JP2007007726A - Method for reinforcing die - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鍛造用金型をはじめとする各種の金型を補強するための金型補強方法に関する。 The present invention relates to a mold reinforcing method for reinforcing various molds including a forging mold.
一般に、鍛造用金型、プレス用金型及び鋳造用金型等の金型では、金型同士の当接部や溶融金属湯が高速で衝突する部分に応力が作用し、クラックや摩耗等が生じる。 In general, in a die such as a forging die, a pressing die, and a casting die, stress acts on a contact portion between the dies and a portion where molten metal hot water collides at high speed, and cracks, wear, etc. Arise.
金型に生じたクラックや摩耗等の損傷部は、製品にバリや歪みを発生させる要因となり、後工程での製品のバリ取り作業や整形作業を増大させてしまう。そこで、このような製品不良の発生を未然に防ぐため、使用前の金型に対して予め補強を行って損傷部を生じ難くすることが図られている。 Damaged parts such as cracks and wear in the mold cause burrs and distortions in the product, increasing the deburring and shaping operations of the product in the subsequent process. Therefore, in order to prevent such product defects from occurring, it has been attempted to reinforce the mold before use to make it difficult to generate a damaged portion.
従来、この種の金型の補強方法としては、金型に損傷が生じ易い部位に、放電被覆を利用して肉盛りする方法が知られている。この肉盛り方法では、火花放電に伴う高温を利用して金属、炭化物セラミックス及びサーメット等の電極材を、金型における損傷が生じ易い部位の表面に蒸着して表面処理を行い、硬度、耐蝕性及び耐久性等を向上させる放電被覆処理が行われている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a method for reinforcing a mold of this type, there is known a method of depositing on a part where the mold is easily damaged by using a discharge coating. In this overlaying method, electrode materials such as metals, carbide ceramics, and cermets are deposited on the surface of the mold where damage is likely to occur using the high temperature associated with spark discharge, and surface treatment is performed to obtain hardness and corrosion resistance. In addition, a discharge coating process that improves durability and the like is performed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、前記補強方法には、肉盛り部と金型との接合強度が脆弱で、その耐久性に限界があるため、補修を頻繁に行う必要があり、製品の生産性の低下を招くという難点がある。 However, the above-mentioned reinforcing method has a drawback in that the bonding strength between the build-up portion and the mold is fragile and its durability is limited, so that repairs need to be performed frequently, leading to a decrease in product productivity. There is.
特に、鍛造用金型は、使用時の応力が高いことや、熱疲労も加わり、肉盛り部が剥離し易いため、肉盛りによって補強を行っても長期間にわたって補強を維持することが困難である。従って、鍛造用金型は、損傷すると廃棄処分を強いられており、不経済である。 In particular, forging dies have high stress during use, thermal fatigue is added, and the built-up part is easy to peel off, so it is difficult to maintain reinforcement for a long time even if it is reinforced by building up. is there. Therefore, if the forging die is damaged, it is forced to be disposed of, which is uneconomical.
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、強固且つ確実な補強を可能とし、金型の耐久性、製品の生産性及び経済性の向上に寄与することができる金型補強方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and enables a strong and reliable reinforcement, and a mold reinforcement method capable of contributing to improvement of mold durability, product productivity and economy. The purpose is to provide.
前記の目的を達成するために、本発明に係る金型補強方法は、炭化物化することでFe基合金からなる金型の硬度を上昇させる性質を有する第1元素粉末及び前記第1元素粉末より融点の低い第2元素粉末を有する混合粉末を、前記金型の少なくとも補強予定領域に被覆する工程と、
前記金型によってワークを加工する際の加工熱を利用して、前記混合粉末が被覆された前記金型の少なくとも補強予定領域を熱処理することにより、前記混合粉末中の前記第1元素粉末を炭化して前記金型内に拡散させる工程と、
を含むことを特徴とする。すなわち、この補強方法は、金型に損傷部が生じる前に実施される。
In order to achieve the above object, a mold reinforcing method according to the present invention includes a first element powder having a property of increasing the hardness of a mold made of an Fe-based alloy by being carbideized, and the first element powder. Coating the mixed powder having the second element powder having a low melting point on at least the region to be reinforced of the mold;
The first element powder in the mixed powder is carbonized by heat-treating at least a region to be reinforced of the mold covered with the mixed powder using processing heat when processing a workpiece with the mold. And diffusing into the mold,
It is characterized by including. That is, this reinforcing method is performed before a damaged part is generated in the mold.
