JP2009061465A - Metallic mold for cold forging and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷間鍛造用金型及びその製造方法に関し、更に詳しくは、冷間鍛造用金型にショットピーニングやコーティングを施すことにより、冷間鍛造用金型により鍛造される成形品(高張力鋼板)のかじりを抑制する技術に関する。 The present invention relates to a cold forging die and a method for manufacturing the same, and more specifically, a molded product (for example, forged by a cold forging die by applying shot peening or coating to the cold forging die. The present invention relates to a technique for suppressing galling of (tensile steel plate).
自動車のCO2排出量削減や、衝突安全性の確保のためには、車体の軽量化や高剛性化が必要であり、高張力鋼板の使用比率が急速に高まっている。しかしながら、高張力鋼板は、高強度であるため、冷間鍛造用金型により高張力鋼板をプレス加工する場合、鋼材が冷間鍛造用金型と激しい摩擦を起こし、油膜切れが生じることで、鋼材の冷間鍛造用金型への微小焼付きが発生して、かじりと呼ばれる欠陥(成形品である高張力鋼板に生じる筋状の疵)が発生し易い。このような欠陥が生じた成形品は、製品として使用できない。
そこで、この問題を解決すべく、鉄との親和性の低い硬質被膜をPVD法等の方法で冷間鍛造用金型にコーティングすることが試行されている。
In order to reduce the CO 2 emissions of automobiles and ensure collision safety, it is necessary to reduce the weight and rigidity of the vehicle body, and the use ratio of high-tensile steel sheets is rapidly increasing. However, since the high-tensile steel plate has high strength, when the high-tensile steel plate is pressed by a cold forging die, the steel material causes intense friction with the cold forging die, resulting in oil film breakage. Small seizure of the steel material to the cold forging die occurs, and a defect called galling (streak-like wrinkles generated in a high-tensile steel plate as a molded product) is likely to occur. A molded product having such defects cannot be used as a product.
Therefore, in order to solve this problem, an attempt has been made to coat a cold forging die with a hard coating having a low affinity with iron by a PVD method or the like.
また、このほかにも、金型の寿命延長等が可能な表面処理技術として、従来より種々の技術が提案されている。
例えば、温熱間鍛造金型は、金型表面に窒化処理が施され、窒化された金型表面は、窒化化合物層により細かな凹凸が形成されている。そして、温熱間鍛造時においては、金型の摩耗を抑制するために、その金型表面に潤滑材が塗布される。潤滑材は、黒鉛やBN等の固体潤滑作用を有する粉末を水で希釈したものからなり、潤滑材の金型表面への塗布は、温熱間鍛造時に金型へ吹き付けることによりなされる。
窒化化合物層による細かな凹凸には塗布された潤滑材が入り込むが、この凹凸に入り込んだ潤滑材によって潤滑作用が保持され金型の摩耗が抑制される。また、窒化化合物層が剥がれても鍛造中の熱で金型表面が酸化されると、酸化された表面にも窒化化合物層と同様に細かな凹凸が形成され、この凹凸によって潤滑材が保持される。従って、窒化化合物層が剥がれても金型の摩耗が抑制される。
In addition to these, various techniques have been proposed as surface treatment techniques that can extend the life of the mold.
For example, in a hot forging die, nitriding treatment is performed on the die surface, and fine irregularities are formed on the nitrided die surface by a nitride compound layer. Then, at the time of hot forging, a lubricant is applied to the mold surface in order to suppress the wear of the mold. The lubricant is made by diluting a powder having a solid lubricating action such as graphite or BN with water, and the lubricant is applied to the mold surface by spraying the mold during hot forging.
The applied lubricant enters the fine irregularities formed by the nitride compound layer, and the lubricant that has entered the irregularities retains the lubricating action and suppresses wear of the mold. In addition, even if the nitride compound layer is peeled off, if the mold surface is oxidized by the heat during forging, fine irregularities are formed on the oxidized surface in the same manner as the nitride compound layer, and the lubricant is held by these irregularities. The Therefore, even if the nitride compound layer is peeled off, the wear of the mold is suppressed.
