JP3954752B2

JP3954752B2 - 金属プレス等の金型耐圧面の現場溶接肉盛補修方法

Info

Publication number: JP3954752B2
Application number: JP11375599A
Authority: JP
Inventors: 秀夫内田
Original assignee: 内田工機株式会社
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2019-04-21
Also published as: JP2000301335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製品素形材の製造を行うための板金プレス機、ダイカスト鋳造機、鍛造用エアハンマー、鍛造プレス等の金型耐圧面の現場溶接補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製品素形材の製造を行うための板金プレス機、ダイカスト鋳造機、鍛造用エアハンマー、鍛造プレス等は、油圧、空圧、電動クランク機構、等により鉄板、又は鋳鉄、アルミニウム、銅等の溶融金属や冷間材料を適当な形状に形成された金型内に取り込み、圧力を加えて、製品を製作している。
【０００３】
図１はその正面断面図であり、図２はその側面断面図である。
【０００４】
図２に示すように鍛造プレス機１のベッド面２の上面には、雌金型３が取り付けられ、その上部には雄金型４がスライド５に取り付けられており、クランク機構６により、スライド５はフレーム枠７内を摺動し、プレス材料を挟んで雄金型４は雌金型３に圧着され、製品が製作される。
【０００５】
しかるに、この時金型に加えられる圧力は、極めて過大であるため，各々の機械全体の耐用年数に比較し金型の雄型、雌型の成形圧力を保持するベッド面２、固定台８、移動台９は,この圧力のため著しく損耗、偏摩耗、腐蝕が発生する。
【０００６】
例えば油圧式板金プレスでは圧力は５０トンから３、０００トンかかるため機械全体の耐用年数が７〜１２年有ったとしてもベッド面２、固定台８、移動台９、は１〜２年で偏摩耗１〜３ミリが発生し、そのためその部分的な寿命のため機械全体を取り替えねばならなかった。
【０００７】
このことは機械全体がＳＳ４００等の構造用軟鋼やＳＣ４６等の軟鉄系鋳鉄で製作されており、不可避的にベッド面等の部分に大荷重が掛かる構成となっているためその部分の強度が不足しているためである。
【０００８】
加えて成形する時に離型材や冷却水を大量に噴霧しているため金型と共に腐蝕を受ける。
【０００９】
また、圧力により金型や保護ホルダーに割れや破損が発生しそれがベッド面等の摩耗を早めることになっている。
【００１０】
だからといって機械全体を金型材料である硬質材料で作ることは、割れや成形性、また製作コスト面から不可能であり、耐腐食性も機械全体に持たせることは実用上不可能であった。
【００１１】
したがってベッド面２、固定台８、移動台９が損傷されると機械全体を取り外し、機械工場に輸送して補修加工を行ってきた。
【００１２】
また、損傷のひどい時は廃棄処分し、新品の機械に更新を行ってきた。
【００１３】
そのため、通常、多大の補修費が定期的に発生することと、更新時は約数千万円クラスの機械購入費が発生し、極めて資源の無駄な消費となっていた。
【００１４】
また機械の搬出時は製作作業が出来ないため生産能力が落ちる結果となっていた。
【００１５】
そのため機械を取り付け状態で現場補修することが取り組まれてきた。
【００１６】
しかるに、ほんの一部の溶接補修は可能であったが、広範囲での溶接肉盛補修は、熱歪みの影響や製作精度の確保が困難で、また補修材料の選定が難しく、過度な硬度により切削機械加工が不可能となり、この大型の機械を再熱処理することは不可能であるため、失敗すると機械全体をだめにする結果となる。
【００１７】
