JP5591352B2 - Method for manufacturing a hot tool - Google Patents
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Description
本発明は、熱間工具（Ｗａｒｍｗｅｒｋｚｅｕｇ）、特に継目無管を製造するための穿孔マンドレル（Ｌｏｃｈｄｏｒｎ）若しくは圧延ロッド（Ｗａｌｚｓｔａｎｇｅ）又は金属からなる管状の被加工物を熱間鍛造するための鍛造マンドレル（Ｓｃｈｍｉｅｄｅｄｏｒｎ）を製造する方法であって、以下の工程、すなわち：
ａ）工具基体を製造する工程であって、工具基体の製造が、工具基体の表面上への、複数の凸部及び凹部を備える表面異形成形部（Ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅｎ−Ｐｒｏｆｉｌｉｅｒｕｎｇ）の形成を含み、凸部を特に半径方向断面で見てウェブ状（ｓｔｅｇｆｏｅｒｍｉｇ）の突出部、好ましくは長方形の突出部として形成し、突出部が、所定の長さにわたって工具の長手方向軸線の方向で延在し、かつ所定の高さにわたって凹部から屹立するようにし、表面異形成形部の形成を好ましくは機械的な加工、特に旋削により実施する、工具基体を製造する工程と、
ｂ）工具基体にコーティングを被着する工程と、
を含む、熱間工具を製造する方法に関する。
The present invention relates to a hot tool, particularly a forging mandrel for hot forging a tubular work piece made of a drilling mandrel (Lochdor) or a rolling rod (Walzstrange) or a metal for producing a seamless pipe. Schmiededorn), comprising the following steps:
a) a step of manufacturing a tool base, wherein the manufacture of the tool base includes the formation of a surface-formed part (Oberflaechen-Profilingun) having a plurality of protrusions and recesses on the surface of the tool base, In particular as a web-like protrusion, preferably a rectangular protrusion, as seen in radial section, the protrusion extending in the direction of the longitudinal axis of the tool over a predetermined length and A step of producing a tool base, wherein the surface profile is raised from the recess over the height of the surface and the formation of the surface profile is preferably carried out by mechanical machining, in particular turning,
b) applying a coating to the tool substrate;
The present invention relates to a method for manufacturing a hot tool.
米国特許第５０３１４３４号明細書において、継目無管を圧延するために、このような表面異形成形部と、表面異形成形部上に続いて別個に被着されるコーティングとを備える基体を備える圧延ロッドが公知である。 In US Pat. No. 5,031,434, a rolling rod comprising a substrate comprising such a surface profile and a coating subsequently deposited separately on the surface profile for rolling seamless tubes Is known.
円形のロッドを穿孔するための穿孔マンドレルは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０５６９８８号明細書において、さらに、例えば特開昭５４−０１７３６３号公報及び特開昭６３−１９２５０４号公報において公知である。穿孔マンドレルの作業領域は、これらの従来技術では、穿孔中のマンドレルボディへの熱伝導を低減する、マンドレルボディに固着した層を有している。工具の機能にとって、この層が強固に保持されていることは重要である。 A perforation mandrel for perforating a round rod is known in German Offenlegungsschrift DE 10200805688, for example in JP-A-54-017363 and JP-A-63-192504. The working area of the drilling mandrel has a layer secured to the mandrel body that reduces heat transfer to the mandrel body during drilling in these prior art techniques. It is important for the function of the tool that this layer is firmly held.
さらに、熱間工具又は類似の部材において、耐用時間延長のため、コーティング（大抵の場合、熱化学的なコーティング法であるコーティング）前に、例えば作業領域をビームによって粗面化して、続いて被着したいコーティングの付着を改善させることが、一般に公知である。 In addition, in hot tools or similar components, for example, the working area can be roughened with a beam before coating (in most cases a coating which is a thermochemical coating method) to extend the service life, and subsequently coated. It is generally known to improve the adhesion of the coating to be applied.
しかしながら、粗面が、しばしば十分な付着を保証せず、多くの場合、コーティングプロセス中又は使用中に失われてしまうことが分かっている。そして、熱的又は機械的な応力が基体とコーティングとの接触領域に働くと、保護層は剥離してしまう。 However, it has been found that rough surfaces often do not guarantee sufficient adhesion and are often lost during the coating process or in use. When the thermal or mechanical stress acts on the contact area between the substrate and the coating, the protective layer is peeled off.
