HK1261170B - 模具的表面处理方法 - Google Patents

Description

模具的表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种模具的表面处理方法，更详细而言，涉及能提供脱膜性良好且长寿命的模具的、模具的表面处理方法。

背景技术

在树脂或金属的成型所使用的模具中，若形成有在与成型材料接触而赋形的成型面上所形成的切削痕迹及/或研磨痕迹、刀痕等加工痕迹或其他凹凸，则不仅会将该凹凸转印于成型品的表面而使制品的外观变差，而且还会因模具成型面的凹凸与转印该凹凸而形成的成型品的表面凹凸咬合，从而在从模具脱模成型品时伴有烦杂的作业或难以脱模。

因此，通常，一般会通过切削加工等将模具的成型面加工成规定形状后，进行平滑地研磨至其表面变成镜面的研磨精加工。

这样的研磨精加工以往由熟练工以手工作业来进行，因此耗费很大的劳力和时间，其结果为：导致模具的制作费提高，并且使模具的制作需要较长时间。

还提出代替此种由熟练工的手工研磨进行的研磨精加工而利用机械进行镜面研磨的方法。

作为这样的镜面研磨方法的一例，还提出：对被加工物的表面倾斜地喷射或投射使磨粒附着于由弹性体构成的核所得的弹性研磨材料，使弹性研磨材料在被加工物的表面滑行，由此能够进行镜面研磨的方法；或者对放电加工或切削加工后的模具表面照射电子束而使其熔融并平坦化，由此制成镜面的方法。另外，还市售有5轴控制多工序自动数控机床(five-axis-control machining centers)等，其只要将材料暂时夹紧并固定，则能够自动地进行从切削至镜面精加工的一系列处理。

但是，在上述使用弹性研磨材料的镜面研磨中，与由手工作业进行的镜面研磨相比能够缩短加工时间，但是存在无法应对形状复杂的模具加工的缺点。

另外，由于通过电子束的照射而进行镜面加工的加工装置或5轴控制多工序自动数控机床价格高，因此在引入时需要很大的初期投资。同时，在基于电子束的镜面化中，通过使模具的表面熔融，并利用表面张力而使之平坦地凝固，从而得到镜面，因此表面部分成为结晶质而变得不耐受面压，从而使模具的寿命变短。

予以说明，根据以上的任一方法，均能对模具的表面进行镜面研磨，但若在树脂成型用的模具等中使起模斜度减小而接近零，则即使对模具的表面进行镜面研磨，有时成型品也会贴附于模具的表面而难以从成型后的模具脱模。

另外，模具的表面在脱模等时因与成型品的表面摩擦接触而被摩耗，尤其在进行根据耐热性及/或高强度化的要求而添加玻璃、陶瓷、金属粉末等作为填料的树脂成型材料的成型的情况下，模具的摩耗寿命显著降低。

因此，对于能够较简单且低成本地得到兼具良好的脱膜性和耐磨性的模具的、模具的表面处理方法的需求较大。

予以说明，虽然并非涉及模具的表面处理方法，但是本申请的申请人提出可使金属成品的耐磨性等提高的常温渗碳处理方法(专利文献1)。该方法是作为在常温下进行一般作为热处理而公知的渗碳的方法的、对由金属材料形成的金属成品的表面喷射碳化物粉体并使上述碳化物粉体中的碳元素扩散至金属成品的表面的方法。

另外，还公开了以下内容：对模具表面进行这样的常温渗碳处理方法作为形成金刚石、类钻碳(DLC)或氮化碳等碳系硬质被膜时的母材的前处理，使母材的表面附近的碳量增大，并且使之与形成于其上的碳系硬质被膜的亲和性变得良好，由此得到碳系硬质被膜的附着强度的提高(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3242060号公报

专利文献2：日本专利第4307912号公报

发明内容

发明要解决的课题

在作为现有技术文献所介绍的文献中，在专利文献1记载的常温渗碳方法中，通过使用已知的喷射加工装置而对金属成品的表面喷射碳化物粉体这样的比较简单的处理，能够使碳化物粉体中的碳元素扩散并渗透至金属成品的表面。由此，以与使用渗碳炉等并与热处理一起进行的已知的渗碳相比极为简单的方法，使金属成品的表面附近的碳量增大，而使表面硬度上升，能够提高耐磨性。

