JP2007144461A - Surface treatment method for die, and die - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface treatment method for a die where lubricity can be imparted to a die without performing the application of a lubricant. <P>SOLUTION: When the powder of a solid lubricant is sprayed on the surface of a die together with a high speed gas, and a solid lubricant layer is formed on the surface of the die, upon the spraying of the solid lubricant, a spray nozzle is vibrated to the forward/backward direction of the spraying direction. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、金型の表面処理方法及び前記方法により表面処理された金型に関し、より詳細には、金型の表面に潤滑性を付与する表面処理方法及び前記方法で表面処理された金型に関する。   The present invention relates to a surface treatment method of a mold and a mold surface-treated by the method, and more specifically, a surface treatment method for imparting lubricity to the surface of the mold and a mold surface-treated by the method. About.

従来より、金型を使用した各種の成形において、金型に潤滑性を付与することで、加工負荷を軽減し、被加工材の表面状態の改善、金型に対する被加工材の移着防止、金型の摩耗防止等を目的として、潤滑剤が使用されている。   Conventionally, in various moldings using molds, the processing load is reduced by imparting lubricity to the molds, the surface condition of the workpiece is improved, the transfer of the workpiece to the mold is prevented, A lubricant is used for the purpose of preventing wear of the mold.

このような金型用の潤滑剤としては、一般に潤滑成分を分散させた油性や水溶性の樹脂が使用されており、このような潤滑剤を金型にスプレー等によって塗布することで使用される。   As such a mold lubricant, an oily or water-soluble resin in which a lubricating component is dispersed is generally used, and it is used by applying such a lubricant to the mold by spraying or the like. .

このようにして使用される潤滑剤にあっては、金型の熱によって悪臭等を伴う熱分解ガスを生じ易いことから、このような熱分解ガスの発生を防止する目的で、熱分解ガスが生じやすい油性の基剤を使用することなしに、固体潤滑剤と水溶性ポリマ及び界面活性剤とで構成した金型用潤滑剤や(特許文献1参照)、粉状固体潤滑剤と、有機又は無機化合物より成る付着性向上剤と、揮発性溶剤とによって構成された金型用潤滑剤(特許文献2参照)等も提案されている。   In the lubricant used in this way, pyrolysis gas with bad odor and the like is likely to be generated by the heat of the mold, so that the pyrolysis gas is used for the purpose of preventing the generation of such pyrolysis gas. Without using an oily base that is easily generated, a mold lubricant composed of a solid lubricant, a water-soluble polymer, and a surfactant (see Patent Document 1), a powdered solid lubricant, and organic or A mold lubricant composed of an adhesion improver made of an inorganic compound and a volatile solvent (see Patent Document 2) has also been proposed.

また、金型に関する技術ではないが、潤滑油等の液体潤滑剤に代え、摺動製品等の耐摩擦性や耐摩耗性の要求される機械要素部品に固体潤滑剤の被膜を形成する方法も提案されており、このような方法の一例として二硫化モリブデンの粉末を圧縮空気等の高速気流によってアルミニウム合金製の処理対象表面に噴射することにより二硫化モリブデンの被膜を形成する方法が提案されている(非特許文献1参照)。   Also, although it is not a technique related to molds, a method of forming a solid lubricant film on machine element parts that require friction resistance and wear resistance, such as sliding products, instead of liquid lubricants such as lubricating oil is also available. As an example of such a method, a method of forming a molybdenum disulfide coating by spraying molybdenum disulfide powder onto a surface to be processed made of aluminum alloy by a high-speed air flow such as compressed air is proposed. (See Non-Patent Document 1).

なお、前述の二硫化モリブデンの噴射による被膜の形成方法は、処理対象の表面に対する固体潤滑剤被膜の形成を二硫化モリブデン粉体の衝突エネルギによって行っていることから、二硫化モリブデンに比べて比重が小さい黒鉛(二硫化モリブデンの比重4.8;黒鉛の比重2.24)等の他の固体潤滑剤を使用する場合には、充分な衝突エネルギを得ることができず、また、アルミニウム合金に比べて硬度が高い鋼等、被膜の形成により高い衝突エネルギが必要となる処理対象に応用できない点に鑑み、黒鉛粉末により固体潤滑剤被膜を形成するための噴射条件に関する研究報告(非特許文献2参照)や、比重の軽い固体潤滑剤の噴射に使用した場合であっても高い衝突エネルギを得ることができるように、噴射速度を向上させることができるように特別に設計された噴射ノズルの提案(特許文献3参照)が行われている。   In the above-described method for forming a film by spraying molybdenum disulfide, since the solid lubricant film is formed on the surface to be treated by the collision energy of the molybdenum disulfide powder, the specific gravity is higher than that of molybdenum disulfide. When other solid lubricants such as graphite (specific gravity of molybdenum disulfide 4.8; specific gravity of graphite 2.24) are used, sufficient impact energy cannot be obtained. In view of the fact that it cannot be applied to processing objects that require high collision energy due to the formation of a coating, such as steel with higher hardness, a research report on spraying conditions for forming a solid lubricant coating with graphite powder (Non-Patent Document 2) The injection speed can be improved so that a high collision energy can be obtained even when used for injection of a solid lubricant having a low specific gravity. Specially designed proposed injection nozzle so that (see Patent Document 3) have been made.

この発明の先行技術文献情報としては次のものがある。
特開2003−13085号公報 特開2000−33457号公報 特開2005−144566号公報 社団法人日本トライボロジー学会発行「トライボロジスト」第47巻 第12号(2002)895 荻原秀実 "固体潤滑剤の微粒子ピーニングによる内燃機関ピストンしゅう動部の表面改質" 社団法人日本トライボロジー学会発行「トライボロジー会議予稿集 東京 2003-5」(発行2003年4月18日)P293-294,梅田一徳、他 "黒鉛粉末の高速噴射による自己潤滑性表面層の創製"
Prior art document information of the present invention includes the following.
JP 2003-13085 A JP 2000-33457 A JP-A-2005-144666 "Tribologist" published by Japan Society of Tribologists, Vol. 47, No. 12 (2002) 895 Hidemi Sugawara "Surface modification of piston sliding part of internal combustion engine by fine particle peening of solid lubricant" "Tribology Conference Proceedings Tokyo 2003-5" (published April 18, 2003) P293-294, Kazunori Umeda, et al. "Creation of self-lubricating surface layer by high-speed injection of graphite powder"

鍛造などの塑性加工の現場では、金型又はビレット等の加工材に前述したような潤滑剤を塗布することで、金型と材料との界面に潤滑性を与え、金型に対する加工材の付着や金型の摩耗等を防止している。   In the field of plastic working such as forging, by applying a lubricant as described above to a workpiece such as a mold or billet, the interface between the mold and the material is given lubricity, and the workpiece adheres to the mold. And wear of molds is prevented.

しかし、前述したように金型やビレット等の加工材に塗布して使用する潤滑剤にあっては、これを金型や加工材に塗布して成型を行うと、得られた成型品の表面に潤滑剤が付着する。   However, as described above, when the lubricant is applied to a work material such as a mold or billet and applied to the mold or the work material and molded, the surface of the obtained molded product The lubricant adheres to the surface.

そのため、得られた成型品を洗浄等して付着した潤滑剤を除去する工程が必要となるが、潤滑剤が極めて強固に付着するために容易には除去することができない。   For this reason, a process for removing the attached lubricant by washing the obtained molded product or the like is required, but the lubricant adheres extremely firmly and cannot be easily removed.

また、このような洗浄のための労力、設備が必要となり、そのためのコストが製品の価格に反映されると共に、洗浄に使用した排水の処理作業や処理施設も必要となる。   In addition, labor and equipment for such cleaning are required, the cost for that is reflected in the price of the product, and wastewater treatment work and processing facilities used for cleaning are also required.

また、前述した金型等に塗布して使用する潤滑剤にあっては、スプレー等でこれを金型等に塗布すれば、潤滑剤が作業環境に飛散したり、また、金型の熱による熱分解による熱分解ガスが発生したり、このような熱分解ガスの低減が図られたもの(例えば特許文献2に記載のもの)であっても、潤滑剤中に添加した揮発溶剤等の揮発によって作業環境を汚染するおそれがある。   In addition, in the case of the lubricant used by applying to the above-described mold, etc., if this is applied to the mold by spraying, etc., the lubricant will be scattered in the working environment, or due to the heat of the mold. Even if pyrolysis gas is generated by pyrolysis or the pyrolysis gas is reduced (for example, the one described in Patent Document 2), volatilization of the volatile solvent added to the lubricant May contaminate the work environment.

