JP2002348633A - プラスチック成形機用バレル - Google Patents

プラスチック成形機用バレル

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JP2002348633A
JP2002348633A JP2001155570A JP2001155570A JP2002348633A JP 2002348633 A JP2002348633 A JP 2002348633A JP 2001155570 A JP2001155570 A JP 2001155570A JP 2001155570 A JP2001155570 A JP 2001155570A JP 2002348633 A JP2002348633 A JP 2002348633A
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barrel
molding machine
hardness
cast iron
tempering
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English (en)
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Atsushi Masuda
淳 増田
Takaharu Tashiro
貴晴 田代
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Shibaura Machine Co Ltd
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Toshiba Machine Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性に優れ且つ摺動相手材に対する攻撃
性が小さいプラスチック成形機用バレルを提供する。 【解決手段】 本発明のプラスチック成形機用バレル
は、Cを2.4wt%以上2.9wt%以下、Siを
0.2wt%以上0.8wt%以下、Mnを0.4wt
%以上1.2wt%以下、Niを0.3wt%以下、C
rを16wt%以上20wt%以下、Moを1.0wt
%以上2.0wt%以下、含有する高クロム鋳鉄で構成
されている。本発明のプラスチック成形機用バレルは、
下記工程で製作される。上記組成の高クロム鋳鉄からな
る素材を所定の粗形状に機械加工した後、焼入れ焼戻し
を施す。次いで、一次研削加工を行って形状を調整した
後、窒化処理を施して表面の硬度を高める。最後に、二
次研削加工を行って最終寸法に仕上げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック製品
の成形の際に使用される押出成形機や射出成形機などに
おいて、プラスチックの溶融(可塑化)や樹脂の金型内
への注入の際に使用されるプラスチック成形機用バレル
に係る。
【0002】
【従来の技術】産業上の各種設備において摩耗的な使用
条件に曝される部材が多くあり、その耐用期間を長く保
つため、耐摩耗性に優れた材質が開発され実用化されて
いる。耐摩耗性を向上させるのであれば材料の硬度を高
くすればよいことが経験的に知られているが、その際に
古くから多くの分野で適用されてきたのが、Crを大量
に配合した高クロム鋳鉄である。Crは、鋳鉄成分中の
Cと結合して硬度の高いCrを大量に析出して、
素地のマルテンサイトとともに硬度の高い耐摩耗鋳鉄を
形成する。
【0003】プラスチック成形機のスクリュとバレルの
間の摺動部分では、摺動面の摩耗を防ぐために潤滑油を
使用することができないので、従来、高い耐摩耗性を備
えた高硬度の高クロム鋳鉄(28%Cr鋳鉄)が多く使
用されて来た。
【0004】ここで、スクリュとバレルの間の摩耗は凝
着摩耗であり、素地の部分が摩耗に大きな影響を与え
る。凝着摩耗の対策としては、一般的に、窒化処理によ
って素地部分に窒化物を分散させることが有効である。
しかし、28%Cr鋳鉄では、高温で焼戻しを行うと軟
化してしまうので、350℃以下で焼戻しを行うことが
一般的である。このため、窒化処理を施すと、その際の
加熱によって大きな変形が生ずるので、28%Cr鋳鉄
に窒化処理を施すことはできなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来のバレル用材料についての問題点を解決するため
に成されたものであり、本発明の目的は、摺動面におけ
る耐摩耗性に優れたプラスチック成形機用バレルを提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のプラスチック成
形機用バレルは、Cを2.4wt%以上2.9wt%以
下、Siを0.2wt%以上0.8wt%以下、Mnを
0.4wt%以上1.2wt%以下、Niを0.3wt
%以下、Crを16wt%以上20wt%以下、Moを
1.0wt%以上2.0wt%以下、含有する高クロム
鋳鉄で構成されたことを特徴とする。
【0007】好ましくは、本発明のプラスチック成形機
