JP4867114B2 - 鉛蓄電池格子体の連続鋳造用金型 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池格子体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
回転する円筒外周面に形成された金型の、円筒面の格子体形状の彫り込みに、円筒面と常時摺動するノズルから溶融鉛合金を連続的に供給し、連続的に凝固させ、鉛合金鋳造体を連続的に取り出して鉛蓄電池格子体を製造する鉛蓄電池格子体の連続鋳造装置には、例えば米国特許NO.4,349,067 に記載されているものがある。
【0003】
【発明が解決しようとずる課題】
上記の連続鋳造装置において、回転する円筒状金型表面は、上記ノズルから溶融鉛合金を供給される際に高温に上昇し、同時に金型内部を流れる冷却水により、内側から冷却されるという、厳しいヒートサイクルにさらされている。
【0004】
上記特許には回転する円筒状金型の材質についての記述はないが、通常金型用に使用される炭素鋼を用いた場合、僅かの使用でも上記のヒートサイクルにより、表面にヒートチェックと呼ばれる熱疲労による亀裂が発生ずる。このようなヒートチェックが多大に発生すると、当然のことながら金型としての役目を果たせなくなる。
【0005】
鉄系の金型材を用いる場合、耐ヒートチェック性を向上させるための手段としては、金型の表面硬度を上げることが知られている。
【0006】
しかしながら硬度を上げた場合、金型の加工が難しくなる。これは鉛蓄電池格子体のような細かく複雑な形状を持つ金型では重大な問題である。
【0007】
このことから従来はロックウェル硬さHRc30以下に調質した炭素鋼などを使用することが多かったが、耐ヒートチェック性は不十分であった。
【0008】
また通常HRc40以上に調質して使用する合金工具鋼などの場合、耐ヒートチェック性は飛躍的に向上するものの、鉛蓄電池格子体金型としての加工が事実上不可能になってしまう問題点がある。
【0009】
本発明の目的は、僅かの金型製作コスト増加に対して、大幅な金型寿命の延長が図れる鉛蓄電池格子体の連続鋳造用金型を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鉛蓄電池格子体の連続鋳造用金型は、金型表面硬度がHRc25からHRc35であり、C、Si、Cr、Mo、V、残部が鉄及び不可避不純物からなる鉄合金により形成される。
【0011】
具体的には、以下のようにする。
【0012】
鉄合金の成分は、C、Si、Cr、Mo、Vが含まれていることが必要である。また、各成分の含有量は、C:0.20質量%、Si:1.5質量、Cr:4.0質量%、Mo:0.8質量%、V:0.1質量%とするか、またはC:0.37±0.02質量%、Si:1.0±0.1質量、Cr:5.0±0.3質量%、Mo:1.3±0.1質量%、V:1.0±O.1質量%とすることでより優れた効果がある。
【0013】
こういった鉄合金には、いわゆる合金工具鋼も含まれるが、特にこれに限定されるものではない。
【0014】
この金型材料は、加工に適した形状に成形しなければならない。この成形形状としては、加工代を考慮したリング(パイプ)形状が最も良いが、円柱形状、又は、角柱形状その他でも良い。但し、熱処理後の加工除去される部分が多くなるにつれ、調質硬度の均一性が損なわれるために注意が必要となる。また成型方法は、鍛造が好ましいが、押し出しあるいは引き抜き加工でも良い。
【0015】
次に、成形した材料を、通常の方法にて、焼き入れ、及び焼き戻し加工し、HRc25からHRc35に調質する。調質硬度は、硬度ばらつきを考慮するとHRc30程度が、彫刻の容易さから好ましいが、金型各部分で前記の範囲内ならば、どの値を採用しても良い。但し、これらの値を外れた場合、硬度が低いときは、耐ヒートチェック性が格段に低下し、また硬度が高いときは格子の彫り込み加工が難しくなり、場合によっては、事実上不可能になるため、確実な管理が必要である。
【0016】
続いて、金型材料がリング状でない場合、金型ロールに組み込むためにリング状に加工する。
【0017】
そして金型リングを金型ロール表面に組み込む。金型ロールは、金型表面を冷却できるように、水冷却溝が形成されているものである。
【0018】
金型ロールに組み込んだ金型リングは、歪みを機械加工等で除去して必要な真円度にした後、格子の彫り込み加工を行い、金型として完成する。
【0019】
【実施例】
以下、本発明の実施例と比較例について説明する。
【0020】
(実施例1)
C:0.20質量%、Si:1.5 質量%、Cr:4.0 質量%、Mo:0.8 質量%、V:0.1 質量%(ばらつき範囲不明、残部鉄)の鉄合金を熱間鍛造にてリング状に成形した。成形した金型素材を焼き入れ、及び焼き戻しにより、HRc30に調質した。この金型素材を金型ロール表面に組み込み、金型素材表面を、旋盤にて所定寸法に切削研磨した。切削後の金型表面硬度は平均HRc30.2±2.8 であった。
【0021】
(実施例2)
