JPH02156070A - Metallic mold for casting and production thereof - Google Patents
Metallic mold for casting and production thereofInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は鍛造用金型およびその製法に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a forging die and a method for manufacturing the same.
［従来の技術］
一般に、鍛造加工は被加工物に繰り返し衝撃を加えるこ
とによって所望の形状に成形する方法でぁす、用いる金
型には苛酷な加圧状態が課されることとなる。とくに、
冷間鍛造は被加工物を積極的に加熱することなく室温ま
たは室温に近い温度で行うため、被加工物の変形抵抗が
高く、冷間鍛造用金型には極めて苛酷な条件が課される
。と。[Prior Art] In general, forging is a method of forming a workpiece into a desired shape by repeatedly applying impact to the workpiece, and a severe pressurized state is imposed on the mold used. especially,
Cold forging is performed at or near room temperature without actively heating the workpiece, so the workpiece has high deformation resistance and extremely harsh conditions are imposed on cold forging dies. . and.
ナル、つまり、用いられる金型には衝撃を伴う動的で、
単位体積当たり高い荷重がかかり、格別強度の高い材質
のものが要求される。Null, that is, the mold used is dynamic with impact,
A high load per unit volume is applied, and materials with exceptionally high strength are required.
そのため、鍛造用金型とりわけ冷間鍛造用金型としては
、熱処理技術の改良と相まってこれまで種々の合金鋼の
開発あるいは粉末冶金技術からの産物である超硬合金の
応用などといった材料面からの改良がなされてきた。Therefore, for forging molds, especially cold forging molds, improvements have been made in terms of materials, such as the development of various alloy steels and the application of cemented carbide, a product of powder metallurgy technology, along with improvements in heat treatment technology. Improvements have been made.
他方、より一層生産性の高い優れた工具材料を開発する
ため、材料表面に種々の金属間化合物をコーティングす
る技術が発達してきた。たとえば真空蒸着法、イオンス
パッタリング法、イオンブレーティング法などのいわゆ
るＰＶＤ法や、気相めっき法ともいうべきＣＶＤ法など
によって工具表面にＴ ｉ Ｎなとの金属間化合物をコ
ーティングすることにより、工具寿命を延長させる試み
である。On the other hand, in order to develop superior tool materials with even higher productivity, techniques have been developed to coat the surfaces of materials with various intermetallic compounds. For example, by coating the tool surface with an intermetallic compound such as TiN using so-called PVD methods such as vacuum evaporation method, ion sputtering method, and ion blating method, or CVD method which can also be called vapor phase plating method, tool This is an attempt to extend lifespan.
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、ＰＶＤ法によるコーティング層は材料表
面における密着性が悪く、苛酷な動的荷重のかかる鍛造
用金型表面に施しても到底耐えられるものではなかった
。[Problems to be Solved by the Invention] However, the coating layer formed by the PVD method has poor adhesion to the material surface, and cannot withstand even when applied to the surface of a forging die that is subjected to severe dynamic loads.
後者のＣＶＤ法による場合は、ＰＶＤ法よりも材料表面
におけるコーティング層の密着性は幾分改善されるが、
この場合も、材料表面に明確に識別されるコーティング
層を形成す４こととなるので、苛酷な動的加圧条件では
依然としてコーティング層が剥離するという問題があっ
た。When using the latter CVD method, the adhesion of the coating layer on the material surface is somewhat improved compared to the PVD method, but
In this case as well, since a clearly distinguishable coating layer is formed on the material surface, there is still a problem that the coating layer peels off under severe dynamic pressurizing conditions.
さらに、ＣＶＤ法では金型を高温に加熱する必要がある
（たとえば、ＴｉＮあるいはＴｉＣをコーティングする
場合、１０００℃程度に加熱する）ので、金型の焼入れ
処理が焼戻されて金型基質そのものの強度的な低下をき
たしたり、熱歪による寸法精度の狂いが生じたりして金
型として不都合である。この不都合を解消するためには
、材料に著しく制約を課す必要があって実用的ではなか
った。Furthermore, in the CVD method, it is necessary to heat the mold to a high temperature (for example, when coating TiN or TiC, it is heated to about 1000 °C), so the quenching process of the mold is tempered and the mold substrate itself is heated. This is inconvenient as a mold because it causes a decrease in strength and a loss of dimensional accuracy due to thermal distortion. In order to eliminate this inconvenience, it was necessary to impose significant restrictions on the material, which was impractical.
