JP4200486B2 - Manufacturing method of mold with hardness gradient by partial heat treatment using fluidized bed furnace - Google Patents
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Description
本発明は、硬さ勾配を持った金型を作製する手段として、流動層炉を用いて部分焼き入れ、部分焼き戻し処理等の部分熱処理を行い作製する金型に関する発明である。 The present invention relates to a mold which is manufactured by performing partial heat treatment such as partial quenching and partial tempering using a fluidized bed furnace as means for manufacturing a mold having a hardness gradient.
従来、金型の作製等には、塩浴炉を使用した塩浴熱処理によるものが多く普及している。 Conventionally, many processes using a salt bath heat treatment using a salt bath furnace have been widely used for producing molds.
しかしながら、従来用いられている塩浴炉は、塩を使用するため腐食性が高く、更に水洗処理等が必要となるため、非常に手間が掛かると共に、塩浴蒸発ガス、工場排水、塩浴産業廃棄物等の公害対策等の問題がある。 However, the salt bath furnaces used in the past are highly corrosive due to the use of salt, and further require a water washing treatment, etc., which is very time consuming and requires salt bath evaporative gas, factory effluent, and salt bath industry. There are problems such as measures against pollution such as waste.
そこで、本発明は塩浴炉に比べ潮解性がなく、環境にも優しい流動層熱処理炉を使用して金型を作製する方法で、金型の一面側を焼き入れ温度に保持された炉の流動層に部分浸漬し、所定時間保持後焼き入れをし、その後全体を焼き戻し処理を行うことで、金型の一面側から他面側に沿って硬さ勾配を持った金型を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention is a method of producing a mold using a fluidized bed heat treatment furnace that is less deliquescent than a salt bath furnace and is environmentally friendly, and is a furnace in which one side of the mold is maintained at a quenching temperature. A mold having a hardness gradient from one side of the mold to the other side is provided by partial immersion in the fluidized bed, quenching after holding for a predetermined time, and then tempering the whole. It is for the purpose.
本発明は、上記の課題を解決するために、粗加工済み金型2を流動層の温度が850℃である流動層熱処理炉4において前記金型2の底面2aを上にし上面2bを下にして流動層4bに浸漬しないように直上で懸垂させて予熱処理5し、前記金型2の上面2b側を流動層4bに部分浸漬6して2時間保持した後に温度を1030℃まで上昇させて2時間保持7することにより焼き入れ温度に勾配をつけ、前記金型2に部分焼き入れ8を行った後に全体を焼き戻す9ことにより一面側から他面側に沿って硬さ勾配を持たせ、前記金型2の底面2aの硬さが高すぎた場合は再度流動層熱処理炉12で部分焼き戻し処理13を行って硬さを制御し、前記金型2を製品15として仕上げ加工14したことを特徴とする流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持ったことを特徴とする金型の製造方法の構成とした。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a rough-processed mold 2 in a fluidized bed
本発明は、以下の効果が得られる。第1に、流動層熱処理炉を使用することで、効率的に各処理工程を行うことができると共に、環境問題にも配慮することができる。 The present invention has the following effects. First, by using a fluidized bed heat treatment furnace, each processing step can be performed efficiently and environmental issues can be taken into consideration.
第2に、部分焼き入れを施した後に焼き戻し処理を行うことで、最初の部分焼き入れにより金型の厚さ方向にマルテンサイト相の濃度勾配ができ、前記マルテンサイト相がその後の焼き戻し処理により硬さと靱性に強い影響を及ぼすため、金型の一面側から他面側に沿って硬さ勾配を持った金型を作製することができる。 Second, by performing a tempering treatment after partial quenching, a concentration gradient of the martensite phase is formed in the thickness direction of the mold by the first partial quenching, and the martensite phase is subsequently tempered. Since the treatment strongly affects hardness and toughness, a mold having a hardness gradient from one side of the mold to the other side can be produced.
潮解性がなく、環境に優しい流動層熱処理炉を使用することで硬さ勾配のある金型の作成を実現した。 By using a fluidized bed heat treatment furnace that does not have deliquescence and is environmentally friendly, we have created a mold with a hardness gradient.
以下に、添付図面に基づいて、本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型を詳細に説明する。図1は本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程を示す流れ図である。図2から図5は、作製工程中の各工程での処理状態を示す図である。 Below, based on an accompanying drawing, the metal mold | die with the hardness gradient by the partial heat processing using the fluidized bed furnace which is this invention is demonstrated in detail. FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of a mold having a hardness gradient by partial heat treatment using a fluidized bed furnace according to the present invention. 2 to 5 are diagrams showing processing states in each process during the manufacturing process.
