WO1999047288A1 - Thread rolling die and surface treatment method for thread rolling dies - Google Patents
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Abstract
In a thread rolling die, which is a tool for rolling threads and the like, a primary hard film (C1) with a high degree of hardness, consisting of an electrode wear melting substance or a reaction product thereof is formed on a rolling edge face (Wb) by a primary discharge surface treatment; a secondary hard film (C2) made self-lubricating by a secondary discharge surface treatment is formed over it; and the rolling edge face (Wb) is thereby coated with the hard films of multi-layered structure of different materials.
Description
明 細 書 転造用ダイスおよび転造用ダイスの表面処理方法 技術分里チ Description Rolling dies and surface treatment method for rolling dies
この発明は、 転造用ダイスおよび転造用ダイスの表面処理方法に関し、 特に、 転造刃面に放電表面処理による硬質被膜を形成される転造用ダイスおよび転造用 ダイスの表面処理方法に関するものである。 背景技術 The present invention relates to a rolling die and a surface treatment method of the rolling die, and more particularly, to a rolling die and a surface treatment method of a rolling die in which a hard coating is formed on a rolling blade surface by electric discharge surface treatment. Things. Background art
加工液中において転造用ダイス素材と放電電極とを所定の放電ギヤップをおい て対向させて転造用ダイス素材と放電電極との間に放電を発生させ、 放電工ネル ギによって生じる電極消耗溶融物質あるレ、はそれの反応物質を転造用ダイス素材 の転造刃面に付着堆積させ、 転造刃面に電極消耗溶融物質あるいはそれの反応物 質による硬質被膜、 たとえば、 WC、 T i C、 T a C等の金属炭化物による硬質 被膜を形成することは、 既に提案されており、 これは日本国公開特許公報 （平 2 - 4 6 9 4 0 ) に示されている。 上述のように硬質被膜を形成する表面処理は放 電表面処理と呼ばれており、 この種の放電表面処理方法は、 日本国公開特許公報 (平 6— 1 8 2 6 2 6 , ¥ 9 - 1 9 8 2 9 ) に示されている。 In the machining fluid, the rolling die material and the discharge electrode are opposed to each other with a predetermined discharge gap, and a discharge is generated between the rolling die material and the discharge electrode. When a material is used, the reactant is deposited on the rolled cutting surface of the rolling die material, and the rolled cutting surface is formed of a hard film of a molten electrode consumable or a reactant thereof, for example, WC, Ti. The formation of a hard coating made of a metal carbide such as C and T aC has already been proposed, and this is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2-46940. The surface treatment for forming a hard coating as described above is called a discharge surface treatment, and this kind of discharge surface treatment method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Hei 6-18182,26, ¥ 9- 1 9 8 2 9).
放電表面処理により得られる硬質被膜は、 放電エネルギによって生じる電極消 耗溶融物質あるレ、はそれの反応物質を転造用ダイス素材の転造刃面に付着堆積さ せたものであり、 窒化処理、 浸炭処理などの表面硬化処理により得られる硬質被 膜より高い硬度を示し、 しかも、 被膜表面は放電痕が集積した伏態となるから、 研磨面等に比して面荒さが荒いものになることが知られている。 The hard coating obtained by the discharge surface treatment is a material that melts the electrode due to the discharge energy, and the reactant is deposited on the rolled blade surface of the rolling die material. However, it shows higher hardness than the hard coating obtained by surface hardening treatment such as carburizing treatment, and the coating surface is in a state where discharge traces are accumulated, so the surface roughness is rougher than polished surface etc. It is known.
このことにより、 放電表面処理だけで、 ショッ トブラストゃショッ トビ一ニン グ等の粗面化加工を行わなくとも、 転造用ダイスとして必要な面荒さと硬度 （耐 摩耗性） が放電表面処理面に得られ、 確実な素材の嚙み込みを行わせるために、
セレ一シヨンと云う細かし、縦溝を転造用ダイスの素材嚙み込み始め端に設けるこ とを省略することも可能になる。 As a result, the surface roughness and hardness (abrasion resistance) required for rolling dies can be reduced by the discharge surface treatment surface without the need for roughening such as shot blasting and short shot machining by the discharge surface treatment alone. In order to make sure that the material is It is also possible to omit the provision of a vertical groove at the beginning of filling the material of the rolling die with the fineness of the selection.
ところで、 最近、 自動車用の高強度ボルト等、 転造製品の強度をより高くする 要望が高まるに従って、 転造の素材硬度が高くなることにより、 これを製造する ためのねじ転造用ダイスの寿命は必然的に低下し、 転造用ダイスの交換、 交換後 の再研磨などを頻繁に行わなければならなくなる。 このことは、 生産性の低下、 コスト高を招き、 ボルト強度の向上が必要以上のコスト増加を招く事態になって きている。 By the way, as the demand for higher strength of rolled products, such as high-strength bolts for automobiles, has recently increased, the hardness of the rolled material has increased, and the life of thread rolling dies for manufacturing the same has increased. Inevitably, the rolling dies must be replaced, and frequent replacement of the rolling dies and re-polishing after the replacement are required. This has led to a decline in productivity and cost, and an increase in bolt strength has led to unnecessary costs.