上記従来技術の課題に鑑み、本発明の目的は、苛酷な動
的高荷重にも耐えられ強度が高く−、かつ生産性に優れ
た鍛造用金型、およびその製法を提供することにある。In view of the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a forging die that can withstand severe dynamic high loads, has high strength, and has excellent productivity, and a method for manufacturing the same.
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明にかかる鍛造用金型の
特徴構成は、少なくとも被加工物と接する表面に、元素
周期律表における第■族〜第汀族および第１族に属する
元素の１種または２種以上のイオンがミキシングされた
層を備えた点にある。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the forging die according to the present invention has a characteristic configuration in which at least the surface in contact with the workpiece contains elements from groups and a layer in which one or more ions of elements belonging to Group 1 are mixed.
さらに、本発明にかかる鍛造用金型の製法の特徴構成は
、少なくとも被加工物と接する表面に、元素周期律表に
おける第■族〜第五族および第１族に属する元素の１種
または２種以上のイオンをミキシングして鍛造用金型の
表層を改質する点にある。Furthermore, the characteristic structure of the manufacturing method of the forging die according to the present invention is such that at least the surface in contact with the workpiece is coated with one or two of the elements belonging to Groups 1 to 5 and Group 1 of the periodic table of elements. The purpose of this method is to mix more than one species of ions to modify the surface layer of a forging die.
このうち、とくに好ましいミキシング層を形成する元素
の組成は、ＴａＣ，ＴｉＣ，ＶＣ，ＢＮ。Among these, particularly preferred compositions of elements forming the mixing layer are TaC, TiC, VC, and BN.
ＴｉＮ、Ｆｅ２Ｎなどである。These include TiN, Fe2N, etc.
各イオンの好ましいミキシング量は、５〜７×１０ 個
／ＣＩ＋２である。The preferable mixing amount of each ion is 5 to 7×10 cells/CI+2.
被加工物と接する表面に注入層を形成する方法が、ダイ
ナミックミキシング法あるいはＩＶＤ法であることが好
ましい。The method for forming the injection layer on the surface in contact with the workpiece is preferably a dynamic mixing method or an IVD method.
［作用・効果コ
つぎに、本発明にかかる鍛造用金型およびその製法の作
用・効果を説明する。[Functions and Effects] Next, the functions and effects of the forging die and the manufacturing method thereof according to the present invention will be explained.
鍛造用金型の表面に、イオン注入装置を用いて、元素周
期律表における第■族〜第■族および第１族に属する元
素の１種または２種以上のイオンをミキシングさせるこ
とにより、これらイオンによる金属もしくは金属間化合
物が材料基質と一体的となる表層が形成される。By using an ion implantation device to mix one or more ions of elements belonging to Groups 1 to 2 and Group 1 of the Periodic Table of Elements onto the surface of a forging die, these ions can be mixed. A surface layer is formed in which the ionic metal or intermetallic compound becomes integral with the material matrix.
このような金型の表層は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法によって
形成されるような明確な２層に分離されることがなく、
金型基質とコーティング層とが混然一体となっているの
で、苛酷な動的加圧条件にも表層が剥離するといったこ
とがなくて、極めて強度の高い金型を実現できた。The surface layer of such a mold is not separated into two distinct layers as is the case with PVD or CVD methods.
Since the mold substrate and coating layer are integrated, the surface layer does not peel off even under severe dynamic pressure conditions, making it possible to create an extremely strong mold.
本発明が、注入する元素の選択が容易であり、目的に応
じて各種の表層を形成することができるのみならず、各
元素がイオン状態であることから極めて活性であるとい
うイオン注入技術を利用しているので、注入された基質
との一体性が良く、２種以上のイオンをミキシングして
も基質に確実に所望の金属間化合物層を形成させること
ができるのである。The present invention utilizes ion implantation technology, which not only allows easy selection of the elements to be implanted and can form various surface layers depending on the purpose, but also is extremely active because each element is in an ionic state. Therefore, it has good integrity with the implanted substrate, and even if two or more types of ions are mixed, a desired intermetallic compound layer can be reliably formed on the substrate.
さらに、本発明による方法によれば、ＣＶＤ法によるよ
うな加熱の必要がないので、必要な熱処理を行った後に
表層改質処理を行うことができる。Further, according to the method according to the present invention, there is no need for heating as in the CVD method, so the surface layer modification treatment can be performed after performing the necessary heat treatment.
その結果、金型の強度を損なったり、寸法精度に狂いを
生じたりすることがなく、精度が良く、かつ強度が高く
て長寿命な、鍛造生産性に優れた鍛造用金型が得られた
。As a result, a forging die with good precision, high strength, long life, and excellent forging productivity was obtained without impairing the strength of the die or causing deviations in dimensional accuracy. .
