于在表面形成有微細(xì)凹凸部，因此，模具的表面積擴(kuò)大，由于在該微細(xì)凹凸部的表面形成有氟樹脂膜，因此，氟樹脂膜會(huì)鉤掛于微細(xì)凹凸部的凹凸，微細(xì)凹凸部維持氟樹脂膜，以使氟樹脂膜不會(huì)沿著表面偏移。并且，氟樹脂膜遍及金屬部件的廣范圍與金屬部件直接接觸，能夠?qū)⒛Σ料禂?shù)抑制得低。氟樹脂膜進(jìn)入微細(xì)凹凸部的凹部，從而該氟樹脂膜在沖壓加工時(shí)成為潤(rùn)滑劑。在該沖壓加工用模具的情況下，對(duì)于微細(xì)凹凸部，優(yōu)選當(dāng)模具由硬質(zhì)合金鋼形成時(shí)，微細(xì)凹凸部形成為最大表面粗糙度在3μπι以上ΙΟμπι以下，當(dāng)模具由硬質(zhì)合金鋼以外的鋼形成時(shí)，微細(xì)凹凸部形成為最大表面粗糙度在ΙΟμπι以上25 μ m以下。如以上所詳細(xì)敘述的那樣，根據(jù)本發(fā)明，在金屬部件的沖壓加工方法以及在該沖壓加工中使用的沖壓加工用模具中，即便以氟樹脂膜作為潤(rùn)滑覆膜，也能夠提高模具的耐久性，以便能夠反復(fù)進(jìn)行沖壓加工，并且，對(duì)于鈦部件或鎂合金部件這樣的難加工金屬部件，能夠進(jìn)行干加工。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的沖壓加工裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示意性地示出壓料圈的包括微細(xì)凹凸部和氟樹脂膜的表面的剖視圖，是沿著圖3的2-2線的剖視圖。圖3是示意性地示出壓料圈的表面的俯視圖。圖4是示意性地示出壓料圈的微細(xì)凹凸部和氟樹脂膜與金屬板之間的接觸部分的剖視圖。圖5是示意性地示出沖壓加工時(shí)氟樹脂膜變形的情形的剖視圖。圖6是示意性地示出沖壓加工后的微細(xì)凹凸部和氟樹脂膜的剖視圖。圖7是示意性地示出其它的微細(xì)凹凸部和氟樹脂膜的剖視圖。圖8是示意性地示出沖壓加工用模具的制造工序的側(cè)視圖，(A)示出制造前的模具，(B)示出在表面形成微細(xì)凹凸部之后的模具，(C)示出在微細(xì)凹凸部的表面形成氟樹脂膜之后的模具。圖9是示出以拉深加工制造的成型品的一例的照片。圖10示出研究最大表面粗糙度為0. 5μπι的情況下的摩擦系數(shù)的變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，(A)示出利用顯微鏡拍攝基材表面的照片，(B)是研究摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。圖11示出研究最大表面粗糙度為5μπι的情況下的摩擦系數(shù)的變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，(A)示出利用顯微鏡拍攝基材表面的照片，⑶是研究摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。圖12示出研究最大表面粗糙度為14. 8 μ m的情況下的摩擦系數(shù)的變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，(A)示出利用顯微鏡拍攝基材表面的照片，(B)是研究摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。圖13示出研究最大表面粗糙度為33 μ m的情況下的摩擦系數(shù)的變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，
(A)示出利用顯微鏡拍攝基材表面的照片，⑶是研究摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。圖14示出用于確認(rèn)耐久性提高的情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，(A)示出利用不使用底涂料的氟樹脂涂覆技術(shù)形成氟樹脂膜的情況，⑶示出形成由PTFE構(gòu)成的氟樹脂膜的情況，(C)示出利用一次涂覆形成氟樹脂膜的情況。圖15是示出試驗(yàn)片(TF50)的摩擦系數(shù)上升之前的原來(lái)的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。圖16(A)是示出試驗(yàn)片(TF50)的摩擦系數(shù)上升之后以200N(5分鐘)進(jìn)行摩擦試驗(yàn)時(shí)的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖，(B)是示出再涂裝之后的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。圖17㈧是示出再涂裝之前的其它的試驗(yàn)片(TF50)的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖，