このように、金型等に塗布して使用する従来の金型用潤滑剤にあっては、熱分解ガスの発生等を低減する工夫が成されていたとしても、依然として加工作業現場の汚染を完全に防止することができず、作業環境の改善を図ることができない。   As described above, in the conventional mold lubricant used by being applied to a mold or the like, even if a device for reducing the generation of pyrolysis gas or the like has been devised, it still does not contaminate the processing work site. It cannot be completely prevented and the work environment cannot be improved.

一方、固体潤滑剤の粉体を金型に噴射して衝突させることにより金型の表面に固体潤滑剤の被膜を形成することができれば、スプレー等による潤滑剤の塗布作業を省略することができるとともに、製品の洗浄や後加工が不要となる。さらに加工表面精度の向上、清浄化や作業環境の改善ができ、これらの作業工程の簡素化により製品コストの低減も可能となる。   On the other hand, if a solid lubricant film can be formed on the surface of the mold by injecting the solid lubricant powder into the mold and causing it to collide, the application of the lubricant by spraying or the like can be omitted. At the same time, product cleaning and post-processing are not required. Furthermore, the processing surface accuracy can be improved, the cleaning can be improved, and the working environment can be improved, and the product cost can be reduced by simplifying these working steps.

そして、前述の非特許文献2に示すように、黒鉛等の比較的安価で比重の小さい固体潤滑剤粉体を噴射した場合であっても、処理条件によっては処理対象の表面に固体潤滑剤の被膜を形成することができることが確認されている。   And as shown in the above-mentioned non-patent document 2, even when a solid lubricant powder having a relatively low specific gravity such as graphite is injected, depending on the processing conditions, the surface of the solid lubricant It has been confirmed that a film can be formed.

しかし、非特許文献2に記載されている条件に従えば処理対象の表面に黒鉛層を形成できることは確認できたが、黒鉛層が形成された処理対象の表面には、黒鉛層の形成ムラが縞状の斑として現れ、処理対象の全体に均質な黒鉛層を形成することはできなかった。   However, according to the conditions described in Non-Patent Document 2, it was confirmed that a graphite layer could be formed on the surface to be treated. However, there was uneven formation of the graphite layer on the surface to be treated on which the graphite layer was formed. Appearing as striped spots, it was not possible to form a homogeneous graphite layer throughout the object to be treated.

また、前記非特許文献2に記載の条件は、平面に対する固体潤滑剤被膜の形成条件は示されているが、曲面に対する噴射処理条件の検討は示されていない。   Further, the conditions described in Non-Patent Document 2 show the formation conditions of the solid lubricant film on the flat surface, but do not show the examination of the injection treatment conditions on the curved surface.

さらに、前記方法によって実金型に対する表面処理を行ったところ、金型の表面は光沢面ではなく梨地状となり、摩擦抵抗が高いものとなった。そのため、前記非特許文献2に記載の表面処理方法は、金型の表面処理方法としての有利性は示されていない。   Furthermore, when the surface treatment was performed on the actual mold by the above method, the surface of the mold became a satin finish instead of a glossy surface, and the friction resistance was high. Therefore, the surface treatment method described in Non-Patent Document 2 does not show any advantage as a mold surface treatment method.

このように、前記従来技術として示した非特許文献2に記載の表面処理方法は、二硫化モリブデン以外の黒鉛等の固体潤滑剤粉体の噴射によっても固体潤滑剤の被膜を形成可能なことを示したものである点で優れた技術を開示するものであるが、これを直接金型の表面処理方法として適用したとしても、所望の効果を得ることはできない。   Thus, the surface treatment method described in Non-Patent Document 2 shown as the prior art can form a solid lubricant film by spraying solid lubricant powder such as graphite other than molybdenum disulfide. Although an excellent technique is disclosed in terms of what is shown, even if this is directly applied as a surface treatment method for a mold, a desired effect cannot be obtained.

そこで本発明は、金型に対しても実用可能な固体潤滑剤粉体の噴射条件を求めることにより、前述したような潤滑剤の塗布を行うことなく、金型に潤滑性を付与することのできる金型の表面処理方法、及び前記表面処理された金型を提供することを目的とし、これにより、潤滑剤の塗布、成型品の洗浄等を不要とし、ひいては作業環境の改善を可能とすることを目的とする。   Therefore, the present invention obtains the lubricity to the mold without applying the lubricant as described above by obtaining the injection conditions of the solid lubricant powder that can be practically applied to the mold. An object of the present invention is to provide a surface treatment method of a mold that can be used, and the above-mentioned surface-treated mold, thereby making it unnecessary to apply a lubricant, wash a molded product, and to improve the working environment. For the purpose.

上記目的を達成するために、本発明の金型の表面処理方法は、金型の表面に固体潤滑剤の粉体を高速気体と共に噴射して、前記金型の表面に固体潤滑剤層を形成する金型の表面処理方法において、
前記固体潤滑剤の噴射時、噴射ノズルを噴射方向前後及び又は左右方向に振動させることを特徴とする(請求項1)。
In order to achieve the above object, the mold surface treatment method according to the present invention forms a solid lubricant layer on the mold surface by injecting a powder of solid lubricant together with a high-speed gas onto the mold surface. In the mold surface treatment method to
When injecting the solid lubricant, the injection nozzle is vibrated back and forth in the injection direction and / or in the left-right direction (Claim 1).

前記金型の表面処理方法において、前記ノズルの一往復の移動を1回の振動とし、前記ノズルを毎分30以上の振動数で振動を行う(請求項2)。   In the surface treatment method of the mold, one reciprocal movement of the nozzle is set as one vibration, and the nozzle is vibrated at a frequency of 30 or more per minute (Claim 2).

さらに、前記金型の表面処理方法において、前記固体潤滑剤粉体の噴射を二回に分けて行う,この場合、二回目の噴射を一回目の噴射よりも低い噴射圧力により行うことが好ましく(請求項4)、例えば,前記第1回目の噴射を、噴射圧力:0.8〜1.0MPa,噴射距離:30〜70mm,噴射時間:20〜40sec,ノズル振幅:80〜120mm,ノズル振動数:30〜60cpmで行うと共に、前記第2回目の噴射を、噴射圧力:0.05〜0.2MPa,噴射距離:30〜70mm,噴射時間:20〜40sec,ノズル振幅:80〜120mm,ノズル振動数:30〜60cpmで行う(請求項5)。   Furthermore, in the surface treatment method of the mold, the injection of the solid lubricant powder is performed in two steps. In this case, it is preferable that the second injection is performed with a lower injection pressure than the first injection ( (Claim 4) For example, the first injection is carried out with an injection pressure of 0.8 to 1.0 MPa, an injection distance of 30 to 70 mm, an injection time of 20 to 40 sec, a nozzle amplitude of 80 to 120 mm, and a nozzle frequency of 30 to 30. The second injection is performed at 60 cpm, injection pressure: 0.05 to 0.2 MPa, injection distance: 30 to 70 mm, injection time: 20 to 40 sec, nozzle amplitude: 80 to 120 mm, nozzle frequency: 30 to 60 cpm (Claim 5).

なお、前記固体潤滑剤の粉体としては、粒径5〜30μmの黒鉛を好適に使用することができる(請求項6)。   In addition, as the powder of the solid lubricant, graphite having a particle size of 5 to 30 μm can be suitably used (Claim 6).

また、本発明の金型は、前述したいずれかの方法によって表面処理されたことを特徴とする金型である(請求項7)。   Moreover, the metal mold | die of this invention is a metal mold | die characterized by the surface treatment by one of the methods mentioned above (Claim 7).

以上説明した本発明の構成により、前記方法により表面処理を施すことにより、金型自体に潤滑性を付与することができ、これにより、金型や加工材に潤滑剤を塗布する必要がなくなった。   According to the configuration of the present invention described above, it is possible to impart lubricity to the mold itself by performing the surface treatment by the above-described method, thereby eliminating the need to apply a lubricant to the mold and the workpiece. .

その結果、潤滑剤の塗布時における潤滑剤の作業環境への飛散、揮発溶剤の揮発、金型の加熱に伴う分解ガスの発生に伴う作業環境の悪化が無くなり、作業環境を改善することができた。   As a result, there is no deterioration of the working environment due to the scattering of the lubricant into the working environment, the volatilization of the volatile solvent, and the generation of decomposition gas accompanying the heating of the mold when the lubricant is applied, and the working environment can be improved. It was.