それゆえ本発明の課題は、工具の基体とコーティングとの間に改善された結合が存在することが保証されている、冒頭で述べた形式の熱間工具を製造する方法を提供することである。これに応じて、熱間工具は、延長された耐用時間を有し、特に継目無管の製造は、これにより、より経済的となることが望ましい。 The object of the present invention is therefore to provide a method for producing a hot tool of the type mentioned at the outset, in which it is ensured that an improved bond exists between the tool substrate and the coating. . Accordingly, it is desirable that hot tools have an extended service life, and in particular the manufacture of seamless tubes is thereby more economical.
上記課題は、本発明により、工程ａ）の後、熱化学的な処理方法を用いて、構造化された表面に沿って、工具基体の材料の一部から、まず、変換された材料からなる一次の保護層を形成し、凸部の幅及び凹部の深さを減少させ、このとき、熱化学的な変換が特に酸化鉄、特に好ましくはスケールの形成を含み、かつ変換された一次の材料層上に、凹部の、凸部間に残された間隙を充填する外側の保護層を被着することにより解決される。 According to the invention, the object consists of a part of the material of the tool substrate, firstly converted material, along the structured surface using a thermochemical treatment method after step a). Forming a primary protective layer and reducing the width of the projections and the depth of the depressions, wherein the thermochemical transformation comprises in particular the formation of iron oxide, particularly preferably scale, and the transformed primary material This is solved by depositing an outer protective layer on the layer that fills the gaps left between the convex portions of the concave portions.
好ましくは、表面異形成形部は、工具の軸線方向で見て少なくとも１つのアンダカットを形成し、特に、複数の凸部及び凹部を工具基体の表面に有している。 Preferably, the surface dysmorphic part forms at least one undercut when viewed in the axial direction of the tool, and in particular has a plurality of convex parts and concave parts on the surface of the tool base.
好ましくは、工具基体は鋼からなる。 Preferably, the tool base is made of steel.
コーティングは、熱的かつ機械的な負荷から保護する層であってよい。コーティングは、熱化学的なコーティング法により被着されていることができる。 The coating may be a layer that protects against thermal and mechanical loads. The coating can be applied by a thermochemical coating method.
上述の工程ｂ）におけるコーティングの被着を例えばフレーム溶射又はプラズマ溶射により実施してもよい。 The deposition of the coating in step b) above may be performed, for example, by flame spraying or plasma spraying.
これに応じて、工具基体とコーティングとの間の結合部の改善は、金属の担体材料の表面を平滑に加工し、その後、所定の構造、好ましくは機械的な加工、特に旋削によって形成される、ウェブと、互いに間隔を置いた間隙とからなる所定の構造を形成することによって達成される。 Correspondingly, the improvement of the bond between the tool substrate and the coating is formed by smooth machining the surface of the metal carrier material and then by a predetermined structure, preferably mechanical machining, in particular turning. This is accomplished by forming a predetermined structure consisting of a web and a gap spaced from each other.
次に、適当な熱化学的なコーティング法により、担体材料の、そのように構造化された表面輪郭に沿って、この担体材料の一部を保護層に変換することができる。 A portion of this carrier material can then be converted into a protective layer along the structured surface contour of the carrier material by a suitable thermochemical coating method.
この場合、相応に、ウェブの幅及び高さ並びに間隙の深さは減少する。担体材料の変換により形成されるこの一次の保護層の上に、熱化学的な方法によって、付加的な外側の保護層が被着される。外側の保護層は、同時に、ウェブ間に残される間隙あるいは凹部を充填あるいは閉鎖する。 In this case, the width and height of the web and the depth of the gap are correspondingly reduced. On top of this primary protective layer formed by conversion of the support material, an additional outer protective layer is deposited by thermochemical methods. The outer protective layer simultaneously fills or closes gaps or recesses left between the webs.
担体材料（基体）と、担体材料を覆う層との間の移行部の、工具の使用条件に応じて予め適合されて最適化された構造化によって、実現された層構造の付着は、明らかに改善され、層の完全な剥離は、防止される。 The adhesion of the layer structure realized by the pre-adapted and optimized structuring of the transition between the support material (substrate) and the layer covering the support material, depending on the use conditions of the tool, is clearly Improved and complete delamination of the layers is prevented.
圧延品と酸化物層との間の移行の改善に加え、圧延品と工具との間の係合特性（Ｇｒｅｉｆｖｅｒｈａｌｔｅｎ）も改善される。 In addition to improving the transition between the rolled product and the oxide layer, the engagement properties between the rolled product and the tool (Greifverhalten) are also improved.