(B)是示出進(jìn)行再涂裝之后的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。圖18(A)是僅一部分的頂部未被氟樹脂膜覆蓋而露出時(shí)的模具表面的照片，(B) 是更多的頂部未被氟樹脂膜覆蓋而露出時(shí)的模具表面的照片。圖19是示出以往的樹脂成型用的模具和樹脂的一例的剖視圖。圖20是示出以往的沖壓加工用的模具和金屬部件的一例的剖視圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1...沖模；2...壓料圈；3...沖頭；5...氟樹脂膜；10...沖壓加工裝置； 11...金屬板；IaJa...微細(xì)凹凸部；PI、P3、P5、P7、P9、Pll...頂部；P2、P4、P6、P8、 P10...底部。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)同一要素標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)，并省略重復(fù)說(shuō)明。(沖壓加工裝置的構(gòu)造)首先，參照?qǐng)D1對(duì)沖壓加工裝置10進(jìn)行說(shuō)明。圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的沖壓加工裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖。沖壓加工裝置10是用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的沖壓加工方法的裝置，是利用干沖壓(dry press)進(jìn)行金屬部件的沖壓加工的裝置。另外，在本實(shí)施方式中，所謂沖壓加工意味著借助機(jī)械使用模具等工具對(duì)金屬部件進(jìn)行變形加工，并意味著剪切、拉深、彎曲、鼓凸、鍛造、擠壓、壓印這樣的所有的塑性加工。并且，所謂干沖壓意味著不使用任何潤(rùn)滑劑和特氟隆片等片狀部件的干燥環(huán)境下的沖壓加工。如圖1所示，沖壓加工裝置10具有本發(fā)明所涉及的作為沖壓加工用模具的沖模1、 壓料圈(blank holder) 2、以及沖頭3。沖壓加工裝置10是對(duì)夾持在沖模1和壓料圈2之間的板狀的金屬部件亦即金屬板11進(jìn)行沖壓加工，從而將其加工成期望的成形品的裝置。沖模1和壓料圈2分別具有微細(xì)凹凸部IaJa和氟樹脂膜5，該氟樹脂膜5作為潤(rùn)滑覆膜而形成。在圖1中，在沖模1和壓料圈2的帶有點(diǎn)的部分形成有微細(xì)凹凸部h、2a，且在微細(xì)凹凸部IaJa的表面形成有氟樹脂膜5。在沖壓加工裝置10中，進(jìn)行干沖壓，當(dāng)進(jìn)行沖壓加工時(shí)，不使用任何潤(rùn)滑劑和特氟隆片等片狀部件，因此，沖模1和壓料圈2直接與金屬板11接觸。在沖壓加工裝置10中，在沖壓加工所使用的模具中，與金屬板11接觸的部分的主要結(jié)構(gòu)分為沖模1、壓料圈2、以及沖頭3。其中，對(duì)于沖模1和需要坯料抑制力的壓料圈2 來(lái)說(shuō)，氟樹脂膜5是必須的。沖頭3需要具有摩擦保持力，因此不需要氟樹脂膜5。由于這種原因，如圖1所示，沖模1在沖壓加工開始時(shí)刻與金屬板11接觸的部分及其周圍形成有微細(xì)凹凸部Ia和氟樹脂膜5，壓料圈2在沖壓加工開始時(shí)刻與金屬板11接觸的部分形成有微細(xì)凹凸部加和氟樹脂膜5。如前面所述，微細(xì)凹凸部IaJa形成于沖模1和壓料圈2的各自的表面的一部分。 當(dāng)進(jìn)行沖壓加工時(shí)，沖模1和壓料圈2的各自的表面整體中的一部分與金屬板11接觸，但是，在與金屬板11接觸的部分中、在沖壓加工中從金屬板11受到強(qiáng)力的力的部分形成有微細(xì)凹凸部la、2a。微細(xì)凹凸部IaJa具有很細(xì)微、以至于用肉眼無(wú)法明確地識(shí)別其形狀和大小的程度的凹凸，即具有十分細(xì)小、不規(guī)則、且復(fù)雜地交錯(cuò)的凹凸。