図1は、本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程を示す流れ図である。図1に示すように、金型の作製工程1は、粗加工済み金型2を大気炉3に入れ、流動層熱処理炉4で予熱処理5、部分浸漬予熱6、部分浸漬焼入温度保持7、部分焼き入れ8、焼き戻し処理9の各処理を行い、底面硬さの低い合格金型10はそのまま仕上げ加工14を行い製品15となり、流動層熱処理炉4での各処理後、底面硬さの高すぎた金型11は再度流動層熱処理炉12で部分焼き戻し処理13をした後に仕上げ加工14を行い製品15となる。
FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of a mold having a hardness gradient by partial heat treatment using a fluidized bed furnace according to the present invention. As shown in FIG. 1, in the
図2から図5は、図1に示した金型の作製工程1の各工程での処理状態を示す図である。図2は予熱処理工程での処理状態を示した図、図3は部分浸漬予熱工程での処理状態を示した図、図4は部分浸漬焼入温度保持工程での処理状態を示した図、図5は部分焼き戻し処理工程での処理状態を示した図である。以下に、図2から図5に示した処理状態の図と併せて、図1に示した金型の作製工程1の各工程について説明する。
2 to 5 are diagrams showing processing states in each step of the
本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程1は、先ず、粗加工済み金型2を大気炉3で作製する。この時、粗加工済み金型2とは、仕上げの各処理工程によって削られていく部分を仕上げ代として加味した大きさの金型である。
In the
ここで使用する大気炉3とは、流動層炉の底から空気を吹き上げることで大気炉3となるものである。また、粗加工済み金型2の作製に使用する炉は、大気炉3でなく窒素ガス雰囲気炉でも構わない。前記窒素ガス雰囲気炉も大気炉3と同様に、流動層炉の底から窒素ガスを吹き上げることで、窒素ガス雰囲気炉となる。
The
大気炉3で粗加工済み金型2は、次に流動層熱処理炉4での各処理が施される。流動層熱処理炉4での最初の処理は予熱処理5である。予熱処理5について、図2の予熱処理での処理状態を示した図を用いて説明する。
The die 2 roughly processed in the
図2に示すように、予熱処理5では、粗加工済み金型2は金型懸垂用冶具16の台座16cに底面2aが上になり、上面2bが下になるように載せられている。金型懸垂用冶具16は支持部16bの上部に設けられた吊り掛け部16aをクレーンに吊るし、クレーンにより矢印17方向に懸垂される。
As shown in FIG. 2, in the preheat treatment 5, the rough-processed mold 2 is placed on the
予熱処理5を行う時の流動層熱処理炉4の炉内壁4aに囲まれた流動層4bの温度は850度である。予熱処理5を行う時には、金型懸垂用冶具16の台座16cに載せられた粗加工済み金型2は、流動層4bに浸漬しないよう、流動層4bの直上まで懸垂され保持される。
The temperature of the fluidized
予熱処理5の次に行う工程は部分浸漬予熱6の工程である。部分浸漬予熱6について、図3の部分浸漬予熱での処理状態を示した図を用いて説明する。 The process performed after the preheating 5 is a process of partial immersion preheating 6. The partial immersion preheating 6 will be described with reference to the drawing showing the processing state in the partial immersion preheating of FIG.
図3に示すように、部分浸漬予熱6では、予熱処理5で850度に予熱した流動層4bに粗加工済み金型2を部分浸漬させる。即ち、金型懸垂用冶具16の台座16cに上面2bが下になるよう載せられた粗加工済み金型2のほぼ半分の高さまで流動層4bに浸漬するよう、金型懸垂用冶具16で調節し、粗加工済み金型2の上面2b側を流動層4bに部分浸漬する。
As shown in FIG. 3, in the partial immersion preheating 6, the rough-processed mold 2 is partially immersed in the fluidized
部分浸漬予熱6での流動層4bの温度は850度とし、流動層4bに粗加工済み金型2の上面2b側を部分浸漬したままで、約2時間、850度の予熱を保持する。
The temperature of the fluidized
部分浸漬予熱6後の処理工程は部分浸漬焼入温度保持7の工程である。図4の部分浸漬焼入温度保持での処理状態を示した図を用いて、部分浸漬焼入温度保持7について説明する。 The processing step after the partial immersion preheating 6 is a step of partial immersion quenching temperature holding 7. The partial immersion quenching temperature holding 7 will be described with reference to FIG. 4 showing the treatment state in the partial immersion quenching temperature holding.