さらに、前記構成の表面処理によって金型に潤滑性や離型性を付与することにより、該金型によって得られた成型品の表面には潤滑剤の付着がないことから、成型後に成型品を洗浄等する工程を省略することができると共に、洗浄に使用した洗浄水の処理作業、処理施設等を併せて省略することができた。   Further, by imparting lubricity and releasability to the mold by the surface treatment of the above configuration, there is no adhesion of the lubricant to the surface of the molded product obtained by the mold, so that the molded product can be removed after molding. The steps for washing and the like can be omitted, and the treatment work of the washing water used for washing, the treatment facility, and the like can be omitted.

固体潤滑剤粉体の噴射を二回に分けて行い、二回目の噴射を一回目の噴射よりも低い噴射圧力により行う場合には、形成された固体潤滑剤層の表面がより平滑となり、光沢面となった。その結果、固体潤滑剤層表面の摩擦抵抗をさらに低減させることができた。   When the solid lubricant powder is sprayed twice and the second spray is performed at a lower spray pressure than the first spray, the surface of the formed solid lubricant layer becomes smoother and glossy. Became a face. As a result, the frictional resistance on the surface of the solid lubricant layer could be further reduced.

以下、本発明の金型の表面処理方法につき説明する。   Hereinafter, the surface treatment method of the mold of the present invention will be described.

本発明の金型の表面処理方法は、金型の表面に固体潤滑剤の粉末を高速で噴射することにより、金型の表面に、表面から内部にかけて固体潤滑剤を浸入させるものであり、使用する固体潤滑剤、噴射装置、噴射条件等は以下の通りである。   The surface treatment method for a mold according to the present invention involves injecting a solid lubricant into the surface of the mold from the surface to the inside by injecting the powder of the solid lubricant onto the surface of the mold at a high speed. The solid lubricant, the injection device, the injection conditions, and the like are as follows.

〔固体潤滑剤〕
一般に固体潤滑剤としては、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)等の「軟質金属系」、黒鉛(C)、二硫化モリブデン(MoS)、二硫化タングステン(WS)、窒化ホウ素(BN)等の「層状構造物系」、ダイヤモンドやサファイア等の「超硬質系」、PTFE、ナイロン等の「有機高分子系」の固体潤滑剤が知られているが、本発明で使用する固体潤滑剤としては、このうち、潤滑性に優れた層状構造物系の固体潤滑剤を使用する。
[Solid lubricant]
In general, solid lubricants include “soft metal” such as gold (Au), silver (Ag), tin (Sn), zinc (Zn), indium (In), graphite (C), molybdenum disulfide (MoS 2 ), Tungsten disulfide (WS 2 ), boron nitride (BN) and other “layered structures”, diamond and sapphire “super-hard”, PTFE, nylon and other “organic polymer” solid lubricants However, among these, as the solid lubricant used in the present invention, a layered structure type solid lubricant excellent in lubricity is used.

なお、本発明の表面処理方法では、特に黒鉛等の比重の小さい固体潤滑剤粉体を使用する場合において効果的である。   The surface treatment method of the present invention is effective particularly when a solid lubricant powder having a small specific gravity such as graphite is used.

使用する固体潤滑剤の形状は特に限定されず、各種形状のものを使用可能であるが、前述の層状構造物系の固体潤滑剤、一例として黒鉛は、高温(400℃位)までは安定的でかつ安価であり,六方晶系に属する板状結晶の層状構造で、この層状構造を構成している各層毎の面内は強い共有結合によって炭素間が結合しているものの、層と層との間の結合は比較的弱い力によって結合されているために、通常鱗片状を成し、本実施形態にあってはこのような鱗片状のものを使用した。   The shape of the solid lubricant to be used is not particularly limited, and various shapes can be used. However, the above-mentioned layered structure type solid lubricant, for example, graphite is stable up to a high temperature (about 400 ° C). In addition, it is a plate-like layered structure belonging to the hexagonal system, and the in-plane of each layer constituting this layered structure is bonded between carbons by strong covalent bonds. Since the bonds between the two are bonded by a relatively weak force, they usually have a scaly shape. In this embodiment, such a scaly member is used.

使用する固体潤滑剤の粒径は、この固体潤滑剤の長辺又は長径において20〜30μmの範囲であり、好ましくは10〜20μmである。   The particle size of the solid lubricant to be used is in the range of 20 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm in the long side or the long diameter of the solid lubricant.

〔噴射装置及び噴射条件〕
前記固体潤滑剤の噴射装置としては、既知のブラスト加工装置を使用することができ、このような噴射装置の構成例を図1に示す。
[Injection device and injection conditions]
As the solid lubricant injection device, a known blasting device can be used, and a configuration example of such an injection device is shown in FIG.

図1に示す噴射装置は、噴射ノズル、空気圧縮機、噴射室、粉体供給器、分級器、回収ユニット、及び圧力配管によって構成されており、粉体供給器内で空気圧縮機からの圧縮空気と合流させた固体潤滑剤粉体を、噴射室内でノズルより噴射して金型に衝突させ、この噴射された固体潤滑剤粉体を回収して分級機によって再使用可能な固体潤滑剤粉体を回収して粉体供給器に再度導入すると共に、破砕して再使用不能な固体潤滑剤粉体を回収ユニットにより回収可能に構成したものである。   The injection device shown in FIG. 1 includes an injection nozzle, an air compressor, an injection chamber, a powder supply device, a classifier, a recovery unit, and a pressure pipe, and compression from the air compressor in the powder supply device. The solid lubricant powder combined with air is injected from the nozzle in the injection chamber to collide with the mold, and the injected solid lubricant powder is recovered and reusable by the classifier. The body is recovered and re-introduced into the powder feeder, and the solid lubricant powder that is crushed and cannot be reused can be recovered by the recovery unit.

本発明の金型の表面処理方法にあっては、このようなブラスト加工装置によって、噴射圧力0.05〜1.0MPa、又は噴射速度240m/sec、噴射距離(ノズル先端と金型表面との距離)を25〜150mmとして前記固体潤滑剤の粉体を噴射する。   In the mold surface treatment method of the present invention, with such a blast processing apparatus, an injection pressure of 0.05 to 1.0 MPa, an injection speed of 240 m / sec, and an injection distance (distance between the nozzle tip and the mold surface) are set. The solid lubricant powder is sprayed at 25 to 150 mm.

噴射時間は、処理面積0.0001mあたり5〜10secであり、形成される固体潤滑剤被膜が縞模の斑となることを防止するために、噴射に際し、前記ノズルを振動させる。 The spraying time is 5 to 10 seconds per 0.0001 m 2 of processing area, and the nozzle is vibrated during spraying in order to prevent the formed solid lubricant film from becoming striped spots.

このノズルの振動は、ノズルを噴射方向前後に50〜150mmの振幅で振動させ、ノズルの1往復の振動を1振動数として、この振動数を20〜80cpm(cycle per minute)として行う。   The nozzle is vibrated with an amplitude of 50 to 150 mm before and after the jetting direction, and the reciprocating vibration of the nozzle is defined as 1 frequency, and this frequency is set as 20 to 80 cpm (cycle per minute).

表面処理した金型の表面を優れた潤滑面とするためには、特に固体潤滑剤粉体の噴射を二回に分けて行うと共に、二回目に行う噴射を一回目の噴射に対して低噴射圧力又は低噴射速度で行うことが効果的であり、このように、固体潤滑剤の噴射を二段階に分けて行う場合、各段階における好ましい噴射条件は下記の通りである。   In order to make the surface of the surface-treated mold an excellent lubricating surface, in particular, the solid lubricant powder is sprayed in two portions, and the second spray is performed at a lower level than the first spray. It is effective to perform the injection at a pressure or a low injection speed. Thus, when the injection of the solid lubricant is performed in two stages, preferable injection conditions in each stage are as follows.

第1回
噴射圧力:0.8〜1.0MPa
噴射距離:30〜70mm
噴射時間:20〜40sec
ノズル振幅:80〜120mm
ノズル振動数:30〜60cpm
1st injection pressure: 0.8-1.0MPa
Injection distance: 30-70mm
Injection time: 20-40sec
Nozzle amplitude: 80-120mm
Nozzle frequency: 30-60cpm

第2回
噴射圧力:0.05〜0.2MPa
噴射距離:30〜70mm
噴射時間:20〜40sec
ノズル振幅:80〜120mm
ノズル振動数:30〜60cpm
2nd injection pressure: 0.05-0.2MPa
Injection distance: 30-70mm
Injection time: 20-40sec
Nozzle amplitude: 80-120mm
Nozzle frequency: 30-60cpm

〔作用等〕
以上のようにして、金型の表面に固体潤滑剤の粉体を高速で噴射すると、噴射された固体潤滑剤は金型の表面に衝突して金型の表面に、表面から内部にかけて固体潤滑剤が浸入し、高性能で強固な固体潤滑層が金型の表面に創製される。
[Action etc.]
As described above, when the powder of the solid lubricant is sprayed onto the surface of the mold at a high speed, the injected solid lubricant collides with the surface of the mold and is solid lubricated from the surface to the inside of the mold. The agent penetrates and a high-performance and solid solid lubricating layer is created on the surface of the mold.