但是，在该常温渗碳方法中，由于是如上述那样对金属制品的表面喷射碳化物粉体并使之碰撞而进行渗碳的方法，因此会因在金属粉体的表面由与碳化物粉体的碰撞所形成的无数凹凸的形成而使表面变粗糙。因此预测如下：在将该方法应用于模具的表面处理的情况下，即使能够使模具的耐磨性提高，也无法使脱膜性提高，与将模具表面进行镜面研磨的情况相比，脱膜性更降低。

对此认为：在将上述渗碳处理方法应用于对模具的形成金刚石或DLC等的碳系硬质被膜时的基底处理的情况下，利用该基底处理使母材的表面附近的碳量增加，由此使之与在该母材上所形成的碳系硬质被膜的亲和性变得良好，能够使碳系硬质被膜的附着强度提高，并且通过形成碳系硬质被膜而改善模具的表面粗糙度，不仅得到耐磨性的提高，而且还得到脱膜性的提高。

但是，金刚石或DLC等碳系硬质被膜的形成利用溅射法等来进行，因此需要准备在这些成膜方法中使用的价格高的真空成膜装置，而且，需要在严密管理真空度及/或气压等条件的基础上进行成膜，因此使处理需要较长时间，并且成本增大。

而且，可以说以高附着强度形成有金刚石或DLC等的碳系硬质被膜，如果碳系硬质被膜发生摩耗或剥离，则脱膜性也降低。

予以说明，作为使脱膜性提高的方法，还考虑使用脱模剂，可以推测能够通过使用这样的脱模剂而使防止模具表面的摩耗等的效果一定程度地提高，期望尽可能少地使用具有导致环境破坏等的风险的脱模剂。

为此，本发明是为了消除上述现有技术的缺点而完成的发明，其目的在于提供一种模具的表面处理方法，其与进行镜面研磨的情况相比脱膜性更良好，而且能够通过极简单的处理而以低成本且短时间同时得到脱膜性的提高和模具的表面硬度的提高，其结果还能减少脱模剂的使用量。

用于解决课题的手段

为了达成上述课题，本发明的模具的表面处理方法，其特征在于，其具有前处理工序和后处理工序，

所述前处理工序是通过对模具的表面以0.2MPa以上的喷射压力干式喷射在JISR6001(1987)的粒度分布中粒径为#220以下且具有多边形状的碳化物粉体，使上述碳化物粉体中的碳元素向上述模具的表面扩散，并且除去在该模具的表面产生的加工痕迹等方式来调整模具的表面，

所述后处理工序是对上述前处理后的上述模具表面以0.2MPa以上的喷射压力干式喷射具有与该模具的母材硬度同等以上的硬度且在JIS R6001(1987)的粒度分布中粒径为#220以下的球状粉体并使之碰撞而在上述模具的表面形成无数圆弧状的微小凹陷(技术方案1)。

予以说明，本发明的方法中作为处理对象的上述模具可有效地应用于树脂成型用模具，尤其是弹性体或橡胶等具有弹性的树脂的成型中所使用的模具(技术方案2)。

发明效果

根据以上说明的本发明的构成，在利用本发明的方法进行表面处理的模具中，能够得到以下的显著效果。

在前处理工序中以0.2MPa以上的喷射压力干式喷射具有#220以下的粒径的多边形状的碳化物粉体，由此可较容易且以短时间进行表面的调整作业，该表面的调整作业是通过放电加工或切削加工而产生于模具表面的放电硬化层及/或软化层的除去或除去在切削、磨削及研磨加工时产生的具有方向性的加工痕迹(切削痕迹、研磨痕迹、刀痕等)，并且能够使碳化物粉体中的碳元素扩散并渗透至模具的表面，由此能够使模具的表面硬度提高。