また、補修部分の割れや強度不足の問題が有り、加えて作業空間の制限等により、十分な品質が保てず課題となっていた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこれらの課題を解決し、機械全体を取り外すことなく、現場で溶接肉盛補修が可能となる実用上極めて有効な方法を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、補修母材面の上層には、肉盛溶接部のベース層と中間層と、表面層が構成されており、ステンレス肉盛溶接は低温溶接を採用し、全面積を区画に分割したブロック溶接を行う、ベース層は補修母材面の材料に親和性のある軟鋼系の溶接棒を使用し、中間層はニオブを含有した１３クローム系ステンレス溶接棒を使用し、ブロック溶接時、９０度直交させ、衝撃荷重、静荷重にも耐えるクッション部としての機能を持たせ、表面層は、肉盛溶接後、切削により、残存層が出来、その表面硬度が非常に靭性のある、錆ない層を形成するように、１３クロームにニッケル１〜３％含有の溶接棒を使用し、また珪素系のステンレスである通称シリコロイの名前で呼ばれる材料を使用する金型耐圧面の肉盛溶接による補修方法を提供する。
【００２０】
また、機械本体をデジタルカメラで撮影し、計測点の３次元の座標を記録し、とフレーム７の左摺動面７aと右摺動面７bの幅寸法L２の値を定期的に計測し、順次コンピュータ−に入力し、補修母材面の温度を、母材材質の変態点温度以下になるように管理し、コンピューターにより熱歪み補正係数を計算し、過去の実績値と合わせ、学習演算することより、作業者に対し、溶接時の溶着量を指示することにより、熱歪みが少なく、溶接部の硬度が適切になるよう作業に反映させた肉盛溶接による補修方法を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
(実施例)
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１、図２の鍛造プレス機１のベッド面２を示す図３の補修母材面２aの上層には、肉盛溶接部のベース層１０と中間層１１と、表面層１２とで構成されており、表面層１２はすべての溶接肉盛工程が終了した後、可搬式切削機械１３により、切削される切削工程を有し、適度の厚さの表面層１０が仕上げ面となるように施工される。
【００２３】
一般的に、ベッド面２、固定台８、移動台９は普通鋳鋼ＳＣ４６や軟鋼のＳＳ４００で製作され、その硬度はショアー硬度HS１８〜２６度の材質である。
【００２４】
本発明はベッド面２等の金型耐圧面にステンレス系の溶接肉盛を現地にて可能にした画期的、実際的方法を提供するものである。
【００２５】
ステンレス肉盛溶接は低温溶接を採用し、補修母材面２aの材料の変態点、５８０℃以上のオーバーヒートを避ける溶接法を採用する。
【００２６】
図３に示すごとく、全面積を少なくとも４区画以上のブロックに分割したブロック溶接を行うことにより溶接熱が局部的にこもらない溶接法を採用する。
【００２７】
これは出来るだけ分割数を多くしたほうが効果があることは当然で、図４〜図１３では９区画の例を示しており、作業効率等から適切な分割数を選定する。
【００２８】
また、温度管理は、溶接後のフラックス除去ピーニング処理後の溶接部分の温度を７０〜８０℃程度を超えないように管理することにより熱歪みの最小化を図ることと、また溶接作業前はバーナー１４等で溶接部を予熱することにより溶接部の品質維持と熱歪みの最小化を計る。
【００２９】
図に従って作業手順を説明すると、図４はベース層１０のバーナー１４による予熱の工程、図５はベース層１０の溶接機１５による肉盛溶接の要領で１ブロックづつ溶接肉盛方向を９０度直交して変えたり、隣接しないブロックへ飛び飛びに溶接位置を取ることにより熱歪みの最小化を計る。
【００３０】
図６はベース層１０の溶接後フラックスを除去するピーニングマシン１６によるピーニング工程を示す。
【００３１】
図７は中間層１１の予熱の工程、図８は中間層１１の肉盛溶接の要領で、熱歪みの解析結果により、ベース層の溶接方向に対し、その上部の中間層の溶接方向を９０度直交して溶接肉盛方向を変えたり、また、ベース層と同様に、隣接ブロックに対し、９０度直交して溶接肉盛方向を変えたり、隣接しないブロックへ飛び飛びに溶接位置をとることにより、熱歪みの最小化を計る。