如圖2所示，所謂微細(xì)凹凸部 2a(la也同樣)的凹凸意味著大小、間隔分散且無(wú)規(guī)則性的表面的坑洼，包括許多后述的頂部、底部、以及凹部。此處，圖2是示意性地示出壓料圈2的包括微細(xì)凹凸部加和氟樹脂膜 5的表面的剖視圖，是沿著圖3的2-2線的剖視圖，圖3是示意性地示出壓料圈2的表面的俯視圖。另外，在圖2、圖3中使出了壓料圈2的微細(xì)凹凸部2a，但是，雖然并未圖示，沖模 1的微細(xì)凹凸部Ia也具有與微細(xì)凹凸部加同樣的構(gòu)造。微細(xì)凹凸部加具有包括多個(gè)頂部P1、P3、P5、P7、P9、P11在內(nèi)的許多頂部以及包括多個(gè)底部P2、P4、P6、P8、PlO在內(nèi)的許多底部。該微細(xì)凹凸部加(微細(xì)凹凸部Ia也同樣)是通過(guò)對(duì)壓料圈2 (沖模)1的表面實(shí)施噴砂處理等表面處理以使其最大表面粗糙度(在本實(shí)施方式中也可以稱為最大高度粗糙度RZ，詳細(xì)情況后述)在3 μ m以上25 μ m以下而形成的。另外，在微細(xì)凹凸部加中，所謂頂部意味著比形成微細(xì)凹凸部加的高度的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)線還朝外側(cè)突出的部分的前端及其周圍，所謂底部意味著比基準(zhǔn)線還朝內(nèi)側(cè)凹陷的部分的前端及其周圍，所謂凹部意味著除了頂部以外的部分。所謂最大表面粗糙度是指，例如在圖2所示的微細(xì)凹凸部加中，使用多個(gè)頂部中的最大程度地朝外側(cè)突出的頂部(在圖2中為頂部K)與多個(gè)底部中的最大程度地凹陷的底部(在圖2中為底部P4)之間的高度的差hi評(píng)價(jià)的表面粗糙度。即，所謂最大表面粗糙度(最大高度粗糙度Rz)為3. 0 μ m意味著hi為3. 0 μ m。作為表面粗糙度，也存在取多個(gè)底部或者頂部Pl Pll的高度的差的平均值而進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，但是，在本實(shí)施方式中采用最大高度粗糙度Rz。沖模1和壓料圈2使用鋼等金屬形成，但是，為了使凹部成為一定程度的大小，需要使最大表面粗糙度為一定程度的大小。通過(guò)在沖模1和壓料圈2的表面形成微細(xì)凹凸部la、2a，如圖2所示，會(huì)在沖模1 和壓料圈2的表面呈現(xiàn)多個(gè)大小或形狀不規(guī)則的凹部，氟樹脂膜5的一部分以將該凹部完全堵塞的方式進(jìn)入凹部中。
優(yōu)選使進(jìn)入凹部的氟樹脂膜5的體積為一定程度的大小，并且，為了將微細(xì)凹凸部加的凹凸形成為復(fù)雜地交錯(cuò)的構(gòu)造，至少使最大表面粗糙度在3 μ m以上。另一方面， 如果增大最大表面粗糙度則進(jìn)入凹部的氟樹脂膜5的體積也增加，但是，由于微細(xì)凹凸部加在沖壓加工中會(huì)從金屬板11受到強(qiáng)力的力，因此，如果最大表面粗糙度變大以至于超過(guò) 25 μ m的話，則從基準(zhǔn)線L突出的部分容易在沖壓加工中折斷或碎裂，因此并不是優(yōu)選的。 并且，存在沖模1與壓料圈2的摩擦系數(shù)變得過(guò)高的可能性。因此，優(yōu)選使微細(xì)凹凸部la、2a的最大表面粗糙度在3μπι以上25μπι以下。例如，當(dāng)使用硬質(zhì)合金鋼以外的鋼制造沖模1和壓料圈2時(shí)，優(yōu)選使最大表面粗糙度為稍大的 IOym以上25μπι以下，特別地，從后述的實(shí)施例來(lái)看，更加優(yōu)選使最大表面粗糙度大約為 14. 8 μ m 15 μ m。并且，由于硬質(zhì)合金鋼比硬質(zhì)合金鋼以外的鋼硬且堅(jiān)固，因此，當(dāng)使用硬質(zhì)合金鋼制造沖模1和壓料圈2時(shí)，優(yōu)選使最大表面粗糙度為稍小的3 μ m以上10 μ m以下。其次，在微細(xì)凹凸部la、2a的各自的表面形成氟樹脂膜5。氟樹脂膜5具有如下的厚度上述厚度是微細(xì)凹凸部Iada所包括的許多頂部中的僅一部分未被氟樹脂膜5覆蓋而露出的厚度。在微細(xì)凹凸部加的情況下，如圖3所示，氟樹脂膜5具有如下的厚度上述厚度是使多個(gè)頂部P1、P3、P5、P7、P9、P11中的僅最大程度地突出的頂部P5露出、其它的頂部全都被覆蓋的厚度。因此，氟樹脂膜5具有比微細(xì)凹凸部la、2a的各自的最大表面粗糙度稍小的厚度。