之后，对进行前处理后的模具表面，以0.2MPa以上的喷射压力干式喷射具有与模具的母材硬度同等以上的硬度且具有#220以下的粒径的球状粉体，由此在模具的表面形成无数圆弧状的微小凹陷，从而改善模具的表面粗糙度，并且通过与在球状粉体的碰撞时于碰撞部的模具表面产生的加热和冷却相伴的瞬间热处理而得到模具的表面硬度的进一步提高，并且还能提高脱膜性。

这样，在本发明中，根据前后喷射2种粉体这样的比较简单的构成，能够以低成本且短时间的处理得到由模具的表面硬度的提高带来的长寿命化和脱膜性提高的效果。

另外，这样，通过利用喷射加工进行的表面处理，能提高模具的脱膜性和寿命，由此减少脱模剂的使用量，根据情况能停止脱模剂的使用本身，能够降低成型时的成本，并且能够以环境负荷小的方法进行成型。

进而，利用上述的表面处理使模具的寿命扩大及/或脱膜性提高，由此缺陷率降低，能够使成型品的制造成本大幅地降低，并且，对于以往通过手工研磨进行镜面精加工的模具的精加工处理，除特殊用途的模具以外，也能利用喷射处理进行精加工，而无需进行手工研磨，相应地能够大幅降低模具制造的成本，并且能够实现短交付期内的交货。

进而，在树脂成型用的模具、尤其是橡胶或弹性体等弹性体的成型所使用的模具中，相较模具的寿命而言由污物引起的脱膜性的降低成为发生成型不良的原因，因此，在这样的树脂成型用模具中需要将模具从挤出机等定期地取出而进行清洁，但在利用本发明的方法进行表面处理的模具中，脱膜性良好，且难以附着污物，由此能够大幅减少清洁的次数，能够使生产率提高，因此能够降低制品的制造成本。

附图说明

图1中，(A)为前处理工序后的试验片的表面电子显微镜照片(500倍)，(B)为喷射碳化物粉体后的试验片表面的放大图。

图2中，(A)为后处理工序后的试验片的表面电子显微镜照片(500倍)，(B)为喷射球状粉体后的试验片表面的放大图。

图3为表示试验片的自表面起的深度与硬度的关系的图表(表面硬度-表面粗糙度的确认试验结果的图表)。

图4为表示喷射粉体的粒子状态的照片，(A)为在前处理工序中使用的碳化物粉体(SiC#400：100倍)，(B)为在后处理工序中使用的球状粉体(FHB#400：100倍)。

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的实施方式进行以下说明。

〔整体构成〕

本发明的模具的表面处理方法由对模具的表面干式喷射多边形状的碳化物粉体的前处理工序和对该前处理后的模具表面干式喷射具有与模具的母材同等以上的硬度的球状粉体的后处理工序构成。

〔模具〕

本发明的表面处理方法中作为处理对象的模具，只要是作为所谓“模具”使用的模具，则能够对成型材料的材质无特别限定地应用于金属成型用、树脂成型用等各种用途的模具。

另外，本发明中作为处理对象的模具，包括如注射成型模具或吹塑成型模具那样将导入至形成于模具内的空间内的成型材料加以赋形的密闭式模具(mold)、以及如压制模具，脱模模具等那样不具有被阻塞的空间的开放型模具(die)中的任一者。

作为模具的母材，能够以预硬钢、淬火回火钢、拉拔硬化钢、耐腐蚀钢、非磁性钢等作为模具的母材而已知的各种材质的材料作为对象，另外，也能对除钢以外的金属、例如非铁金属制的模具进行应用。

予以说明，起模斜度越接近零则脱膜性越降低这样的问题显著地发生在因冷却所致的收缩较大的树脂材料的成型中，且这样的附着显著地发生在密闭式的模具(mold)的型芯(凸模)侧，因此本发明的表面处理可有效地应用于树脂成型用的密闭式模具(mold)的型芯侧的表面处理，但是并不限定于此，也能应用于对模具的表面中与成型材料接触的部分的表面的处理。

