JP5033502B2 - 鍛造用潤滑剤および金型材の評価方法 - Google Patents
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Description
一方、鍛造金型に用いられる金型材やその表面は、耐摩耗性、耐荷重性、耐熱性は当然必要となるが、さらに上記のような潤滑剤による急激な冷却に耐える耐熱衝撃性や熱疲労特性が重要な特性となる。
このように、金型寿命には、潤滑特性以外に、潤滑剤の冷却特性と金型の耐熱衝撃性や熱疲労特性が大きく関わっており、これらの特性を確実かつ容易に評価する方法が求められている。
実際の鍛造形態を想定した潤滑剤の潤滑性評価方法としては、リング圧縮試験法、前方押し出し法に対応した評価方法、あるいは後方押し出し法に対応した評価方法などがあり、他にも工夫された様々な提案がなされている。
前方押し出し法に対応した評価方法としては、例えば潤滑剤を塗布したワークに一定押し込み量を与えたときの押し込み荷重を測定し、その塗布された潤滑剤の潤滑性を評価する方法が知られている(特許文献1)。また、後方押し出し法に対応した評価方法としては、例えば潤滑剤を塗布したワークに一定押し込み量を与えたときの押し込み荷重と引き抜き荷重を測定し、その塗布された潤滑剤の潤滑性を評価する方法が知られている(特許文献2)。
これらの方法は潤滑剤そのものの潤滑性評価には適しているが、潤滑剤の冷却特性や金型材の熱疲労特性には着目しておらず、鍛造加工を行なうため上記特性と潤滑性を分離できず、金型寿命を延ばすための方策を詳細に解析することができないという問題がある。また、金型材を評価するためには金型の損傷が発生するまで繰り返して鍛造加工を行なう必要があり、一度の鍛造加工に時間と手間が掛かることやワークが使い捨てとなるため高価な評価方法となるという問題がある。
また、上記ワークが長尺な角柱形状であり、該ワークを送り出す工程が間欠直線運動であるか、または、上記ワークが円盤形状であり、該ワークを送り出す工程が間欠円周運動であることを特徴とする。
また、上記ワークの加熱手段が赤外線加熱炉であるか、または高周波加熱炉であることを特徴とする。
また、本発明の鍛造用潤滑剤または冷却剤を吹き付ける工程において、上記鍛造用金型材製パンチ先端の温度が測定できることを特徴とする。
評価装置は、ベース11上に長尺な角柱状ワーク1の進行方向に順に配置されたワーク送り出し装置10a、加熱装置9、評価装置本体、ワーク送り出し装置10bとから構成されている。
ワーク送り出し装置10a、10bはワークを案内する部品であり、図示を省略したモータによりラックアンドピニオン機構でワークを間欠直線運動で送り出すことができる。送り機構の例としては、ラックアンドピニオン機構以外に油圧シリンダ、エアシリンダ、ボールネジなどのネジを利用した直動機構が挙げられる。
ダイ2は、ワーク1が送り出される方向の直角方向に角柱状ワークを拘束する手段を有することが好ましい。角柱状ワークを拘束することにより、パンチ3をワーク1に安定して接触させることができる。
また、潤滑剤または冷却剤をパンチ3に吹き付けるエアスプレー7がパンチ先端部3a近傍に設けられている。エアスプレー7はパンチ先端部3aがワーク2に接触し離脱した後に潤滑剤または冷却剤を吹き付ける手段を有している。
なお、潤滑剤または冷却剤は、水にカルボン酸塩、水溶性高分子、固体潤滑剤などを混入させたものなどが用いられる。水を溶媒に用いるのは、環境に対する負荷がないことや、安価であること、気化熱が大きいことが理由である。
パンチ3の形態は、実際に鍛造される型に応じて設定できる。例えばパンチ3の軸方向断面形状としては、真円、楕円などの円形、四角形、三角形などの多角形に設定できる。