この固体潤滑層の創製により、該金型にあっては潤滑剤の塗布等を行うことなく潤滑性を得ることが可能となった。   By creating this solid lubricating layer, it is possible to obtain lubricity in the mold without applying a lubricant or the like.

次に、固体潤滑剤として黒鉛を使用した試験例について以下説明する。   Next, test examples using graphite as a solid lubricant will be described below.

1.基礎データ試験
固体潤滑剤粉体の高速噴射による被膜形成方法を金型の表面処理技術として実用可能なものとするために、前段階として、先ず、曲面に対する好適な噴射条件を特定するための基礎データを調査するための試験を行った。
1. Basic data test In order to make the film formation method by high-speed injection of solid lubricant powder practical as a mold surface treatment technology, as a preliminary step, first, the basis for identifying suitable injection conditions for curved surfaces A test was conducted to investigate the data.

この試験では、円柱試料の円周面に均一で光沢のある黒鉛層が得られるような最適条件を求め、優れた特性が得られた処理条件を後述する実際の金型の表面処理条件として採用した。   In this test, the optimum conditions for obtaining a uniform and glossy graphite layer on the circumferential surface of the cylindrical sample were obtained, and the treatment conditions with excellent characteristics were adopted as the surface treatment conditions for the actual mold described later. did.

1−1.試験条件
〔円柱試料〕
円柱試料として、下記のものを使用した。
材質:SKD11
サイズ:直径20mm×高さ25mm
1-1. Test conditions (cylindrical sample)
The following was used as a cylindrical sample.
Material: SKD11
Size: Diameter 20mm x Height 25mm

〔固体潤滑剤〕
固体潤滑剤として黒鉛(グラファイト)を使用した。使用した黒鉛は、日本黒鉛商事株式会社製の製品名「CPB」であり、そのSEM写真を図2に示す。
[Solid lubricant]
Graphite (graphite) was used as a solid lubricant. The graphite used is a product name “CPB” manufactured by Nippon Graphite Trading Co., Ltd., and an SEM photograph thereof is shown in FIG.

使用した黒鉛は、鱗片状の粉末であり、その特性は、固定炭素分97%超、灰分2%未満、揮発分1%超、平均粒径19μm、見掛比重0.2g/mである。 The graphite used is a scaly powder, and its characteristics are a fixed carbon content of over 97%, an ash content of less than 2%, a volatile content of over 1%, an average particle size of 19 μm, and an apparent specific gravity of 0.2 g / m 3 . .

〔噴射装置〕
前記黒鉛粉末の噴射に使用した噴射装置は、図1を参照して説明した前述の直圧式のブラスト加工装置である。
[Injection device]
The spraying device used for spraying the graphite powder is the above-described direct pressure blasting device described with reference to FIG.

なお、噴射ノズルとして従来技術として示した特許文献3(特開2005-144566号公報)に記載のものを使用した。このノズルは、超高速理論から導いた末広形状の流路を備えるもので、本実施例ではノズル流路の最狭部(のど部)の直径を5mm、長さを前記のど部との比で11としたものを使用した。この噴射ノズルは、従来の噴射ノズルが噴射材の材質、比重、形状等にもよるが180〜200m/sec程度の噴射速度を限界としていたのに対し、最大で450m/sec程度の噴射速度を実現可能としたものである。   In addition, the thing as described in patent document 3 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-144566) shown as a prior art was used as an injection nozzle. This nozzle has a divergent flow path derived from ultra-high speed theory. In this embodiment, the diameter of the narrowest part (throat part) of the nozzle flow path is 5 mm, and the length is compared with the throat part. 11 was used. This injection nozzle has a maximum injection speed of about 450 m / sec, whereas conventional injection nozzles have a maximum injection speed of about 180 to 200 m / sec, depending on the material, specific gravity, shape, etc. of the injection material. It was made feasible.

1−2.噴射時におけるノズル振動の有効性確認試験
黒鉛の噴射時において、ノズルを振動させた場合(実施例)と、ノズルの振動を行わなかった場合(比較例)における黒鉛層の形成状態の変化を確認した。
1-2. Test for checking the effectiveness of nozzle vibration during injection Checking the change in the formation state of the graphite layer when the nozzle is vibrated (Example) and when the nozzle is not vibrated (Comparative Example) did.

実施例1〜3及び比較例共に、ノズルの振動数を除き他の条件を同一とした。   In Examples 1 to 3 and the comparative example, the other conditions were the same except for the nozzle frequency.

前記円柱試料を、回転するターンテーブルに載せ、表1に示す条件で固体潤滑剤粉体(黒鉛)の噴射を行った。   The cylindrical sample was placed on a rotating turntable, and solid lubricant powder (graphite) was injected under the conditions shown in Table 1.

なお、ノズルの振動は、ノズルを前後に100mm移動し、これにより噴射距離(円柱試料とノズル先端間の距離)を50〜150mmで周期的に変位させた。このときの一往復の移動を一振動数とした。   In addition, the vibration of the nozzle moved the nozzle back and forth by 100 mm, and thereby the ejection distance (distance between the cylindrical sample and the nozzle tip) was periodically displaced by 50 to 150 mm. One reciprocal movement at this time was defined as one frequency.

以上の結果、噴射距離を50mmで固定してノズルを振動させることなく黒鉛の噴射を行った比較例1の円柱試料にあっては、黒鉛層が形成されていることは確認できたものの、形成された黒鉛層にはムラがあり、この形成ムラが縞状の斑として現れていた。   As a result of the above, in the cylindrical sample of Comparative Example 1 in which the injection distance was fixed at 50 mm and graphite was injected without vibrating the nozzle, it was confirmed that a graphite layer was formed, The formed graphite layer was uneven, and this formation unevenness appeared as striped spots.

一方、黒鉛の噴射時にノズルを振動させた実施例1〜3に記載の円柱試料では、振動数を10cpmとした実施例3にあっては、依然として縞状の斑の形成が認められたものの、比較例1のものに比較して形成されている縞状の斑は薄くなり、黒鉛層の形成ムラが解消されて均一さが向上していることが確認された。   On the other hand, in the cylindrical samples described in Examples 1 to 3 in which the nozzle was vibrated when graphite was injected, in Example 3 in which the frequency was 10 cpm, the formation of striped spots was still observed, It was confirmed that the striped spots formed as compared with those of Comparative Example 1 were thin, and the uniformity of the formation of the graphite layer was eliminated and the uniformity was improved.

さらに振動数を上昇させると、この縞状の斑は更に薄くなり、振動数30cpm以上では縞状の斑は確認できなくなった。その後、振動数を60cpmまで上昇しても同様の状態が維持された。   When the frequency was further increased, the striped spots were further thinned, and the striped spots could not be confirmed at a frequency of 30 cpm or more. Thereafter, the same state was maintained even when the frequency was increased to 60 cpm.

以上の結果から、曲面に対する黒鉛層の形成において、黒鉛粉体の噴射時にノズルを噴射方向前後に振動させることが、均一な黒鉛層の形成に有効であることが確認でき、特に、このノズルの振動数を30cpm以上とすることが、均一な黒鉛層の形成に有効であることが確認できた。   From the above results, in the formation of the graphite layer on the curved surface, it can be confirmed that it is effective for the formation of a uniform graphite layer to vibrate the nozzle back and forth during the injection of the graphite powder. It was confirmed that setting the frequency to 30 cpm or more is effective for forming a uniform graphite layer.

1−3.二段階噴射の有効性確認試験
黒鉛粉体を二回に分けて噴射する場合と、一回の噴射で行った場合とで、黒鉛層の形成状態の変化を確認した。
1-3. Effectiveness confirmation test of two-stage injection The change in the formation state of the graphite layer was confirmed when the graphite powder was injected in two portions and when it was performed by one injection.

以上の噴射条件によって得られた各円柱試料について、固体潤滑剤被膜の形成状態の相違について目視による確認を行った。   About each cylindrical sample obtained on the above injection conditions, the difference in the formation state of a solid lubricant film was confirmed visually.

実施例4,5の噴射条件で処理した円柱試料にあっては、一様に光沢のある黒鉛層の形成が確認された。   In the cylindrical samples treated under the spraying conditions of Examples 4 and 5, formation of a uniformly glossy graphite layer was confirmed.