このようなことから、 放電表面処理による硬質被膜によつて転造刃面を被覆さ れて長寿命を図られた現状の転造用ダイスより、 更に耐摩耗性を有し、 長期間に 亙って使用できるように改善された転造用ダイスが必要になってきている。 この発明は、 上述の如き問題点を解消するためになされたもので、 転造刃面に 、 耐摩耗性に関して、 より一層改善された硬質被膜を形成され、 長寿命で、 高強 度ボルトなどの転造でも頻繁にダイス交換を行う必要がない転造用ダイスおよび 転造用ダイスの表面処理方法を提供することを目的としている。 発明の開示 For this reason, it has more abrasion resistance than the current rolling dies, which have a longer life by covering the rolled cutting surface with a hard coating formed by the discharge surface treatment, and have a longer life. There is a need for improved rolling dies that can be used in such applications. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. A hard coating having a further improved abrasion resistance is formed on a rolled blade surface, and has a long life and a high strength bolt or the like. An object of the present invention is to provide a rolling die and a surface treatment method of the rolling die, which do not require frequent die replacement even in rolling. Disclosure of the invention
この発明は、 放電加工による放電エネルギによつて生じる放電電極の電極消耗 溶融物質あるいはそれの反応物質が転造刃面に付着堆積し、 転造刃面に電極消耗 溶融物質あるいはそれの反応物質による硬質被膜が形成されている転造用ダイス において、 前記硬質被膜は、 転造刃面上に形成される第一の材質による一次硬質 被膜と、 前記一次硬質被膜上に形成される前記第一の材質とは異なる第二の材質 による二次硬質被膜とによる多層異種材構造になつてレ、る転造用ダイスを提供す ることができる。 The present invention relates to a method for producing a discharge electrode, which is caused by discharge energy caused by electric discharge machining. In a rolling die on which a hard coating is formed, the hard coating is a primary hard coating made of a first material formed on a rolled blade surface, and the first hard coating formed on the primary hard coating. It is possible to provide a rolling die having a multilayer dissimilar material structure formed of a secondary hard coating made of a second material different from the material.
従って、 転造刃面を被覆する硬質被膜は、 第一の材質による一次硬質被膜と第 二の材質による二次硬質被膜とで材質面で多機能化を図られ、 この転造用ダイス は、 これら 2種類の材質の選定により、 一層構造のものより、 耐摩耗性に関して
更に改善され、 耐久性に優れたものになる。 Therefore, the hard coating that covers the rolled blade surface is multifunctional in terms of material with a primary hard coating made of a first material and a secondary hard coating made of a second material. By selecting these two materials, the wear resistance is better than that of a single-layer structure. It is further improved and has excellent durability.
また、 この発明は、 前記一次硬質被膜が、 WC、 T i C、 T a C等の硬質金属 炭化物による硬質被膜であり、 前記二次硬質被膜が、 自己潤滑性を有する金属あ るいは金属化合物あるいは M o、 B、 N、 M 0 S 2 、 C. WS 2 などを含む硬質 被膜であること転造用ダイスを提供することができる。 Further, in the present invention, the primary hard coating is a hard coating made of a hard metal carbide such as WC, TiC, TaC, and the secondary hard coating is a metal or a metal compound having self-lubricating properties. Alternatively M o, B, N, M 0 S 2, it is possible to provide a rolling die it is hard coating, and the like C. WS 2.
従って、 転造用ダイスの転造刃面は、 WC、 T i C、 T a C等の硬質金属炭化 物による高硬度の一次硬質被膜と、 自己潤滑性を有する金属あるいは金属化合物 あるいは M o、 B、 N、 M 0 S 2 、 C, WS 2 などを含む自己潤滑性を有する二 次硬質被膜との多層異種材構造の硬質被膜によつて被覆され、 一層構造のものよ り、 耐摩耗性に関して更に改善され、 耐久性に優れたものになる。 Therefore, the rolling blade surface of the rolling die has a primary hard coating of high hardness made of a hard metal carbide such as WC, TiC, and TaC, and a metal or metal compound having self-lubricating properties or Mo, Mo, or the like. B, N, M 0 S 2 , C, is by connexion coated hard coating of the multilayer different materials structure the secondary hard coating having self-lubricating property, including WS 2, Ri by even more structures, wear resistance Is further improved, resulting in excellent durability.
また、 この発明は、 加工液中において転造用ダイス素材と放電電極とを所定の 放電ギャップをおいて対向させて転造用ダイス素材と放電電極との間に放電を発 生させ、 放電工ネルギによって生じる電極消耗溶融物質あるレ、はそれの反応物質 を転造用ダイス素材の転造刃面に付着堆積させ、 転造刃面に電極消耗溶融物質あ るいはそれの反応物質による硬質被膜を形成する転造用ダイスの表面処理方法に おいて、 第一の材質による硬質被膜を形成するための放電電極を使用して転造刃 面上に第一の材質による一次硬質被膜を形成し、 この後に、 前記第一の材質とは 異なる第二の材質による硬質被膜を形成するための放電電極を使用して前記一次 硬質被膜上に第二の材質による二次硬質被膜を形成し、 転造刃面を多層異種材構 造の硬質被膜によって被覆する転造用ダイスの表面処理方法を提供することがで る。 Further, the present invention provides a method for forming a discharge between a rolling die material and a discharge electrode by facing the rolling die material and a discharge electrode in a machining fluid with a predetermined discharge gap therebetween. The electrode consumable melt generated by the energy causes the reactant to adhere and deposit on the rolled cutting surface of the rolling die material, and the roll condensed molten material or a hard coating of the reactant on the rolled cutting surface. In the surface treatment method of a rolling die for forming a first material, a primary hard film of a first material is formed on a rolling blade surface using a discharge electrode for forming a hard film of a first material. After this, a secondary hard coating made of a second material is formed on the primary hard coating using a discharge electrode for forming a hard coating made of a second material different from the first material, The cutting surface is made of a multi-layered Ru out to provide a surface treatment method of the rolling die coated by coating.