用バレルにおいて、上記高クロム鋳鉄からなる母材の表
面に窒化処理層を形成する。
【0008】また、本発明のプラスチック成形機用バレ
ルの製造方法は、上記の組成を備えた高クロム鋳鉄製の
素材を、所定の粗形状に加工した後、焼入れ及び焼戻し
を施し、次いで、一次研削加工の後、表面に窒化処理を
施し、次いで、二次研削加工により所定の形状に仕上げ
ることを特徴とする。
【0009】好ましくは、焼戻しの際の処理温度を、5
30℃以上600℃以下とする。
【0010】本発明のプラスチック成形機用バレルを構
成する上記の高クロム鋳鉄の組成について説明する。
【0011】Cは、硬度の高い炭化物を析出させるため
に必要であるが、過度の添加は靭性を低下させるので
2.4〜2.9wt%とした。
【0012】Siは、溶湯の脱酸を目的に添加される
が、過度の添加は炭化物の形状が大きくなり機械的性質
が低下するので、0.2〜0.8wt%とした。
【0013】Mnは、溶湯の脱酸を目的に添加される
が、1.2wt%以上は残留オーステナイトが増加して
硬度の低下を招くので、0.4〜1.2wt%とした。
【0014】Niは、焼入れ性を高める元素であるが、
過度の添加は焼なまし時の基地をもマルテンサイト組織
にして焼なまし硬度が低くならないので、0.3wt%
以下とした。なお、バレルの機械加工に当たっては、切
削性を確保するために焼きなましによる軟化が必要であ
る。
【0015】Crは硬度の高いクロム炭化物を形成させ
るのに必要であるが、過度に添加すると靭性を低下させ
る。そこで、Cr量は16〜20wt%とした。
【0016】Moは、焼もどしの硬さを高く保つ効果を
待っている。Mo添加量が少い場合は、焼もどし温度が
400℃以上になると硬度低下するが、Mo添加量が多
くなると焼もどし過程でMo炭化物(例えばMoC)
が形成され硬さが高く保持される。しかし、過度の添加
は靭性を低下させるので、1.0〜2.0wt%とし
た。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明のプラスチック成形機用バ
レルを構成する高クロム鋳鉄(請求項1に規定された組
成の高クロム鋳鉄、以下、「開発材」と呼ぶ)、及び従
来の28%Cr鋳鉄(以下、「従来材」とも呼ぶ)を用
いて、各種の試験を行い。両者の比較を行った。
【0018】表1に、この試験において使用された開発
材及び従来材の組成を示す。
【0019】
【表1】
【0020】図1に、開発材及び従来材の焼戻し温度と
硬さの関係を示す。
【0021】従来材は、焼戻し温度が高くなるに伴い硬
度が徐々に低下する傾向にある。これに対して、開発材
は、焼戻し温度が550℃付近で最も硬度が高くなり、
そのピークの値は約HRC63である。このように、開
発材は、焼戻しを比較的高温で行うことができるので、
窒化処理の際の加熱による変形を小さく抑えることがで
きる。また、開発材は、比較的高温で使用することがで
きる。
【0022】次に、大越式迅速摩耗試験機を使用して摩
耗試験を行い、開発材と従来材の比較を行った。この摩
耗試験では、平板試験片上でリング状試験片を回転さ
せ、その摩耗圧痕の幅を測定することによって、平板試
験片についてはその耐摩耗性が評価され、リング状試験
片については摺動相手材に対する攻撃性が評価される。
【0023】表1に示した各材料を用いてリング状試験
片を作成した。なお、摺動相手材となる平板試験片は、
合金工具鋼SKD11にイオン窒化処理を施すことによ
って作成した。これらの試験片を用いて摩耗試験を行
い、開発材と従来材の摺動相手材への攻撃性について評
価した。図2に、その結果を示す。
【0024】同様に、表1に示した各材料を用いて平板
状試験片を作成した。なお、リング状試験片は、合金工
具鋼SKD11にイオン窒化処理を施すことによって作
成した。これらの試験片を用いて摩耗試験を行い、開発
材と従来材の耐摩耗性について評価した。図3に、その
結果を示す。
【0025】図2及び図3より、開発材は、従来材と比
較して、摺動相手材への攻撃性が小さく、且つ、摩擦速
度の低速から高速まで全領域に渡って耐摩耗性に優れて
いることが分る。
【0026】図4に、窒化処理後の開発材の表層近傍の
硬度分布を示す。図5(a)及び(b)に、この開発材
の表層近傍の顕微鏡組織写真を示す。窒化処理を施すこ
とにより、表面硬度はH1200以上になることが分
る。
【0027】なお、開発材は、焼戻し温度(約550
℃)と比べて窒化処理温度(約520℃)の方が低いの
で、後述するように、窒化処理の際の加熱による変形が
ほとんど生じない。
【0028】次に、二軸混練押出成型機のバレルを、上
記組成(表1)の開発材及び従来材を用いて、下記の工
程で製作した。
【0029】(a)先ず、開発材及び従来材の鋳造材
を、焼鈍熱処理により軟化させた後、機械加工を施し、
図6に示す形状にした。
【0030】(b)これらの部材に焼入れ焼戻し処理を
施して、硬度を上昇させた。
【0031】表2に、焼戻し温度及び測定された硬度の
値を示す。
【0032】
【表2】
【0033】表2に示すように、開発材は、焼戻し温度
が550℃のとき、その硬度がH 63であった。こ