［実施例］
以下に、本発明にかかる鍛造用金型およびその製法の一
実施例を図面を参照して詳細に説明する。[Example] Hereinafter, an example of a forging die and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
鍛造用金型としては、テーパーローラーベアリング用テ
ーパーローラの製造に用いられ、とくに苛酷な条件が要
求される冷間鍛造用金型と例にとった。第１図は、金型
の縦断面を示す、この金型（１）は、雄型（バンチ側）
（ｌａ）と雌型 （１ｂ）とからなる組合せダイスで
構成されていて、ヘッダーマシン（図示せず）によって
切断された鋼線片が被加工物たるテーパーローラ用素材
（２）として両型間に配置されるようになっている。こ
のときの鋼線片の寸法は、たとえば長さ２２ｍｍ、直径
１０ｍｍであった。第１図に示した金型形状のうち、と
くにコーナ部分に苛酷な動的荷重がかかり、割れ、欠け
などの損傷を生じやすい、そこで、コーナ部分を始めと
して素材（２）と金型とが接する部分にイオン注入を行
った０図中（３）は、イオン注入されミキシングされた
ミキシング層である。The forging mold is an example of a cold forging mold that is used to manufacture tapered rollers for tapered roller bearings and requires particularly severe conditions. Figure 1 shows a vertical cross section of the mold. This mold (1) is a male mold (bunch side).
It is composed of a combination die consisting of a die (la) and a female die (1b), and a piece of steel wire cut by a header machine (not shown) is used as the material (2) for the taper roller, which is the workpiece, between the two dies. It is designed to be placed in The dimensions of the steel wire piece at this time were, for example, 22 mm in length and 10 mm in diameter. Of the mold shape shown in Fig. 1, severe dynamic loads are applied particularly to the corner parts, which tends to cause damage such as cracking and chipping. The part (3) in Figure 0 in which ions are implanted into the contacting portion is a mixing layer in which ions are implanted and mixed.
次に、ミキシング層の形成方法を説明する。Next, a method for forming the mixing layer will be explained.
この実施例で用いた方法は、ダイナミックミキシング法
あるいはＩ Ｖ Ｄ （Ｉｏｎ ａｎｄ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ＞法と称されるもの（Ｍ、 ５ａ
ｔｏｕ、 Ｋ、 Ｆｕｋｕｉ ａｎｄＦ、 Ｆｕｊｉｍ
ｏｔｏ、 Ｐｒｏｃ、 、 ５ｔｈ Ｓｙｍｐ、 ｌ５
ｒＡＴ、 ３４９頁）であって、通常のイオン注入法よ
り低いイオン加速エネルギーを用い、真空蒸着とイオン
注入法方式装置行なうものである。The method used in this example is the dynamic mixing method or IVD (Ion and Vapor
What is called the Deposition> method (M, 5a
tou, K, Fukui and F, Fujim
oto, Proc, , 5th Symp, l5
rAT, p. 349), which uses lower ion acceleration energy than the normal ion implantation method and performs vacuum evaporation and ion implantation method equipment.
第２図に、用いたイオン注入装置の概略ｍ成を示す。FIG. 2 shows a schematic configuration of the ion implantation device used.
この装置は、イオン源（５）として冷陰極型イオン源を
用い、このイオン源（５）から出たイオンは質量分析系
（６）によって注入したいイオンのみを取り出して試料
台（１７）にに載置された試料（７）に注入するように
なっている。シ、たがって、予定していない不純物元素
は質量分析系（６）によってふるい分けられ、試料（７
）には不純物元素が混入しないのである。さらに、選択
したイオンの電流密度を制御することによって、試料表
層で形成される化合物薄層の組成比を制御することがで
きるようになっている。This device uses a cold cathode ion source as an ion source (5), and the ions emitted from this ion source (5) are extracted by a mass spectrometry system (6) and placed on a sample stage (17). It is designed to be injected into the mounted sample (7). Therefore, unplanned impurity elements are screened out by the mass spectrometry system (6), and the sample (7)
) does not contain any impurity elements. Furthermore, by controlling the current density of selected ions, it is possible to control the composition ratio of the thin compound layer formed on the surface layer of the sample.
図中（１４）はバルブであり、（８）は試料（ア）に照
射されるイオン電流を正確に知るための追い返しｔｖｆ
＆で、これに試料（７）における電流密度および均質な
照射領域を得るためのレンズ作用を持たせたものである
１図中（９）は、試料（７）に照射されるイオン電流を
測定するための電流積算計である。In the figure, (14) is a valve, and (8) is a repulsion tvf to accurately know the ion current irradiated to the sample (A).