従って、 転造刃面を被覆する硬質被膜は、 第一の材質による一次硬質被膜と第 二の材質による二次硬質被膜とで材質面で多機能化を図られ、 これら 2種類の材 質の選定により、 一層構造のものより、 耐摩耗性に関して更に改善された硬質被 膜による耐久性に優れた転造用ダイスを簡便に得ることができる。 Therefore, the hard coating covering the rolled blade surface is multifunctional in terms of material with the primary hard coating made of the first material and the secondary hard coating made of the second material, and these two types of materials are used. By selection, it is possible to easily obtain a rolling die excellent in durability due to a hard coating having further improved abrasion resistance as compared with a single-layer structure.
また、 この発明は、 前記一次硬質被膜を形成する放電表面処理は、 WC；、 T i C. T a C等の硬質金属炭化物による硬質被膜を形成する材質の放電電極を使用
して行い、 前記二次硬質被膜を形成する放電表面処理は、 自己潤滑性を有する金 属あるいは金属化合物あるいは Mo、 B、 N、 Mo S2 、 C、 WS2 などを含む 硬質被膜を形成する材質の放電電極を使用して油を主成分とする加工液中で行う 転造用ダイスの表面処理方法を提供することができる。 Further, in the present invention, the discharge surface treatment for forming the primary hard coating uses a discharge electrode of a material for forming a hard coating made of a hard metal carbide such as WC; The discharge surface treatment for forming the secondary hard film forms a hard film containing a metal or a metal compound having self-lubricating properties, or Mo, B, N, Mo S 2 , C, WS 2 or the like. It is possible to provide a surface treatment method of a rolling die performed in a machining fluid containing oil as a main component using a discharge electrode made of a material.
従って、 WC、 T i C. T a C等の硬質金属炭化物による高硬度の一次硬質被 膜と、 自己潤滑性を有する金属あるいは金属化合物あるいは Mo、 B、 N、 Mo S2 、 C、 WS2 などと加工液の油による炭化物とを含む自己潤滑性を有する二 次硬質被膜との多層異種材構造の硬質被膜によって転造刃面を被覆され、 耐摩耗 性に関して一層構造のものより、 耐摩耗性に関して更に改善された転造用ダイス が得られる。 Accordingly, WC, T i C. T a primary hard target film having a high hardness in hard metal carbide such as C, a metal or a metal compound having the self-lubricating property, or Mo, B, N, Mo S 2, C, WS 2 The rolled cutting surface is covered with a hard coating of a multi-layered dissimilar material structure consisting of a secondary hard coating having self-lubricating properties, such as a carbide with the oil of the working fluid, and abrasion resistance. A rolling die with further improved properties is obtained.
また、 この発明は、 前記一次硬質被膜を形成する放電表面処理は、 WC、 Ti C. T a C等の硬質金属炭化物による硬質被膜を形成する材質の放電電極を使用 して行い、 前記二次硬質被膜を形成する放電表面処理は、 自己潤滑性を有する金 属あるいは金属化合物あるいは Mo、 B、 N、 Mo S2 、 C. WS2 などを含む 硬質被膜を形成する材質の放電電極を使用して水を主成分とする加工液中で行う 転造用ダイスの表面処理方法を提供することができる。 Also, in the present invention, the discharge surface treatment for forming the primary hard coating is performed using a discharge electrode of a material for forming a hard coating made of a hard metal carbide such as WC, TiC. discharge surface treatment for forming the hard coating, using metals or metal compounds having the self-lubricating property, or Mo, B, N, Mo S 2, the discharge electrodes of the material forming the hard coating, including C. WS 2 Surface treatment method for a rolling die performed in a working fluid containing water as a main component.
従って、 WC、 Ti C、 T a C等の硬質金属炭化物による高硬度の一次硬質被 膜と、 自己潤滑性を有する金属あるいは金属化合物あるいは Mo、 B、 N、 Mo S2 、 C、 WS2 などを含む自己潤滑性を有する二次硬質被膜との多層異種材構 造の硬質被膜によって転造刃面を被覆され、 耐摩耗性に関して一層構造のものよ り、 更に改善された転造用ダイスが得られる。 図面の簡単な説明 Accordingly, WC, Ti C, a primary hard target film having a high hardness in hard metal carbide such as T a C, metal or metal compounds or Mo having a self-lubricating, B, N, Mo S 2 , C, etc. WS 2 The rolled cutting surface is covered with a hard coating of a multi-layered dissimilar material structure with a secondary hard coating having self-lubricating properties, and a rolling die with a further improved abrasion resistance than that of a structure is provided. can get. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
第 1図は、 この発明による転造用ダイスの表面処理方法の実施に使用される放 電加工装置を示す概略構成斜視図であり、 第 2図は、 この発明による転造用ダイ スの表面処理方法の一つの実施要領を示す平面図であり、 第 3図 （a) 、 (b) は、 この発明による転造用ダイスの要部を示す拡大断面図である。
発明を実施するための最良の形態 FIG. 1 is a schematic perspective view showing an electric discharge machining apparatus used for carrying out the surface treatment method of a rolling die according to the present invention, and FIG. 2 is a surface view of the rolling die according to the present invention. FIG. 3 is a plan view showing one embodiment of a processing method, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are enlarged cross-sectional views showing a main part of a rolling die according to the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
本発明をより詳細に説述するために、 添付の図面に従ってこれを説明する。 第 1図は、 この発明による転造用ダイスの表面処理方法の実施に使用される放 電加工装置を示している。 この放電加工装置は、 一般的な放電加工装置であって よく、 上下送りされる電極支持軸 1にシャンク 3によって一次放電表面処理用の 放電電極 5 , と二次放電表面処理用の放電電極 5 2 が交換可能に取り付けられる。 加工槽 7には被加工物である転造用ダイス素材 （平ダイス） Wが配置されてい る。 図示の転造用ダイス素材 Wはねじ転造用ダイスであり、 転造刃面 Wbは三角 形状断面の多数の突条 aを有し、 ねじリード角度に応じた傾斜角 0 (第 2図参照 ) を付けられている。 The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a discharge processing apparatus used for carrying out the surface treatment method for a rolling die according to the present invention. This electric discharge machining device may be a general electric discharge machining device. The discharge electrode 5 for the primary discharge surface treatment and the discharge electrode 5 for the secondary discharge surface treatment are mounted on the electrode support shaft 1 which is vertically moved by a shank 3. 2 is interchangeably mounted. In the processing tank 7, a rolling die material (flat die) W as a workpiece is arranged. The illustrated rolling die material W is a thread rolling die, and the rolling blade surface Wb has a number of ridges a with a triangular cross section, and an inclination angle 0 according to the screw lead angle 0 (see FIG. 2). ) Is attached.