れに対して、従来材は、焼戻し温度が350℃のとき、
その硬度がHRC58であり、焼戻し温度が550℃の
とき、その硬度がHRC51であった。先に図1を用い
て説明したように、従来材は、焼戻し温度が高くなるに
従い硬度が徐々に低下するので、焼戻し温度を高く設定
することができない。これに対して、開発材は、600
℃付近まで硬度が維持されるので、焼戻しを高温で行う
ことができる。
【0034】(c)次に、熱処理による変形を取り除く
ため、これらの部材に研削加工を施した。
【0035】(d)これらの部材に、温度520℃で、
ガス窒化処理を施した。窒化処理後の表面硬度は、従来
材、開発材料とも、H1200であり、窒化深さは約
0.1mmであった(図4参照)。
【0036】(e)これらの部材に、仕上げ研削加工を
施した。
【0037】表3に、窒化処理後におけるバレルの二つ
目穴の内径の変形量を示す。
【0038】
【表3】
【0039】開発材は、焼戻し温度が窒化処理温度より
も高いので、窒化処理の際の変形が少なく、その変形量
は寸法公差内に収まっていた。このため、仕上げ研削加
工の際に除去される窒化層は僅かであった。これに対し
て、従来材は、焼戻し温度が窒化処理温度よりも低いの
で、窒化処理の際の変形が大きい。このため、仕上げ研
削加工の後では、窒化層がほとんど残らなかった。
【0040】上記工程により製作された開発材及び従来
材のバレルを、二軸混練押出成形機に組み込んで、ポリ
プロピレンフィルムの押出成形を行った。その結果、開
発材のバレルに関して、従来材のバレルと比べて、次の
利点が認められた。
【0041】(a)従来材のバレルと比較して、摺動相
手材のスクリュ(SKD11)の摩耗が減少し、スクリ
ュの寿命が約19%延びた。
【0042】(b)バレル自体の耐摩耗性が向上し、そ
の寿命が約30%延びた。
【0043】(c)従来材のバレルでは困難であった、
350℃以上の高温下での押出成形が可能となった。
【0044】
【発明の効果】本発明のプラスチック成形機用バレル
は、焼き戻し後の硬度が高く、耐摩耗性に優れている。
また、凝着性が低く、摩擦の相手材に対する攻撃性が小
さい。更に、本発明のプラスチック成形機用バレルは、
焼き戻し温度が高いので、焼き戻しの後に行われる窒化
処理の際の変形が少なく、窒化処理後の仕上研削加工に
よって表面の窒化層が失われる問題がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラスチック成形機用バレルを構成す
る高クロム鋳鉄(開発材)及び従来の28%Cr鋳鉄
(従来材)の焼戻し温度と硬さの関係を示す図。
【図2】摺動相手材に対する攻撃性について開発材と従
来材で比較した結果を示す図。
【図3】耐摩耗性について開発材と従来材で比較した結
果を示す図。
【図4】窒化処理後の開発材の表層近傍の硬度分布の測
定結果を示す図。
【図5】窒化処理後の開発材の表層近傍の顕微鏡組織写
真、(a)は低倍率、(b)は高倍率の顕微鏡組織写
真。
【図6】試作された二軸混練押出成形機用のバレルの形
状を示す図、(a)は正面図、(a)は側面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 37/06 C22C 37/06 A Fターム(参考) 4F206 AJ02 AJ07 AJ14 AM24 AR06 JA07 JD01 JQ07 JQ41 4F207 AA11 AJ02 AJ14 KL32

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cを2.4wt%以上2.9wt%以
    下、Siを0.2wt%以上0.8wt%以下、Mnを
    0.4wt%以上1.2wt%以下、Niを0.3wt
    %以下、Crを16wt%以上20wt%以下、Moを
    1.0wt%以上2.0wt%以下、含有する高クロム
    鋳鉄で構成されたことを特徴とするプラスチック成形機
    用バレル。
  2. 【請求項2】 表面に窒化処理層が形成されていること
    を特徴とする請求項1に記載のプラスチック成形機用バ
    レル。
  3. 【請求項3】 Cを2.4wt%以上2.9wt%以
    下、Siを0.2wt%以上0.8wt%以下、Mnを
    0.4wt%以上1.2wt%以下、Niを0.3wt
    %以下、Crを16wt%以上20wt%以下、Moを
    1.0wt%以上2.0wt%以下、含有する高クロム
    鋳鉄製の素材を、所定の粗形状に加工した後、焼入れ及
    び焼戻しを施し、次いで、一次研削加工の後、表面に窒
    化処理を施し、次いで、二次研削加工により所定の形状
    に仕上げることを特徴とするプラスチック成形機用バレ
    ルの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記焼戻しの際の処理温度が、530℃
    以上600℃以下であることを特徴とする請求項3に記
    載のプラスチック成形機用バレルの製造方法。
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