JPH06316743A - 鍛造加工用金型 - Google Patents
鍛造加工用金型Info
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Abstract
る。 【構成】鍛造加工用金型の内側円筒部材1を、NiとM
oを主成分とする合金からなる金属結合相8体積%以上
40体積%以下と、残部のMoNiB2 および/または
(Mo,W)2 NiB2 からなる硬質相とで構成された
硬質材料とし、この内側円筒部材1に金属製の外側円筒
部材2を締り嵌めして構成する。
Description
あるいは熱間において使用される鍛造加工用金型に関す
る。
加工では、鍛造加工後の仕上げ加工の工数を少なくする
ため、高速精密鍛造加工法が採用されている。この種の
鍛造加工では、鍛造後の製品に高度の寸法精度を要求す
るため、金型の材料に高温強度と耐摩耗性に優れた熱間
工具鋼や超硬合金(WC−Co系のサーメット)が使用
されている。
温域における表面層の硬度と強度が十分でなく、熱割れ
や変形が起きやすい等の問題があり、高精度の加工をす
る鍛造加工用金型としての寿命は短かかった。
きくないことから、超硬合金からなる単一円筒の鍛造金
型を使用すると使用の初期に金型に亀裂が発生する問題
があり、超硬合金の内側円筒部材に靭性のある鋼の外側
円筒部材を焼き嵌めや圧入などによって締り嵌めするこ
とで亀裂の発生を防ぎ、硬い超硬合金の加工表面で耐摩
耗性を確保する構成とされている。
ても、絞り勾配が大きい絞り部(ランド部)内面での亀
裂や、表面層の剥離などによる肌荒れに起因する被鍛造
製品の形状不良や傷による歩留りの低下の問題が残され
ている。
金自体の改良も進められており、例えば硬質相であるW
Cに加えてTaCやNbC等の他の金属炭化物や、
(W,Ta)Cなどの固溶体からなる硬質相をWC相と
共存させた超硬合金や、Coの金属結合相にNiやCr
を固溶させて高温強度や靭性を改善した材料が提案され
ている。しかし超硬合金の内側円筒部材を鋼製の外側円
筒部材で締り嵌めした鍛造加工用金型では、使用温度が
500℃を超えると硬質相であるWCが酸化して肌荒れ
などの原因となる他、超硬合金の材料強度が低下して亀
裂が発生する致命的な問題が残っている。
におけるこれらの問題点を解決することにより、顕著に
耐用の優れた鍛造用の金型を提供しようとするものであ
る。
成すべくなされたものであり、本発明の鍛造加工用金型
は、NiとMoを主成分とする合金からなる金属結合相
8体積%以上40体積%以下と、残部のMoNiB2 お
よび/または(Mo,W)2 NiB2 からなる硬質相と
で構成された硬質材料(サーメット)の内側円筒部材の
外周が、金属製の外側円筒部材により締り嵌めされてい
ることを特徴とする。
材の材質に特開昭63−143236に提案されている
複硼化物の硬質相と、Ni合金の金属結合相とからなる
硬質材料を使用している。この硬質材料の材料特性は、
室温での強度と硬度についてはWC−Co系超硬合金と
比べて特徴がないが、500℃を超えて800℃程度ま
での温度範囲において強度と硬度の低下がほとんどな
く、500℃以上においてWC−Co系超硬合金を凌駕
する強度と硬度を有する硬質材料である。
硬合金の熱伝導率と比べて1/3〜1/5と小さいの
で、予め700℃以上に加熱された被鍛造部材(鋼材)
の熱が金型に逃げ難いという利点があり、冷え難いので
適切な加工温度付近で被鍛造部材の加工を完了できると
いう利点がある。また、この複硼化物系硬質材料の熱膨
張率が超硬合金の熱膨張率の4.5〜6×10-6/℃に
対して8.6〜8.9×10-6/℃と大きいことによ
り、加熱された状態における金属製の外側円筒部材(熱
間工具鋼を使用する場合、その熱膨張率は11〜13.
