JP2021181115A - ダイカストマシン用の締め付けプラテン及びその製造方法 - Google Patents

ダイカストマシン用の締め付けプラテン及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ダイカストマシン用の締め付けプラテンについて、良好な被覆特性及び比較的低い生産複雑性を有する表層及び遷移層の形成を可能にする。【解決手段】本発明は、鋳鉄材のベースプレート本体（１）と、前記ベースプレート本体の少なくとも１つの板側（２）に溶接されたステンレス材の表層（３）と、前記ベースプレート本体と前記表層との間の遷移層（４）と、を備えることを特徴とするダイカスト機用締め付けプラテンに関する。本発明によれば、表層（３）は、レーザ溶接適用層（５）として適用される。本発明は、ダイカスト工程で使用する。【選択図】図１

Description

本発明は、鋳鉄材料のベースプレート本体と、前記ベースプレート本体の少なくとも１枚の板側に溶接されたステンレス鋼材料の表層（ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ）と、前記ベースプレート本体と前記表層との間の遷移層（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ ｌａｙｅｒ）と、を備えることを特徴とするダイカストマシン用の締め付けプラテンに関する。
ダイカスト装置の固定式及び可動式締め付けプラテンに対して、鋳鉄材料のベースプレート本体を使用し、これを、特に鋳造ツールに対向する締め付けプラテンのクランプ側であり得る少なくとも１つの板側に、ステンレス鋼材料又は別の表面保護材料の保護層として表層を備え、この板側を、例えば周囲の湿度及び／又はスプレー／分離剤から、及び／又はスプレー／分離剤から、及び／又は摩耗又は機械的衝撃／衝撃の影響から保護することが知られている。
特許文献１には、最初に引用されたタイプの締め付けプラテンが開示されており、この場合、表層は、パルスアーク溶接によって形成される層である。この締め付けプラテンを製作するために、被覆する板側のベースプレート本体に、まず１５０℃〜１８０℃に加熱する乾燥工程を施す方法が提案されている。この加熱は、表層の所定の後の被覆厚さに依存する持続時間の間維持し、この持続時間は、計画された被覆厚さの３０ｍｍあたり１時間として決定される。次いで、表層は、溶加材としてステンレス鋼を用いて被覆される表面に直接パルスアーク溶接によって被覆される。この層は、被覆されるその板側のベースプレート本体が、８０℃から１２０℃の温度に保持され、溶接ビードの重なりが３５％から４５％の間である、隣接して重なり合う溶接ビードによって被覆される。特に推奨されるステンレス鋼材料は、７％マンガンのステンレス鋼３０７として指定されている溶接棒材料である。表層については、３ｍｍ前後の厚さ、場合によっては、それより少し多くの厚さが規定されている。遷移層とは、先ず隣接する層（すなわち、片側の鋳鉄材料のベースプレート本体と他方の側のステンレス鋼材料の表層）よりも大きな硬さによって区別され、マルテンサイト層として存在しており、１０分の数ミリメートルの厚さを有する。
欧州特許第３０１９２９７号明細書
本発明は、最初に引用されたタイプの締め付けプラテンについて、代替の表面被覆と、良好な被覆特性及び比較的低い生産複雑性を有する表層及び遷移層の形成を可能にする関連する製造方法を提供するという技術的課題に基づいている。
本発明は、請求項１記載の特徴を有する締め付けプラテンと、請求項６記載の特徴を有する製造方法とを提供することにより、この課題を解決するものである。本発明の有利な実施態様は、下位請求項に言及され、その語句は、ここでは、参照により明細書の一部を成す。特に、これは、下位請求項の後方参照によって定義された特徴の組み合わせから生じる、本発明の全ての実施形態も含む。
本発明の締め付けプラテンにおいて、前記表層は、特徴的にはレーザ溶接適用層である。驚くべきことに、この表層をレーザ溶接適用層として形成することにより、ステンレス鋼材料は、鋳鉄材料のベースプレート本体に対して、腐食及び機械的衝撃に対して最適な保護を提供し、従来の締め付けプラテンの表面被覆に比べて、生産コストの有意な増加なしに、表層に対しても、また遷移層に対しても、好ましい厚さを達成することができることが分かった。従って、例えば、被覆される表面の熱的前処理の必要性は、通常、ない。遷移層は、鋳鉄材料のベースプレート本体とステンレス鋼材料の表層との界面層としての再溶融層又は再溶融ゾーンを形成し、レーザ溶接施工工程に用いるレーザ光の影響を受けてベースプレート本体の鋳鉄材料が表面液状化し、粉状のステンレス鋼材料が添加・溶融することにより、比較的硬い再溶融ゾーンが形成される。