提案するプロセスあるいは説明する態様は、一般に、熱的かつ機械的な負荷により良好に耐え得るように、コーティングにより保護されることが望ましい工具や部材のために好適である。 The proposed process or described embodiment is generally suitable for tools and components that are desired to be protected by a coating so that they can better withstand thermal and mechanical loads.
図面には、本発明の実施の形態が概略的に示されている。 The drawings schematically show embodiments of the invention.
図１は、継目無管を製造するための穿孔マンドレルの形態の熱間工具１を示している。工具１は、工具基体２を有している。工具基体２は、所定の長さにわたって軸線方向ａで延在する作業領域３を有している。工具１の作業領域３には、コーティング４が施されており、工具１を熱的あるいは機械的な負荷から保護する。
FIG. 1 shows a hot tool 1 in the form of a drilling mandrel for producing a seamless tube. The tool 1 has a
工具の詳細な構造は、図１に示した領域「Ｚ」における詳細図、すなわち工具基体２の抜粋図として、図２及び図３に示してある。看取可能であるように、工具基体２の、半径方向外側に位置する表面は、表面異形成形部あるいはプロファイルド表面５を有している。表面異形成形部あるいはプロファイルド表面５は、半径方向で突出した複数の凸部６を有している。凸部６は、これにより生じる凹部７間に配置されている。凸部６が軸線方向ａで延在する長さＢは、好ましくは約２５０μｍ〜４０００μｍの範囲にある。凹部７に対する凸部６の高さＤは、約５００μｍ〜５０００μｍの範囲にある。２つの凸部６間の間隔Ａは、好ましくは約２００μｍ〜２０００μｍの範囲にある。
The detailed structure of the tool is shown in FIGS. 2 and 3 as a detailed view in the region “Z” shown in FIG. As can be seen, the radially outer surface of the
この場合、異形成形部５は、基体２をまず平滑に加工しておいて、次に、機械的な加工により、半径方向断面で見てウェブ状あるいは長方形状の切欠き７を加工、特に旋削することによって、基体２の表面に形成されている。
In this case, the irregularly
この前加工の後、図３に示すように、工具基体２の表面にコーティング４が施される。コーティング４の総層厚さＣは、凹部７を充填し、かつ凸部６の高さを上回る。
After this pre-processing, a
これにより、軸線方向ａで見て、コーティング４の材料のために、表面異形成形部５の結果としてアンダカットが生じる。その結果、コーティング４は、工具１の使用時に極めて強固に基体２に付着する。
This causes an undercut as a result of the
図４には、好ましい態様あるいは解決手段が看取可能である。工具基体２の前加工は、図２及び図３に示した解決手段と同様に行われている。すなわち、まず表面異形成形部５が、平滑に加工された工具基体２に設けられている。異形成形部の延びは、図２に示した異形成形部の延びに相当する。
In FIG. 4, a preferred embodiment or solution can be seen. The pre-processing of the
しかし、本実施の形態では、コーティング４の被着前に、まず、熱化学的な処理方法の使用により、基体２の材料の一部が保護層に変換されている。変換された材料８は、異形成形部５に対して等間隔に延びており、破線により概略的に示されている。この場合、相応に、凸部（ウェブ）６の幅及び断面で見てやはり長方形の間隙の深さは、図４に示すように減少している。
However, in the present embodiment, before the
このように変換された材料層８、すなわち担体材料の変換により形成された一次あるいは内側の保護層上に、変換中にか、又は引き続いて、コーティング４を、第２の外側の層として被着する。図４は、完成した工具を示している。コーティング４の被着は、やはり熱化学的な方法によってか、又は例えばフレーム溶射若しくはプラズマ溶射によって実施される。
On the primary or inner protective layer formed by conversion of the
図４に示した解決手段によれば、つまり、担体材料（基体）２と層４との間に、変換された材料８内に表出される構造が、担体材料２への層４の被着あるいは形成の前又は間に形成される。
According to the solution shown in FIG. 4, that is, the structure expressed in the converted
図５及び図６の図面からは、具体的なコーティングの例が看取される。ウェブ（凸部）６の変換及び間隙（凹部）７の充填により形成される比較的多孔質の内側の層８と、この内側の層８上に被着される第２の外側の層４とが、良好に看取可能である。内側の層８（変換された材料）は、本実施の形態では、酸化鉄からなり、基体あるいは異形成形部の表面から成長する。ウェブ（凸部）間の間隙は、外側のコーティング４により充填される。
Specific examples of coatings can be seen from the drawings of FIGS. A relatively porous
図５あるいは図６に示した実施の形態において、担体材料（工具基体）は、酸化鉄でコーティングされるか、あるいは基体の材料は、酸化鉄に変換される。担体材料は、本実施の形態では鋼である。基体上のコーティングの最大厚さは、本実施の形態では約１０００μｍである。 In the embodiment shown in FIG. 5 or FIG. 6, the carrier material (tool substrate) is coated with iron oxide or the substrate material is converted to iron oxide. The carrier material is steel in the present embodiment. The maximum thickness of the coating on the substrate is about 1000 μm in this embodiment.