しかしながら、窒化化合物層による凹凸の場合、摩耗の抑制効果が十分ではないという問題があった。そのため、近年では、金型の摩耗を抑制するために、窒化化合物層よりも硬い硬質被膜(CrN、TiAlN等)を金型表面にコーティングする技術が開発実用化されている。 However, in the case of unevenness due to the nitride compound layer, there is a problem that the effect of suppressing wear is not sufficient. Therefore, in recent years, in order to suppress wear of the mold, a technique for coating the mold surface with a hard film (CrN, TiAlN, etc.) harder than the nitride compound layer has been developed and put to practical use.
CrN被膜を形成した技術としては、例えば、特許文献1に、金型基材の表面をダイヤモンドペースト(#3000メッシュ)にて面粗度調整した後、窒化層を形成し、洗浄後、マルチアーク法によりCrNからなる硬化層を形成した熱間又は温間加工用金型が開示されている。また、特許文献2に、溶融金属を注入するためのキャビティの内壁にCrNよりなる表面処理膜が形成された鋳造用金型が開示されている。 As a technique for forming a CrN film, for example, in Patent Document 1, after adjusting the surface roughness of a mold base with diamond paste (# 3000 mesh), a nitride layer is formed, washed, and then multi-arced. A hot or warm working mold in which a hardened layer made of CrN is formed by a method is disclosed. Patent Document 2 discloses a casting mold in which a surface treatment film made of CrN is formed on the inner wall of a cavity for injecting molten metal.
また、金型の寿命延長等を可能とする他の表面処理技術として、ショットピーニングを行う技術が提案されている。
例えば、特許文献3には、熱処理(窒化処理、浸炭窒化処理も含む意味)をした金型(SKD,SKH)に鉄系投射材と同等の比重の一般的なショットピーニングサイズの投射材(粒子径125μm)を60〜100m/秒で投射することにより、平滑な金型表面を得るとともに、最大の残留圧縮応力値を得る技術が開示されている。
Further, as another surface treatment technique that can extend the life of a mold, a technique for performing shot peening has been proposed.
For example, Patent Document 3 discloses a general shot peening size projection material (particles) having a specific gravity equivalent to that of an iron-based projection material on a die (SKD, SKH) subjected to heat treatment (meaning including nitriding treatment and carbonitriding treatment). A technique is disclosed in which a smooth mold surface is obtained and a maximum residual compressive stress value is obtained by projecting a diameter of 125 μm at 60 to 100 m / second.
また、特許文献4には、マンドレルや成形金型等の工具に窒化層やTiN硬質被膜を形成し、その上からショット粒径を40〜200μmとし、ショットの噴射速度を100m/秒としてショットピーニングすることにより、マンドレルの摩耗やヘアクラックを抑制して長寿命化を図る技術が開示されている。
In
しかしながら、上記の冷間鍛造用金型にコーティングされた鉄との親和性の低い硬質被膜は、強い摩擦を受けることで、冷間鍛造用金型の硬質被膜が摩耗して、ついには剥離を起こしてしまい、かじりの抑制に十分な効果を発揮することができなかった。
また、上記の温熱間鍛造金型の摩耗を抑制するための硬質被膜(CrN、TiAlN等)は、下地の金型に均一にコーティングされるため、コーティング後の表面粗さが機械加工又はラップ加工された金型の表面粗さとほぼ同じ(つるつるの状態)であった。従って、潤滑材のノリが悪く、潤滑材が流れてしまい、潤滑材の保持力が低かった。また、この硬質被膜は、耐酸化性が高いため被膜が酸化されにくい。従って、金型表面に微細な凹凸が発生せず、潤滑材の保持力が低く、潤滑不足で却って摩耗が促進されるという問題があった。
また、特許文献1に開示の温間又は熱間鍛造用金型は、硬化膜の剥離を防止して密着性を高めることを主目的としてCrN硬化層を設けたものである。密着力を高めるには、できるだけ表面に凹凸が無く、平らであればあるほどよいため、密着力を高めるための硬質被膜の形成の仕方では、耐摩耗性という観点では、やはり潤滑材の保持力が低く、潤滑不足で却って摩耗が促進されるという問題が解消されなかった。
更に、特許文献2に開示の鋳造用金型は、鋳物材料の付着や堆積を低減し、鋳物を離型するときの引抜力を低減することを主目的として、離型材の代わりにCrN被膜を形成し、優れた離型性を得ようとしたものである。離型性を高めるには、できるだけ表面に凹凸が無く、平らであることが望ましい。そもそも、鋳造用金型は鍛造用金型とでは用途が全く異なる。
However, the hard coating with low affinity with iron coated on the above-mentioned cold forging die is subjected to strong friction, so that the hard coating on the cold forging die is worn and finally peeled off. It was caused and it was not possible to exhibit a sufficient effect for suppressing galling.