試験により、表層をレーザ溶接適用層として製造することにより、表層とベースプレート本体との密着性の良好な比較的均質な接続が達成されることが示されている。特に、レーザ溶接適用層は、中間にある遷移層を介して良好な物質結合を有するベースプレート本体の鋳鉄材料への表層のステンレス鋼材料の最適で均質な材料接続を有することが分かっている。
被覆されるベースプレート本体の板側の熱負荷は、レーザ溶接の適用工程による表層の形成のために比較的低く抑えられ、それに応じて遷移層の厚さを比較的低く抑えることができる。レーザ溶接の適用工程によって形成される遷移層は、比較的高い均質性を有し、一般に、隣接する層、特に外側表層よりも大きな硬度を有し、それによって、有利には、表面被覆の全体的な硬度に寄与する。このことは、とりわけ、締め付けプラテンの表面が引っ掻き傷や衝撃に対する高い耐性を有することを意味し、これは、ダイカスト装置の組立に有利である。
本発明に係る締め付けプラテンは、本発明に係る方法で有利に製造することができ、特に、前記表面被覆を設けることができる。このために、遷移層の形成に伴うレーザ溶接の適用工程により、被覆されるベースプレート本体の板側に表層を形成する。レーザ溶接の適用工程では、レーザビームスポットを被覆すべき板側上に列状に案内し、粉末状のステンレス鋼材料を添加し、列方向に対して横切る方向に部分的に重なるステンレス鋼材料の溶接適用ビード（ｗｅｌｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂｅａｄ）を形成する。その他、レーザ溶接の適用工程のためのプロセス管理は、当業者に公知の方法で行うことができる。
被覆される板側の比較的低い熱負荷のために、レーザ溶接の適用工程の間、被覆表面上に有意な又は非常に限定された表面リップルは発生せず、それによって、表面被覆のためのより小さな層厚さを可能にするが、それにもかかわらず、そのそれぞれの被覆側でベース本体表面の完全な被覆を達成する。必要な比較的小さな厚さで表面被覆を製造するには、ほとんどの場合、レーザ溶接の適用工程の単一列の通過で十分であり得る。
本発明の微細化において、表層と遷移層は、合わせて最大２．５ｍｍの被覆厚さを有する。これは、遷移層及び表層の層組成に対して有利に小さい層厚を構成し、しかしながら、最適な防食及び機械的保護が、表層によって提供されてもよい。この層適用のためには、一般に、レーザ溶接の適用工程の単一列の通過、すなわち溶接適用ビードの単一層配列で十分である。代替的な実施形態では、多列通過を行ってもよい。すなわち、それによって、表層は、一方が他方の上方に横たわる数層の溶接適用ビードから形成される。
一実施形態では、表層と遷移層は、合わせて最大２．０ｍｍの被覆厚さを有し、これは、対応する用途に対して、低い製造努力に関して広範な利点を有し、一方、表面被覆の十分な保護機能を提供する。
本発明の微細化において、遷移層は、最大０．５ｍｍの層厚を有する。遷移層の薄い厚さは、特に、その硬さにもかかわらず、例えば、締め付けプラテンの被覆された板側に溝部または類似のものを導入する目的で、比較的容易に遷移層を切り込むことができるという利点を提供する。
本発明の実施形態において、遷移層は、最大０．３ｍｍの層厚を有する。さらに別の実施形態では、最大０．１５ｍｍの層厚を有する。さらに特定の実施形態では、最大０．１ｍｍの層厚を有する。階段状の実施形態では、これは、さらに薄い遷移層を構成し、そこでは、表層のステンレス鋼材料とベースプレート本体の鋳鉄材料との良好な材料接続が依然として保持されていることが分かっている。
本発明の微細化において、表層は表面加工される。これは、特に、その被覆された板側の締め付けプラテンの対応する均一性又は平坦性が最終的な被覆状態において所望の用途に対して好ましい。
本発明による製造方法の微細化において、層は、レーザ溶接の適用工程において、最大２．５ｍｍの被覆厚さで形成され、レーザ溶接の適用工程の後に、最小１ｍｍ及び最大２．２ｍｍの残留厚さまで表層を除去する表面加工が行われる。これにより、被覆された板側が比較的平坦な表面を有する締め付けプラテンを設けることができ、同時に、比較的薄い層厚を有する表層として特有のレーザ溶接適用層によって、腐食及び機械的衝撃に対して良好な保護を行うことができ、また、比較的薄い遷移層によってステンレス鋼材料の表層と鋳鉄材料のベースプレート本体との間の中間が形成される。
対応する実施形態では、この層は、レーザ溶接の適用工程で、最大２．０ｍｍの層厚を有するように形成され、及び／又は表層は、最小１．４ｍｍ及び最大２．０ｍｍの残留厚さまで除去される。これは、特定の用途に対して利点を提供する締め付けプラテン用の表面被覆の製造における更なる手段を構成する。
本発明の微細化において、ベースプレート本体には、球状黒鉛を有する鋳鉄材が用いられる。これは、締め付けプラテンに好ましく、よく知られた材料選択である。