氟樹脂膜5形成為，該氟樹脂膜5以與微細(xì)凹凸部IaJa的表面密合、且堵塞所有的凹部的方式進(jìn)入凹部。氟樹脂膜5例如能夠通過(guò)涂覆聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基烷烴(PFA)等氟樹脂形成。在本實(shí)施方式中，考慮氟樹脂的直接涂覆和氟樹脂容易剝離的情況，通過(guò)在微細(xì)凹凸部la、2a的表面涂覆混合了底涂料的混合氟樹脂來(lái)形成氟樹脂膜5 (詳細(xì)情況后述)。(沖壓加工裝置的動(dòng)作內(nèi)容)接著，參照?qǐng)D1和圖4 圖7對(duì)具有以上結(jié)構(gòu)的沖壓加工裝置10的動(dòng)作內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。圖4是示意性地示出壓料圈2的微細(xì)凹凸部加和氟樹脂膜5與金屬板11之間的接觸部分的剖視圖，圖5是示意性地示出進(jìn)行沖壓加工時(shí)氟樹脂5變形的情形的剖視圖。并且，圖6是示意性地示出沖壓加工之后的微細(xì)凹凸部加和氟樹脂膜5的剖視圖，圖7是示意性地示出其它的氟樹脂膜和微細(xì)凹凸部加的剖視圖。在沖壓加工裝置10中，例如利用沖模1和壓料圈2以直接接觸的方式夾持圓形狀的金屬板11，并通過(guò)從其一側(cè)利用未圖示的液壓裝置將沖頭3按壓于金屬板11而進(jìn)行沖壓加工。伴隨著沖頭3的進(jìn)入，金屬板11被按壓而變形。此時(shí)，金屬板11被強(qiáng)力地按壓于沖模1和壓料圈2，并一邊在沖頭3的進(jìn)入方向移動(dòng)一邊變形。于是，氟樹脂膜5形成為僅最大程度地突出的頂部P5露出的厚度，其它的頂部全都被氟樹脂膜5覆蓋。因此，氟樹脂膜5遍及金屬板11的廣范圍與金屬板11直接接觸，從而能夠?qū)_模1和壓料圈2與金屬板11之間的摩擦系數(shù)抑制得低，作為使滑動(dòng)性變好的潤(rùn)滑劑發(fā)揮作用。并且，氟樹脂膜5與微細(xì)凹凸部la、2a的表面密合。沖模1和壓料圈2在表面形
8成有微細(xì)凹凸部la、2a，由此，沖模1和壓料圈2的表面積擴(kuò)大。并且，通過(guò)形成形狀和大小不規(guī)則且復(fù)雜地交錯(cuò)的凹凸，氟樹脂5進(jìn)入形狀和大小不規(guī)則的許多凹部，由此，氟樹脂膜5牢固地鉤掛于微細(xì)凹凸部la、2a的凹凸。因此，微細(xì)凹凸部la、2a發(fā)揮牢固地維持氟樹脂膜5的作用，以免氟樹脂膜5沿著表面偏移。另一方面，由于多個(gè)頂部中的僅頂部P5未被氟樹脂膜5覆蓋而露出，因此，氟樹脂膜5的厚度方向整體由包括頂部P5的任一個(gè)頂部阻擋。當(dāng)進(jìn)行沖壓加工時(shí)，從金屬板11對(duì)氟樹脂膜5作用有沿著壓料圈2的表面的方向的剪切力(圖4的剪切力F2)。該剪切力F2以在沿著沖模1或壓料圈2的方向?qū)⒎鷺渲?5削掉的方式發(fā)揮作用，但是，由于在與剪切力F2的方向交叉的方向形成有凹部和頂部，因此，凹部和頂部會(huì)阻礙基于剪切力F2的氟樹脂膜5的移動(dòng)，阻止氟樹脂膜5的剝離。此外，微細(xì)凹凸部Iada形成為大小和形狀不規(guī)則且復(fù)雜地交錯(cuò)的構(gòu)造，并且，如圖2所示，在一個(gè)一個(gè)的凹部的表面也形成有細(xì)小的凹凸。因此，氟樹脂膜5與微細(xì)凹凸部 la、2a密合的程度比形成規(guī)則的凹凸的情況下的密合的程度高。因此，當(dāng)進(jìn)行沖壓加工時(shí)，氟樹脂膜5容易停留于沖模1和壓料圈2的表面，結(jié)果， 氟樹脂膜5有效地發(fā)揮用于抑制在與金屬板11之間產(chǎn)生的摩擦系數(shù)的作為潤(rùn)滑劑的功能。 因此，對(duì)于沖模1和壓料圈2，即便氟樹脂膜5是軟質(zhì)的潤(rùn)滑覆膜，也能夠反復(fù)進(jìn)行沖壓加工，耐久性高。此處，如圖7所示，考慮在模具的表面形成具備如下的厚度的氟樹脂膜105的情況，所述厚度是覆蓋包括頂部P5在內(nèi)的所有的頂部的程度的厚度(即、比最大表面粗糙度大的厚度)。在該模具的情況下，氟樹脂膜105中的一部分未進(jìn)入凹部，形成伸出至外側(cè)的表層部106 (圖7的帶點(diǎn)的部分)。由于表層部106在沿著表面的方向不存在任何頂部，因此無(wú)法受到任何基于頂部的維持。因此，當(dāng)進(jìn)行沖壓加工時(shí)，當(dāng)承受沿著表面的方向的剪切力時(shí)，會(huì)簡(jiǎn)單地剝離。