〔前处理工序〕

本工序是通过对模具的表面干式喷射多边形状的碳化物粉体并除去因模具制造时的放电加工或切削加工而在模具表面产生的放电硬化层及/或软化层、或者除去在切削、磨削及研磨加工时产生的具有方向性的加工痕迹(切削痕迹、研磨痕迹、刀痕等)等方式来调整表面，并且使碳化物粉体中的碳元素扩散并渗透至模具的表面，而进行在常温下的渗碳。

作为所使用的碳化物粉体，可以使用例如B₄C，SiC(SiC(α))、TiC、VC、石墨、金刚石等碳化物的粉体，优选使用SiC，更优选使用SiC(α)。

所使用的碳化物粉体使用如图4(A)所示的多边形状的粉体作为一例，以发挥能够较短时间进行上述的放电硬化层及或软化层的除去、具有方向性的加工痕迹的除去的切削力。

这样的多边形状的碳化物粉体的一例，可以通过将烧成的碳化物系陶瓷破碎后进行筛分而得到。

作为所使用的粉体的粒径，为了得到用于得到碳元素的扩散渗透所需的喷射速度，使用在JIS R6001(1987)所规定的粒度分布中的粒径为#220以下的粉体、优选粒径为#240以下的所谓“微粉”。

作为对被处理成品喷射这样的碳化物粉体的方法，只要能够以干式喷射粉体，则可以使用已知的各种喷射装置，从比较容易调整喷射速度及/或喷射压力的方面出发，优选使用空气式的喷射装置。

作为该空气式的喷射加工装置，包括直压式、吸入式的重力式或其他喷射装置等各种喷射加工装置，可以使用其中的任一者，只要是具有能够以喷射压力0.2MPa以上进行干式喷射的性能的喷射加工装置，则其型式等并无特别限定。

若利用上述的喷射装置对与成型材料接触的部分的模具表面高速地干式喷射如以上那样的碳化物粉体，则除去由放电加工及/或切削加工所致的在模具的制造时产生的放电硬化层及或软化层、具有方向性的加工痕迹等而将模具的表面调整为无方向。

另外，通过碳化物粉体与模具表面的碰撞而在碳化物粉体所碰撞的部分的模具表面局部地引起温度上升，并且碳化物粉体也被加热而进行热分解，上述碳化物粉体的碳化物中的碳元素扩散渗透至模具的表面，由此使该部分的碳量增加，进行前处理工序后的模具表面的硬度大幅地上升。

这样，在本发明的前处理中，通过利用喷射处理使碳化物粉体与被处理成品碰撞时的上述碳化物粉体的温度上升所引起的加热分解和因该分解而生成的上述碳化物粉体中的碳元素向被处理成品的扩散渗透，来进行渗碳处理。

根据利用该方法的前处理，碳元素对模具的扩散渗透成为如下的梯度结构，即，扩散渗透在其最外表面附近最显著，且增加的碳量也多，而且，朝向被处理成品的内部因上述扩散所增加的碳量，因此，在该深度的碳量随着自被处理成品表面起深度变深而逐渐减少，在一定的深度碳量减少至未处理的状态。

予以说明，虽然在上述碳化物粉体与被处理成品碰撞时碳化物粉体及被处理成品局部发生温度上升，但是该温度上升是局部性且瞬间性的温度上升，因此不会产生在渗碳炉内加热模具整体而进行的一般的渗碳处理中的热处理所引起的被处理成品的应变或相变等，并且由于生成微细的碳化物，因此密合强度高，也不会产生渗碳异常层。

为了对由这样的喷射产生的碳元素的扩散渗透的原理进行更详细的的说明，列举一般进行的气体渗碳处理为例而在其比较中进行说明时，在一般的气体渗碳法中，作为渗碳性的环境气体，使用将甲烷(CH₄)、丙烷(C₃H₈)或丁烷(C₄H₁₀)的烃气体与空气以一定比例混合得到的混合气体作为原料。

若对该混合气体进行加热，则因吸热反应而产生一氧化碳(CO)、氢气(H₂)、氮气(N₂)，但渗碳主要通过该CO气体进行下式所示的热解离而生成的活性碳与钢中的Fe发生反应来进行。