In addition, since the hard coating (CrN, TiAlN, etc.) for suppressing wear of the hot forging mold is uniformly coated on the underlying mold, the surface roughness after coating is machined or lapped. The surface roughness of the mold was almost the same (smooth state). Therefore, the lube of the lubricant is poor, the lubricant flows, and the holding power of the lubricant is low. Moreover, since this hard film has high oxidation resistance, the film is not easily oxidized. Accordingly, there is a problem that fine irregularities are not generated on the mold surface, the holding power of the lubricant is low, and wear is promoted due to insufficient lubrication.
In addition, the warm or hot forging die disclosed in Patent Document 1 is provided with a CrN hardened layer mainly for the purpose of preventing peeling of a hardened film and improving adhesion. In order to increase the adhesion, it is better that the surface is as smooth and flat as possible. Therefore, in the way of forming a hard coating to increase the adhesion, the holding power of the lubricant is also necessary from the viewpoint of wear resistance. However, the problem of accelerated wear due to insufficient lubrication was not solved.
Further, the casting mold disclosed in Patent Document 2 is provided with a CrN coating instead of a release material mainly for the purpose of reducing adhesion and deposition of casting material and reducing pulling force when releasing the casting. It was intended to obtain excellent mold release properties. In order to improve the releasability, it is desirable that the surface is as flat as possible without being uneven. In the first place, casting molds have completely different uses from forging molds.
また、特許文献3及び4に開示のショットピーニング技術は、いずれも、金型表面に窒化処理等の硬質層を形成させた後でショットピーニングを行うものである。そして、特許文献3及び4のショットピーニング技術は、圧縮残留応力付与により表面亀裂発生を抑制し、疲労強度を向上させようとするものである。従って、潤滑材の保持力を良好に維持できる凹凸を形成することを目的として、特許文献3及び4に開示のショットピーニング技術を用いて硬質層の上からショットピーニングを行うと、窒化処理等により形成した硬質層が割れるという問題があった。
The shot peening techniques disclosed in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷間鍛造用金型の表面に形成される硬質被膜の摩耗や剥離を防止することにより、冷間鍛造用金型により鍛造される成形品のかじりを抑制できる冷間鍛造用金型及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to prevent wear and delamination of a hard coating formed on the surface of a cold forging die, thereby providing a cold forging die. An object of the present invention is to provide a cold forging die capable of suppressing the galling of a molded product to be forged and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、本発明者等は、冷間鍛造用金型の表面の摩耗や剥離を防止し、成形品のかじりを抑制するための手法を研究し、金型意匠面を硬質被膜で被覆すると金型表面が硬くなるという知見を得た。また、本発明者等は、硬質被膜の被覆前に、ショットピーニングにより金型意匠面に凹凸を形成しておくと、その上から硬質被膜を被覆したときにその凹凸形状が硬質被膜に反映されて、その硬質被膜にも凹凸ができ、そのような硬質被膜による凹凸が長期間にわたって潤滑材の保持力を維持することができるという知見を得た。これにより、プレス加工時の冷間鍛造用金型の表面の摩耗や剥離を大幅に防止でき、かつ、成形品のかじりも併せて抑制できるという知見を得た。 In order to solve the above problems, the present inventors have studied a method for preventing wear and peeling of the surface of the cold forging die and suppressing galling of the molded product, and hardened the mold design surface. The knowledge that the mold surface becomes hard when coated with a coating was obtained. In addition, when the present inventors form irregularities on the mold design surface by shot peening before coating the hard coating, the irregular shape is reflected in the hard coating when the hard coating is coated from above. As a result, it was found that the hard coating also has irregularities, and the irregularities due to such a hard coating can maintain the retention of the lubricant over a long period of time. As a result, it has been found that the wear and delamination of the surface of the cold forging die during press working can be largely prevented, and the galling of the molded product can also be suppressed.