本発明によれば、金型の硬度や強度を確実に向上させることができるので、例えば、鍛造加工を繰り返し行っても摩耗し難く、しかも、欠損が生じ難い耐久性の高い鍛造加工用金型が得られ、製品の生産性及び経済性の向上に寄与できる。勿論、プレス用金型及び鋳造用金型等の金型においても同様である。 According to the present invention, since the hardness and strength of the mold can be reliably improved, for example, a highly durable forging mold that is difficult to wear even if the forging process is repeatedly performed and that is not easily damaged. Can be obtained, and can contribute to the improvement of product productivity and economy. Of course, the same applies to dies such as press dies and casting dies.
そして、ワークの加工熱を利用して金型の熱処理が行われるため、工数及び労力の低減が可能となり、製造コストを低減することができる。 And since heat processing of a metal mold | die is performed using the process heat of a workpiece | work, a man-hour and a labor can be reduced and manufacturing cost can be reduced.
前記Fe基合金の好適な例としては、工具鋼、高速度工具鋼、ダイス鋼、粉末ハイスの合金鋼、SCM、SNC、SNCM、SCrの構造用合金鋼、又は炭素鋼、低炭素鋼の構造用鋼を挙げることができる。 Suitable examples of the Fe-based alloy include tool steel, high-speed tool steel, die steel, powder steel alloy steel, SCM, SNC, SNCM, SCr structural alloy steel, or carbon steel, low carbon steel structure. For example.
また、前記第1元素粉末は、Fe、Ni、Coの群の少なくともいずれか1種であることが好適である。これらは、自身が炭化物化することでFe基合金からなる金型の硬度を良好に上昇させるからである。 In addition, it is preferable that the first element powder is at least one of a group of Fe, Ni, and Co. This is because the hardness of the mold made of the Fe-based alloy is improved satisfactorily by being carbideized.
また、前記第2元素粉末としては、Al又はAl−Mn共晶合金が好適である。Alは第1元素粉末より融点が低く、Al−Mn共晶合金の共晶点は、Alの融点に比してさらに低い。このようなAl及びAl−Mn共晶合金は、第1元素粉末の誘引剤として作用する。 Further, as the second element powder, Al or an Al—Mn eutectic alloy is preferable. Al has a lower melting point than the first element powder, and the eutectic point of the Al—Mn eutectic alloy is lower than the melting point of Al. Such Al and Al-Mn eutectic alloys act as attractants for the first element powder.
さらに、Fe基合金の表面に存在する酸化物膜を還元するための還元剤を前記混合粉末に配合することが好ましい。この場合、第1元素粉末の原子が拡散する際に酸化物膜が除去されているので、低エネルギで原子拡散が生じる。 Furthermore, it is preferable to add a reducing agent for reducing the oxide film present on the surface of the Fe-based alloy to the mixed powder. In this case, since the oxide film is removed when the atoms of the first element powder diffuse, atomic diffusion occurs with low energy.
しかも、第2元素粉末としてAlを使用した場合、還元剤が酸素を捕捉することでAlの酸化が防止される。従って、Alの特性劣化が防止され、第1元素粉末のFe基合金への密着性が良好になる。 In addition, when Al is used as the second element powder, the reducing agent captures oxygen to prevent oxidation of Al. Therefore, the characteristic deterioration of Al is prevented and the adhesion of the first element powder to the Fe-based alloy is improved.
還元剤の好適な例としては、炭素粉末、樹脂又はSiを挙げることができる。 Preferable examples of the reducing agent include carbon powder, resin or Si.
また、前記混合粉末に、W、Ti、V、Mo又はNbを添加することがさらに好ましい。この場合、金型の強度が一層向上するからである。 Moreover, it is more preferable to add W, Ti, V, Mo, or Nb to the mixed powder. This is because the strength of the mold is further improved in this case.
ここで、金型によってワークを加工する際には、該金型の内面に塗布される離型剤によって前記混合粉末と前記ワークとの接触を防止するようにすればよい。これにより、混合粉末がワークに作用することが回避される。 Here, when the workpiece is processed by the mold, the contact between the mixed powder and the workpiece may be prevented by a release agent applied to the inner surface of the mold. Thereby, it is avoided that mixed powder acts on a workpiece | work.
本発明に係る金型補強方法によれば、金型の硬度や強度を確実に向上させることができるので、鍛造加工を繰り返し行っても摩耗し難く、しかも、欠損が生じ難い耐久性の高い金型が得られる。結局、製品の生産性及び経済性を向上させることができる。 According to the method of reinforcing a mold according to the present invention, the hardness and strength of the mold can be reliably improved, so that it is difficult to wear even if the forging process is repeated, and a highly durable metal that is not easily damaged. A mold is obtained. Eventually, product productivity and economy can be improved.