&, which has a lens effect to obtain a current density and a homogeneous irradiation area in the sample (7). (9) in Figure 1 measures the ion current irradiated to the sample (7). This is a current integrator for
他方、イオン源（５）からのイオンとともに、試料（ア
）の表層に別イオンをミキシングさせるため、チャンバ
ー（１０）内に電子ビーム蒸着装置（１１）を設置しで
ある。電子ビーム蒸着装置（１１）を用いれば、蒸着速
度を電子ビーム電流の調整により容易に制御できて都合
がよい、チャンバー（１０）内には、電子ビーム蒸着装
置（１１）による試料表層の蒸着量を測定するため、石
英板を備えた水晶振動型膜厚計（１２）も設置されてい
る。これは水晶振動子の振動数変化によって蒸着膜厚を
正確に測定できるのである。図中（１３）は、チャンバ
ー（１０〉内を排気するための軸流分子ポンプく図示せ
ず）に接続する排気口である。もつとも、別イオンを混
合させるための蒸着装置は、上記のように電子ビーム蒸
着装置に限られず、通常の蒸着装置でもよい。On the other hand, an electron beam evaporator (11) is installed in the chamber (10) in order to mix other ions onto the surface layer of the sample (A) together with the ions from the ion source (5). If the electron beam evaporator (11) is used, it is convenient because the evaporation rate can be easily controlled by adjusting the electron beam current. A crystal vibrating film thickness meter (12) equipped with a quartz plate is also installed to measure the thickness. This allows the thickness of the deposited film to be accurately measured by changing the frequency of the crystal oscillator. In the figure, (13) is an exhaust port connected to a chamber (an axial flow molecular pump (not shown) for evacuating the inside of the chamber (10)). However, the vapor deposition device for mixing different ions is not limited to the electron beam vapor deposition device as described above, but may be a normal vapor deposition device.
金型をイオン注入装置に挿入してイオン注入するに当た
り、まず、被加工〒勿と当接することとなる各金型の表
面部分を、イオン注入方向に向けて試料台に設置する。When inserting a mold into an ion implantation apparatus and implanting ions, first, the surface portion of each mold that will come into contact with the workpiece is placed on a sample stage with the surface facing in the ion implantation direction.
しかる後、所定の条件でミキシング処理を実施する。After that, mixing processing is performed under predetermined conditions.
このときの注入条件は、次のようである。The injection conditions at this time are as follows.
イオン種・・・・・・・Ｎ （Ｎ２ ）蒸発元素・・・
・・・・Ｔｉ
Ｔｉは高純度金属チタンを用いた。Ion species...N (N2) evaporation element...
...Ti High purity metal titanium was used for Ti.
加速電圧（ＫｅＶ）・・・・・・・・・・ ４０Ｎ２イ
オン注入量（個／ｃｍ ）・・５〜７×１０−ワ
到達真空度（Ｐａ）・・・・・・・・ ３×１０（
薄層形成時（Ｐａ）・・・・・・ 約１０ ）蒸着速度
＜Ａ／ｓｅｃ ） ＝ 約１０蒸着時の電流値（ｍＡ
）・・・・ ３
上記条件によれば、金属表層に非晶質層が形成されるこ
ととなる。Accelerating voltage (KeV) 40N2 ion implantation amount (pcs/cm) 5 to 7 x 10-wa Ultimate vacuum (Pa) 3 x 10 (
When forming a thin layer (Pa)...Approx. 10) Vapor deposition rate<A/sec) = Approx. 10 Current value during vapor deposition (mA)
)...3 According to the above conditions, an amorphous layer is formed on the metal surface layer.
上記のミキシング処理を行った金型を用い、第１図に示
した素材を基にテーパーローラーベアリング用テーパー
ローラを製造した。そして、この金型について、ミキシ
ング処理を行わなかった金型の場合と寿命を比較した。A tapered roller for a tapered roller bearing was manufactured based on the material shown in FIG. 1 using the mold subjected to the above mixing process. The lifespan of this mold was then compared with that of a mold that was not subjected to mixing treatment.
このときの寿命は、製品に損傷を与えるなど、金型とし
て使用不能となるまでの製造個数とした。その結果を第
１表に示す。The lifespan at this time was defined as the number of products manufactured until the mold became unusable due to damage to the product. The results are shown in Table 1.
なお、金型の素材としては、現在一般に冷間鍛造用金型
として用いられている工具鋼用のＪＩＳＳＫＤ−１１，
５ＫＨ−９および超硬合金（ＮＫ−１５）の３種のもの
を用いた。The material for the mold is JISSKD-11 for tool steel, which is currently commonly used as a mold for cold forging.