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、本発明に係る冷間鍛造用金型は、金型意匠面に4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上とSi及びAlの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を備え、前記被膜は、表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下であることを要旨とする。 This invention is made | formed based on this knowledge, The die for cold forging which concerns on this invention is 4A group (Ti, Zr, Hf), 5A group (V, Nb, Ta) on the die design surface. ), Carbides, nitrides or carbonitrides containing one or more of group 6A (Cr, Mo, W) metals, and group 4A (Ti, Zr, Hf), group 5A (V, Nb, Ta) A single-layer or multi-layer coating composed of one or two or more selected from the group consisting of nitrides containing one or more of Group 6A (Cr, Mo, W) metals and one or more of Si and Al The film is characterized in that the surface roughness Ra is 0.05 μm or more and 0.50 μm or less even when measured from any direction.
この場合に、前記被膜は、膜厚が1μm以上20μm以下であるとよい。 In this case, the film may have a thickness of 1 μm or more and 20 μm or less.
上記いずれの場合においても、前記金型意匠面は、硬化層深さ200μm以下の窒化が施されていてもよい。 In any of the above cases, the mold design surface may be nitrided with a hardened layer depth of 200 μm or less.
そして、上記いずれの場合においても、ショットピーニングにより前記金型意匠面に凹凸を形成した後に前記被膜が形成されていることが望ましい。
このときに、前記メディアは、投射速度100m/秒以下で投射されたものであるとよい。
In any of the above cases, it is desirable that the coating film be formed after forming irregularities on the mold design surface by shot peening.
At this time, the media may be projected at a projection speed of 100 m / sec or less.
上記課題を解決するために、本発明に係る冷間鍛造用金型の製造方法は、
ショットピーニングにより金型意匠面に表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下になるように凹凸を形成する凹凸形成工程と、
前記凹凸形成工程を行った後に、PVD法により前記金型意匠面に4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上とSi及びAlの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を形成する被膜形成工程とを備えたことを要旨とする。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a cold forging die according to the present invention includes:
A concavo-convex forming step of forming concavo-convex so that the surface roughness Ra is measured from any direction on the mold design surface by shot peening so as to be 0.05 μm or more and 0.50 μm or less,
After performing the unevenness forming step, a kind of Group 4A (Ti, Zr, Hf), Group 5A (V, Nb, Ta), Group 6A (Cr, Mo, W) metal on the mold design surface by PVD method Or a carbide, nitride or carbonitride containing two or more, and a group 4A (Ti, Zr, Hf), group 5A (V, Nb, Ta), group 6A (Cr, Mo, W) metal or A film forming step for forming a single layer or a multilayer film composed of one kind or two or more kinds selected from the group consisting of nitrides containing two or more kinds and one or two kinds of Si and Al. To do.
上記課題を解決するために、本発明に係る他の冷間鍛造用金型の製造方法は、
ショットピーニングにより金型意匠面に凹凸を形成する被覆前凹凸形成工程と、
前記被覆前凹凸形成工程を行った後に、PVD法により前記金型意匠面に4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上とSi及びAlの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を形成する被膜形成工程と、
前記被膜形成工程を行った後に、ショットピーニングにより前記被膜に表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下になるように凹凸を形成する被覆後凹凸形成工程とを備えたことを要旨とする。
In order to solve the above problems, another method for producing a cold forging die according to the present invention is as follows.
