專利名稱：：沖壓模具及沖壓模具的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種沖壓模具，其可適用于高張力鋼板等高強(qiáng)度鋼板的沖壓加工。
背景技術(shù)：
：近幾年，在汽車制造領(lǐng)域中，以提高安全性和實(shí)現(xiàn)車身輕量化為目的而使用高張力鋼板。由于高張力鋼板具有高拉力、高強(qiáng)度，因而與自以往使用的普通鋼板相比，在進(jìn)行沖壓加工時要施予較大的壓力。因此，高張力鋼板的沖壓加工中，施加給沖壓模具的壓力明顯增大，從而導(dǎo)致模具容易磨損。由此，存在著模具壽命短的問題。作為抑制上述那樣的模具磨損的方法，已知有例如通過在模具母材表面形成TiC(碳化鈦)鍍膜、TiCN(碳氮化鈦)鍍膜等硬質(zhì)鍍膜來提高模具表面硬度的方法(例如，參見日本專利公開公報特開平6-145960號)。作為形成所述TiC鍍膜等硬質(zhì)薄膜的方法，已知有CVD法(化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporD印osition))禾卩PVD法(PVD法(PhysicalVaporDeposition))。一般而言，通過CVD法形成的鍍膜的附著性，比通過PVD法形成的鍍膜的附著性強(qiáng)。因此，在形成與基底材料之間附著性不夠強(qiáng)的TiC鍍膜時，自以往采用CVD法。然而，通過CVD法形成鍍膜時，必須以約100(TC的溫度進(jìn)行鍍膜處理。所以，存在著在進(jìn)行鍍膜處理時導(dǎo)致模具母材產(chǎn)生變形等問題。因此，由CVD法形成鍍膜的模具，在進(jìn)行鍍膜處理后，須通過修正模具尺寸才可使用。另一方面，通過PVD法形成鍍膜時，由于可在比高速鋼的回火溫度或模具鋼的高溫回火溫度更低的500'C以下這樣的溫度下進(jìn)行鍍膜處理，因此，模具母材的變形小。因此，通過PVD法形成鍍膜的模具，具有在進(jìn)行鍍膜處理后無須修正模具尺寸便可直接使用這樣的優(yōu)點(diǎn)。但是，通過PVD法形成的TiC鍍膜，由于附著性不夠強(qiáng)，因而鍍膜容易剝離。因此存在著耐久性不夠的問題。另外，作為通過PVD法形成的硬質(zhì)鍍膜，還已知有附著性比TiC鍍膜更好的TiCN鍍膜，不過，雖然TiCN鍍膜的附著性比TiC鍍膜優(yōu)越，但由于其平滑性低，因此存在著容易磨損的問題。作為綜合評價沖壓模具表面所形成的鍍膜的耐久性、平滑性等鍍膜特性的方法，已知有對在后述實(shí)施例中詳細(xì)說明的凸緣拉拔特性進(jìn)行評價的方法。如圖4所示，凸緣拉拔特性，是將鋼板夾在凸模30和凹膜31之間，逐漸推壓凸模30和凹膜31來進(jìn)行沖壓，在沖壓過程中以規(guī)定速度拉拔鋼板，根據(jù)鋼板破裂時的推壓負(fù)荷P及拉拔負(fù)荷F來進(jìn)行評價的特性。通過此特性，可判斷形成在模具表面的鍍膜的耐久性、平滑性等。具體而言，可以說，沖壓時的推壓負(fù)荷P及拉拔負(fù)荷F越大，鍍膜的平滑性越好，耐久性也越好。以往已知的由PVD法形成的硬質(zhì)鍍膜的沖壓模具中，存在著凸緣拉拔特性低這一問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種由PVD法形成硬質(zhì)鍍膜的、能夠適用于高張力鋼板等各種鋼板的沖壓加工且鍍膜的硬度、附著性、平滑性及凸緣拉拔特性均優(yōu)異的沖壓模具。本發(fā)明的沖壓模具，為用于對沖壓用材料進(jìn)行沖壓加工的沖壓模具，其特征在于，其進(jìn)行沖壓加工時與沖壓用材料接觸的部分，形成有通過PVD法形成的鍍膜，所述鍍膜包括形成在模具母材表面的TiN層；形成在所述TiN層表面的Ti(CxNy)層，其中，x+y=l、x<l，隨著遠(yuǎn)離所述TiN層表面，x的值逐漸增大以接近l;形成在所述Ti(CxNy)層表面的TiC層。