加工槽 7には加工液タンク 9の加工液がポンプ 1 1によって注入される。 加工 槽 7には加工液が貯められ、 転造用ダイス素材 Wは加工液中に浸積される。 The processing liquid in the processing liquid tank 9 is injected into the processing tank 7 by the pump 11. A processing liquid is stored in the processing tank 7, and the rolling die material W is immersed in the processing liquid.
放電電極 5 , あるいは 5 2 と転造用ダイス素材 Wとの間には放電加工用電源 1 3により電圧がパルス印加され、 加工液中において、 電極支持軸 1の上下送りに より放電電極 5 , あいるは 5 2 と転造用ダイス素材 Wとの間に、 1 0〜数 1 0〃 程度の放電ギャップが与えられることにより、 換言すれば、 放電電極 5 , あいる は 5 2 と転造用ダイス素材 Wとが所定の放電ギヤップをおいて対向することによ り、 転造用ダイス素材 Wと放電電極 5 , あいるは 5 2 との間にパルス状の放電が 発生する。 A voltage is applied between the discharge electrode 5 or 5 2 and the rolling die material W by a power supply 13 for electric discharge machining, and in the machining fluid, the electrode 5, 5 is vertically moved by moving the electrode support shaft 1 up and down. Ayr between 5 2 and the rolling die material W, by discharge gap of about 1 0 C 1 0〃 is given, in other words, the discharge electrode 5, Ayr 5 2 and rolling and the use die material W Ri by that opposite at a predetermined discharge Giyappu, rolling die material W and the discharge electrode 5, Isle pulsing electric discharge is generated between the 5 2.
第 2図に示されているように、 まず、 傾斜角 0をもって傾斜している畝状の突 条 aの長手方向に対して一次放電表面処理用の放電電極 5 , と転造用ダイス素材 Wとを相対移動させながら、 上述のように転造用ダイス素材 Wと放電電極 5！ と の間に放電を発生させる。 この放電による放電エネルギによって反応生成物を含 む電極消耗溶融物質が生じ、 これが転造用ダイス素材 Wの転造刃面 W b上に付着 堆積し、 第 3図 （a ) に示されているように、 転造刃面 W b上に、 一次放電表面 処理用の放電電極 5 , の材質により決まる第一の材質による一次硬質被膜 d が
形成される。 As shown in FIG. 2, first, a discharge electrode 5 for primary discharge surface treatment and a die material W for rolling are formed in the longitudinal direction of the ridge-shaped ridge a inclined at an inclination angle of 0. , And the rolling die material W and the discharge electrode 5! A discharge is generated between and. The discharge energy generated by this discharge produces a molten electrode-consuming material containing reaction products, which adheres and accumulates on the rolled blade surface Wb of the rolling die material W, as shown in FIG. 3 (a). Thus, on the rolled blade surface Wb, the primary hard coating d of the first material determined by the material of the discharge electrode 5, for the primary discharge surface treatment is formed. It is formed.
一次硬質被膜 d を形成する第一の材質は、 WC、 T i C；、 T a C等の硬質金 属炭化物によるものとすることができる。 The first material forming the primary hard coating d may be made of a hard metal carbide such as WC, Tic; and Tac.
一次硬質被膜 d を形成する一次放電表面処理で使用する放電電極 5！ は、 T i等の硬質金属の粉体、 T i H2 (水素化チタン） 等の硬質金属水素化物の粉体 、 あるいはこれらに他の金属の粉体、 セラミックス系材料の粉末を混合したもの を圧縮成形した圧粉体電極を使用することができる。 Discharge electrode used in primary discharge surface treatment to form primary hard coating d 5! Is a powder of a hard metal such as Ti, a powder of a hard metal hydride such as Ti H 2 (titanium hydride), or a mixture of these with a powder of another metal or a powder of a ceramic material. Can be used.
水素化チタン系の圧粉体電極の場合、 放電により消耗した電極の主成分である チタン T i と加工液中の成分である炭素 Cが反応して T i Cによる一次硬質被膜 d が生成される。 この一次硬質被膜 C , は、 硬度が非常に高く、 ビッカス硬度 HV= 2 5 0 0〜3 0 0 0程度を得ることができる。 しかも、 密着強度が極めて 高く、 アコースティックスクラッチ試験等では、 破壤を示す音響信号が検出でき ないくらいの強度を有することがわかっている。 In the case of a titanium hydride-based green compact electrode, titanium T i, which is the main component of the electrode consumed by the discharge, and carbon C, which is a component in the machining fluid, react to form a primary hard coating d of T i C. You. The primary hard coating C has a very high hardness, and a Viccus hardness of HV = 250 to 300 can be obtained. In addition, the adhesion strength is extremely high, and it has been found that the acoustic signal has such a strength that an acoustic signal indicating the fracture cannot be detected in an acoustic scratch test or the like.