担体材料とコーティングとの間の構造化された移行部は、用途に応じて最適化されて形成可能である。その結果、使用中の層の完全な剥離は回避可能である。これにより、特に、工具１の耐用時間は、大幅に延長可能である。 The structured transition between the carrier material and the coating can be optimized and formed depending on the application. As a result, complete delamination of the layer in use can be avoided. Thereby, in particular, the service life of the tool 1 can be greatly extended.
コーティングされた工具の表面は、使用前又は使用中、機械的な加工、例えば研削及び研磨（使用前）又は圧延（使用中）により平滑化可能である。 The surface of the coated tool can be smoothed by mechanical processing such as grinding and polishing (before use) or rolling (in use) before or during use.
表面の平滑化は、工具と被加工物（圧延品）との間の摩擦を低減する。 Surface smoothing reduces the friction between the tool and the workpiece (rolled product).
１ 熱間工具
２ 工具基体
３ 作業領域
４ コーティング
５ 表面異形成形部
６ 凸部
７ 凹部
８ 変換された材料
ａ 軸線方向
Ｂ 長さ
Ｄ 高さ
Ａ 間隔
Ｃ 総層厚さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
ａ）工具基体（２）を製造する工程であって、該工具基体（２）の製造が、該工具基体（２）の表面上への、複数の凸部（６）及び凹部（７）を備える表面異形成形部（５）の形成を含み、前記凸部（６）を半径方向断面で見てウェブ状の突出部として形成し、該突出部が、所定の長さ（Ｂ）にわたって前記工具（１）の長手方向軸線（ａ）の方向で延在し、かつ所定の高さ（Ｄ）にわたって前記凹部（７）から屹立するようにし、該表面異形成形部（５）の形成を機械的な加工により実施する、工具基体（２）を製造する工程と、
ｂ）前記工具基体（２）にコーティング（４）を被着する工程と、
を含む、熱間工具を製造する方法において、
前記工程ａ）の後であって前記工程ｂ）の前に、又は前記工程ａ）の後であって前記工程ｂ）の間に、熱化学的な処理方法を用いて、構造化された表面に沿って、前記工具基体（２）の材料の一部から、まず、変換された材料（８）からなる一次の保護層を形成し、前記凸部（６）の幅及び前記凹部（７）の深さを減少させ、このとき、熱化学的な変換が酸化鉄の形成を含み、かつ
変換された一次の材料層（８）上に、前記凹部（７）の、前記凸部（６）間に残された間隙を充填する外側の保護層（４）を被着することを特徴とする、熱間工具を製造する方法。 A method of manufacturing a forged mandrel for hot forging a workpiece tubular made of perforated mandrel or rolled rod or metal for the manufacture of a welt-free tube, the following steps, namely:
a) A step of manufacturing a tool base (2), in which the tool base (2) is manufactured by forming a plurality of convex portions (6) and concave portions (7) on the surface of the tool base (2). surface profiled section comprises the formation of (5), when viewed the convex portion (6) in the semi-radial section formed by a web-like protrusions, projecting portion, a predetermined length comprising (B) Extending in the direction of the longitudinal axis (a) of the tool (1) and upstanding from the recess (7) over a predetermined height (D) to form the surface profile (5) more carried out the machine械的of machining, the step of producing a tool substrate (2),
b) applying a coating (4) to the tool substrate (2);
In a method for manufacturing a hot tool, comprising:
Structured surface using a thermochemical treatment method after step a) and before step b) or after step a) and during step b) A primary protective layer made of the converted material (8) is first formed from a part of the material of the tool base (2) along the width of the convex portion (6) and the concave portion (7). reducing the depth, this time, involves the formation thermochemical conversion of oxidation of iron, and on the converted primary material layer (8), said recess (7), the protrusion (6 A method for producing a hot tool, characterized in that an outer protective layer (4) filling the gap left between) is applied.
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