采用本發(fā)明，由于由PVD法形成鍍膜的沖壓模具與沖壓用材料接觸的表面上，形成有從模具母材的表面?zhèn)乳_始，由TiN層、碳濃度逐漸增加的TiCN層、及TiC層所構(gòu)成的鍍膜，因此，沖壓模具能夠形成硬度、附著性、平滑性及凸緣拉拔特性均優(yōu)異且耐久性高的鍍膜。并且，由于所述鍍膜通過PVD法形成，因而無須在鍍膜形成后進(jìn)行模具的修正等。因此，在降低制造成本方面也很優(yōu)異。本發(fā)明的目的、特征、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)，通過以下的詳細(xì)說明及附圖，將更為明確。圖l是一個剖面模式圖，其表示涉及本發(fā)明實(shí)施方式的沖壓模具上所形成的鍍膜層的結(jié)構(gòu)。圖2是在實(shí)施方式中使用的離子鍍膜(ionplating)裝置的概念圖。圖3是凸緣拉拔特性的試驗(yàn)?zāi)＞叩男螤畹母怕哉f明圖。圖4是凸緣拉拔特性的評價方法的概略說明圖。圖5是在實(shí)施例中所獲得的形成在沖壓模具上的鍍膜的顯微鏡照片。圖6是在對比例中所獲得的形成在沖壓模具上的鍍膜的顯微鏡照片。具體實(shí)施方式以下，通過實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。不過，本發(fā)明的范圍，不受以下的實(shí)施方式的任何限制。圖l是一個剖面模式圖，其表示本實(shí)施方式的沖壓模具上所形成的鍍膜層的結(jié)構(gòu)。圖1模式地表示了在模具母材1表面上形成鍍膜2而構(gòu)成的沖壓模具5。鍍膜2是通過PVD法形成的硬質(zhì)薄膜，其包括形成在模具母材l表面的TiN層2a、形成在TiN層2a表面的Ti(CxNy)層2b(其中，x+y=l、x<l,隨著遠(yuǎn)離所述TiN層表面，x的值逐漸增大以接近l)、以及形成在Ti(CxNy)層2b表面的TiC層2c。沖壓模具5中，由于TiN層2a及Ti(CxNy)層2b介于模具母材l的表面與TiC層2c之間，因此，與在模具母材l的表面上直接形成由TiC構(gòu)成的鍍膜時相比，可顯著提高附著性。因此，即使通過PVD法形成了在最表面具有TiC層的鍍膜，所形成的鍍膜也能夠確保充分的附著強(qiáng)度。作為模具母材l的材質(zhì)，可采用自以往使用的各種材料，沒有特別的限制。作為其具體例，例如有，日本工業(yè)規(guī)格(JIS)(下同)的SKDll、SKD61等模具鋼，SKH51等高速鋼，SK5、SKS3等各種工具鋼，超硬材料，或者SUS440C、SUS420J2、SUS304等不銹鋼材料等。這些材料中，SKD11等模具鋼或SKH51等高速鋼的支撐力高，耐磨性優(yōu)異，因此作為模具母材較為理想。作為模具母材1形成鍍膜2的表面的表面粗糙度，以R^O.l!i邁以下較為理想。在模具母材表面形成鍍膜時，若表面粗糙度在所述范圍內(nèi)，則平滑性特別好。這是由于通過PVD法形成鍍膜時，可獲得既細(xì)密且平滑性高的鍍膜，使得模具母材表面的形狀容易反映到鍍膜上。鍍膜2包括形成在模具母材l表面的TiN層2a、形成在TiN層2a表面且隨著遠(yuǎn)離TiN層2a表面碳濃度逐漸增大的Ti(CxNy)層2b、以及形成在Ti(CxNy)層2b表面的TiC層2c。這樣，通過在模具母材l的表面上形成與模具母材l之間附著性良好的TiN層2a，在TiN層2a表面上形成通過將氮原子逐漸調(diào)換成碳從而使碳濃度逐漸增大的Ti(CxNy)層2b，在最表層形成硬度及平滑性均優(yōu)異的TiC層2c，從而形成硬度、附著性、平滑性及凸緣拉拔特性均優(yōu)異的鍍膜2。鍍膜2的厚度沒有特別限制，不過，為維持鍍膜的內(nèi)部應(yīng)力平衡，確保盡量高的附著性起見，該厚度為5iim以下，甚至4!im以下較為理想。另外，為保持盡量高的鍍膜2的附著性起見，TiN層2a和Ti(CxNy)層2b的合計厚度為24pm左右，甚至3nm左右較為理想。