2CO＝C+CO₂

即，若在钢的母材表面CO气体仅进行通过外力或加热等物理方法便能简单除去般的物理性附着，则钢中的Fe与CO气体无法发生反应，若进一步赋予某特定以上的热等能量，则CO气体活化吸附于Fe的表面。认为：该进行了活化吸附的CO气体热解离为二氧化碳和碳，由该反应生成的活性碳被加热至1000℃左右，扩散至成为可固溶C的面心立方的γ结构的钢中的Fe晶格内而引起渗碳现象。

在此，在气体渗碳处理中，为了如上述那样使钢中的Fe成为可固溶C的面心立方的γ结构，而将作为被处理成品的钢材整体均匀地加热，因此碳容易扩散渗透至被处理成品的内部，虽然还取决于条件，但渗碳层的厚度也较厚而为1～1.5mm左右，难以成为如上述的本申请的母材前处理那样随着逐渐至内部而使碳的增加量逐渐减少的梯度结构。

若考虑上述的以往的气体渗碳处理的现象，则在本发明的前处理中考虑进行如以下所示的碳的扩散现象。

例如，对由碳钢构成的模具的表面喷射碳化物粉体，使之与被处理成品的母材表面碰撞时，被弹回，但是碰撞后速度变慢。碰撞前与碰撞后的速度之比即恢复系数因被处理成品的材质、硬度而不同，但是所失去的运动能量根据能量守恒定律而使除声音以外的其大部分转换为热能。热能被认为是因在碰撞时被处理成品的碰撞部发生变形而产生的内部摩擦，但是被处理成品仅在被常温喷射的碳化物粉体所碰撞的变形部分进行热交换，因此碳化物粉体所碰撞的模具的表面部分局部变成高温。另外，该碰撞部分是与粉体粒径对应而以极微小面积进行，并在瞬间反复进行急热-急冷。此时认为：碳化物粉体侧也在被处理成品的表面被加热，因此发生热分解，碳化物粉体中的活性碳活化吸附于被处理成品并扩散。

但是，在未如一般的渗碳那样均匀地加热被处理成形品的本发明的母材前处理方法中，被处理成品因与碳化物粉体的碰撞而被部分地加热，但是该加热局部地发生在碳化物粉体所碰撞的表面部分，随着朝向被处理成品的内部，因该碰撞而产生的热的影响急速减少。因此认为：在基于本发明方法的前处理中，随着从模具的表面朝向内部而使碳越发难以扩散，其结果为进行伴有碳量随着朝向内部而减少的上述梯度结构的渗碳。

另外，本发明中使用的碳化物粉体如上述那样含有碳化物，该碳化物一般比金属密度低(例如SiC：3.2g/cm³，B₄C：2.5g/cm³)，因此即使对模具高速地进行喷射，碰撞时的变形也较少。因此，在本发明中，与需要将模具整体加热至高温的以往的气体渗碳处理方法等相比，能够实现减少模具的变形的渗碳处理。

〔后处理工序〕

本工序是对上述前处理工序的处理后的模具表面进一步干式喷射球状粉体，在模具表面形成无数圆弧状的微小凹陷而加工成得到脱膜性的提高的表面形状，并且进行表面硬度的进一步提高。

作为所使用的球状粉体，只要是具有与作为处理对象的模具的硬度同等以上的硬度的球状粉体，则其材质并无特别限定，例如，除各种金属制的球状粉体外，还可以使用陶瓷制的球状粉体，也可以使用与上述的碳化物粉体同样材质的球状粉体(碳化物)。

球状粉体使用球状的粉体，而如上述那样能够在模具的表面形成无数圆弧状的微小凹部〔参照图4(B)〕。

就这样的球状粉体而言，对于金属系的材质的球状粉体，可利用雾化法而获得，对于陶瓷系的球状粉体，可以通过在破碎后进行熔融而得到。作为所使用的粉体的粒径，为了得到因碰撞使模具表面发生塑性变形而形成半圆形状的凹部(凹坑；dimple)所需的喷射速度，使用在JIS R6001(1987)规定的粒度分布中的粒径为#220以下的球状粉体，优选粒径为#240以下的粒径的“微粉”。