【００３２】
図９は中間層１１の溶接後フラックスを除去するピーニング工程を示す。
【００３３】
同様に、図１０は表面層１２の予熱の工程、図１１は表面層１２の肉盛溶接の要領で同様に、中間層の溶接方向に対し、その上部の表面層の溶接方向を９０度直交して溶接肉盛方向を変えることより熱歪みの最小化を計る。
【００３４】
図１２は表面層１２の溶接後フラックスを除去するピーニング工程を示す。
【００３５】
図１３は肉盛溶接終了後、可搬式切削機械１３により表面の切削加工を行う工程を示す。
【００３６】
まずベース層１０の構成は補修母材面２aの材料に親和性のある軟鋼系の溶接棒を使用し、溶接棒の直径３ミリ、溶接電力３００〜３５０アンペアで肉盛量２．５〜３ミリを溶接し、十分ピーニングさせる。
【００３７】
次に中間層１１の構成は硬度が異常に硬くならないニオブを含有した１３クローム系ステンレス溶接棒を使用する。溶接棒の直径３ミリ、溶接電力３００〜３５０アンペアで肉盛量２．５〜３ミリを溶接し、十分ピーニングさせる。
【００３８】
その時、図５、図８、図１１に示すようにブロック溶接時、下部のブロックに対し９０度直交させ、また隣接ブロックに対し、９０度直交させて溶接を行うことにより、機械全体に熱歪みが大きくならないようすると共に、そのブロック毎の溶接する順番もデーター管理しながら飛び飛びにランダムに行うことにより熱歪みが集中しないよう考慮する。
【００３９】
従って中間層１１はショアー硬度で２８〜３０度程度の硬度とすることにより、衝撃荷重、静荷重にも耐えるクッション部としての機能を持たせている。
【００４０】
表面層１２の構成は、肉盛溶接後、２．５〜３ミリの切削により、０．５〜１ミリ程度の残存層が出来、その表面硬度がショアー硬度４６〜４８度の非常に靭性のある、錆ない層を形成するように、１３クロームにニッケル２％程度の溶接棒を使用し、溶接棒の直径２．５〜３ミリ、溶接電力３００〜３５０アンペアで肉盛量３〜３．５ミリを溶接し、十分ピーニングさせる。
【００４１】
また珪素系のステンレスである通称シリコロイ（登録商標）の名前で呼ばれる材料も適合性を有している。
【００４２】
同様にブロック溶接時、下部のブロックと９０度直交させ、また、隣接ブロックと９０度直交させるやり方、溶接位置を飛び飛びにランダムに行うやり方は、中間層と同様である。
【００４３】
加えて、本発明の大きな特徴とするところは、作業事前に、機械本体をデジタルカメラで撮影し、計測ポイントの位置を、３次元の座標にてコンピューターに数値を記録する。
【００４４】
管理すべき計測点は、第２図に示す側面のスライド５の左摺動面５aと右摺動面５bの幅寸法L１と、フレーム枠７の左摺動面７aと右摺動面７bの幅寸法L２との差である隙間Ｃ１＝Ｌ２−L１が、管理寸法となる。
【００４５】
この隙間Ｃ１を補修後の適正値として０．２〜０．３ミリに収める必要が有る。
【００４６】
作業前の座標により、作業前のフレーム枠７のＬ２の値を確定した後、肉盛溶接を行うが、この時に、ダイヤルゲージ等を左摺動面７aと右摺動面７bに例えば上下２点づつ取付けておく。
【００４７】
溶接により温度上昇すると、Ｌ２は拡大し、通常２〜３ミリの増加を示す、この時、溶接母材面の温度と大気温度と溶接時Ｌ２を定期的に計測し、順次コンピューターに入力する。
【００４８】
補修母材面の温度は、母材材質の変態点温度、例えば５８０℃以下になるように管理し溶接作業を行う。
【００４９】
これらの温度管理により、肉盛溶接部の硬度は、現場での可搬式切削機械１３で切削加工可能なショアー硬度７０度以下に管理することができる。
【００５０】
温度と母材材質の熱歪み量の関係は、

で示される。（ここに、ＬｂはＬ２の溶接時温度でのＬ２の測定値〔ｍｍ〕、ＬaはＬ２の大気温度でのＬ２の溶接後測定値〔ｍｍ〕、Ａは材料の理論熱膨張係数、ｔ１は補修母材面の溶接時温度、ｔ０は測定大気温度、Ｋは熱歪み補正係数を示す。）
【００５１】
この演算式で熱歪み補正係数Ｋを逆算し、過去の実績値と合わせ、学習演算することより、作業終了時の大気温度でのＬ２の値をコンピューターにて予測させることができ、スライド５の大気温度での寸法Ｌ１との差である隙間Ｃ１の値を予測する。