部分浸漬焼入温度保持7の工程では、部分浸漬予熱6の工程で2時間保持した粗加工済み金型2の上面2b側を流動層4bに部分浸漬した状態のまま、炉の温度を上昇させ、流動層4bの温度を焼き入れ温度である1030度とする。
In the process of partial immersion quenching temperature holding 7, the furnace temperature is increased while the
図4に示すように、部分浸漬焼入温度保持7の工程は、部分浸漬予熱6の状態のまま、炉の温度を上昇させるので、金型懸垂用冶具16の台座16cに載せられた粗加工済み金型2は、上面2b側が流動層4bに部分浸漬した状態のままで炉の温度を上昇させ、流動層4bの温度を1030度まで上昇させ、2時間保持することで、金型に焼き入れ温度勾配をつける。
As shown in FIG. 4, the partial immersion quenching temperature maintaining step 7 raises the temperature of the furnace while maintaining the partial immersion preheating 6, so that rough machining placed on the
部分浸漬焼入温度保持7後の工程は、部分焼き入れ8の工程である。部分焼き入れ8とは、部分浸漬焼入温度保持7で1030度まで上昇させた流動層4bで部分浸漬を2時間保持した後、油焼き入れを行う工程である。
The process after partial immersion quenching temperature holding 7 is a process of
部分焼き入れ8の処理をした後、金型全体を焼き戻し処理するための焼き戻し処理9の工程を行う。焼き戻し処理9の工程で、金型全体を所定の温度と時間で焼き戻し処理を行うことで、金型の一面側から他面側に沿って硬さ勾配を持った金型を作製することができる。
After the
このように、部分焼き入れ8の後に全体を焼き戻し処理9の処理を行うのは、最初に部分焼き入れ8の処理を行うことで、金型の厚さ方向にマルテンサイト相の濃度勾配ができ、前記マルテンサイト相がその後の焼き戻し処理により硬さと靱性に強く影響を及ぼすためである。
In this way, the entire tempering process 9 is performed after the
流動層熱処理炉4を用いて予熱処理5、部分浸漬予熱6、部分浸漬焼入温度保持7、部分焼き入れ8、焼き戻し処理9の各処理工程を行うことで、底面硬さの低い合格金型10が作製できた場合には、そのまま仕上げ加工14を行い、製品15となる。
By using the fluidized bed
また、流動層熱処理炉4での各処理工程を行い、底面硬さの高すぎた金型11となった場合には、更に細かい硬さ制御のための処理を行う。即ち、流動層熱処理炉12による部分焼き戻し処理13の処理を行い、硬さ制御をする。
Further, when each processing step in the fluidized bed
図5は部分焼き戻し処理での処理状態を示した図である。流動層熱処理炉4での予熱処理5、部分浸漬予熱6、部分浸漬焼入温度保持7、部分焼き入れ8、焼き戻し処理9を行った結果、底面硬さの高すぎた金型11は、硬さ制御をするために再度流動層熱処理炉12で部分焼き戻し処理13を行う。
FIG. 5 is a diagram showing a processing state in the partial tempering process. As a result of preheating 5 in the fluidized bed
図5に示したように、部分焼き戻し処理13の工程では、底面硬さの高すぎた金型11を上面11bが上、底面11aが下になるように、金型懸垂用冶具16の台座16cに載せる。クレーンを用いて金型懸垂用冶具16を上下させ調節し、底面硬さの高すぎた金型11の底面11a側を流動層12bに部分浸漬させる。尚、符号12aは炉内壁を表している。
As shown in FIG. 5, in the step of the
部分焼き戻し処理13に使用する流動層熱処理炉12の流動層12bの温度は、650度から730度程度の間で必要に応じて調節する。このようにして、底面11a側を部分浸漬させ、部分焼き戻し処理13を行うことで、金型底面の細かい硬さ制御ができる。
The temperature of the
底面硬さの高すぎた金型11に流動層熱処理炉12による部分焼き戻し処理13を施し、金型底面の細かい硬さ制御を施すことで、作製された合格金型は、仕上げ加工14を行い、製品15となる。
By applying a
以上のように、図1に示した金型の作製工程1の各処理工程を行うことにより、流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型が作製できる。
As described above, by performing each processing step of the
図6は本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型で使用する金型の平面図、図7はその金型の断面図、図8はその金型の斜視図である。 6 is a plan view of a mold used in a mold having a hardness gradient by partial heat treatment using a fluidized bed furnace according to the present invention, FIG. 7 is a sectional view of the mold, and FIG. 8 is a diagram of the mold. It is a perspective view.