以下、本発明に係る金型補強方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the mold reinforcing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態に係る金型補強方法が実施される鍛造用金型10の概略全体斜視図である。この鍛造用金型10は、自動車のエンジン動力を滑らかに且つ等速に車輪に伝えるための等速ジョイントを構成するスパイダを鍛造成形するための金型であり、Fe基合金、例えば工具鋼、高速度工具鋼、ダイス鋼及び粉末ハイス等の合金鋼からなる。 FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a forging die 10 in which the die reinforcing method according to the present embodiment is implemented. This forging die 10 is a die for forging a spider that constitutes a constant velocity joint for smoothly and uniformly transmitting the engine power of an automobile to a wheel. An Fe-based alloy, for example, tool steel, It consists of alloy steels such as high speed tool steel, die steel and powdered high speed steel.
鍛造用金型10は、下型11と、この下型11に対して相対的に変位可能な上型12とを備え、これら下型11及び上型12には、スパイダの形状に整合し、加熱軟化した鋼材等の素材(ワーク)が圧入されるキャビティ11a、12aがそれぞれ形成されている。
The
この鍛造用金型10の補強方法につき、図2A〜図2Cを参照して説明する。先ず、炭化物化することでFe基合金である合金鋼からなる鍛造用金型10の硬度を上昇させる性質を有する第1元素粉末と、第1元素粉末より低融点、例えば、融点が600℃〜750℃である第2元素粉末との混合粉末を用意する。
A method for reinforcing the forging die 10 will be described with reference to FIGS. 2A to 2C. First, a first element powder having the property of increasing the hardness of a forging
第1元素粉末の好適な例としては、Fe、Ni、Coの群の少なくともいずれか1種が挙げられる。後工程において、拡散させたい炭化物の金属種がFeであればFe粉末が配合された混合粉末を調製すればよい。また、拡散させたい金属種がNiであればNi粉末が配合された混合粉末を調製し、CoであればCo粉末が配合された混合粉末を調製すればよい。勿論、例えば、FeとCoの双方を拡散させる場合、Fe粉末及びCo粉末の双方が配合された混合粉末を調製すればよい。 Preferable examples of the first element powder include at least one selected from the group consisting of Fe, Ni, and Co. In the subsequent step, if the metal species of the carbide to be diffused is Fe, a mixed powder containing Fe powder may be prepared. If the metal species to be diffused is Ni, a mixed powder containing Ni powder is prepared, and if it is Co, a mixed powder containing Co powder may be prepared. Of course, for example, when both Fe and Co are diffused, a mixed powder containing both Fe powder and Co powder may be prepared.
一方、第2元素粉末の好適な例としてはAl又はAl−Mn共晶合金が挙げられる。 On the other hand, a suitable example of the second element powder is Al or an Al—Mn eutectic alloy.
ここで、補強対象である鍛造用金型10(合金鋼)の表面には、通常、自発的に形成された酸化物膜が存在する。この状態で第1元素粉末に含まれる金属原子を拡散させるには、当該金属原子が酸化物膜を通過できるように、多大な熱エネルギを供給しなければならない。これを回避するために、混合粉末には、酸化物膜を還元することが可能な還元剤、例えば、炭素を混合することが好ましい。 Here, a spontaneously formed oxide film usually exists on the surface of the forging die 10 (alloy steel) to be reinforced. In order to diffuse the metal atoms contained in the first element powder in this state, a large amount of heat energy must be supplied so that the metal atoms can pass through the oxide film. In order to avoid this, the mixed powder is preferably mixed with a reducing agent capable of reducing the oxide film, for example, carbon.
又は、第1元素粉末と第2元素粉末の混合粉末を溶媒に添加し、この溶媒に、酸化物膜に対して還元剤として作用し且つ合金鋼とは反応しない物質を分散ないし溶解させて塗布剤を調製するようにしてもよい。このような還元剤の好適な例としては、ニトロセルロース、ポリビニル、アクリル、メラミン、スチレン、エポキシの各樹脂を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。なお、還元剤の濃度は、5%程度とすればよい。 Alternatively, a mixed powder of the first element powder and the second element powder is added to a solvent, and a substance that acts as a reducing agent on the oxide film and does not react with the alloy steel is dispersed or dissolved in the solvent. An agent may be prepared. Preferable examples of such a reducing agent include nitrocellulose, polyvinyl, acrylic, melamine, styrene, and epoxy resins, but are not particularly limited thereto. Note that the concentration of the reducing agent may be about 5%.
