JP2020028900A - 金型の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)設計
(2)加工データ作成
(3)荒加工
(4)仕上げ加工
(5)機械加工(マシニング加工)
(6)放電加工
(7)研磨
(8)寸法検査(金型部品)
(9)組み立て
(10)試打ち
(11)寸法検査(製品)
※必要に応じて金型修正
(12)表面処理(窒化処理など)
(A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、前記鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、
(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、
を有することを特徴とするものである。
(A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、前記鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、
(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、
(C)前記ショットピーニング処理後に、窒化処理を行う工程と、
を有することを特徴とするものである。さらに、前記窒化処理後の前記鋼材における表面硬化層深さが、50〜100μmであることが好ましい。さらに好ましくは、前記窒化処理において、通常のガス窒化などにより鋼材表面に生じる所謂「白層」が生じない窒化処理が望ましい。
本発明の金型の製造方法は、(A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、前記鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、を有することを特徴とするものである。このように、機械加工あるいは放電加工後にショットブラスト処理、そしてショットピーニング処理を行うことで、鋼材の加工面の変質層および引張り残留応力を取り除き、表面粗さを整えると共に圧縮残留応力を付与することができ、その結果、研磨作業の時間と費用を軽減し、加えて試打ち時の微小クラックの発生を防止することができる。なお、機械加工は、オークマ株式会社製の立形マシニングセンタMB−46VA(商品名)等の機械加工機を使用して行うことができ、放電加工は、株式会社牧野フライス製作所製のEDGE3(商品名)等の放電加工機を使用して行うことができる。
下記表1記載の条件で、SKD61熱処理材の鋼材を処理した。放電加工は、株式会社牧野フライス製作所製のEDGE3放電加工機(商品名)を用い、通常の金型製作時の放電加工条件で行った。また、処理後の鋼材の表面および断面を株式会社キーエンス製のVHX−6000デジタルマイクロスコープ(商品名)で撮影した。さらに、処理後の鋼材の表面粗さを株式会社ミツトヨ製のサーフテスト SJ−400を用いて測定し、表1に併記した。表面粗さとは、JIS B 0601:2001に規定される方法で測定したものである。
下記表2記載の条件で、SKD61熱処理材の鋼材を処理した。機械加工は、オークマ株式会社製の立形マシニングセンタMB−46VA(商品名)で行った。また、処理後の鋼材の表面粗さを株式会社ミツトヨ製のサーフテスト SJ−400を用いて測定し、さらに、処理後の圧縮残留応力(MPa)をX線回折残留応力測定装置により測定して、表2に併記した。なお、表2中、ショットブラスト処理は、F240アルミナ、0.4MPaのエアー圧でブラストする条件で行い、ショットピーニング処理は、#120Zrビーズ、0.6MPaエアー圧でピーニングする条件で行った。
下記表3記載の条件で、SKD61熱処理材の鋼材を処理した。また、下記表3記載の条件で、処理後の鋼材に対し、下記熱疲労試験を行い、表面状態の写真を撮影した。
図9は、熱疲労試験に使用する熱疲労試験機を示す図であり、図10は、熱疲労試験における熱サイクルを示すグラフである。図9(A)は加熱・加圧中の状態を示す図であり、図9(B)は冷却中の状態を示す図であり、図9中、1は加熱ヒーター、2は加熱ブロック、3は試験片、4はシリンダー、5は水槽、6はシリンダー4に連結されたロッド、2aは熱電対、矢印aは加熱・加圧時のロッド6の動き方向、矢印bは冷却加熱のロッド6の切替方向を示す。図9(A)に示すように、試験片3をロッド6の先に設置し、シリンダー4を矢印a方向に加熱・加圧する。その後、試験片3が560℃に達したら、図9(B)に示すように、試験片3を矢印b方向に回転させて水の入った水槽5で冷却する。これを図10に示すように、表中記載のサイクルの回数、繰り返し行い、表面状態の写真を撮影した。