これに対して、ノズルの振動数を10cpmに減少させた実施例6の円柱試料にあっては、形成された黒鉛層に光沢は見られるものの、形成状態に若干のムラがあり、このムラが縞状の斑として確認された。   In contrast, in the cylindrical sample of Example 6 in which the nozzle frequency was reduced to 10 cpm, although the formed graphite layer showed gloss, there was some unevenness in the formation state, and this unevenness was It was confirmed as striped spots.

また、実施例3の噴射条件によって加工された円柱試料にあっては、ノズルに振動を加えたことにより縞状の斑、すなわち黒鉛層の形成ムラの存在は確認できなくなったものの、黒鉛層の光沢は他の実施例のものに比較して鈍いものとなっており、黒鉛層の表面が梨地状を帯びていることが確認された。この表面状態から、実施例3の円柱試料にあっては、他の実施例で得た円柱試料に比較して、表面の摩擦抵抗が高いものとなっていることが予測される。   In addition, in the cylindrical sample processed under the spraying conditions of Example 3, it was not possible to confirm the presence of striped spots, that is, the formation of unevenness in the graphite layer, by applying vibration to the nozzle. The gloss was dull compared to those of other examples, and the surface of the graphite layer was confirmed to have a satin finish. From this surface state, it is predicted that the cylindrical sample of Example 3 has a higher surface frictional resistance than the cylindrical samples obtained in other Examples.

従って、黒鉛の噴射を2回に分けて行うと共に、二回目に行う黒鉛の噴射を、一回目に行う黒鉛の噴射に対して低い噴射圧力によって行うことが、形成される黒鉛層の表面に光沢を与える(平滑とする)上で有効であることが確認できた。   Therefore, the graphite is sprayed in two steps, and the second graphite injection is performed at a lower injection pressure than the first graphite injection. It was confirmed that it was effective in giving (smoothing).

1−4.摩擦試験
以上のようにして、固体潤滑剤粉体の噴射が行われた各円柱試料に対し、図3に示す二線式トライボメータを用いて摩擦試験を行った。
1-4. Friction Test A friction test was performed on each cylindrical sample on which the solid lubricant powder was injected as described above using the two-wire tribometer shown in FIG.

摩擦試験は、回転する円柱試料(SKDl1)の側面中央部に、後述する金型による押出試験で使用する被成型品の材質と同じマグネシウム合金(AZ61)製のブロック試料(4×3×10mm)を両側からそれぞれ24.5Nで押し付け、円柱試料を回転させることにより行った。   In the friction test, a block sample (4 x 3 x 10 mm) made of the same magnesium alloy (AZ61) as the material of the molded product used in the extrusion test using a mold, which will be described later, is placed in the center of the side of the rotating cylindrical sample (SKDl1). Were pressed from both sides at 24.5 N, and the cylindrical sample was rotated.

摩擦力測定のロードセルはブロック試料を取り付けているフリーなロッドに連結したトルグバーに接触しており、摩擦力が変動するとトルグバーが変動してロードセルを加圧する構造となっている。   The load cell for measuring the frictional force is in contact with a torque bar connected to a free rod to which a block sample is attached. When the frictional force changes, the torque bar changes to pressurize the load cell.

なお、本試験で使用したマグネシウム合金(AZ61)の組成を表3に、顕微鏡写真を図4に示す。   The composition of the magnesium alloy (AZ61) used in this test is shown in Table 3, and the photomicrograph is shown in FIG.

この顕微鏡写真より、マグネシウム合金(AZ61)の結晶粒子は約10〜20μmの大きさのものが混在している。   From this micrograph, the crystal grains of the magnesium alloy (AZ61) are about 10 to 20 μm in size.

図5に二線式トライボ試験の結果を示す。これは円柱状のSKD11試料の円周面に黒鉛高速噴射処理を施した室温における摩擦挙動を示したもので、丸いプロットはノズルの振動を30cpmとした実施例5の噴射条件で得た円柱試料、四角いプロットは、ノズルの振動数を60cpmとした、実施例4の噴射で得た円柱試料の試験結果である。   FIG. 5 shows the results of the two-wire tribo test. This shows the friction behavior at room temperature when the circular surface of a cylindrical SKD11 sample was subjected to high-speed graphite injection treatment. The round plot shows a cylindrical sample obtained under the injection conditions of Example 5 in which the nozzle vibration was 30 cpm. The square plot is the test result of the cylindrical sample obtained by the injection of Example 4 with the nozzle frequency set at 60 cpm.

良好な光沢面を持つ実施例5の円柱試料(丸いプロット)において、摩擦係数は実験開始時に0.17であったが回転回数の増加とともに増加し約800回で0.24の極大値をとる。   In the cylindrical sample of Example 5 having a good gloss surface (round plot), the friction coefficient was 0.17 at the start of the experiment, but increased with the number of rotations and reached a maximum value of 0.24 at about 800 times. .

しかし、その後、回転数の増加とともに摩擦係数は減少し10000回を越えると約0.208となり、33000回までこの状態を維持した。33000回を過ぎると摩擦係数は急激に上昇したがこれは黒鉛層の寿命によると考えられる。   However, after that, the coefficient of friction decreased with an increase in the number of revolutions, and when it exceeded 10,000 times, it became about 0.208, and this state was maintained until 33,000 times. The friction coefficient increased rapidly after 33,000 times, which is considered to be due to the life of the graphite layer.

ノズルの振動数を60cpmとした実施例4による噴射により得た円柱試料(四角いプロット)も、20000回まで条件2で得た円柱試料(丸いプロット)と同様の傾向を示すことが確認されたため、ここで実験を中断した。   Since it was confirmed that the cylindrical sample (square plot) obtained by the injection according to Example 4 in which the nozzle frequency was 60 cpm also showed the same tendency as the cylindrical sample (round plot) obtained under condition 2 up to 20000 times, The experiment was interrupted here.

この結果からノズルの振動数を30cpmとした実施例5の噴射で得た円柱試料と、振動数60cpmの噴射で得た実施例4の噴射条件で得た円柱試料とでは、ほぼ同程度の摩擦係数及び寿命であることが予測され、いずれの場合でも、摩擦係数が低く、耐摩耗性に優れた黒鉛層が形成されていることが確認できた。   From this result, the cylinder sample obtained by the injection of Example 5 with the nozzle frequency of 30 cpm and the cylinder sample obtained by the injection condition of Example 4 obtained by the injection of frequency 60 cpm have substantially the same friction. The coefficient and the life were predicted, and in any case, it was confirmed that a graphite layer having a low friction coefficient and excellent wear resistance was formed.

一方、ノズルの振動数を10cpmとした実施例6の噴射条件で得られた円柱試料、及び噴射工程を二回に分けることなく一回の噴射で行った実施例3の噴射条件で得られた円柱試料にあっては、図示は省略するが、摩擦係数が前記実施例4,5の噴射条件で得られた円柱試料に比較した場合には高く、また、短寿命であったが、黒鉛粉体の噴射時にノズルを振動させることなく製造された比較例1の条件で得られた円柱試料との関係では、いずれも摩擦係数が低くなっていた。   On the other hand, a cylindrical sample obtained under the injection conditions of Example 6 in which the nozzle frequency was 10 cpm, and the injection conditions of Example 3 performed by one injection without dividing the injection process twice. Although not shown in the figure for the cylindrical sample, the friction coefficient is higher when compared with the cylindrical sample obtained under the injection conditions of Examples 4 and 5, and the lifetime was short. In the relationship with the cylindrical sample obtained under the conditions of Comparative Example 1 manufactured without vibrating the nozzle during body injection, the friction coefficient was low.

2.押出加工試験(マグネシウム合金ビレット)
2−1.使用した材料・機器等
(1)押出し材
押出材として、市販のマグネシウム合金(AZ61)のビレットを使用した。なお、押出材であるマグネシウム合金(AZ61)の組成及び組織状態は、前述の表3及び図4と同様である。
2. Extrusion test (magnesium alloy billet)
2-1. Materials and equipment used (1) Extruded material A commercially available magnesium alloy (AZ61) billet was used as the extruded material. The composition and structure of the extruded magnesium alloy (AZ61) are the same as those in Table 3 and FIG.

使用したマグネシウム合金のビレットは、直径16mm、長さ50mmの円柱状である。   The magnesium alloy billet used has a cylindrical shape with a diameter of 16 mm and a length of 50 mm.

(2)加工機
押出加工機として、多軸材料試験機を使用した。ここで使用した多軸材料試験機は、4基の水平動ラムと1基の上下動ラムを有し、水平能力は500kN、変位は±125mm、上下能力は2500kN、変位は150mmである。
(2) Processing machine A multi-axis material testing machine was used as an extruder. The multi-axis material testing machine used here has four horizontal moving rams and one vertical moving ram. The horizontal capacity is 500 kN, the displacement is ± 125 mm, the vertical capacity is 2500 kN, and the displacement is 150 mm.