さらに、混合粉末に、鍛造用金型10の補強強度を上昇させる性質を有する物質を添加するようにしてもよい。このような物質の好適な例としては、W、Ti、V、Mo、Nbの群の少なくともいずれか1種を挙げることができる。 Furthermore, you may make it add the substance which has the property to raise the reinforcement intensity | strength of the metal mold | die 10 for forging to mixed powder. As a suitable example of such a substance, at least one member of the group of W, Ti, V, Mo, and Nb can be mentioned.
そして、前記混合粉末を、図2Aに示すように、鍛造用金型10の補強予定領域であるキャビティ11a(12a)の表面に塗布して混合粉末層14を形成する。
Then, as shown in FIG. 2A, the mixed powder is applied to the surface of the
混合粉末の塗布は、上記したように、混合粉末を溶媒に分散させて調製した塗布剤を塗布することによって行えばよい。溶媒としては、アセトンやアルコール等、容易に蒸発する有機溶媒を選定することが好ましい。前記塗布剤を調製する場合、溶媒にNi、Co等の粉末を分散させればよく、還元剤としてのCやSi等の粉末を分散させるようにしてもよい。 The mixed powder may be applied by applying a coating agent prepared by dispersing the mixed powder in a solvent as described above. As the solvent, it is preferable to select an organic solvent that easily evaporates, such as acetone or alcohol. When the coating agent is prepared, powders such as Ni and Co may be dispersed in a solvent, and powders such as C and Si as a reducing agent may be dispersed.
また、塗布方法としては、刷毛13を使用する刷毛塗り法を採用すればよい。勿論、刷毛塗り法以外の公知の塗布技術、例えばスプレー塗布を採用するようにしてもよい。
Moreover, as a coating method, a brush coating method using the
次に、図2Bに示すように、キャビティ11a(12a)内の混合粉末層14上に離型剤15を塗布する。
Next, as shown in FIG. 2B, a
次に、キャビティ11a(12a)内に加熱された素材(図示せず)を圧入する。このとき、離型剤15が存在するために、前記混合粉末層14が素材に接触することはない。
Next, a heated material (not shown) is pressed into the
次に、いわゆる型閉じを行う。これにより前記素材に対する鍛造成形加工が開始され、最終的に、所定形状の等速ジョイントが成形される。 Next, so-called mold closing is performed. As a result, the forging process for the material is started, and finally, a constant velocity joint having a predetermined shape is formed.
この際に、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)に対する熱処理が進行する。型閉じに伴い、前記素材から下型11及び上型12に対して熱が伝達されるからである。
At this time, the heat treatment for the
このように、本実施の形態では、素材の加工熱を利用して鍛造用金型10の熱処理が行われる。このため、工数及び労力の低減が可能となり、補強に要するコストが低減される。
Thus, in the present embodiment, the forging
この熱処理の際に混合粉末層14のリフローが起こり、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)内面に混合粉末が均等に被覆される。このとき、第1元素粉末より融点の低い第2元素粉末が先に溶融することで、この第2元素粉末に誘引されるように、第1元素粉末、さらには、W、Ti、V、Mo、Nbの群の少なくともいずれか1種が均等に被覆される。
During the heat treatment, the
この現象は、第2元素粉末の融点が低いほど起こり易い。従って、上記したように、金属の中では比較的低融点のAlや、共晶点がAlの融点に比して低いAl−Mn共晶合金を用いることが好適である。なお、Alは、第1元素粉末によって置換されながら表層に移動し、最終的には、溶剤等の酸素と結合して、表層においてスラッジ化される。このため、Alが内部に存在することに起因して鍛造用金型10の脆化や破断が生じることが回避される。
This phenomenon is more likely to occur as the melting point of the second element powder is lower. Therefore, as described above, among metals, it is preferable to use Al having a relatively low melting point or an Al—Mn eutectic alloy whose eutectic point is lower than the melting point of Al. Al moves to the surface layer while being replaced by the first element powder, and finally combines with oxygen such as a solvent to be sludged on the surface layer. For this reason, it is avoided that the forging
なお、混合粉末に炭素粉末や樹脂等の還元剤が存在する場合、この還元剤がOを捕捉する。例えば、炭素粉末、又は樹脂が分解して生じたCは、Oと化合してCO、CO2となる。このため、Alをはじめとする各種金属が酸化することを防止することができる。 In addition, when reducing agents, such as carbon powder and resin, exist in mixed powder, this reducing agent captures O. For example, carbon powder or C generated by decomposition of resin combines with O to become CO and CO 2 . For this reason, it can prevent that various metals including Al are oxidized.