另外，TiC層2c的鍍膜厚度也沒有特別限制，不過，厚度為limi以上較為理想。此外，因制造條件或鍍膜厚度等的不同，各層之間的界線有時難以明確地確定。形成在模具母材1的鍍膜2，由例如電弧離子鍍膜法(arcionplatingmethod)等離子鍍膜法(ionplatingmethod)、磁控濺射法(magnetronsputteringmethod)等反應(yīng)磁控濺射法(reactivesputteringmethod)等的物理沉積法(PVD法)等所形成。在這些方法中，由下面詳細(xì)敘述的電弧離子鍍膜法所形成的鍍膜較為理想，因?yàn)椴捎迷摲椒词乖诖笮偷臎_壓模具中也能夠獲得維持高附著性的鍍膜。根據(jù)圖2，對通過電弧離子鍍膜法形成鍍膜的方法的一個例子進(jìn)行說明。圖2表示采用電弧離子鍍膜法的電弧式真空鍍膜裝置的一個例子。圖2中，標(biāo)記符號10為真空腔、ll為旋轉(zhuǎn)臺、12a為氣體導(dǎo)入口、12b為氣體排出口、13及14為鈦蒸發(fā)源、13a及14a為電弧電源、15為偏壓電源、16為陽極。首先，將模具母材1載置于真空腔10內(nèi)的旋轉(zhuǎn)臺11上。接著，將真空腔10內(nèi)的溫度提升至25055(TC，并將真空腔10內(nèi)的壓力減至l(^10-sPa左右，然后從氣體導(dǎo)入口12a導(dǎo)入氬氣(Ar)。為提高鍍膜的附著性，模具母材1的溫度被加熱至40050(TC左右較為理想。接著，通過對模具母材l施加偏壓來使Ar離子轟擊模具母材l，使模具母材l表面活化。然后，利用電弧電源13a、14a產(chǎn)生電弧放電，使鈦蒸發(fā)源13、14的鈦蒸發(fā)。同時，通過氣體導(dǎo)入口12a供給作為氮源的例如氮?dú)狻Ｈ缓?，在通過電弧放電所產(chǎn)生的等離子體中，使氮及鈦離子化，并通過偏壓加速離子運(yùn)動，從而使離子化物質(zhì)附著在模具母材l表面上，形成TiN膜。其次，通過從氣體導(dǎo)入口12供給作為碳源的碳?xì)錃怏w，形成TiCN層。此時，逐漸地減少氮?dú)獾墓┙o量，增加碳?xì)錃怏w的供給量。最后，停止氮?dú)獾墓┙o，僅供給碳?xì)錃怏w。這樣，作為供給到裝置內(nèi)的原料氣體，通過在開始時供給多量的氮?dú)?，之后漸漸將氮?dú)廪D(zhuǎn)換為碳?xì)錃怏w，在模具母材表面上形成TiN膜，其次形成鍍膜中氮量逐漸減少而碳量逐漸增多的Ti(CxNy)層，最后形成位于最外層的TiC層。這樣，通過將附著性優(yōu)異的TiN層直接形成在模具表面上，并且漸漸將氮轉(zhuǎn)換為碳以使鍍層厚度方向的成分發(fā)生變化，在鍍層表面形成平滑性和耐磨性均優(yōu)異的TiC層，從而能夠在模具表面上形成耐久性優(yōu)異的硬質(zhì)鍍膜。為提高鍍膜的耐磨性起見，作為形成有上述那樣的鍍膜的沖壓模具的表面硬度(維氏硬度Vickershardness),以30004000HV左右較為理想。6形成有這種鍍膜的沖壓模具，凸緣拉拔特性優(yōu)異。因此，這種沖壓模具能夠適用于高張力鋼板那樣的各種鋼板的壓力加工。以下，通過實(shí)施例進(jìn)一步具體說明本發(fā)明。不過，本發(fā)明不受此實(shí)施例的任何限制。實(shí)施例首先，制作一套由SKDll模具鋼制成的凸模母材30a和凹膜母材31a的模具組合，該套模具的形狀及尺寸如圖3所示，其表面被鏡面拋光至表面粗糙度Ra二0.05pm左右。然后，利用圖2所示的電弧式真空鍍膜裝置，通過電弧離子鍍膜法，在凸模母材30a及凹膜母材31a的表面上形成鍍膜。作為鍍膜的形成過程，首先，將凸模母材30a及凹膜母材31a載置于旋轉(zhuǎn)臺ll上。接著，將真空腔10內(nèi)的氣壓減至3xlO-sPa。凸模母材30a和凹膜母材31a各自的溫度，通過未圖示的加熱器，控制在45(TC。