下記表4記載の条件で、SKD61熱処理材の鋼材を処理した。また、下記表4記載の条件で、処理後の鋼材に対し、上記熱疲労試験を行い、表面状態の写真を撮影した。なお、窒化処理の条件は、ガス軟窒化法で行い、窒化処理による硬化層の深さ(表面硬化層深さ)が50μmとなる窒化処理を行った。
放電加工面をショットブラストで研掃した場合の研掃時間と表面粗さについて実験し、結果を下記表5に示す。表5中、放電加工条件は上記実施例1と同様の条件で行い、試験片は50mm×90mm×5mmtのSKD61材を使用した。ショット材が細かい場合には、表面粗さは細かいが研掃時間は長くなった。また、ショット圧が低い程表面粗さは細かくなるが時間が長くかかった。一方、ショット材が粗くなると、研掃時間は短くなるが、表面粗さは粗くなった。従って、放電加工面あるいは機械加工面の仕上がり粗さにより効率的に表面変質層を除去するためのショットブラスト条件を選定する必要がある。さらに、金型表面の要求仕上げ粗さを満足する必要がある。従来は、金型表面の粗さは平滑な方が望ましいとされていたが、近年は場合によっては金型表面に凹凸があった方が鋳物品質が良くなる例もあり、金型表面性状に対する要求は多様化している。そのため、表面を平滑に仕上げる場合には、ショット材は細かい方が望ましく、またショット圧は低い方が望ましいが、作業効率の点からはショット材がF220より低いと時間がかかり過ぎ経済的に成り立ちがたい。また、ショット圧についても同様に、0.2MPa以下であると非効率である。反対に、ショット材が粗く、ショット圧を高くすると、作業効率は上がるが下記実施例6に示すように、ショットブラスト後のショットピーニングで粗さの調整を行う事が困難な場合が生じる。通常金型全面の粗さを100μm程度以上に処理する要求はほとんどないことから、ショット材をF10より粗くする必要性はなく、またショット圧についても一般の工場で使用される空気圧である0.6MPaより大きくする必要性はない。
ショットブラスト面をショットピーニング処理で滑らかにした場合の実験を行い、結果を下記表6に示す。試験片は50mm×90mm×5mmtのSKD61板を使用し、その試験片にF220、F54、およびF10のアルミナを投射してショットブラスト処理を行い、さらに、その試験片に#120のジルコンビーズを60秒投射した。ピーニング圧を上げると表面粗さは小さくなるが、0.4MPa以上では、ピーニング圧を大きくしても表面粗さの低下の割合は小さくなっている。そのため、ショットピーニングの場合も、作業効率の点からはショットブラストの場合とほぼ同様のことが言え、0.2〜0.6MPa、特に0.3〜0.5MPaでの処理が効率的である。
2 加熱ブロック
2a 熱電対
3 試験片
4 シリンダー
5 水槽
6 ロッド
矢印a 加熱・加圧方向
矢印b 冷却加熱の切替方向
Claims (4)
- (A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、前記鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、
(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、
を有することを特徴とする金型の製造方法。 - (A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、前記鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、
(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、
(C)前記ショットピーニング処理後に、窒化処理を行う工程と、
を有することを特徴とする金型の製造方法。 - 前記窒化処理後の前記鋼材における表面硬化層深さが、50〜100μmである請求項2記載の金型の製造方法。
- 前記ショットブラスト処理が、F10〜F320のアルミナあるいは炭化けい素のショット材を用い、0.2MPa〜0.6MPaの空気圧で行うショットブラスト処理であり、
前記ショットピーニング処理が、#120〜#320相当のガラスビーズ、スチールビーズ、ジルコンビーズまたはジルコニアビーズのピーニング材を用い、0.2MPa〜0.6MPaの空気圧で行うショットピーニング処理である
請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の金型の製造方法。
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JP2018155889A JP6563571B1 (ja) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 金型の製造方法 |
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