另外，作为对模具的表面喷射这样的球状粉体的方法，与在前处理工序的说明中作为碳化物粉体的喷射方法所说明的同样，只要是能够进行干式喷射的方法，则可以使用已知的各种喷射装置，并且只要是具备能够以喷射压力0.2MPa以上进行喷射的性能的喷射装置，则其型式等并无特别限定。

利用上述的喷射装置对模具表面中作为上述前处理工序的处理对象的部分的表面喷射如以上那样的球状粉体。

因该球状粉体的碰撞，模具表面在与球状粉体的碰撞部分发生塑性变形，通过前处理工序中因与多边形状的碳化物粉体的碰撞所致的切削，将形成在模具表面的具有锐利形状的顶端的凹凸溃塌而在模具的表面整体无规地形成无数圆弧状的凹陷(凹坑)，由此改善表面粗糙度，并且脱膜性提高。

另外认为：进行因在与球状粉体的碰撞时产生的发热而在碰撞部瞬间性产生局部性的加热和冷却的瞬间热处理，并且因形成圆弧状凹陷时的塑性变形而使模具的表面微结晶化，引起加工硬化，与前处理工序后的状态相比，模具的表面硬度进一步提高，而且因表面发生塑性变形而赋予压缩残留应力，由此还能提高模具的疲劳强度等且同时赋予由所谓“喷丸处理(shot pinning)”所得的效果。

实施例

以下，将关于本发明的表面处理方法进行的试验结果作为实施例进行说明。

〔表面硬度-表面粗糙度的确认试验〕

试验的概要

测定如下各个情况下的表面硬度、表面粗糙度的不同：

·未处理的试验片的情况、

·对上述试验片仅进行多边形状的碳化物粉体的喷射(相当于前处理)的情况、

·仅进行球状粉体的喷射(相当于后处理)的情况、以及

·进行多边形状的碳化物粉体的喷射(相当于前处理)和球状粉体的喷射(相当于后处理)两者的情况。

试验片

作为试验片，使用市售的阿尔门试片试验片(N片)。该阿尔门试片的制造商所公称的规格如下述的表1所示。

【表1】

试验片(阿尔门试片)

处理方法

使用安装有喷嘴直径φ9mm的喷嘴的重力式喷射加工装置(株式会社不二制作所制“SGK-4”)，在下述的表2记载的处理条件下进行喷射加工。

【表2】

予以说明，后处理中使用的球状粉体为陶瓷系的硬质珠粒(Potters-Ballotini株式会社“FHB”系列)#400(粒径53～38μm)。

该球状粉体的组成及物性如表3所示。

【表3】

“FHB#400”的组成和物性

测定结果

利用触针法测定上述各处理中的试验片的表面硬度和表面粗糙度〔算术平均粗糙度Ra、十点平均粗糙度Rz：均依据JIS B 0601(1994)〕的结果如表4所示。

另外，试验片的自表面起的深度与硬度的关系如图3所示。

【表4】

表面硬度-表面粗糙度的测定结果

考察

仅前处理

在对试验片仅进行喷射多边形状的碳化物粉体(SiC)的前处理的情况时，虽然确认到被认为是由碳化物粉体(SiC)中的碳元素的扩散渗透(渗碳)而引起的表面硬度的上升，但该表面硬度的上升止于以HV计为50的上升为止。

予以说明，在图1(A)及图1(B)中示出喷射多边形状的碳化物粉体(SiC)后的试验片的表面。喷射碳化物粉体后的试验片的表面的表面粗糙度增大，而且，在进行上述各处理的情况之中，成为表面最粗糙的状态(参照表4)。