図6から図8に示すように金型18は径の大きさの違う2つの円柱からできている高温工具鋼(DH31)の受け入れ材であり、下部18aの円柱の径よりも上部18bの径のほうが小さい。
As shown in FIGS. 6 to 8, the
また図7に示すように、下部18bの中央に穿設された孔18cの径よりも下部18aの中央に穿設された孔18dの径のほうが小さくなっており、二つの孔18c、18dは繋がっており金型18の中央を貫通して設けられている。
As shown in FIG. 7, the diameter of the
上部18bに穿設された懸垂用ネジ孔18e、18eに対応するように、下部18aの下面側には懸垂用ネジ孔18f、18fが穿設されている。
Suspension screw holes 18f and 18f are formed on the lower surface side of the
図9は本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の実験結果を示す金型の縦断面硬さ分布図である。 FIG. 9 is a vertical cross-sectional hardness distribution diagram showing the experimental results of a mold having a hardness gradient by partial heat treatment using a fluidized bed furnace according to the present invention.
図9に示した実験の条件は金型18に高温工具鋼(DH31)の受け入れ材を使用し、流動層熱処理炉にて前記金型18の底面から40mmまでは流動層19に漬けずにその他の部分を流動層に漬けて部分焼入れを1030℃の温度で1時間行い、その時の底面温度を750℃として油焼入れを行い、最後に全体焼戻し処理として550℃の流動層炉に3時間漬ける処理を2回とした。尚、符号19aは流動層浸漬位置を表している。
The conditions of the experiment shown in FIG. 9 are such that a high-temperature tool steel (DH31) receiving material is used for the
前記条件のもとで金型18に実験を行い得られた結果が図9である。図9に示すように、金型18の部分焼入れ・全体焼戻し処理により、硬さ勾配をもつ金型が得られ、硬さ勾配を持つ金型作製には、部分焼入れが有効であることが分かる。
FIG. 9 shows a result obtained by performing an experiment on the
図10は本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の実験結果を示す金型への焼戻し硬さに及ぼす焼入れ温度の影響を表したグラフである。 FIG. 10 is a graph showing the influence of the quenching temperature on the tempering hardness of the mold showing the experimental results of the mold having a hardness gradient by partial heat treatment using the fluidized bed furnace according to the present invention.
グラフ20の縦軸は焼入れ・焼戻し硬さ(HRC)20aを表し、横軸は焼入れ温度20bを示している。実験材料として14×14×16mmの小角材を使用し、焼入れ温度を600℃から50℃間隔で950℃までと1030℃の9つの温度でそれぞれ測定し、各温度で2時間保持した後、水焼入れを行った。
The vertical axis of the
その後、550℃で3時間かけて焼戻しを行い空冷する行程を2回繰り返し硬さを測定した。 Thereafter, the process of tempering at 550 ° C. for 3 hours and air cooling was repeated twice to measure the hardness.
図10で示したように、800℃以下の焼入れ温度ではその後の焼戻し処理によって硬さ上昇はなく、実験材料の低い硬さを保持しているが、800℃以上で測定した場合高い硬さを保持している。 As shown in FIG. 10, at a quenching temperature of 800 ° C. or lower, there is no increase in hardness due to the subsequent tempering treatment, and the low hardness of the experimental material is maintained, but when measured at 800 ° C. or higher, a high hardness is obtained. keeping.
このことから硬さ勾配を持った金型を得る有効な部分焼入れは焼入れ温度に浸漬された反対側の面(底面)の温度を800〜850℃に保持することであることが分かる。 From this, it can be seen that effective partial quenching to obtain a mold having a hardness gradient is to keep the temperature of the opposite surface (bottom surface) immersed in the quenching temperature at 800 to 850 ° C.
1 金型の作製工程
2 粗加工済み金型
2a 底面
2b 上面
3 大気炉
4 流動層熱処理炉
4a 炉内壁
4b 流動層
5 予熱処理
6 部分浸漬予熱
7 部分浸漬焼入温度保持
8 部分焼き入れ
9 焼き戻し処理
10 底面硬さの低い合格金型
11 底面硬さの高すぎた金型
11a 底面
11b 上面
12 流動層熱処理炉
12a 炉内壁
12b 流動層
13 部分焼き戻し処理
14 仕上げ加工
15 製品
16 金型懸垂用冶具
16a 吊り掛け部
16b 支持部
16c 台座
17〜17c 矢印
18 金型
18a 下部
18b 上部
18c 孔
18d 孔
18e 懸垂用ネジ孔
18f 懸垂用ネジ孔
19 流動層
19a 流動層浸漬位置
20 グラフ
20a 焼入れ・焼戻し硬さ(HRC)
20b 焼入れ温度
DESCRIPTION OF
20b Quenching temperature
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