雖然如果在沖模1和壓料圈2的表面形成有微細(xì)凹凸部la、2a，則可期待相對(duì)于氟樹脂膜5的維持效果，但是，如果不將所形成的氟樹脂膜的厚度形成為頂部中的僅一部分頂部露出的厚度的話，則氟樹脂膜難以發(fā)揮作為潤(rùn)滑劑的功能，容易產(chǎn)生浪費(fèi)，因此并不是優(yōu)選的。另一方面，如圖4所示，當(dāng)進(jìn)行沖壓加工時(shí)，微細(xì)凹凸部IaJa和氟樹脂膜5從金屬板11承受與微細(xì)凹凸部la、2a的表面交叉的方向的壓力F1，同時(shí)，還承受沿著表面的方向的剪切力F2。由于氟樹脂膜5柔軟，因此，氟樹脂膜5借助壓力Fl和剪切力F2例如以圖 5所示的方式變形，進(jìn)入凹部的部分中的上側(cè)的部分比下側(cè)的部分相對(duì)地難以由凹部阻擋。例如，如圖2所示，對(duì)于進(jìn)入凹部2b中的部分的氟樹脂膜5，越靠上側(cè)的部分則頂部P1、P3和底部P2之間的間隔變寬從而相對(duì)于微細(xì)凹凸部la、2a的表面的密合的程度降低，更容易從金屬板11承受壓力Fl和剪切力F2。因此，存在由于沖壓加工而使氟樹脂膜5 的一部分在沿著微細(xì)凹凸部la、2a的表面的方向剝離的情況。結(jié)果，如圖6所示，氟樹脂膜5的厚度稍稍變薄，除了頂部P5之外，突出程度次于頂部P5的突出的頂部P3、P7露出。然而，既便如此，在鄰接的兩個(gè)頂部之間，氟樹脂膜5與微細(xì)凹凸部Iada的表面密合并進(jìn)入凹部而殘留。殘留在該凹部中的氟樹脂膜5在沖壓加工中通過(guò)壓力Fl變形而進(jìn)入微細(xì)凹凸部la、2a的表面與金屬板11之間，使雙方的摩擦系數(shù)下降，作為使滑動(dòng)性變好的潤(rùn)滑劑發(fā)揮作用。因此，通過(guò)使用沖模1和壓料圈2，能夠在潤(rùn)滑性高的狀態(tài)下反復(fù)進(jìn)行金屬板11的沖壓加工。這樣，由于沖壓加工裝置10充分地活用基于氟樹脂膜5的潤(rùn)滑性的優(yōu)良性并進(jìn)行干沖壓，因此，對(duì)于鈦部件或鎂合金部件這樣的容易產(chǎn)生與模具之間的熔敷的金屬部件的沖壓加工是極其良好的。另一方面，當(dāng)利用沖壓加工裝置10反復(fù)進(jìn)行金屬板11的沖壓加工時(shí)，進(jìn)入凹部的氟樹脂膜5逐漸喪失。于是，潤(rùn)滑劑逐漸減少，因此，沖模1和壓料圈2與金屬板11之間的摩擦系數(shù)上升，會(huì)產(chǎn)生特別是對(duì)于鈦部件或鎂合金部件這樣的容易產(chǎn)生與模具之間的熔敷的金屬部件的沖壓加工并不優(yōu)選的事態(tài)。當(dāng)反復(fù)進(jìn)行這種沖壓加工時(shí)，優(yōu)選當(dāng)摩擦系數(shù)超過(guò)某一確定的規(guī)定值時(shí)，利用噴霧器(spray)噴霧液狀的氟樹脂等從而在沖模1和壓料圈2的至少微細(xì)凹凸部la、2a的表面涂敷氟樹脂。這樣，利用噴霧的氟樹脂對(duì)微細(xì)凹凸部Iada補(bǔ)給在反復(fù)的沖壓加工中失去的氟樹脂膜5，因此能夠使基于氟樹脂膜5的潤(rùn)滑性恢復(fù)。這樣，在沖壓加工裝置10中， 能夠進(jìn)一步反復(fù)進(jìn)行金屬部件的沖壓加工。另外，對(duì)于該情況下的規(guī)定值，從后述的實(shí)施例來(lái)看，可以是大約0.2。特別地，當(dāng)利用沖壓加工裝置10進(jìn)行鈦部件或鎂部件的沖壓加工時(shí)，優(yōu)選在溫度范圍設(shè)定為從10°c到氟樹脂的連續(xù)使用最高溫度)的范圍內(nèi)的從常溫到溫?zé)?冷與熱之間的溫度)區(qū)域中進(jìn)行沖壓加工。這是因?yàn)?，在該溫度范圍中，特別是鈦部件或鎂部件的延展性高，成形變得容易。(沖壓加工用模具的制造方法)其次，作為沖壓加工用模具的制造方法，參照?qǐng)D8以上述的壓料圈2的制造方法為例進(jìn)行說(shuō)明。圖8是示意性地示出沖壓加工用模具的制造工序的側(cè)視圖，(A)示出制造前的模具，(B)示出在表面形成微細(xì)凹凸部之后的模具，(C)示出在微細(xì)凹凸部的表面形成氟樹脂膜之后的模具。如圖8(A)所示，當(dāng)制造沖模1和壓料圈2時(shí)，首先使用鋼等金屬形成期望的形狀的模具22。其次，如圖8(B)所示，對(duì)模具22的表面中的與金屬板11接觸的部分的至少一部分實(shí)施噴砂處理從而使表面粗糙化，形成微細(xì)凹凸部加。此時(shí)，當(dāng)模具由硬質(zhì)合金鋼以外的鋼形成時(shí)，使最大表面粗糙度在10 μ m以上25 μ m以下。