本発明の微細化において、表層を形成するための粉末状のステンレス鋼材料として、１６．０％から２２．０％のクロム（Ｃｒ）、４．０％から９．０％のニッケル（Ｎｉ）、０．４％から６．０％のマンガン（Ｍｎ）、１．０％から９．０％のモリブデン（Ｍｏ）、０．０３％から０．４％の炭素（Ｃ）及び０．１％から０．８％のシリコン（Ｓｉ）を含む材料が選択される。これは、ステンレス鋼材料の良好な利用可能性と、ベースプレート本体の鋳鉄材料への良好な物質−接合材料の接続をもたらす。
本発明の有利な実施形態を図面に示す。本発明のこれらの更なる有利な実施形態について、以下により詳細に説明する。
図１は、ダイカスト装置の締め付けプラテンの層構造を切断する概略的な縦断面を示す。 図２は、製作した締め付けプラテンの図１に対応する顕微鏡写真を示す。 図３は、締め付けプラテンの製造に使用され得るレーザ溶接の適用工程を示す概略的な斜視図である。 図４は、レーザ溶接の適用工程を示すための概略的な縦断面図である。
図１に模式的に示された締め付けプラテンであって、図２に製造された試料として、ここで関心のある部分領域には、鋳鉄材料のベースプレート本体１と、ベースプレート本体１の少なくとも１つの板側２に溶接されたステンレス鋼材料の表層３と、ベースプレート本体１と表層３との間の遷移層４とが含まれている。表層３は、特にレーザ溶接適用層である。また、ベースプレート本体１は、特に球状の黒鉛を有する鋳鉄材からなるものであってもよい。
この締め付けプラテンを製造するためには、まず被覆される板側２を有するベースプレート本体１が用意される。任意選択的に、ベースプレート本体１は、被覆されるその板側２が表面加工される、すなわち、フライス加工、研削加工または他の従来の表面加工によってその表面粗さが低減される。次いで、被覆される板側２に、レーザ溶接の適用工程によって表層３を形成し、中間にある遷移層４を形成する。このレーザ溶接の適用工程中に、図３及び図４に模式的に示すように、被覆される板側２上において、レーザビームスポット５を列状に案内し、粉状のステンレス鋼材料６を添加する。したがって、レーザビーム７によって提供されるレーザビームスポット５が移動する各列に沿って、ステンレス鋼材料６の溶接適用ビード９が形成され、レーザビームスポット５は、図３の左から右へ、１列から次の列へと案内され、それによって、それぞれの隣接する溶接適用ビード９が部分的に重なるようになる。粉末状のステンレス鋼材料としては、特に、主成分鉄（Ｆｅ）に加えて、１６．０％〜２２．０％のＣｒ、４．０％〜９．０％のＮｉ、０．４％〜６．０％のＭｎ、１．０％〜９．０％のＭｏ、０．０３％〜０．４％のＣ及び０．１％〜０．８％のＳｉを少数成分として含有する市販のステンレス鋼溶接材料を使用することができる。
レーザ溶接の適用工程のための工程管理は、例えば、０．３ｋＷ〜４．０ｋＷの出力と、１０4Ｗ／ｃｍ2〜１０5Ｗ／ｃｍ2の強度とを有するレーザビーム７の照射を含んでもよい。ここで、ベースプレート本体１の鋳鉄材は、レーザビームスポット５の領域で表面的に液状化し、レーザビームスポット５の領域で溶融された供給された粉状のステンレス鋼材料６と表面的に液状化した鋳鉄材との材質接合が生じる。粉末状のステンレス鋼材料６は、好ましくはアルゴンまたはネオンのような不活性ガスを搬送ガスとして使用する下で、例えば図示のような供給パイプ８を介してレーザビームスポット５の領域に吹き込まれる。図４は、ベースプレート本体１の鋳鉄材料が必要な程度まで表面的に液状化する熱影響部（ｈｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｚｏｎｅ）１０と、鋳鉄材料とステンレス鋼材料の材料接続が行われ、次いで溶接適用ビード９の形態で一次ステンレス鋼材料が堆積され、従って表層３が溶接適用ビード９から形成される混合ゾーン１１の形成を概略的に示す。
対応する実装において、表層３及び遷移層４は、両方で、ベースプレート本体１の表面上において、高々２．５ｍｍ、好ましくは高々２．０ｍｍ、例えば、たった約１．５ｍｍの層厚を有する。ここで、対応する実施形態における遷移層４は、層厚ｄUがせいぜい０．５ｍｍであり、せいぜい約０．３ｍｍであることが好ましい。好ましい実施形態では、遷移層４の層厚ｄUは、最大で０．１５ｍｍ、すなわち、約０．１５ｍｍ以下であり、対応する実施形態では、０．１ｍｍ以下しかない。
任意選択的に、レーザ溶接の適用工程の終了後、個々の溶接適用ビード９から形成される表層３は、少なくとも１ｍｍの残留厚さ及び最大２．２ｍｍ、好ましくは少なくとも１．４ｍｍ及び最大２．０ｍｍの残留厚さまで除去される表面加工に供される。結果的に、表層３は、この残留厚に対応する最終層厚ｄOを有するか、或いは、表面加工無しの場合には、表層３の元の被覆厚さに対応し、遷移層４は、遷移層４の層厚ｄUを小さくしたものである。表層３の所望の最終的な平坦度に応じて、従って、その被覆された板側２上の締め付けプラテンの表層３は、例えば、表層３の元の層厚のうち、０．４ｍｍから０．６ｍｍの間で、この表面加工で除去される。