(1)長尺な角柱状ワーク1を間欠直線運動で送り出す。角柱状ワークとしては、鋼材メーカが提供する標準角鋼を用いることができる。10mm×16mm×1000mmの角柱状ワークを例示でき、この場合、パンチ3は直径10mmが例示できる。標準角鋼を用いることができるため、供試試料の準備にあたり、切断のみの加工となり加工費が安価となる。
上記接触を維持しながら、複数回の接触に伴うパンチの損傷状態を観察することで、金型材の耐熱衝撃性と熱疲労特性を評価できる。金型材の耐熱衝撃性と熱疲労特性はパンチが損傷することなく多くの接触が可能なものほど優れていると言える。
潤滑剤または冷却剤の吹き付け量は、異なる潤滑剤または冷却剤であっても、一定量の潤滑剤または冷却剤量とする。一定量の潤滑剤等を吹き付けた場合のパンチ先端部3aの温度を種々の潤滑剤について調べることにより、冷却特性における潤滑剤の優劣を調べることができる。
パンチ先端温度と所定回数の接触を行なった後のパンチの損傷状態とが測定される。潤滑剤等の冷却特性はパンチの温度上昇が小さいほど優れていると判断でき、金型材の耐熱衝撃性と熱疲労特性はパンチが損傷することなく多くの接触が可能なものほど優れていると言える。
第一の実施形態との違いは、ワーク1が円盤形状であり、このワーク1を送り出す工程が間欠円周運動であることである。ワークを円盤状形状にすることで、第一の実施形態に比べ評価装置を小型化できる。
円盤形状のワーク1は、ワークを固定して回転させる回転機構10cにより間欠円周運動する。回転機構10cとしては、タイマーや位置センサーを利用したモータの回転制御機構、サーボモータによるプログラム回転制御機構が挙げられる。図2(a)において12は軸受、13は電極である。また、図1と同じ部分は同一符号を付して説明を省略する。
加熱装置9は、ワーク1のパンチ接触位置14に対して所定の角度を有し、ワーク1が回転する回転方向Aのパンチ接触位置14手前のワーク1の周縁部に配置される。加熱装置の加熱手段は、赤外線ランプを用いた赤外線加熱炉や円盤形状のワーク1でも所定範囲を均一に加熱できるコイルを用いた高周波誘導加熱炉が好ましい。
熱間鍛造用潤滑剤の潤滑性評価および金型材の評価は第一の実施形態と同様になされる。
2 ダイ
3 パンチ
4 加熱手段
5 引張圧縮両用型ロードセル
6 温度センサー
7 エアスプレー
8 架台
9 加熱装置
10 ワーク送り出し装置
11 ベース
12 軸受
13 電極
14 パンチ接触位置
Claims (4)
- 鍛造用潤滑剤および金型材の評価方法において、
ワークを間欠運動で送り出す工程と、
前記ワークを加熱手段で加熱する工程と、
前記ワークが運動停止時に前記ワーク上方に上下進退自在に配置された鍛造用金型材製パンチのパンチ先端部を前記ワークに接触させる工程と、
前記パンチ先端部が前記ワークに接触し離脱した後に鍛造用潤滑剤または冷却剤を吹き付ける工程とが繰り返し行なわれ、所定回数の接触を行なった後のパンチの損傷状態とを測定することにより前記鍛造用潤滑剤の潤滑性評価および鍛造用金型材の材料評価をする方法であり、
前記ワークは、円盤形状であり、前記ワークを送り出す工程が間欠円周運動であることを特徴とする鍛造用潤滑剤および金型材の評価方法。 - 前記ワークの加熱手段は、赤外線加熱炉であることを特徴とする請求項1記載の鍛造用潤滑剤および金型材の評価方法。
- 前記ワークの加熱手段は、高周波加熱炉であることを特徴とする請求項1記載の鍛造用潤滑剤および金型材の評価方法。
- 前記潤滑剤または冷却剤を吹き付ける工程において、前記鍛造用金型材製パンチ先端の温度が測定できることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載の鍛造用潤滑剤および金型材の評価方法。
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