并且，當(dāng)模具由硬質(zhì)合金鋼形成時(shí)，使最大表面粗糙度在3 μ m以上10 μ m以下。接著，進(jìn)行底涂涂裝，而后進(jìn)行干燥/燒結(jié)。然后，對(duì)模具22反復(fù)進(jìn)行如下的工序從而進(jìn)行氟樹脂的重疊涂敷，所述工序是在進(jìn)行氟樹脂涂裝之后進(jìn)行燒結(jié)/冷卻的工序， 所述氟樹脂涂裝包括彌散涂裝、靜電粉體涂裝、流動(dòng)浸漬涂裝、噴射涂裝等。這樣，如圖8 (C) 所示，在微細(xì)凹凸部加的表面形成厚度比最大表面粗糙度厚的氟樹脂膜5。在該情況下，能夠涂敷底涂料和氟樹脂的混合涂料，但是，也可以在涂敷底涂料之后涂敷氟樹脂。然后，通過(guò)利用沖壓加工裝置10將帶氟樹脂膜15的模具22作為沖模1和壓料圈 2使用來(lái)進(jìn)行預(yù)沖壓、或者利用其他的方法沿著表面將氟樹脂膜15除去而形成上述的氟樹脂膜5。此時(shí)，微細(xì)凹凸部加所包括的多個(gè)頂部中的包括高度最高的頂部在內(nèi)的僅一部分頂部以未被氟樹脂膜5覆蓋的方式露出。通過(guò)執(zhí)行至此為止的工序，能夠制造具備氟樹脂膜5的作為沖壓加工用模具的壓料圈2。
伴隨著沖壓加工的進(jìn)行，模具的表面例如形成為如圖18(A)所示的情況，大部分頂部都被氟樹脂膜5覆蓋、僅一部分的頂部未被氟樹脂膜5覆蓋而露出。當(dāng)進(jìn)一步進(jìn)行沖壓加工時(shí)，氟樹脂膜5沿著其表面被局部剝離，由此，更多的頂部露出。該情況下的沖壓加工用模具的表面例如如圖18(B)所示。其次，對(duì)沖壓加工裝置10所涉及的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在該實(shí)施例中，作為金屬板 11使用由純鈦形成的厚度0. 8mm的板材，通過(guò)對(duì)該板材進(jìn)行深沖加工而將其成形為杯狀。 純鈦即便在常溫下也能夠發(fā)揮充分的延展性、從特性來(lái)看是適于進(jìn)行沖壓加工的金屬材料。但是，由于純鈦是活性金屬，因此，如果以不在沖模1和壓料圈2形成微細(xì)凹凸部 Iada和氟樹脂膜5的狀態(tài)下進(jìn)行沖壓加工的話，則會(huì)產(chǎn)生金屬板11與沖模1之間的熱粘， 難以成形為杯狀。在沖壓加工裝置10中，由于在沖模1和壓料圈2形成有微細(xì)凹凸部la、 2a和氟樹脂膜5，因此，氟樹脂膜5作為潤(rùn)滑劑發(fā)揮作用，結(jié)果，能夠?qū)⒔饘侔?1成形為如圖9所示的杯狀。另一方面，在對(duì)由純鈦形成的金屬板11進(jìn)行沖壓加工的情況下，通過(guò)在金屬板11 的表面形成氧化覆膜、并進(jìn)一步使用熱粘防止效果高的二氧化鉬固體潤(rùn)滑劑，即便是利用未形成微細(xì)凹凸部Iada和氟樹脂膜5的沖模1與壓料圈2也能夠?qū)⒔饘侔?1成形為杯狀。但是，如果形成有氧化覆膜的話，則會(huì)損傷金屬板，并且，在形成氧化覆膜的作業(yè)中也耗費(fèi)成本。殘留有根據(jù)產(chǎn)品的不同而不得不在沖壓加工之后將氧化覆膜剝離的課題，該課題尚未解決。并且，當(dāng)使固體潤(rùn)滑劑分散于油、脂中而進(jìn)行使用時(shí)，需要進(jìn)行清洗。對(duì)于這種課題，通過(guò)使用沖壓加工裝置10，不會(huì)以未解決的狀態(tài)殘留，能夠全部解決。[實(shí)施例2]接著，準(zhǔn)備最大表面粗糙度的大小不同的多個(gè)基材而進(jìn)行研究摩擦系數(shù)的變化的實(shí)驗(yàn)。作為基材準(zhǔn)備4個(gè)由硬質(zhì)合金鋼以外的鋼形成的板狀的基材，在各個(gè)基材形成最大表面粗糙度為0. 5 μ m、5 μ m、14. 8 μ m、33 μ m的4種類型的不同的值的微細(xì)凹凸部，并在各個(gè)基材的表面形成相同的氟樹脂膜5。實(shí)驗(yàn)使用未圖示的球盤式(ball on disc)摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，且每隔5分鐘按照100N、200N、400N、600N、800N、1000N的順序使載荷依次增大。 該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖10 圖13所示。在各圖中，(A)示出利用顯微鏡拍攝基材表面的照片， (B)示出研究摩擦系數(shù)的變化的曲線圖(縱軸為摩擦系數(shù)、橫軸為摩擦距離(m))。