4×10-6/℃)による締り嵌め補強効果が超硬合金の
内側円筒部材を使用した場合と比べて使用時においても
良好に保持され、内側円筒部材に亀裂が入り難く、金型
の耐用がさらに向上する効果が得られる。
予め加熱された被鍛造部材の熱が内側円筒部材から熱間
工具鋼(SKD61)の外側円筒部材に速やかに伝わ
り、熱膨張率の差が大きいことによって締り嵌め効果が
緩むことになるが、複硼化物の硬質材料では被鍛造部材
の熱が外側円筒部材に伝わり難く、たとえ伝わっても熱
膨張率の差が小さいことによって締り嵌めの緩みは僅か
であることになる。
は、複硼化物の硬質相の耐酸化性がWC硬質相より優れ
ているので金型の表面肌荒れが起きにくく、表面酸化を
受けた場合にも表面にB2 O3 が生成して金型の表面を
覆い、生成したB2 O3 が酸化の防止効果と潤滑効果を
奏するという利点がある。また、複硼化物の硬質相中の
Moが部分的にWに置き換わっていることによって硬質
相の硬度と強度が改善されている。
固溶していることによって、金属結合相の高温強度が大
きくなっており、硬質材料中の金属結合相の含有量は、
多過ぎると硬度が低下して摩耗が進みやすく、金属疲労
を起こしやすく(使用後に亀裂が発生する。)なって寿
命が短くなるので、40体積%以下とされ、逆に金属結
合相の含有量が少な過ぎると靭性が不足して亀裂が入り
やすくなるので、8体積%以上とされている。金属結合
相の含有量は、硬質材料の硬度と強度あるいは靭性との
バランスを考慮し、より好ましくは8体積%以上25体
積%以下とされる。
裂の発生の防止は、好ましくは硬質材料からなる内側円
筒部材を熱間工具鋼などの外側円筒部材により締り嵌め
することによりなされる。締り嵌めは、焼き嵌めまたは
圧入または両者の併用をいい、内側円筒部材の鋼製の外
側円筒部材による締め代は、内側円筒部材の外径の0.
4%以上1%以下とするのが好ましい。締め代が0.4
%未満であると鍛造型が加熱された時に締り嵌めが緩
み、内側円筒部材の補強効果が小さくなって使用時に亀
裂が入りやすくなる他、被鍛造物をノックアウトする
(突き出す)ときに内側円筒部材が外側円筒部材からず
れて抜け出ることがある。
よる締め代を1%より大きくしても締り嵌めを行う作業
が困難になる割りに締り嵌めによる内側円筒部材の補強
効果はそれほど大きくならない。締り嵌めの平均面圧は
主に外側円筒部材のヤング率と肉厚および熱膨張率によ
って決められ、外側円筒部材に熱間工具鋼を使用する場
合には、好ましくは面圧を20kg/mm2 以上、10
0kg/mm2 以下、より好ましくは30kg/mm2
以上、60kg/mm2 以下に設定する。
b、Crなどを含んでいると、これらの金属元素は硬質
相と金属結合相の両方の相中に固溶して硬質材料の温間
あるいは熱間における強度と硬度を向上せしめるので、
鍛造加工用金型の耐用の延長に有効である。これらの金
属元素を硬質材料中に導入するには、これらの金属、合
金、炭化物、硼化物などの原料粉末を加えた混合原料を
焼結して硬質材料とすればよい。
有量を1重量%以上とすると高温物性の改善効果が得ら
れ、30重量%を超える量が含まれていても高温物性の
改善効果はほとんどなく、時には不必要な相が現れて材
料が脆くなることもあるので30重量%以下とするのが
好ましい。
るが、本発明は以下の実施例によってなんら限定される
ものではない。図1の(a)、(b)、(c)、
(d)、(e)は温間鍛造加工の工程を説明するための
被鍛造部材が鍛造されて形状が変化する場合の一例を示
す断面図であり、(a)は円柱状の素材、(b)は第1
段の前方押し出し型により加工された形状、(c)、
(d)、(e)はそれぞれ第2段、第3段、第4段の鍛
造加工で成形された部材の形状を示す。
7.5重量%、8.8重量%、9.7重量%、28.7
重量%および5.3重量%秤取し、混合した。この混合
原料をエチルアルコールを媒体として48時間ボールミ
ル中で混合粉砕した。ボールミルから取り出したスラリ
ーをエバポレータ中で加熱しながら乾燥して篩い通した
混合粉末をCIP(ラバーブレス)で円筒形状に成形
し、真空雰囲気の炉中において1265℃で2時間焼成
し、外径約100mm、長さ約190mmの円筒状焼結
体を得た。この硬質材料中の金属結合相の含有量は2
0.5体積%に相当する。
側円筒部材とし、熱間工具鋼(SKD61)で作成した
外径約200mmの外側円筒部材を焼き嵌め代0.4%