また、 この一次硬質被膜 C , は放電によって形成されているから、 被膜表面は 放電痕が集積した状態となり、 ショッ トブラスト処理を施した場合と同様な面性 状を呈し、 転造刃面 Wbの面荒さは研磨面等に比して荒く、 ショッ トブラスト面 と同等の面荒さを有するようになる。 In addition, since the primary hard coating C was formed by electric discharge, the surface of the coating was in a state where discharge traces were accumulated, and exhibited the same surface properties as when shot blasting was performed. The surface roughness is rougher than the polished surface and the like, and has the same surface roughness as the shot blast surface.
上述のような一次放電表面処理により、 所要の厚さを有する一次硬質被膜 C が転造用ダイス素材 Wの転造刃面 Wb上に形成され、 一次放電表面処理が完了す れば、 つぎに、 傾斜角 0をもって傾斜している畝状の突条 aの長手方向に対して 二次放電表面処理用の放電電極 5 2 と転造用ダイス素材 Wとを相対移動させなが ら、 一次放電表面処理と同様に、 転造用ダイス素材 Wと放電電極 5 2 との間に放 電を発生させる。 この放電による放電エネルギによって反応生成物を含む電極消 耗溶融物質が生じ、 これが転造用ダイス素材 Wの一次硬質被膜 d 上に付着堆積 し、 第 3図 （b ) に示されているように、 一次硬質被膜 C , 上に、 二次放電表面 処理用の放放電電極 5 2 の材質により決まる第二の材質による二次硬質被膜 C 2 が形成される。
二次硬質被膜 C 2 を形成する第二の材質は、 自己潤滑性を有する金属あるいは 金属化合物、 あるいはモリブデン M o、 窒化ホウ素 B N、 二硫化モリブデン M o S 2 、 グラフアイト C、 二硫化タングステン WS 2 などの単体もしくは混合物の 成分を含むものとすることができる。 By the primary discharge surface treatment as described above, a primary hard coating C having a required thickness is formed on the rolled blade surface Wb of the rolling die material W, and when the primary discharge surface treatment is completed, , longitudinally with respect to the secondary discharge surface discharge electrode 5 2 and the rolling die material W and the relative movement is allowed, such Although al for processing ridged projections a are inclined with a tilt angle of 0, the primary discharge similar to surface treatment, to generate a discharge electrostatic between the rolling die material W and the discharge electrode 5 2. The discharge energy generated by this discharge generates molten materials for electrode consumption, including reaction products, which adhere and deposit on the primary hard coating d of the rolling die material W, as shown in Fig. 3 (b). On the primary hard film C, a secondary hard film C 2 of a second material determined by the material of the discharge electrode 52 for the secondary discharge surface treatment is formed. The second material forming the second hard coating C 2 is a metal or metal compound having the self-lubricating property, or molybdenum M o, boron nitride BN, molybdenum disulfide M o S 2, graphite C, tungsten disulfide WS It may contain a single or a mixture of components such as 2 .
二次硬質被膜 C 2 を形成する二次放電表面処理で使用する放電電極 5 2 は、 一 次放電表面処理で使用したものとは別の放電電極であり、 材質は自己潤滑性を持 つ金属体あるいは金属化合物、 あるいは、 その他物質であるモリブデン M o、 窒 化ホウ素 B N、 二硫化モリブデン M o S 2 、 グラフアイト (：、 二硫化タングステ ン WS 2 などを単独もしくは混合させた粉末を圧縮成形した圧粉体電極を使用す ることができる。 Discharge electrodes 5 2 used in secondary discharge surface treatment to form a secondary hard coating C 2 is the one used in the primary discharge surface treatment is another of the discharge electrode, the material is one lifting a self-lubricating metal body or metal compound, or molybdenum M o is other substance, nitride boron BN, molybdenum disulfide M o S 2, graphite (: compression molding a powder obtained by either alone or mixed with such disulfide tungsten emissions WS 2 A compacted electrode can be used.
この際、 加工液として用いる液は油とする。 油を用いて放電表面処理を行うと 、 放電エネルギにより油中の炭素 Cとの反応により、 電極成分の炭化物が形成さ れ、 二次硬質被膜 C 2 は自己潤滑性の物質の炭化物を含む材質のものになる。 こ の材質による二次硬質被膜 C 2 は、 T i Cなどの金属炭化物によるものに比べて 硬度が低下するが、 潤滑機能を付与されるため、 転造時の大きな圧縮荷重が作用 する転造刃面の摩擦抵抗を軽減する効果を発揮する。 At this time, the liquid used as the processing liquid is oil. When discharged surface treatment with an oil, by reaction with carbon C in the oil by the discharge energy, carbide electrode component is formed, the secondary hard coating C 2 comprises a self-lubricating material carbide material Things. Material by secondary hard coating C 2 This is the hardness decreases as compared to that of a metal carbide such as T i C, to be imparted a lubricating function, rolling a large compressive load at the time of rolling is applied It has the effect of reducing the frictional resistance of the blade surface.