其次，通過從氣體導(dǎo)入口12a供給Ar氣體，以及從排出口排氣來將腔內(nèi)氣壓維持在2.7Pa。接著，在停止Ar氣體的供給后，以3000mL/min的流量供給氮?dú)?分種。此時，腔內(nèi)氣壓仍維持在2.7Pa。同時，對鈦蒸發(fā)源13及14進(jìn)行電弧放電來使鈦蒸發(fā)。在通過電弧放電產(chǎn)生的等離子體中，氮及鈦被離子化，并且，通過對凸模母材30a及凹膜母材31a施加偏壓，離子被加速，在各模具母材的表面上形成TiN層。其次，在氮?dú)夂图综鶜獾墓┙o量方面上，一邊通過逐漸減少氮?dú)獾墓┙o量，增加甲烷氣的供給量來進(jìn)行控制，一邊在腔內(nèi)氣壓維持在2.7Pa的狀態(tài)下供給氮?dú)夂图淄闅?0分鐘。最后，停止氮?dú)獾墓┙o，僅供給甲烷氣，供給時間為20分種。通過上述那樣的方法，在凸模母材30a和凹膜母材31a的各表面上均形成了厚約lpm的TiN層，在所述TiN層的表面上形成了厚約2iim的Ti(CxNy)層，在所述Ti(CxNy)層的表面上形成了厚約lpm的TiC層。上述各鍍層的厚度，利用了膜厚精密測量儀(簡便式膜厚精密測量儀CALOTEST,CSEM公司制造)進(jìn)行測定，該測量儀，通過球形試驗(yàn)器產(chǎn)生研磨痕，利用光學(xué)顯微鏡測量該研磨痕的指定部分之長度，計算出各鍍膜厚度。圖5表示測定時所獲得的顯微鏡照片。此外，對通過上述方法形成有鍍膜的凸模30及凹膜31的表面的顯微維氏硬度(microVickershardness)、附著性及凸緣拉拔特性進(jìn)行了評價。其中，附著性，根據(jù)劃痕測量值進(jìn)行評價，該劃痕測量值通過CSEM公司制造的劃痕試驗(yàn)儀(AutomaticScratchTesterREVETEST)獲得。另外，凸緣拉拔特性通過以下的方法進(jìn)行了評價。凸緣拉拔特性如圖4所示，將鋼板40夾在表面形成有鍍膜的凸模30和凹膜31之間，該鋼板40由尺寸為20x300xl.4mm的高張力鋼材CR980Y(100k級高張力)所形成。接著，將夾住鋼板40的由凸模30和凹膜31所構(gòu)成的沖壓模具設(shè)置于小型沖壓機(jī)。然后，在由小型沖壓機(jī)對凸模30及凹膜31慢慢加壓的過程中，以固定速度(500mm/min)拉拔被夾住的鋼板40的一端。并且，測量鋼板40破裂時的拉拔負(fù)荷F和小型沖壓機(jī)的推壓負(fù)荷P。另外，根據(jù)拉拔初期及鋼板破裂時的拉拔負(fù)荷F及推壓負(fù)荷P，由算式"摩擦系數(shù)11=拉拔負(fù)荷F/加壓負(fù)荷F'，算出了摩擦系數(shù)。其結(jié)果，見表l。對比例本對比例中，至停止Ar氣體供給為止所進(jìn)行的工序與實(shí)施例相同，停止Ar氣體的供給后，在腔內(nèi)氣壓維持在2.7Pa的狀態(tài)下僅供給氮?dú)猓┙o時間為15分鐘。此后，供給甲烷氣并使甲烷氣的流量線性地增加，以在經(jīng)過90分鐘后使氮?dú)夂图淄闅獾牧髁勘瘸蔀?:1。此期間，腔內(nèi)氣壓維持在2.7Pa。接著，使甲烷氣的流量線性地增加，以10分鐘時間，將氮?dú)夂图综鶜獾牧髁勘茸優(yōu)?:2，將腔內(nèi)氣壓變?yōu)?.3Pa，然后，維持氮?dú)夂图淄闅獾牧髁勘?:2、腔內(nèi)氣壓1.3Pa的狀態(tài)，進(jìn)行10分鐘的供給。并且，上述工序中，同時地對鈦蒸發(fā)源13及14進(jìn)行電弧放電來使鈦蒸發(fā)。通過電弧放電產(chǎn)生的等離子體中，氮、碳、鈦均被離子化，并且，通過施加給凸模母材30a及凹膜母材31a的偏壓，離子被加速，從而形成了在最表面具有Ti(CxNy)層的鍍膜。通過上述那樣的方法，在凸模母材30a及凹膜母材31a的各表面上均形成了由TiN層和Ti(CxNy)層構(gòu)成的厚約4n邁的鍍膜。圖6表示所形成的鍍膜的球形試驗(yàn)器研磨痕的顯微鏡照片。此外，對所獲得的沖壓模具的顯微維氏硬度、附著性以及凸緣拉拔特性進(jìn)行了評價。