図２は、上述の方法で製造された例示的な締め付けプラテンを、ここでその被覆された板側２の表面領域を、顕微鏡写真で示す。この顕微鏡写真では、遷移層４は、遷移層４から立ち上がる層厚ｄOを有するステンレス鋼材料の表層３と共に、ベースプレート本体１の鋳鉄材料上に層厚ｄUを有する硬質の再溶融ゾーンとして明白である。この顕微鏡写真は、比較的薄い遷移層４を介して、ステンレス鋼材料の耐食性の表層３とベースプレート本体１の鋳鉄材料との、物質結合され、十分に均質な接合の形成を証明している。
必要に応じて、締め付けプラテンの１つまたは複数のさらなる板側に、板側２に対して上述した方法で、このような表面被覆を設けてもよい。したがって、全体として、本発明によれば、特定のレーザ溶接適用層を１枚或いは複数の板側のみに表層として有する締め付けプラテンが提供され、前記表層３は、比較的コストが少なく、必要に応じて比較的小さい層厚で形成することができ、同時に、ベースプレート本体１との密着性が良好であり、かつ、高い耐食性及び機械的効果を有する。
示された例示的な実施形態及び上述のものも明らかになるように、本発明は、比較的低い生産コストで形成することができ、腐食効果及び機械的効果に対して高い保護を提供することができる、ステンレス鋼材料の非常に有利な表層を有する締め付けプラテンを提供する。

Claims (8)

  1. 鋳鉄材料のベースプレート本体（１）と、前記ベースプレート本体の少なくとも１つの板側（２）に溶接されたステンレス鋼材料の表層（３）と、前記ベースプレート本体と前記表層との間の遷移層（４）とを備え、前記表層（３）がレーザ溶接適用層であることを特徴とする、ダイカストマシン用の締め付けプラテン。
  2. 前記表層と前記遷移層とを合わせて２．５ｍｍ以下、好ましくは２．０ｍｍ以下の被覆厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の締め付けプラテン。
  3. 更に、前記遷移層は、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以下の層厚（ｄU）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の締め付けプラテン。
  4. 前記遷移層は、０．１５ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下の層厚を有することを更に特徴とする請求項３に記載の締め付けプラテン。
  5. 更に、前記表層は、表面加工されていることを特徴とする、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の締め付けプラテン。
  6. 請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の締め付けプラテンを製造するための方法であって、
    − 被覆する板側（２）をベースプレート本体（１）に設けるステップと、
    − レーザ溶接の適用工程により被覆する板側上に、前記遷移層（４）を形成しつつ表層（３）で被覆するステップと、
    レーザ溶接の適用工程中、被覆する板側にレーザビームスポット（５）を列状に案内し、粉状のステンレス鋼材料（６）を添加し、ステンレス鋼材料の溶接適用ビード（９）を列方向に対して横切る方向に部分的に重なるように形成する、方法。
  7. 前記層は、前記レーザ溶接の適用工程において、被覆厚さが２．５ｍｍ以下、好ましくは２．０ｍｍ以下を有するように形成され、前記レーザ溶接の適用工程の後に、少なくとも１ｍｍ以上２．２ｍｍ以下、好ましくは１．４ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の残留厚さまで前記表層を除去する表面加工が実行される、請求項６に記載の方法。
  8. 前記ベースプレート本体に対して、球状黒鉛を有する鋳鉄材料が使用され、及び／又は、
    前記粉状のステンレス鋼材料に対して、１６．０％から２２．０％のクロム（Ｃｒ）、４．０％から９．０％のニッケル（Ｎｉ）、０．４％から６．０％のマンガン（Ｍｎ）、１．０％から９．０％のモリブデン（Ｍｏ）、０．０３％から０．４％の炭素（Ｃ）及び０．１％から０．８％のシリコン（Ｓｉ）を含む材料が選択される、請求項６又は７に記載の方法。
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