Three types of materials were used: 5KH-9 and cemented carbide (NK-15).
第 １ 表
第１表に見るように、５ＫＤ−１１および５ＫＨ−９製
金型ではミキシング処理した方が３倍以上の寿命となり
、超硬合金製金型では２倍以上の寿命となった。Table 1 As shown in Table 1, the life of molds made of 5KD-11 and 5KH-9 was more than three times longer when subjected to the mixing treatment, and the life of molds made of cemented carbide was more than twice as long.
ミキシングするイオン種としては、上記ＴｉＮの他、Ｔ
ａＣ，ＴｉＣ，ＶＣ，ＢＮ、Ｔｉ Ｎ、Ｆｅ２Ｎなど元
素周期律表における第■族〜第π族および第１族に属す
る元素を単独あるいは２種以上を組合せて用いるように
してもよい。In addition to the above TiN, the ion species to be mixed include T
Elements belonging to Groups 1 to π and Group 1 of the Periodic Table of Elements, such as aC, TiC, VC, BN, TiN, and Fe2N, may be used alone or in combination of two or more.
ミキシング処理としては種々の条件が考えられ、イオン
注入量、注入源さなどを変えて、目的に応じた処理を行
うことができる。Various conditions can be considered for the mixing process, and the process can be performed depending on the purpose by changing the amount of ion implantation, the size of the implantation source, etc.
なお、本発明を熱間鍛造用金型に適用してもよいことは
いうまでもない。In addition, it goes without saying that the present invention may be applied to a hot forging die.
さらに、ダイナミックミキシング法あるいはＩＶＤ法以
外の方法により鍛造用金型の表層を改質するようにして
もよい。Furthermore, the surface layer of the forging die may be modified by a method other than the dynamic mixing method or the IVD method.
第１図は本発明にかかる鍛造用金型の一実施例を表す縦
断面図、
第２図は本発明の実施に用いたイオン注入装置の概略構
成区である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment of a forging die according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of an ion implantation apparatus used to implement the present invention.
Claims (1)
期律表における第III族〜第VI族および第VIII族に属す
る元素の１種または２種以上のイオンがミキシングされ
た層（３）を備えた鍛造用金型。 ２、少なくとも被加工物（２）と接する表面に、元素周
期律表における第III族〜第VI族および第VIII族に属す
る元素の１種または２種以上のイオンをミキシングして
冷間鍛造用金型（１）の表層を改質する鍛造用金型の製
法。[Claims] 1. One or more ions of elements belonging to Groups III to VI and Group VIII of the Periodic Table of Elements are mixed on at least the surface in contact with the workpiece (2). A forging die with a layer (3). 2. For cold forging by mixing one or more ions of elements belonging to Groups III to VI and Group VIII in the Periodic Table of Elements on at least the surface in contact with the workpiece (2). A method for manufacturing a forging die that modifies the surface layer of the die (1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63310677A JPH07116587B2 (en) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | Forging die and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63310677A JPH07116587B2 (en) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | Forging die and its manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02156070A true JPH02156070A (en) | 1990-06-15 |
| JPH07116587B2 JPH07116587B2 (en) | 1995-12-13 |
Family
ID=18008126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63310677A Expired - Lifetime JPH07116587B2 (en) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | Forging die and its manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07116587B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007038251A (en) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Honda Motor Co Ltd | Die for forging and producing method therefor |
| JP2007038250A (en) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Honda Motor Co Ltd | Die for forging and producing method therefor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58181863A (en) * | 1982-04-14 | 1983-10-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Surface treatment method |
| JPS61272364A (en) * | 1985-05-28 | 1986-12-02 | Rikagaku Kenkyusho | Metallic mold |
| JPS63255363A (en) * | 1987-04-10 | 1988-10-21 | Hitachi Ltd | Production of thin film |
-
1988
- 1988-12-08 JP JP63310677A patent/JPH07116587B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58181863A (en) * | 1982-04-14 | 1983-10-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Surface treatment method |
| JPS61272364A (en) * | 1985-05-28 | 1986-12-02 | Rikagaku Kenkyusho | Metallic mold |
| JPS63255363A (en) * | 1987-04-10 | 1988-10-21 | Hitachi Ltd | Production of thin film |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007038251A (en) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Honda Motor Co Ltd | Die for forging and producing method therefor |
| JP2007038250A (en) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Honda Motor Co Ltd | Die for forging and producing method therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07116587B2 (en) | 1995-12-13 |
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