【００５２】
この隙間Ｃ１の値が許容値である０．２〜０．３ミリに収まるよう作業者に、溶着量の指示がコンピューターに表示されるため、作業者はその指示を見ながら溶着量をコントロールし、不安なく歪み限界内の作業が実行できるのである。
【００５３】
以上、ここでは管理すべき計測点として隙間Ｃ１について述べたが、機械の構造により、更に各種加えられるのは当然であるが、同様の手順であるため説明を省略した。
【００５４】
これらのことにより、熱歪みが許容限界内に必ず入ると共に、溶接部の硬度が適切になるよう実績データーベースを活用し、シミュレーションすることにより最適作業を行うことができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明はこれらの作業行程を組み合わせることにより、従来は不可能であった機械設置場所での現場補修が可能となった、極めて効果の大きい現実的手段を提供出来るものである。
【００５６】
従って機械全体を搬出することから起きる作業休止をなくすことが出来、機械全体の輸送、再設置にかかる出費を削減でき、さらに再補修が不可能となった場合に廃棄処分し、新品の機械に更新する無駄な出費を押さえることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】鍛造プレスの正面断面図
【図２】鍛造プレスの側面断面図
【図３】鍛造プレスのベッド面の斜視図
【図４】ベース層１０のバーナー１４による予熱の工程
【図５】ベース層１０の溶接機１５による肉盛溶接の工程
【図６】ベース層１０の溶接後フラックスを除去するピーニング工程
【図７】中間層１１の予熱の工程
【図８】中間層１１の肉盛溶接の工程
【図９】中間層１１の溶接後フラックスを除去するピーニング工程
【図１０】表面層１２の予熱の工程
【図１１】表面層１２の肉盛溶接の工程
【図１２】表面層１２の溶接後フラックスを除去するピーニング工程
【図１３】肉盛溶接終了後、可搬式切削機械１３により表面層１２の切削加工を行う工程
【符号の説明】
１……鍛造プレス機
２……ベッド面
２a……補修母材面
３……雌金型
４……雄金型
５……スライド
７……フレーム枠
７a……フレーム枠の左側摺動面
７ｂ……フレーム枠の右側摺動面
８……固定台
９……移動台
１０……ベース層
１１……中間層
１２……表面層
１３……可搬式切削機械

Claims

金属プレス等の金型耐圧面の現場溶接補修方法において、補修母材面の上層には、肉盛溶接部のベース層と中間層と表面層が構成されており、表面層はすべての溶接肉盛工程が終了した後、可搬式切削機械により切削される切削工程を有し、表面層の残存部の表面が仕上げ面となるように施工され、ステンレス肉盛溶接は低温溶接を採用し、全面積を少なくとも４区画以上に分割したブロック毎に溶接を行い、ベース層の構成は軟鋼系の溶接棒を使用し、中間層の構成は、ニオブを含有した１３クローム系ステンレス溶接棒を使用し、その時、ブロックごとの溶接時、隣接ブロックに対し、９０度直交させ、またそのブロック毎の溶接する順番も離れたブロックを飛び飛びに行うことにより熱歪みが集中しないよう考慮し、表面層の構成は、１３クロームにニッケル１〜３％含有の溶接棒、または通称シリコロイ（登録商標）の名前で呼ばれる珪素系のステンレス溶接棒を使用することを特徴とする金属プレス等の金型耐圧面の肉盛溶接による補修方法。
機械本体をデジタルカメラで撮影し、計測点の３次元の座標を記録し、フレーム枠７の左摺動面７aと右摺動面７bの幅寸法L２の値を定期的に計測し、順次コンピュータ−に入力し、補修母材面の温度を、母材材質の変態点温度以下になるように管理し、コンピューターに入力された溶接時の補修母材面の温度と測定大気温度とＬ２の溶接時測定寸法とＬ２の溶接終了時測定寸法より熱歪み補正係数を計算し、過去の実績値と合わせて、学習演算することより、作業終了時の大気温度でのＬ２の値をコンピューターにて予測し、作業者の溶接時の溶着量に反映させることを特徴とする請求項１記載の金属プレス等の金型耐圧面の肉盛溶接による補修方法。