如圖10所示，在最大表面粗糙度為0. 5 μ m的情況下，摩擦距離僅幾米摩擦系數(shù)就超過(guò)0. 2。并且，如圖11所示，在最大表面粗糙度為5μπι的情況下，雖然在摩擦距離為50 幾米時(shí)摩擦系數(shù)超過(guò)0.2，但是，在摩擦距離為大約40m時(shí)摩擦系數(shù)還收斂在大約0. 1。進(jìn)一步，如圖12所示，在最大表面粗糙度為14. 8 μ m的情況下，直到摩擦距離為大約60m為止摩擦系數(shù)都一貫收斂在大約0. 1。進(jìn)而，如圖13所示，在最大表面粗糙度為33 μ m的情況下，摩擦距離僅幾米時(shí)摩擦系數(shù)就超過(guò)0. 2。從以上的結(jié)果能夠確認(rèn)，從摩擦系數(shù)一貫收斂在大約0. 1這點(diǎn)來(lái)看，在4種最大表面粗糙度中，最優(yōu)選使最大表面粗糙度為14. 8 μ m、其次優(yōu)選為5 μ m。并且，在最大表面粗糙度為0. 5 μ m和33 μ m的情況下，摩擦系數(shù)均不收斂在大約0. 1，因此能夠確認(rèn)并不是優(yōu)選的。
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[實(shí)施例3]進(jìn)一步，進(jìn)行用于確認(rèn)通過(guò)在微細(xì)凹凸部形成各種氟樹脂膜5而耐久性提高的情況的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)使用與實(shí)施例2同樣的試驗(yàn)機(jī)以相同的要領(lǐng)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖14 所示。(A)示出利用不使用底涂料的氟樹脂涂覆技術(shù)(hyper-coat)形成氟樹脂膜的情況， ⑶示出形成由PTFE形成的氟樹脂膜的情況，(C)示出利用一次涂覆形成氟樹脂膜的情況。 在任一種情況下，直到摩擦距離為大約60m為止摩擦系數(shù)都一貫地收斂在大約0. 1，因此能夠確認(rèn)耐久性提高。[實(shí)施例4]其次，進(jìn)行用于確認(rèn)通過(guò)涂敷液狀的氟樹脂使微細(xì)凹凸部的耐久性再生的實(shí)驗(yàn)。 在實(shí)驗(yàn)中，利用噴霧器對(duì)通過(guò)實(shí)施例3的實(shí)驗(yàn)而氟樹脂膜局部剝離、摩擦系數(shù)上升了的試驗(yàn)片(TF50)涂敷液狀的氟樹脂(也稱為噴涂)，而后使用與實(shí)施例3相同的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)之前，以200N(5分鐘)對(duì)試驗(yàn)片進(jìn)行摩擦試驗(yàn)以確認(rèn)再涂裝之前的摩擦系數(shù)，然后進(jìn)行噴涂，并利用手提式干燥機(jī)(hand dryer)使其干燥。對(duì)于該實(shí)驗(yàn)，對(duì)利用噴霧器進(jìn)行了再涂裝的試樣進(jìn)行200N(15分鐘)、400N(10分鐘)、600N(5分鐘)、800N(5分鐘)的摩擦耐久試驗(yàn)。此處，圖15是示出試驗(yàn)片(TF50)的摩擦系數(shù)上升之前的原來(lái)的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。圖16(A)是示出試驗(yàn)片(TF50)的摩擦系數(shù)上升之后、以200N(5分鐘)進(jìn)行摩擦試驗(yàn)時(shí)的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖，圖16(B)是示出再涂裝后的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。從圖15、圖16可以清楚，能夠確認(rèn)通過(guò)再涂裝而呈現(xiàn)出比原來(lái)的摩擦系數(shù)的值低的值的摩擦系數(shù)，且耐久性提高。并且，圖17(A)是示出再涂裝之前的其它的試驗(yàn)片(TF50)的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖，圖17(B)是示出進(jìn)行再涂裝之后的摩擦系數(shù)的變化的曲線圖。 從圖17可以清楚，能夠確認(rèn)，通過(guò)進(jìn)行再涂裝，即便是其它的試驗(yàn)片也呈現(xiàn)出良好的摩擦系數(shù)。