(3)金型
使用した金型は、図6に示すように2枝用金型であり、上下に分割された上型と下型とを重ね合わせることにより、所定形状の型が形成されている。
(3) Mold The mold used is a two-branch mold as shown in FIG. 6, and a mold having a predetermined shape is formed by superposing an upper mold and a lower mold which are divided vertically. Yes.

この上下それぞれの型には、断面半円形の溝が形成されており、縦横二本の溝が各金型の中央部分で直角に交差して、十字状の溝が形成されている。   Each of the upper and lower molds is formed with a semicircular groove in cross section, and two vertical and horizontal grooves intersect at a right angle at the center of each mold to form a cross-shaped groove.

本実施形態にあっては、前記溝の幅が異なる二種類の金型を用意しており、一方の金型を、横溝の幅16mm、縦溝の幅11.3mmとして、縦溝の断面積を横溝の断面積の2倍、すなわち減面率50%とし、
他方の金型を縦溝、横溝共に幅を16mmとし、縦溝、横溝の断面積を共通とした。
In this embodiment, two types of molds having different groove widths are prepared, and one mold has a horizontal groove width of 16 mm and a vertical groove width of 11.3 mm. Is twice the cross-sectional area of the transverse groove, that is, the area reduction rate is 50%
The other mold had a vertical groove and a horizontal groove with a width of 16 mm, and the vertical and horizontal grooves had a common cross-sectional area.

金型の材質はいずれも高速度鋼(SKH51)で、硬さは62HRCである。   The mold materials are all high-speed steel (SKH51) and the hardness is 62HRC.

金型の加熱は、8個のスペースヒータ(板状)と、4個のパイプヒータ(円柱状;図示せず)とによって行い、上下の各金型の外周面に、100V、300Wのスペースヒータをそれぞれ取り付けると共に、100V、800Wのパイプヒータを金型に形成された取付穴内に収容して行った。   The mold is heated by 8 space heaters (plate-shaped) and 4 pipe heaters (columnar shape; not shown), and 100 V and 300 W space heaters on the outer peripheral surfaces of the upper and lower molds. And 100V and 800W pipe heaters were accommodated in mounting holes formed in the mold.

温度計測は、上下金型面上で、金型中心から約20mmの位置に配置したアルメル−クロメル熱電対温度計で行った。   The temperature was measured with an alumel-chromel thermocouple thermometer placed on the upper and lower mold surfaces at a position of about 20 mm from the mold center.

なお、各試験で使用した金型に対する表面処理条件を示せば、表4(4−1,4−2)に示す通りである。   The surface treatment conditions for the mold used in each test are as shown in Table 4 (4-1, 4-2).

(4)試験方法
金型温度を190℃として、前述の多軸材料試験機を使用して温間側方押出し加工を行った。
(4) Test method Warm side extrusion was performed using the above-mentioned multiaxial material testing machine at a mold temperature of 190 ° C.

金型は、多軸材料試験機の作業面中心に上下動ラムによってクランプし、押出材であるビレットを金型の溝にセットした後、押出温度まで加熱した。   The mold was clamped by a vertically moving ram at the center of the work surface of the multi-axis material testing machine, and the billet as an extruded material was set in the groove of the mold, and then heated to the extrusion temperature.

押出温度に達した後、2本のパンチを使用して多軸材料試験機の水平動ラムにより側方押出加工を行った。   After reaching the extrusion temperature, side extrusion was performed by a horizontal moving ram of a multi-axis material testing machine using two punches.

2−2.押出試験例1
表面処理金型IIと、未処理金型1をそれぞれ使用して、温間側方押出加工を行った。
2-2. Extrusion test example 1
Using the surface-treated mold II and the untreated mold 1, warm side extrusion was performed.

未処理金型1に充填するビレットには、潤滑剤として黒鉛の粉体を塗布した後、金型に充填した。表面処理された金型に充填するビレットに対しては、潤滑剤の塗布を行っていない。   The billet to be filled in the untreated mold 1 was coated with graphite powder as a lubricant and then filled into the mold. Lubricant is not applied to the billet filled in the surface-treated mold.

各金型の縦溝に、前記それぞれのビレットを充填し、加熱温度に加熱した後、2本のパンチを前記縦溝の両端から中央方向に向かって押し込み、図7(A)及び図7(B)に示す2種類のクロス型部品の製造を行った。   Each of the vertical grooves of each mold is filled with the respective billets and heated to a heating temperature, and then two punches are pushed from both ends of the vertical groove toward the center, and FIGS. 7A and 7 ( Two types of cross-type parts shown in B) were manufactured.

なお、いずれの例でも押出し速度は50mm/minである。   In any example, the extrusion speed is 50 mm / min.

図7(A)に示すクロス型部品は、幹及び枝の全長をそれぞれ35mm;46.5mmとして、前記枝を比較的単尺としたもの(以下、「短枝クロス型部品」という。)であり、図7(B)に示すクロス型部品は、幹及び枝の全長をそれぞれ20mm;76.5mmとして、前記枝を比較的長尺としたもの(以下、「長枝クロス型部品」という。)である。   The cross-type component shown in FIG. 7A is one in which the total length of the trunk and branches is 35 mm and 46.5 mm, respectively, and the branches are relatively simple (hereinafter referred to as “short-branch cross-type components”). The cross-type component shown in FIG. 7 (B) has a trunk and a branch of 20 mm; 76.5 mm respectively, and the branch is relatively long (hereinafter referred to as “long-branch cross-type component”). is there.

試験結果
以上のようにして形成された短枝クロス型部品を比較したところ、表面処理金型IVによって成型された短枝クロス型部品は、表面全体に金属光沢があり、固体潤滑剤(黒鉛)の付着を確認することはできなかった。
Test results Comparing the short-branched cloth parts formed as described above, the short-branched cloth parts molded by the surface treatment mold IV have a metallic luster on the entire surface, and solid lubricant (graphite) It was not possible to confirm the adhesion of.

これに対し、未処理金型1で、黒鉛の粉体を塗布したビレットを成型して得た短枝クロス型部品にあっては、表面全体に固体潤滑剤(黒鉛)が付着しており、全体として黒ずんだものとなった。   On the other hand, in the short branch cloth type part obtained by molding a billet coated with graphite powder with the untreated mold 1, a solid lubricant (graphite) is attached to the entire surface, Overall it was dark.

長枝クロス型部品についても同様の結果となり、未処理金型1を使用して黒鉛の粉体を塗布したビレットを成型して得た長枝クロス型部品では、固体潤滑剤(黒鉛)の付着が見られたが、表面処理金型Vによって成型した長枝クロス型部品にあっては、固体潤滑剤(黒鉛)の付着は確認できなかった。   The same result was obtained for the long-branched cloth-type part. In the long-branched cloth-type part obtained by molding a billet coated with graphite powder using the untreated mold 1, the solid lubricant (graphite) adhered. However, in the long-branch cloth type part molded by the surface treatment mold V, adhesion of the solid lubricant (graphite) could not be confirmed.

2−3.押出試験例2
黒鉛の噴射条件が異なる二種類の金型(表面処理金型I及びVII)を使用して、クロス型部品を製造した。
2-3. Extrusion test example 2
Using two types of molds (surface treatment molds I and VII) with different graphite injection conditions, cross-type parts were manufactured.

なお、いずれの例でも押出し速度は50mm/minである。   In any example, the extrusion speed is 50 mm / min.

上記の表面処理金型I及びVIIは、いずれも金型の全面が光沢面となっておらず、梨地状の面が多く見られた。   In each of the above-mentioned surface-treated molds I and VII, the entire surface of the mold was not a glossy surface, and many satin-like surfaces were observed.

表面処理金型I及びVIIを使用して行った押出加工時の応力−変位特性、及び比較例として未処理金型1を使用して、黒鉛粉末を塗布したビレットを成型した押出加工時の応力−変位特性を共に図8に示す。   Stress-displacement characteristics during extrusion performed using surface-treated molds I and VII, and stress during extrusion using billets coated with graphite powder using untreated mold 1 as a comparative example -Both displacement characteristics are shown in FIG.

未処理金型1を使用して、黒鉛粉末を塗布したビレットを成型した例では、応力は789MPaの値まで急激に上昇し、材料が枝方向に流れ出すと18MPaほど減じて上昇はなくなり加工終了まで771MPaの一定の値であった。   In an example in which a billet coated with graphite powder is molded using the untreated mold 1, the stress increases rapidly to a value of 789 MPa, and when the material flows in the branch direction, it decreases by 18 MPa and the increase disappears until the end of processing. It was a constant value of 771 MPa.