で焼き嵌めし、図2に示す鍛造加工用金型とした。図2
は温間鍛造加工用金型により被鍛造部材を加工している
状態を説明する断面図であり、図2において、1は内側
円筒部材、2は外側円筒部材、3は被鍛造部材、4はパ
ンチ、5はノックアウトピン、6は型の台である。鍛造
加工用金型はさらに内側円筒部材の内面をラッピング加
工して鏡面に仕上げ、温間鍛造加工に試用した。
工程のうちで最も条件が厳しい第1段の前方押し出し金
型であり、予め約750℃に予熱された円柱形状の被鍛
造部材3を熱間工具鋼のパンチ4で約185℃に予熱し
てある鍛造加工用金型に押し込み、被鍛造部材の約半分
の長さを約75%の太さ(断面積)に絞る鍛造加工を
し、次いでノックアウトピン5で被鍛造部材を金型から
突き出して次の鍛造加工の工程に送る作業を1分間に4
0回の速さで繰り返した。
発明の鍛造加工用金型では、従来の超硬合金の内側円筒
部材を使用した鍛造加工用金型の耐用と比べ、その耐用
が約2.5倍となった。
筒部材を試作し、熱間工具鋼の外側円筒部材で焼き嵌め
して温間鍛造加工用金型を試作し、鋼材の温間鍛造に試
用してその耐用を従来の超硬合金の内側円筒部材を組み
付けた鍛造加工用金型と比較した。これらのうち6〜9
は比較例である。これらの試験結果を表1にまとめて示
す。
金型の耐用が尽きる原因は、主にランド部(絞り込み
部)における表面肌荒れであった。また、鍛造加工用金
型の内側円筒部材の表面に小さい亀裂の認められたもの
はあるが、従来の金型の超硬合金の内側円筒部材に見ら
れる大きく顕著な亀裂の発生はなかった。
鏡で観察した結果、複硼化物の硬質相中に多数の数μm
〜数十μmのマイクロクラックが認められた。このマイ
クロクラックは、鍛造加工の際の繰り返し応力の印加に
よって発生したものであり、マイクロクラックの発生に
よって印加応力が緩和され、顕著な亀裂の発生が阻止さ
れていると考えられる。
解析を試みた結果、繰り返し加わる熱により発生する熱
応力は、超硬合金の内側円筒部材では内側表面からかな
り深い位置に最大応力が発生して熱割れするのに対し、
複硼化物の硬質材料の内側円筒部材では、主に両者の熱
伝導率の差によって最大応力が発生する位置が内側表面
から浅い位置にあり、本発明の鍛造加工用金型では大き
く顕著な亀裂が発生し難いことを裏付けている。
含有量が少ないことによって金属結合相の物性が支配的
となり、金属疲労による亀裂の発生を認めた。耐用は従
来の超硬合金の金型(締まり嵌め付き)の耐用(試験例
10)と比較した数値である。
部材に超硬合金と比べて高温における強度と硬度が優れ
ている硬質材料、すなわちMoNiB2 および/または
(Mo,W)2 NiB2 からなる硬質相と、NiとMo
を主成分とする合金の金属結合相とからなる適切な組成
を有する硬質材料を内側円筒部材に使用することにより
金型耐用の顕著な延長に成功したものである。
する硬質材料は、従来使用されていた超硬合金と比較し
て500℃以上における強度と硬度が大きいのみでな
く、熱伝導率が超硬合金と比べて小さいことにより被鍛
造物が冷えにくいので、鍛造加工を狭い適切な温度範囲
内で行うことができ、熱膨張率が超硬合金と比べて大き
く締り嵌めする外側円筒部材の熱膨張率に近いため締り
嵌めによる内側円筒部材の補強の利きがよく、耐酸化性
に優れている他、酸化して生成するB2 O3 成分が潤滑
性を示すことなどの総合効果により顕著な耐用の延長が
達成できたものと思われる。
材が鍛造加工されて形状が変化する一例を示す断面図。
を加工している状態を説明する断面図。
Claims (3)
- 【請求項1】NiとMoを主成分とする合金からなる金
属結合相8体積%以上40体積%以下と、残部のMoN
iB2 および/または(Mo,W)2 NiB2 からなる
硬質相とで構成された硬質材料の内側円筒部材の外周
が、金属製の外側円筒部材により締り嵌めされているこ
とを特徴とする鍛造加工用金型。 - 【請求項2】請求項1において、外側円筒部材が鋼製と
され、内側円筒部材の外側円筒部材による室温における
締め代が、内側円筒部材の外径の0.4%以上1%以下
である鍛造加工用金型。 - 【請求項3】請求項1または2において、硬質材料中に
Ta、NbおよびCrから選ばれる一種以上が1重量%
以上30重量%以下含まれている鍛造加工用金型。
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