C:0.37±0.02質量%、Si:1.0 ±0.1 質量%、Cr:5.0 ±0.3 質量%、Mo:1.3 ±0.1 質量%、V:1.0 ±0.1 質量%(残部鉄)の鉄合金を熱間鍛造にてリング状に成形した。成形した金型素材を焼き入れ、及び焼き戻しにより、HRc30に調質した。この金型素材を金型ロール表面に組み込み、金型素材表面を、旋盤にて所定寸法に切削研磨した。切削後の金型表面硬度はHRc30.7±2.2 であった。
【0022】
(比較例1)
C:0.45±0.03質量%、Si:0.25±0.1 質量%、Mn:0.75±0.15質量%(残部鉄)の鉄合金(S45C炭素鋼)を熱間鍛造にてリング状に成形した。成形した金型素材を焼き入れ、及び焼き戻しにより、HRc30に調質した。この金型素材を金型ロール表面に組み込み、金型素材表而を、旋盤にて所定寸法に切削研磨した。切削後の金型表面硬度はHRc30.5±3.1 であった。
【0023】
(比較例2)
C:0.37±0.02質量%、Si:1.0 ±0.1 質量%、Cr:5.0 ±0.3 質量%、Mo:1.3 ±0.1 質量%、V:1.0 ±0.1 質量%(残部鉄)の鉄合金を熱間鍛造にてリング状に成形した(実施例2と同じ)。成形した金型素材を焼き入れ、及び焼き戻しにより、HRc40に調質した。この金型素材を金型ロール表面に組み込み、金型素材表面を、旋盤にて切削研磨した。切削後の金型表面硬度はHRc40.6±2.8 であった。
【0024】
(比較例3)
C:0.37±0.02質量%、Si:1.0 ±0.1 質量%、Cr:5.0 ±0.3 質量%、Mo:1.3 ±0.1 質量%、V:1.0 ±0.1 質量%(残部鉄)の鉄合金を熱間鍛造にてリング状に成形した(実施例2と同じ)。成形した金型素材を1000℃空冷の焼き入れ、及び600 ℃徐冷焼き戻しにより、HRc20に調質した。
【0025】
この金型素材を金型ロール表面に組み込み、金型素材表面を、旋盤にて切削研磨した。切削後の金型表面硬度はHRc20.3±2.1 であった。
【0026】
実施例1、2と比較例1、2、3の金型素材に、NC彫刻機により、鉛蓄電池格子体の鋳型を彫刻し、図1に示すような金型とした。図1において、1はリング状の金型素材、2はこの金型素材1の表面に形成された鉛蓄電池格子体の鋳型、3は金型素材1の回転軸である。
【0027】
これらの金型を用いて鉛蓄電池格子体の連続鋳造を行った。鉛合金の温度は500 ℃、組成はSb2.7 質量%、残部Pb合金を使用した。
【0028】
図2に実施例1、2と比較例1、3において、長期間連続鋳造を行った後の金型表面に生じたヒートチェックの量を示す。実施例1、2では、比較例1に比べて大幅に少なくなっており、特に各合金成分を最適化した実施例2はより優れていることが分かる。また、比較例3においては、実施例1と同一の鉄合金を使用しているにもかかわらず、金型表面硬度が低いために、ヒートチェックが少なくなっていない。
【0029】
図3に金型の彫り込みに要する加工時間を示す。比較例2においては、金型表面硬度が高すぎて、実質的に彫刻不可能なレベルとなった。これに対し、実施例1、2では、比較例1のおよそ50%増加というレベルであり、金型寿命延長効果に対して、金型製作のコストアップは僅かである。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による鉛蓄電池格子体の連続鋳造用金型は、金型表面硬度がHRc25からHRc35であり、C、Si、Cr、Mo及びVを含む鉄合金からなっているので、僅かの金型製作コスト増加に対して、大幅な金型寿命の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明における実施例の、鉛蓄電池格子体の連続鋳造用金型の外形を示す平面図である。
【図2】 本発明における実施例と比較例で、長時間の連続鋳造を行ったときの、金型表面に生じたヒートチェックの量を示す比較図である。
【図3】 本発明における実施例と比較例で、金型の彫り込みに要する加工時間を示した比較図である。
【符号の説明】
1 金型素材
2 鉛蓄電池格子体の鋳型
3 金型素材の回転軸
Claims (2)
- 金型表面硬度がHRc25からHRc35であって、C、Si、Cr、Mo、V、残部が鉄及び不可避不純物からなる鉄合金により形成され、Cの含有量は0.20質量%、Siの含有量は1.5質量%、Crの含有量は4.0質量%、Moの含有量は0.8質量%、Vの含有量はO.1質量%である鉛蓄電池格子体の連続鋳造用金型。
- 金型表面硬度がHRc25からHRc35であって、C、Si、Cr、Mo、V、残部が鉄及び不可避不純物からなる鉄合金により形成され、Cの含有量は0.37±0.02質量%、Siの含有量は1.0±0.1質量%、Crの含有量は5.0±0.3質量%、Moの含有量は1.3±0.1質量%、Vの含有量は1.0±O.1質量%である鉛蓄電池格子体の連続鋳造用金型。
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