表面処理金型VII(従来例)を使用して、潤滑剤を使用せずにビレットを成型した例では、未処理金型1を使用した場合の応力変化と変位が5.2mmまでは略等しいが、この変位から加工終了まで上昇を続け加工終了時の値が900MPaで、最大値となった。   In an example in which a billet is molded without using a lubricant by using a surface-treated mold VII (conventional example), the stress change and displacement when using the untreated mold 1 are approximately equal to 5.2 mm. However, it continued to rise from this displacement to the end of machining, and the value at the end of machining was 900 MPa, which was the maximum value.

表面処理金型I(本願例)を使用した例では、未処理金型1を使用した場合と略同じ応力変化の傾向を示し、材料が枝方向に流れ出すとほぼ一定の値となる。しかし、その値は未処理金型1を使用した場合の応力より275MPaほど高い値であった。   In the example using the surface-treated mold I (example of the present application), the tendency of the stress change is almost the same as that when the untreated mold 1 is used, and the value becomes almost constant when the material flows in the branch direction. However, the value was about 275 MPa higher than the stress when the untreated mold 1 was used.

表面処理金型Iにより得られたクロス型部品は、幹の端面外周部に比較的多くバリが見られ、未処理金型1を使用した場合に対し高い応力を示したのは、このバリが原因と思われる。   The cross-type parts obtained with the surface-treated mold I showed relatively many burrs on the outer periphery of the end face of the trunk, and this burr showed a higher stress than when the untreated mold 1 was used. It seems to be the cause.

2−4.押出試験例3
縦溝及び横溝の幅がいずれも16mmである表面処理金型II及び未処理金型2を使用して、幹及び枝が同径のクロス型部品を製造した。なお、未処理金型2を使用した例では、黒鉛粉体を塗布したビレットを成型した。
2-4. Extrusion test example 3
Using the surface-treated mold II and the untreated mold 2 in which the widths of the longitudinal grooves and the lateral grooves are both 16 mm, a cross-type part having the same diameter as the trunk and branches was manufactured. In the example in which the untreated mold 2 was used, a billet coated with graphite powder was molded.

幹と枝の直径を同じくしたクロス型成型品にあっては、枝の直径が11.3mmであった前出の試験例で製造したクロス型部品とは異なり、押出し圧力が低くなるために割れやすくなる。   Unlike cross-type parts manufactured in the previous test example where the diameter of the branch was 11.3 mm, the cross-type molded product with the same trunk and branch diameters cracked due to lower extrusion pressure. It becomes easy.

そのため、本試験例では、枝が11.3mmのクロス型部品の製造試験の場合と同じ温度(190℃)で加工することは出来ず、金型温度を260℃に上げて加工した。   Therefore, in this test example, it was not possible to process at the same temperature (190 ° C.) as in the manufacturing test of a cross-type part having a branch of 11.3 mm, and the mold temperature was increased to 260 ° C.

なお、いずれの例でも押出し速度は50mm/minである。   In any example, the extrusion speed is 50 mm / min.

未処理金型2を使用し、黒鉛粉体を塗布したビレットを成型して得たクロス型部品にあっては、固体潤滑剤(黒鉛)が固着しており、これを取り除くことは困難であった。   In a cross-type part obtained by using an untreated mold 2 and molding a billet coated with graphite powder, a solid lubricant (graphite) is fixed, and it is difficult to remove it. It was.

一方、表面処理金型IIを使用した場合には、得られたクロス型部品の表面は金属光沢を有しており、固体潤滑剤(黒鉛)の固着は認められなかった。   On the other hand, when the surface-treated mold II was used, the surface of the obtained cloth-type part had a metallic luster, and solid lubricant (graphite) was not fixed.

また、上記二種類の金型(表面処理金型II−1及び未処理金型2)による押出し加工時の応力−変位図を示せば、図9に示す通りである。   Moreover, if the stress-displacement figure at the time of the extrusion process by said 2 types of metal mold | die (surface treatment metal mold II-1 and untreated metal mold 2) is shown, it is as shown in FIG.

未処理金型2を使用した成型例では、応力はパンチがビレットに接触後、変位が1.56mmで最大応力の255MPaとなり、枝に材料が流れ出すと応力は220MPaに減じ、この値が加工終了まで続いた。   In the molding example using the unprocessed mold 2, the stress is 1.56 mm after the punch contacts the billet, and the maximum stress is 255 MPa. When the material flows into the branch, the stress is reduced to 220 MPa, and this value is finished. It continued until.

一方、表面処理金型IIを使用した例にあっては、変位が2.1mmまで増加し、457MPaで一旦降伏するが、その後もわずかであるが増加し、変位5.1mmで最大値475MPaとなり、その後、終了まで緩やかに減少し加工終了時は400MPaとなった。   On the other hand, in the example using the surface treatment mold II, the displacement increased to 2.1 mm and once yielded at 457 MPa, but then increased slightly but increased to a maximum value of 475 MPa at a displacement of 5.1 mm. After that, it gradually decreased until completion, and reached 400 MPa at the end of machining.

最大応力において、表面処理金型IIを使用する場合、未処理金型2を使用する場合に比べて1.86倍となった。   In the maximum stress, when the surface-treated mold II was used, it was 1.86 times that when the untreated mold 2 was used.

表面処理金型IIの押出成形後の状態を確認したところ、両パンチの外周部に約10mmの幅でマグネシウム合金が固着しており、また、ダイスの溝にもマグネシウム合金が固着していた。高圧が付加した時、この部分の材料流れがスムーズにならず、円周方向に材料が押しつけられ固着したものと考えられる。   When the state after extrusion molding of the surface-treated mold II was confirmed, the magnesium alloy was fixed to the outer peripheral portion of both punches with a width of about 10 mm, and the magnesium alloy was also fixed to the groove of the die. When high pressure is applied, the material flow in this portion does not become smooth, and it is considered that the material is pressed and fixed in the circumferential direction.

2−5.押出試験例4
表面処理金型IIIを使用して、クロス型部品を製造した。
2-5. Extrusion test example 4
Using a surface-treated mold III, a cross-type part was manufactured.

図10は表面処理金型IIIによる押出成形の際の応力−変位図である。クロス型部品の押出を2回行い、それぞれの回における2本のパンチ(パンチA,B)の応力を示す。   FIG. 10 is a stress-displacement diagram at the time of extrusion molding by the surface treatment mold III. Cross-type parts are extruded twice, and the stresses of the two punches (Punches A and B) at each time are shown.

第1回目の加工において、応力はピーク値到達後、枝先端部に割れが入ったため応力は減少した。しかし、割れは先端部のみで、その後は起こらないので再び応力は増加して材料が枝方向に流れ、枝が成形された。   In the first processing, after the peak value of the stress, the stress decreased because the branch tip cracked. However, cracking occurred only at the tip and not after that, so the stress increased again and the material flowed in the direction of the branches, forming the branches.

この先端部の割れを防ぐため、押出し速度を75mm/minから50mm/minに変えて第2回目の押出成形を行った。   In order to prevent this crack at the tip, the second extrusion was carried out by changing the extrusion speed from 75 mm / min to 50 mm / min.

第1回目と比べると、降伏の値はやや高くなるが変位が4.7mm以降では略等しい値となった。   Compared to the first time, the yield value was slightly higher, but the displacement was approximately equal after 4.7 mm.

図11は、各表面処理金型による短枝クロス型製品押出し加工時の応力−変位図を示す。ここでは、押出し加工温度を190℃で行った。   FIG. 11 shows a stress-displacement diagram at the time of short-branch cloth type product extrusion processing by each surface treatment mold. Here, the extrusion temperature was 190 ° C.

なお、いずれの例でも押出し速度は50mm/minである。   In any example, the extrusion speed is 50 mm / min.

未処理金型1を使用し、二硫化モリブデン粉体を塗布したビレットを成型した場合の応力は、501MPaで降伏し、この値は加工終了まで一定となっている。   When an untreated mold 1 is used and a billet coated with molybdenum disulfide powder is molded, the stress yields at 501 MPa, and this value is constant until the end of processing.

表面処理金型IIを使用した例では、応力は891MPaで降伏して最大値をとり、この後緩やかに減少し、加工終了時に819MPaとなり、表面処理金型VII(従来例)よりも小さい値を示し、未処理金型1を使用して、黒鉛粉体を塗布したビレットを成型した際の値にほぼ等しい値となった。   In the example using the surface treatment mold II, the stress yields at 891 MPa and takes the maximum value, and then gradually decreases to 819 MPa at the end of processing, which is smaller than the surface treatment mold VII (conventional example). As shown, the untreated mold 1 was used and the value was almost equal to the value when the billet coated with graphite powder was molded.