仅后处理

在对试验片仅进行喷射球状粉体的后处理的情况时，与未处理的情况相比，得到被认为是由瞬间热处理引起的以HV计为100的表面硬度的上升(参照表4)。

另外，相比于未处理的情况，喷射球状粉体后的试验片的表面的表面粗糙度也增大，但与仅进行喷射多边形状的碳化物粉体的前处理后的试验片的表面相比，表面粗糙度较小(参照表4)。

复合处理(前处理与后处理的组合)

在将喷射多边形状的碳化物粉体而进行的前处理和对该前处理后的表面喷射球状粉体而进行的后处理组合而进行的复合处理中，与未处理的试验片相比，表面硬度上升以HV计为190，认为通过前处理中的渗碳和后处理中的瞬间热处理的复合效果而使硬度上升最高。

予以说明，图2(A)及图2(B)中示出喷射球状粉体后的试验片的表面。进行复合处理后的试验片的表面粗糙度，在与仅进行前处理的情况〔图1(A)及图1(B)〕的比较中得到大幅地改善。另外，在与仅进行后处理的情况相比也观察到若干的改善(参照表4)。

在此，如果仅着眼于处理后的表面粗糙度这一点，则在将喷射多边形状的碳化物粉体而进行的前处理工序省略而仅进行喷射球状粉体而进行的后处理的情况和进行前处理和后处理的复合处理的情况时，成为较接近的数值。

但是，在省略前处理工序而想要仅以球状粉体的喷射而消除在试验片的表面产生的加工痕迹的情况下，该处理需要很长时间，如上述的复合处理那样，预先通过利用前处理喷射多边形状的碳化物粉体而除去在试验片的表面产生的加工痕迹等方式，使其成为无方向性，然后进行球状粉体的喷射的处理也可以整体上缩短处理时间。

而且，可确认：通过利用前处理喷射碳化物粉体而进行的渗碳和利用后处理进行的瞬间热处理，从而得到超过将前处理和后处理分别单独进行时的硬度上升的合计值的硬度上升，从而得到两者的协同效果以上的硬度上升。

予以说明，如图3所示，在碳化物粉体的喷射后产生的表面硬度的上升是在试验片的表面部分中最大，随着自表面的深度增加而逐渐降低且最终成为未处理的母材硬度，因此推测对于试验片的渗碳成为碳量随着自被处理成品表面起深度变深而逐渐减少且在一定的深度碳量减少至未处理的状态的、上述梯度结构。

〔模具的寿命-脱膜性的确认试验〕

试验的概要

对用途不同的4种模具，针对如下各种情况比较了模具的表面硬度、寿命及脱膜性。

·未进行喷射处理的情况(研磨品或切削加工品)、

·一起进行了多边形状的碳化物粉体的喷射和球状粉体的喷射的情况(实施例)、以及

·仅进行球状粉体的喷射的情况(比较例)。

关于寿命，分别使用未处理品的模具、进行了实施例及比较例的处理的模具，进行树脂的成型，将发生成形不良或脱模不良的任一者的时刻的shot数(ショット数)作为寿命来进行评价。

另外，脱膜性通过以目视确认成型品及成型材料对模具表面的附着状态和有无发生成型不良来进行评价。

处理条件

实施例1～4中作为处理对象的模具和对于各模具的碳化物粉体的喷射处理(前处理)及球状粉体的喷射处理(后处理)的处理条件如下述的表5所示。

各处理中使用的喷射加工装置均为重力式喷射加工装置(株式会社不二制作所制“SGK-4”)。

予以说明，比较例1～4是仅进行与实施例1～4中的“后处理”对应的处理的情况。但是，比较例1～4是相较于各实施例的“后处理”需要更长的球状粉体的喷射时间、进行喷射直至加工痕迹消失为止的情况。该比较例的喷射时间在下述的表5中的“后处理”的“喷射时间”一栏中标注()来表示。