其結(jié)果，見表l。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>通過PVD法形成了在最表面具有Ti(CxNy)層的鍍膜的比較例的沖壓模具的顯微維氏硬度為2070N，與此相比，涉及本發(fā)明實(shí)施例的沖壓模具的顯微維氏硬度為3709N，由此可知，采用本發(fā)明的沖壓模具，其表面上所形成的鍍膜硬度高。另外，通過劃痕試驗(yàn)所得的對比例的模具的附著性為29.3N，與此相比，實(shí)施例的沖壓模具的附著性為54.5N，由此可知，采用本發(fā)明的沖壓模具，其表面上所形成的鍍膜的附著性優(yōu)異。此外，在凸緣拉拔特性評價方面，對比例的拉拔負(fù)荷為26kN，而實(shí)施例中的拉拔負(fù)荷相對更高，為30kN，另外，對比例的推壓負(fù)荷為6kN，而實(shí)施例中的推壓負(fù)荷相對更高，為23kN，由此可知，采用本發(fā)明的沖壓模具，其表面上所形成的鍍膜的凸緣拉拔特性優(yōu)異。另外，在凸緣拉拔特性評價中所測得的本實(shí)施例的沖壓模具的初始摩擦系數(shù)及破裂時摩擦系數(shù)均小于對比例的沖壓模具的這些系數(shù)，由此可知，實(shí)施例的沖壓模具的平滑性優(yōu)異。9權(quán)利要求1.一種沖壓模具，用于對沖壓用材料進(jìn)行沖壓加工，其特征在于，其進(jìn)行沖壓加工時與沖壓用材料接觸的部分，形成有通過物理氣相沉積法形成的鍍膜，所述鍍膜包括形成在模具母材表面的TiN層；形成在所述TiN層表面的Ti(CxNy)層，其中，x+y＝1、x＜1，隨著遠(yuǎn)離所述TiN層表面，x的值逐漸增大以接近1；形成在所述Ti(CxNy)層表面的TiC層。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的沖壓模具，其特征在于，所述物理氣相沉積法為電弧離子鍍膜法。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的沖壓模具，其特征在于，所述鍍膜的厚度為5iim以下。4.一種沖壓模具的制造方法，在所述模具表面形成硬質(zhì)鍍膜，其特征在于，包括-形成TiN膜的步驟，通過向載置有模具母材和鈦蒸發(fā)源的真空腔內(nèi)供給氮?dú)?，對所述鈦蒸發(fā)源進(jìn)行電弧放電，使鈦蒸發(fā)，產(chǎn)生等離子體，并通過偏壓使基于所述等離子體而被離子化的氮離子及鈦離子加速運(yùn)動，使氮離子及鈦離子附著到所述模具母材表面，來形成TiN層；形成TiCN膜的步驟，通過逐漸減少所述氮?dú)獾墓┙o量，同時通過在供給碳?xì)錃怏w的過程中逐漸增加該碳?xì)錃怏w的供給量，來形成TiCN層；形成TiC膜的步驟，通過停止所述氮?dú)獾墓┙o，僅供給所述碳?xì)錃怏w，來形成TiC層。全文摘要本發(fā)明的沖壓模具，是用于對沖壓用材料進(jìn)行沖壓加工的沖壓模具，其進(jìn)行沖壓加工時與沖壓用材料接觸的部分，形成有通過PVD法形成的鍍膜，所述鍍膜包括形成在模具母材表面的TiN層；形成在所述TiN層表面的Ti(C_xN_y)層，其中，x+y＝1、x＜1，隨著遠(yuǎn)離所述TiN層表面，x的值逐漸增大以接近1；形成在所述Ti(C_xN_y)層表面的TiC層。采用本發(fā)明，沖壓模具能夠形成硬度、附著性、平滑性及凸緣拉拔特性均優(yōu)異且耐久性高的鍍膜。并且，由于所述鍍膜通過PVD法形成，因而無須在鍍膜形成后進(jìn)行模具的修正等。因此，在降低制作成本方面也很優(yōu)異。文檔編號B32B33/00GK101254515SQ2007101959公開日2008年9月3日申請日期2007年12月4日優(yōu)先權(quán)日2007年2月27日發(fā)明者上場一郎,藤原浩司,高野正申請人:東洋先進(jìn)機(jī)床有限公司