図12に各噴射条件により表面処理した金型による長枝クロス型部品の押出し加工時の応力−変位図を示す。   FIG. 12 shows a stress-displacement diagram at the time of extruding a long-branch cross-type part using a die surface-treated according to each injection condition.

なお、いずれの例でも押出し速度は50mm/minである。   In any example, the extrusion speed is 50 mm / min.

未処理金型1(ビレットに黒鉛塗布)の応力は690MPaで降伏してから一旦わずかであるが減少し、変位7mm位から増加し730MPaが終了時の値であった。   The stress of the untreated metal mold 1 (graphite coated on the billet) once decreased slightly after yielding at 690 MPa, decreased from about 7 mm, and reached 730 MPa at the end.

表面処理金型VII,I,III,V,VIを使用した場合の応力の降伏はいずれも920MPaから1000MPaであるが、応力は変位の増加し従って増加し加工終了時が最大値となって1040MPaから1320MPaとなっている。   In the case of using the surface treatment molds VII, I, III, V, and VI, the yield of stress is 920 MPa to 1000 MPa in all cases. To 1320 MPa.

表面処理金型I,III,V,VIを使用した場合の応力は、未処理金型1(ビレットに黒鉛粉末を塗布)を使用した場合に比較して高い応力値を示しているが、表面処理金型VII(従来例)と比べると最大値はいずれも小さくなっており噴射処理の向上が見られた。   The stress when using surface-treated molds I, III, V, and VI is higher than that when using untreated mold 1 (with billet coated with graphite powder). Compared to the treated mold VII (conventional example), the maximum values were all smaller, indicating an improvement in the injection process.

3.押出加工試験(アルミニウム合金ビレット)
マグネシウム合金以外の金属への適用の一例として、アルミニウム合金(A6061)の押出し加工を温度140℃で行った。使用した金型は枝と幹が同じ16mmの直径のクロス型(表面処理金型IV,未処理金型2)である。なお、未処理金型2で成型するビレットには、予めボンデ処理(リン酸塩処理)が施されたものを使用し、固体潤滑剤の塗布は行っていない。
3. Extrusion test (aluminum alloy billet)
As an example of application to a metal other than a magnesium alloy, an aluminum alloy (A6061) was extruded at a temperature of 140 ° C. The mold used was a 16 mm diameter cross mold (surface-treated mold IV, untreated mold 2) with the same branches and trunks. In addition, the billet molded by the untreated mold 2 is a billet that has been subjected to a bonde treatment (phosphate treatment) in advance, and no solid lubricant is applied.

図13に、前記金型を使用したアルミニウム合金(A6061)加工時の応力−変位図を示す。   FIG. 13 shows a stress-displacement diagram at the time of processing an aluminum alloy (A6061) using the mold.

未処理金型2を使用して、ボンデ処理したビレットを押出した際の応力は、179MPaで降伏しこの値で加工が終了するが、表面処理金型IVによる応力は、変位が3.1mmの500MPa付近で緩く降伏するが、その後も変位の増加と伴に増加し加工終了時が821MPaと最大値となり、この値は未処理金型2(ビレットにボンデ処理)を使用した場合に比較して4.6倍であった。   The stress when extruding a billet treated billet using the untreated mold 2 yields at 179 MPa and the processing is finished at this value, but the stress due to the surface treated mold IV is a displacement of 3.1 mm. Yields loosely at around 500 MPa, but increases with increasing displacement thereafter, reaching the maximum value of 821 MPa at the end of machining. This value is compared with the case of using untreated mold 2 (bonded to billet). It was 4.6 times.

本発明の方法で使用する噴射装置の概略説明図。The schematic explanatory drawing of the injection device used with the method of the present invention. 黒鉛の電子顕微鏡写真Electron micrograph of graphite 二線式トライボメータによる摩擦試験の概略説明図。Schematic explanatory drawing of the friction test by a two-wire tribometer. マグネシウム合金(AZ61)の電子顕微鏡写真。Electron micrograph of magnesium alloy (AZ61). 二線式トライボメータによる摩擦試験結果を示す表。The table | surface which shows the friction test result by a two-wire type tribometer. 押出試験に使用した金型の平面図。The top view of the metal mold | die used for the extrusion test. 押出試験で製造したクロス型部品であり、(A)は短枝クロス型部品、(B)は長枝クロス型部品。Cross type parts manufactured by an extrusion test. (A) is a short-branch cross-type part and (B) is a long-branch cross-type part. 表面処理金型I,VIIの応力−変位特性(マグネシウム合金)を示す図。The figure which shows the stress-displacement characteristic (magnesium alloy) of surface treatment metal mold | die I, VII. 表面処理金型II-1の応力−変位特性(マグネシウム合金)を示す図。The figure which shows the stress-displacement characteristic (magnesium alloy) of surface treatment metal mold II-1. 表面処理金型IIIの応力−変位特性(マグネシウム合金)を示す図。The figure which shows the stress-displacement characteristic (magnesium alloy) of the surface treatment metal mold | die III. 表面処理金型I,II,VIIの応力−変位特性(マグネシウム合金)を示す図。The figure which shows the stress-displacement characteristic (magnesium alloy) of surface treatment metal mold | die I, II, VII. 表面処理金型I,III,V,VI,VIIの応力−変位特性(マグネシウム合金)を示す図。The figure which shows the stress-displacement characteristic (magnesium alloy) of surface treatment metal mold | die I, III, V, VI, and VII. 表面処理金型IVの応力−変位特性(アルミニウム合金)を示す図。The figure which shows the stress-displacement characteristic (aluminum alloy) of the surface treatment metal mold IV.

Claims (7)

金型の表面に固体潤滑剤の粉体を高速気体と共に噴射して、前記金型の表面に固体潤滑剤層を形成する金型の表面処理方法において、
前記固体潤滑剤の噴射時、噴射ノズルを噴射方向前後及び/又は左右方向に振動させることを特徴とする金型の表面処理方法。
In the mold surface treatment method of injecting solid lubricant powder onto the surface of the mold together with high-speed gas to form a solid lubricant layer on the surface of the mold,
A surface treatment method for a mold, wherein the injection nozzle is vibrated in the front-rear direction and / or the left-right direction during the injection of the solid lubricant.
前記ノズルの一往復の移動を1回の振動とし、前記ノズルを毎分30以上の振動数で振動させることを特徴とする請求項1記載の金型の表面処理方法。   The mold surface treatment method according to claim 1, wherein the reciprocating movement of the nozzle is a single vibration, and the nozzle is vibrated at a frequency of 30 or more per minute. 噴射距離を25〜150mmの範囲で、前記ノズルの振幅を75〜100mmの範囲で前記ノズルの振動を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の金型の表面処理方法。   3. The surface treatment method for a mold according to claim 1, wherein the nozzle is vibrated in an injection distance range of 25 to 150 mm and an amplitude of the nozzle in a range of 75 to 100 mm. 前記固体潤滑剤粉体の噴射を二回に分けて行うことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の金型の表面処理方法。   The mold surface treatment method according to claim 1, wherein the injection of the solid lubricant powder is performed twice. 前記第1回目の噴射を、噴射圧力:0.8〜1.0MPa,噴射距離:30〜70mm,噴射時間:20〜40sec,ノズル振幅:80〜120mm,ノズル振動数:30〜60cpmで行うと共に、
前記第2回目の噴射を、噴射圧力:0.05〜0.2MPa,噴射距離:30〜70mm,噴射時間:20〜40sec,ノズル振幅:80〜120mm,ノズル振動数:30〜60cpmで行うことを特徴とする請求項4記載の金型の表面処理方法。
The first injection is performed at an injection pressure of 0.8 to 1.0 MPa, an injection distance of 30 to 70 mm, an injection time of 20 to 40 sec, a nozzle amplitude of 80 to 120 mm, and a nozzle frequency of 30 to 60 cpm.
The second injection is performed at an injection pressure of 0.05 to 0.2 MPa, an injection distance of 30 to 70 mm, an injection time of 20 to 40 sec, a nozzle amplitude of 80 to 120 mm, and a nozzle frequency of 30 to 60 cpm. The mold surface treatment method according to claim 4.
前記固体潤滑剤の粉体が、粒径5〜30μmの黒鉛であることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項記載の金型の表面処理方法。   The mold surface treatment method according to claim 1, wherein the solid lubricant powder is graphite having a particle size of 5 to 30 μm. 請求項1〜6いずれか1項記載の方法により表面処理された金型。   The metal mold | die surface-treated by the method of any one of Claims 1-6.
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