【表5】

作为处理对象的模具及处理条件

(3)试验结果

测定未进行喷射加工的模具(研磨品或切削加工品)、实施例的模具(实施例1～4)及比较例的模具(比较例1～4)的表面硬度、寿命、以及脱膜性的结果如下述的表6所示。

【表6】

各模具的寿命和脱膜性

考察

处理时间

在比较例1～4中，为了仅利用球状粉体的喷射将残留于模具表面的加工痕迹消除而使其成为无方向性，需要以比所对应的实施例1～4中进行的前处理及后处理的喷射时间的总时间更长的时间进行球状粉体的喷射，可确认到如本发明那样利用前处理和后处理这样的二阶段的处理来进行在缩短加工时间的方面有利。

表面硬度及寿命

可确认实施例1～4的模具及比较例1～4的模具相对于研磨品或切削加工品而使表面硬度及寿命的任一者均提高，但与比较例1～4相比，实施例1～4的模具的表面硬度及寿命的增加较大，可确认到如本发明那样进行前处理和后处理这样的二阶段的表面处理在增大模具的表面硬度和寿命的方面有利。

予以说明，在实施例1及比较例1中，推测：通过使用作为碳化物的高速钢(碳1.3％)作为球状粉体，由此利用该球状粉体的喷射而在模具的表面进行球状的微小凹陷的形成及瞬间热处理，同时还进行渗碳，从而利用渗碳和瞬间热处理的协同效果而得到表面硬度的上升。

但是，推测为利用这样的渗碳和瞬间热处理的协同效果而使硬度上升的比较例1的模具，也在与实施例1的模具的比较中使表面硬度和寿命变差，因此与利用一次处理同时赋予渗碳和瞬间热处理的效果的情况相比，可确认：如本发明那样设为将前处理工序和后处理工序分开、利用其中的前处理工序进行渗碳、之后进行瞬间热处理及形成圆弧状的凹陷的后处理的复合处理时，不仅如上述那样能够缩短总处理时间，而且能够更进一步提升表面硬度的提高和伴随其的寿命的提高的效果。

表面粗糙度及脱膜性

可确认到实施例1～4及比较例1～4均相对于研磨品而使表面粗糙度增大，但均相对于研磨品而使脱膜性提高，可确认到对模具表面喷射球状粉体的处理与进行镜面研磨的情况相比在提高模具的脱膜性的方面更有效。

予以说明，在将以作为具有自润滑性的树脂而已知的尼龙作为成型对象的模具设为处理对象的实施例2及比较例2、将以作为成型收缩率小的材料而已知的聚丙烯作为成型对象的模具设为处理对象的实施例3及比较例3中，可确认到在实施例及比较例的任一者中均得到良好的脱膜性，但是在将以如氨基甲酸酯弹性体或橡胶那样容易附着于模具表面的成型材料作为对象的模具设为处理对象的实施例1、比较例1、实施例4、比较例4中，可确认到实施例1及实施例4的模具相比于比较例1及比较例4的模具更能发挥良好的脱膜性。

由该情况，可确认到如本发明那样复合地进行前处理和后处理二阶段的处理，即使在弹性体或橡胶等脱膜性差的成型材料用成型模具中也能提高脱膜性，且可确认与仅利用球状粉体的喷射(只有与后处理对应的工序)进行表面处理的情况相比在脱膜性的提高这一点上也更有利。

Claims (2)

1.一种模具的表面处理方法，其特征在于，其具有前处理工序和后处理工序，

所述前处理工序是通过对模具的表面以0.2MPa以上的喷射压力干式喷射在JIS R6001的粒度分布中粒径为#220以下且具有多边形状的碳化物粉体，使所述碳化物粉体中的碳元素向所述模具的表面扩散，

所述后处理工序是对所述前处理后的所述模具表面以0.2MPa以上的喷射压力干式喷射具有与该模具的母材硬度同等以上的硬度且在JIS R6001的粒度分布中粒径为#220以下的球状粉体并使之碰撞而在所述模具的表面形成无数圆弧状的微小凹陷，

通过所述前处理工序和所述后处理工序进行以比仅进行所述后处理工序的时间短的时间除去加工痕迹且产生超过单独进行所述后处理工序时的硬度的硬度上升的调整，

所述JIS R6001为1987年的。

2.根据权利要求1所述的模具的表面处理方法，其中，所述模具为树脂成型用模具。