摩擦低減の効果は以下のようなメカニズムで作用すると推定される。 一次処理 の硬質被膜 d 上に形成された二次硬質被膜 C 2 は硬度の極めて高い被膜上に設 けられている。 二次処理の硬質被膜 C 2 は一次硬質被膜 d に比して硬度が低い ため、 転造における圧縮荷重が作用すると、 部分的な剝離が起こり、 下地である 一次硬質被膜 d の表層部を滑ることになる。 It is presumed that the effect of reducing friction acts by the following mechanism. Secondary hard coating C 2 formed on the hard coating d of primary treatment is kicked set on very high coating hardness. For hard coating C 2 secondary processing low hardness than the primary hard coating d, the compressive load in rolling is applied, occurs partial剝離, slide surface portion of the primary hard coating d is underlying Will be.
このとき、 素材 （被転造物） と転造ダイスの間に挟まれ剝離しながら脱落して いく二次処理の機能膜 （二次硬質被膜 C 2)は、 潤滑作用を発生し、 下地の硬質被 膜 （一次硬質被膜 C を保護するとともに素材の転造における塑性変形を容易に して転造の負荷を軽減し、 転造ダイスに作用する転造荷重を大きく低下する。 こ のことによって一次処理の硬質被膜が長期間保護され、 硬度が高いため、 転造ダ イスの母材が保護される。
放電表面処理による硬質被膜は、 放電表面処理の大きな特徴として母材と被膜 の間の境界層が連続的に変化する傾斜機能材料の特性を持っため、 最上部に設け られた二次硬質被膜 C 2 といえども、 その密着強度は極めて強く、 他の方式に比 ベて剥離しにく く長期にわたり、 その効果を持続させる特徴をもつ。 これによつ て単独の硬質被膜よりも二重構造にして、 下地に T i C系の金属炭化物による硬 質被膜、 その上部に、 自己潤滑機能を持つ炭化物による放電表面処理被膜の構成 がよいことになる。 At this time, the functional film for secondary treatment (secondary hard coating C 2 ), which is caught between the material (rolled material) and the rolling die and falls off while separating, generates a lubricating effect and hardens the base material. Coating (Protecting the primary hard coating C and facilitating plastic deformation in the rolling of the material, reducing the rolling load and greatly reducing the rolling load acting on the rolling dies. The hard coating of the treatment is protected for a long time and the hardness is high, so the base material of the rolled die is protected. The hard coating formed by the discharge surface treatment has the characteristic of a functionally graded material in which the boundary layer between the base material and the coating changes continuously as a major feature of the discharge surface treatment. Even though 2 , its adhesion strength is extremely high, and it has a feature that it is less likely to peel than other methods and maintains its effect for a long time. As a result, it is better to have a dual structure than a single hard film, with a hard film of TiC-based metal carbide as the base and a discharge surface treatment film with a self-lubricating carbide on top of it. Will be.
上述のように、 転造ダイス表面に放電表面処理を施し、 下地に T i C系の金属 炭化物による硬質被膜を形成せしめ、 さらにその上に自己潤滑機能を持つ炭化物 による硬質被膜を構成させる二重構造にすることにより、 転造の際の素材の滑り が抑制されるとともにダイスの寿命を大きく改善することが可能となる。 As described above, the surface of the rolled die is subjected to a discharge surface treatment, a hard coating made of a TiC-based metal carbide is formed on the base, and a hard coating made of a carbide having a self-lubricating function is formed thereon. By adopting the structure, the slip of the material during rolling can be suppressed and the life of the die can be greatly improved.
二次硬質被膜 C 2 を形成するための二次放電表面処理は、 加工液として水を用 いることもできる。 加工液に水を用いて加工すると、 放電電極の主成分である金 属体あるいは金属化合物、 あるいはその他物質であるモリブデン M o、 窒化ホウ 素 B N、 二硫化モリブデン M o S 2 、 グラフアイ ト C、 二硫化タングステン WS 2 などの単体もしくは混合物の成分との炭化物は生成されず、 電極成分のままの 状態でダイス表面に閉じ込められる。 Secondary discharge surface treatment for forming a secondary hard coating C 2 may also have use water as working fluid. When processed using water machining fluid, which is the main component gold Shokutai or metal compound of the discharge electrode, or molybdenum M o is other substance, boron nitride BN, molybdenum disulfide M o S 2, graph eye preparative C However, no carbides are formed with the element of the simple substance or the mixture such as tungsten disulfide WS 2 and are confined to the die surface in the state of the electrode component.
これは、 油の中で放電を行うと、 油液中の炭素と電極成分が熱的に反応し、 炭 化物を構成するが、 水を主成分とする加工液で放電表面処理を実施すると、 この 反応過程が進行せず、 単なる熱的な攪拌されるような状態となつて母材の金属分 子と混ざり合い、 そのまま凝固してダイス表面に堆積するものと推定される。 アーク放電による熱によって一種のミクロな攪拌層が母材表面に生じ、 母材が 溶融し、 その溶融した母材と電極材料の成分が混ざり合って凝固する段階で、 放 電電極の成分を取り込み、 母材との混合体をその表面に形成するものである。 この場合には、 表面にできた混合物質による表面被膜は硬度が炭化物に比べて 高くないが、 その代わりにその性質は電極母材の主成分の性質を持つことになる。 二次放電表面処理用の放電電極 5 2 の成分は自己潤滑性を持っているため、 母
材表面にできた混合体被膜も同様に自己潤滑性を持つことになる。 This is because when electric discharge occurs in oil, the carbon in the oil liquid and the electrode components thermally react to form a carbide, but when the electric discharge surface treatment is carried out with a machining liquid mainly composed of water, It is presumed that this reaction process does not progress, and is merely a state of thermal stirring, mixed with the base metal metal, solidified as it is, and deposited on the die surface. A kind of micro-stirred layer is formed on the surface of the base material by the heat from the arc discharge, the base material is melted, and the components of the melted base material and the electrode material are mixed and solidified, and the components of the discharge electrode are captured. A mixture with the base material is formed on the surface. In this case, the surface coating of the mixed material formed on the surface is not as hard as the carbide, but instead has the properties of the main component of the electrode base material. Since the components of the discharge electrode 5 2 for secondary discharge surface treatment has a self-lubricating, mother The mixture coating formed on the material surface also has self-lubricating properties.