さらに、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)では、合金鋼の構成元素であるCや、還元剤が分解することによって生成したCと、第1元素粉末とが反応し、炭化物が生成される。W、Ti、V、Mo、Nbの群の少なくともいずれか1種を添加した場合には、これらも炭化物を形成する。
Furthermore, in the
生成した炭化物は、分解、生成を繰り返しながら、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)の内部深くまで拡散する。すなわち、生成した炭化物は即座に分解して第1元素粉末に戻り、この状態で、表層側に相対的に拡散移動する。
The generated carbide diffuses deep inside the
このようにして、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)の内部に炭化物が拡散し、その結果、図2Cに示すように、拡散層16が形成される。拡散層の厚み、すなわち、炭化物の拡散距離は、最大で表面から15mm程度の深さまで及ぶ。
In this way, the carbide diffuses inside the
なお、炭化物の濃度は漸次的に減少し、炭化物の拡散到達終端部と鍛造用金型10との間に明確な界面が生じることはない。従って、この部位に応力集中が生じて脆性破壊が生じることを回避することができるので、拡散層16が形成された鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)の靱性が確保される。
Note that the carbide concentration gradually decreases, and a clear interface does not occur between the carbide diffusion reaching end portion and the forging
換言すれば、この場合、金属元素を拡散させることに伴って脆性が増すことを回避することができる。従って、鍛造加工を繰り返し行っても、鍛造用金型10に割れ等の損傷が生じ難い。すなわち、鍛造用金型10の寿命を長期化することができる。
In other words, in this case, it is possible to avoid an increase in brittleness due to the diffusion of the metal element. Therefore, even if the forging process is repeatedly performed, the forging
しかも、炭化物が存在する領域では、鍛造用金型10の硬度が向上する。上記したように、本実施の形態に係る金型補強方法によれば、鍛造用金型10の内部深くまで炭化物が存在するので、該鍛造用金型10の硬度及び強度が内部まで上昇し、その結果、内部の耐摩耗性が向上するとともに、変形し難くなる。
In addition, the hardness of the forging
さらには、TiC、TiN等が生成することにより、いわゆる炭化物効果によって金属の耐熱性が向上するとともに、いわゆる炭化物分散効果によって金属の強度が向上する。 Furthermore, when TiC, TiN, or the like is generated, the heat resistance of the metal is improved by a so-called carbide effect, and the strength of the metal is improved by a so-called carbide dispersion effect.
スパイダは、前回の鍛造成形加工時に補強がなされた鍛造用金型10を用いて連続的に製造される。すなわち、温間鍛造加工ないしは熱間鍛造加工が繰り返して実施される。しかしながら、上記したように、鍛造用金型10には補強が施されているので、該鍛造用金型10にクラックや摩耗等が生じることが抑制される。結局、寸法精度に優れるスパイダを長期間にわたって作製することが可能となる。
The spider is continuously manufactured using a forging
以上、本実施の形態に係る金型補強方法について詳述したが、本発明は、この実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。 The mold reinforcing method according to the present embodiment has been described in detail above. However, the present invention is not particularly limited to this embodiment, and the spirit of the invention described in the claims of the present invention. Various modifications can be made without departing from the scope.
例えば、前記Fe基合金は、合金鋼の他に、SCM、SNC、SNCM、SCrの構造用合金鋼、又は炭素鋼、低炭素鋼の構造用鋼であってもよい。 For example, the Fe-based alloy may be a structural alloy steel of SCM, SNC, SNCM, or SCr, or a structural steel of carbon steel or low carbon steel, in addition to the alloy steel.
また、金型は鍛造用金型10に限定されるものではなく、プレス用金型や鋳造用金型等、鍛造加工以外に供される金型であってもよい。
The die is not limited to the forging
10…鍛造用金型 11…下型
11a、12a…キャビティ 12…上型
13…刷毛 14…混合粉末層
15…離型剤 16…拡散層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記金型によってワークを加工する際の加工熱を利用して、前記混合粉末が被覆された前記金型の少なくとも補強予定領域を熱処理することにより、前記混合粉末中の前記第1元素粉末を炭化して前記金型内に拡散させる工程と、
を含むことを特徴とする金型補強方法。 A mixed powder having a first element powder having a property of increasing the hardness of a mold made of an Fe-based alloy by being carbideized and a second element powder having a melting point lower than that of the first element powder is at least reinforced to the mold. Covering the planned area;
The first element powder in the mixed powder is carbonized by heat-treating at least a region to be reinforced of the mold covered with the mixed powder using processing heat when processing a workpiece with the mold. And diffusing into the mold,
A mold reinforcement method comprising:
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JP2018053317A (en) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | トヨタ自動車株式会社 | Repair method of nitrided layer |
-
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- 2006-05-22 JP JP2006141290A patent/JP2007007726A/en active Pending
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