并且，從圖16(B)來(lái)看，考慮進(jìn)行再涂裝時(shí)的摩擦系數(shù)的規(guī)定值優(yōu)選為大約0.15 0. 18。以上的說(shuō)明是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的說(shuō)明，并不限定本發(fā)明的裝置及方法，能夠容易地實(shí)施各種變形例。并且，對(duì)各個(gè)實(shí)施方式中的構(gòu)成要素、功能、特征或者方法步驟進(jìn)行適當(dāng)組合而構(gòu)成的裝置或者方法也包含于本發(fā)明。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明，將氟樹脂膜作為潤(rùn)滑覆膜，能夠提高模具的耐久性，從而能夠反復(fù)進(jìn)行沖壓加工，并且，能夠?qū)︹伈考蜴V合金部件這樣的難加工金屬部件進(jìn)行干加工。
權(quán)利要求
1.一種金屬部件的沖壓加工方法，其是使用模具進(jìn)行的金屬部件的沖壓加工方法，其特征在于，在所述模具的表面中的與所述金屬部件接觸的部分的至少一部分形成微細(xì)凹凸部，所述微細(xì)凹凸部具備微細(xì)的凹凸、且最大表面粗糙度在3 μ m以上25 μ m以下，在所述微細(xì)凹凸部形成氟樹脂膜，以制造沖壓加工用模具，所述氟樹脂膜的厚度比所述最大表面粗糙度小，以使所述氟樹脂膜與所述金屬部件直接接觸的方式使用所述沖壓加工用模具進(jìn)行沖壓加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬部件的沖壓加工方法，其特征在于，當(dāng)所述模具由硬質(zhì)合金鋼形成時(shí)，以使最大表面粗糙度在3 μ m以上10 μ m以下的方式形成所述微細(xì)凹凸部，當(dāng)所述模具由所述硬質(zhì)合金鋼以外的鋼形成時(shí)，以使最大表面粗糙度在10 μ m以上25 μ m以下的方式形成所述微細(xì)凹凸部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬部件的沖壓加工方法，其特征在于， 當(dāng)反復(fù)進(jìn)行所述沖壓加工時(shí)，對(duì)所述微細(xì)凹凸部涂敷氟樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的金屬部件的沖壓加工方法，其特征在于， 在溫度范圍設(shè)定為從10°C到氟樹脂的連續(xù)使用最高溫度的范圍的從常溫到溫?zé)釁^(qū)域中進(jìn)行所述沖壓加工。
5.一種沖壓加工用模具，其在金屬部件的沖壓加工中使用，其特征在于， 所述沖壓加工用模具具有微細(xì)凹凸部，該微細(xì)凹凸部形成于與所述金屬部件接觸的部分的至少一部分，具備微細(xì)的凹凸，且最大表面粗糙度在3 μ m以上25 μ m以下；以及氟樹脂膜，該氟樹脂膜形成于所述微細(xì)凹凸部， 所述氟樹脂膜具有比最大表面粗糙度小的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖壓加工用模具，其特征在于，對(duì)于所述微細(xì)凹凸部，當(dāng)所述模具由硬質(zhì)合金鋼形成時(shí)，所述微細(xì)凹凸部形成為最大表面粗糙度在3μπ 以上10 μ m以下，當(dāng)所述模具由所述硬質(zhì)合金鋼以外的鋼形成時(shí)，所述微細(xì)凹凸部形成為最大表面粗糙度在10 μ m以上25 μ m以下。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種金屬部件的沖壓加工方法以及沖壓加工用模具，適用于對(duì)鈦部件或鎂合金部件這樣的難以加工的金屬部件進(jìn)行沖壓加工。沖壓加工用模具具有微細(xì)凹凸部，該微細(xì)凹凸部形成于與金屬部件接觸的部分的至少一部分，具備微細(xì)的凹凸，且最大表面粗糙度在3μm以上25μm以下；以及氟樹脂膜，該氟樹脂膜以使微細(xì)凹凸部所包含的多個(gè)頂部的僅一部分露出的方式形成于微細(xì)凹凸部，氟樹脂膜與微細(xì)凹凸部的表面密合。
文檔編號(hào)B21D37/18GK102198471SQ20111007393
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者基昭夫, 小林祐次, 小金井誠(chéng)司, 濱嶋英樹, 辻俊哉, 道野隆二, 高橋正明 申請(qǐng)人:新東工業(yè)株式會(huì)社