この場合も、 一次硬質被膜 d 上に形成される二次硬質被膜 C 2 は、 硬度の極 めて高い一次硬質被膜 d に設けられ、 二次処理の硬質被膜 C 2 は、 前述したよ うに、 一次硬質被膜 d に比して硬度が低いため、 転造における圧縮荷重が作用 すると、 部分的な剝離が起こり、 下地である一次硬質被膜 の表層部を滑るこ とになる。 Also in this case, the secondary hard coating C 2 formed on the primary hard coating d is provided on the extremely hard primary hard coating d, and the secondary hard coating C 2 is, as described above, Since the hardness is lower than that of the primary hard coating d, when a compressive load is applied in rolling, partial separation occurs, and the surface layer of the primary hard coating as a base material slides.
従って、 この場合も、 素材 （被転造物） と転造ダイスの間に挟まれ剝離しなが ら脱落していく二次処理の機能膜 （二次硬質被膜 C 2)は、 潤滑作用を発生し、 下 地の硬質被膜 （一次硬質被膜 C を保護するとともに素材の転造における塑性変 形を容易にして転造の負荷を軽減し、 転造ダイスに作用する転造荷重を大きく低 下する。 このことにより、 一次処理の硬質被膜が長期間保護され、 硬度が高いた め、 転造ダイスの母材が保護される。 Therefore, in this case as well, the functional film (secondary hard coating C 2 ) of the secondary treatment, which is caught between the material (rolled object) and the rolling die and falls off while separating, generates a lubricating effect. In addition, the underlying hard coating (primary hard coating C is protected and the plastic deformation in the rolling of the material is facilitated to reduce the rolling load, greatly reducing the rolling load acting on the rolling dies. As a result, the hard coating of the primary treatment is protected for a long time, and the hardness is high, so that the base material of the rolled die is protected.
また、 この場合も、 放電表面処理による硬質被膜は、 放電表面処理の大きな特 徴として母材と被膜の間の境界層が連続的に変化する傾斜機能材料の特性を持つ ため、 最上部に設けられた二次硬質被膜 C 2 といえども、 その密着強度は極めて 強く、 他の方式に比べて剝離しにく く長期にわたり、 その効果を持続させる特徴 をもつ。 これによつて単独の硬質被膜よりも二重構造にして、 下地に T i C系の 金属炭化物による硬質被膜、 その上部に、 自己潤滑機能を持つ金属体あるいは金 属化合物あるいはその他物質であるモリブデン M o、 窒化ホウ素 B N、 二硫化モ リブデン M o S 2 、 グラフアイト（ 、 二硫化タングステン WS 2 などの単体もし くは母材との混合物の放電表面処理被膜の構成がよいことになる。 Also in this case, the hard coating formed by the discharge surface treatment is provided at the top because it has the characteristic of a functionally graded material in which the boundary layer between the base material and the coating changes continuously as a major feature of the discharge surface treatment. was even a secondary hard coating C 2, the adhesion strength is very strong, over剝離and difficulty rather long in comparison with other methods, with features to hold the effect. As a result, a double layer structure is formed rather than a single hard layer, and a hard layer made of TiC-based metal carbide is used as a base, and a metal body or a metal compound having a self-lubricating function, or molybdenum, which is another substance, is placed on the hard layer. M o, boron nitride BN, disulfide mode Ribuden M o S 2, graphite (, Ku itself if such tungsten disulfide WS 2 will be good configuration of a discharge surface treatment coating of a mixture of the base material.
上述のようなに、 転造ダイス表面に放電表面処理を施し、 下地に T i C系の炭 化物硬質被膜を形成せしめ、 さらにその上部に自己潤滑機能を持つ金属体あるい は金属化合物あるいはその他物質であるモリブデン M o、 窒化ホウ素 B N、 ニ硫 化モリブデン M o S 2 、 グラフアイト (：、 二硫化タングステン WS 2 などの単体 もしくは母材との混合物の放電表面処理被膜を構成させる二重構造にすることに より、 転造の際の素材の滑りが抑制されるとともに、 転造負荷を軽減させ、
スの寿命を大きく改善できることが可能となる。 As described above, the surface of the rolled die is subjected to a discharge surface treatment, a TiC-based carbide hard coating is formed on the base, and a metal body or metal compound having a self-lubricating function is formed on top of it. material in which molybdenum M o, boron nitride BN, two vulcanization molybdenum M o S 2, graphite (:, two to constitute the discharge surface treatment coating of a mixture of elemental or base material, such as tungsten disulfide WS 2 double structure By doing so, the slip of the material during rolling is suppressed and the rolling load is reduced, It is possible to greatly improve the life of the source.
上述の実施例では、 平ダイスについて述べたが、 この発明による転造用ダイス および転造用ダイスの表面処理方法は、 平ダイスに限定されることはなく、 丸ダ イス、 ブラネタダイスにも同様に適用できる。 産業上の利用の可能性 In the above embodiments, flat dies were described. However, the rolling dies and the surface treatment method of the rolling dies according to the present invention are not limited to flat dies, and are also applicable to round dies and planetary dies. The same applies. Industrial applicability
上述のように、 この発明による転造用ダイスは、 高品質の高強度ボルトなどの 転造加工に適している。
As described above, the rolling die according to the present invention is suitable for rolling of high-quality high-strength bolts and the like.
Claims
1 . 放電加工による放電エネルギによって生じる放電電極の電極消耗溶融物質あ るいはそれの反応物質が転造刃面に付着堆積し、 転造刃面に電極消耗溶融物質あ るいはそれの反応物質による硬質被膜が形成されている転造用ダイスにおいて、 前記硬質被膜は、 転造刃面上に形成される第一の材質による一次硬質被膜と、 前記一次硬質被膜上に形成される前記第一の材質とは異なる第二の材質による二 次硬質被膜とによる多層異種材構造になつていることを特徴とする転造用ダイス 1. The electrode consumable molten material of the discharge electrode or its reactant generated by the discharge energy due to electric discharge machining adheres and accumulates on the rolled blade surface, and the electrode consumable molten material or its reactant on the rolled blade surface. In a rolling die on which a hard coating is formed, the hard coating is a primary hard coating made of a first material formed on a rolling blade surface, and the first hard coating formed on the primary hard coating. A rolling die having a multilayer dissimilar material structure with a secondary hard coating made of a second material different from the material.
2 . 前記一次硬質被膜は、 WC、 T i C、 T a C等の硬質金属炭化物による硬質 被膜であり、 前記二次硬質被膜は、 自己潤滑性を有する金属あるいは金属化合物 あるいは M o、 B、 N、 M o S 2 、 C、 WS 2 などを含む硬質被膜であることを 特徴とする請求の範囲第 1項記載の転造用ダイス。 2. The primary hard coating is a hard coating made of a hard metal carbide such as WC, TiC, TaC, and the secondary hard coating is a metal or a metal compound having self-lubricating properties or Mo, B, N, M o S 2, C , rolling die ranging first claim of claim, which is a hard coating, and the like WS 2.
3 . 加工液中において転造用ダイス素材と放電電極とを所定の放電ギャップをお レ、て対向させて転造用ダイス素材と放電電極との間に放電を発生させ、 放電工ネ ルギによつて生じる電極消耗溶融物質あるし、はそれの反応物質を転造用ダイス素 材の転造刃面に付着堆積させ、 転造刃面に電極消耗溶融物質あるいはそれの反応 物質による硬質被膜を形成する転造用ダイスの表面処理方法において、 3. In the machining fluid, the rolling die material and the discharge electrode are opposed to each other with a predetermined discharge gap, and a discharge is generated between the rolling die material and the discharge electrode. The electrode consumable molten material generated by the reaction is deposited on the rolled blade surface of the rolling die material, and a hard coating of the electrode consumable molten material or its reactant is formed on the rolled die surface. In the surface treatment method of a rolling die to be formed,
第一の材質による硬質被膜を形成するための放電電極を使用して転造刃面上に 第一の材質による一次硬質被膜を形成し、 この後に、 前記第一の材質とは異なる 第二の材質による硬質被膜を形成するための放電電極を使用して前記一次硬質被 膜上に第二の材質による二次硬質被膜を形成し、 転造刃面を多層異種材構造の硬 質被膜によつて被覆することを特徴とする転造用ダイスの表面処理方法。 Forming a primary hard coating of the first material on the rolled blade surface using a discharge electrode for forming a hard coating of the first material, and thereafter, different from the first material, A secondary hard coating made of a second material is formed on the primary hard coating using a discharge electrode for forming a hard coating made of a material, and the rolled cutting surface is made of a hard coating having a multilayered dissimilar material structure. A surface treatment method for a rolling die, wherein the surface treatment is performed.
4 . 前記一次硬質被膜を形成する放電表面処理は、 WC：、 T i C、 T a C等の硬 質金属炭化物による硬質被膜を形成する材質の放電電極を使用して行い、 前記二
次硬質被膜を形成する放電表面処理は、 自己潤滑性を有する金属あるいは金属化 合物あるいは Mo、 B、 N、 MoS2 、 C. WS2 などを含む硬質被膜を形成す る材質の放電電極を使用して油を主成分とする加工液中で行うことを特徴とする 請求の範囲第 3項記載の転造用ダイスの表面処理方法。 4. The discharge surface treatment for forming the primary hard coating is performed using a discharge electrode of a material for forming a hard coating made of a hard metal carbide such as WC :, TiC, or TaC. Discharge surface treatment to form the next hard coating, metal or metallized compound or Mo having a self-lubricating, B, N, MoS 2, the discharge electrodes of a material that form a hard coating, including C. WS 2 4. The surface treatment method for a rolling die according to claim 3, wherein the method is performed in a working fluid containing oil as a main component.
5. 前記一次硬質被膜を形成する放電表面処理は、 WC、 T i C、 TaC等の硬 質金属炭化物による硬質被膜を形成する材質の放電電極を使用して行い、 前記二 次硬質被膜を形成する放電表面処理は、 自己潤滑性を有する金属あるいは金属化 合物あるいは Mo、 B、 N、 M0S2 、 C, WS2 などを含む硬質被膜を形成す る材質の放電電極を使用して水を主成分とする加工液中で行うことを特徴とする 請求の範囲第 3項記載の転造用ダイスの表面処理方法。
5. The discharge surface treatment for forming the primary hard coating is performed by using a discharge electrode of a material for forming a hard coating of a hard metal carbide such as WC, TiC, TaC, etc. to form the secondary hard coating. discharge surface treatment of a metal or metallized compound or Mo having a self-lubricating, B, N, M0S2, C , using a discharge electrode of a material that form a hard coating and the like WS 2 water main 4. The surface treatment method for a rolling die according to claim 3, wherein the method is performed in a working fluid as a component.
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