Pre-coating irregularity forming process for forming irregularities on the mold design surface by shot peening,
After performing the pre-coating irregularity forming step, the PVD method is used to form a 4A group (Ti, Zr, Hf), 5A group (V, Nb, Ta), 6A group (Cr, Mo, W) metal on the mold design surface. Of carbides, nitrides or carbonitrides containing one or more of the above, and group 4A (Ti, Zr, Hf), group 5A (V, Nb, Ta), group 6A (Cr, Mo, W) metals A film forming step of forming a single-layer or multi-layer film composed of one kind or two or more kinds selected from the group consisting of nitrides containing one or two kinds and one or two kinds of Si and Al; and
A post-coating concavo-convex forming step of forming concavo-convex so that the surface roughness Ra is measured to be 0.05 μm or more and 0.50 μm or less on the coating by shot peening after performing the coating forming step; The main point is that
本発明に係る冷間鍛造用金型は、金型意匠面に所定の表面粗さRaの凹凸が形成された硬質被膜を備えたものであるため、硬質被膜からなる凸部は、硬く、且つ、所定の表面粗さRaであるため摩耗しにくい。また、硬質被膜に形成された凹凸は、所定の表面粗さRaであるため潤滑材の保持力が良好となり、摩擦が低減され得る。従って、硬質被膜に形成された凹凸は、長期間に亘って潤滑材の保持力を維持することができ、硬質被膜の摩耗や剥離を防止できるため、成形品の冷間鍛造用金型への微小焼付きを防止でき、よって、成形品のかじりを抑制することができる。すなわち、本発明に係る冷間鍛造用金型は、硬質被膜と表面粗さRa(凹凸)との相乗効果により、硬質被膜の摩耗や剥離を防止でき、且つ、成形品のかじりを抑制できる。従って、本発明に係る冷間鍛造用金型は、金型寿命を延ばすことができ、当該冷間鍛造用金型及びこれにより鍛造される各種成形品のコストの低廉化が図られる。 Since the cold forging die according to the present invention is provided with a hard coating having irregularities with a predetermined surface roughness Ra formed on the mold design surface, the convex portion made of the hard coating is hard, and Since it has a predetermined surface roughness Ra, it is difficult to wear. Further, since the unevenness formed on the hard coating film has a predetermined surface roughness Ra, the holding force of the lubricant becomes good and the friction can be reduced. Therefore, the unevenness formed in the hard coating can maintain the retention force of the lubricant over a long period of time, and can prevent wear and peeling of the hard coating. Micro-seizure can be prevented, and thus the galling of the molded product can be suppressed. That is, the cold forging die according to the present invention can prevent wear and peeling of the hard coating and suppress galling of the molded product due to the synergistic effect of the hard coating and the surface roughness Ra (unevenness). Accordingly, the cold forging die according to the present invention can extend the die life, and the cost of the cold forging die and various molded products forged by the cold forging die can be reduced.
本発明に係る冷間鍛造用金型の製造方法は、上記構成を備えたものであるから、金型表面の表面粗さRaをいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下とすることができる。この方法により得られる冷間鍛造用金型は、本発明に係る冷間鍛造用金型と同様の効果が得られる。
また、本発明に係る冷間鍛造用金型の製造方法は、ショットピーニングを硬質被膜の形成前に行うものであるため、硬質被膜を形成してからショットピーニングする場合に比べて硬質被膜が割れないという効果がある。
Since the method for manufacturing a cold forging die according to the present invention has the above-described configuration, the surface roughness Ra of the die surface is measured from 0.05 μm to 0.50 μm in any direction. It can be. The cold forging die obtained by this method has the same effect as the cold forging die according to the present invention.
In addition, since the method for manufacturing a cold forging die according to the present invention performs shot peening before the formation of the hard coating, the hard coating is cracked compared to the case where shot peening is performed after the hard coating is formed. There is no effect.
以下に図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。
(冷間鍛造用金型)
図1に示す本発明の一実施形態に係る冷間鍛造用金型1は、JIS SKD11に代表される冷間ダイス鋼及びその改良鋼からなるものであればよいが、材質は、特に限定されるものではない。
冷間鍛造用金型1は、金型意匠面2に4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上とSi及びAlの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の硬質被膜3を備える。硬質被膜3をこのような材質としたのは、単に金型意匠面2を窒化するよりも硬いため、摩耗しにくい、すなわち、耐摩耗性に優れるからである。また、硬質被膜3が摩耗しにくいと、その剥離が防止され、冷間鍛造用金型1により鍛造された成形品(高張力鋼板)の微小焼付きが防止され、かじりが抑制されるからである。もっとも、金型意匠面2は、硬化層深さ200μm以下の窒化が施されていても良い。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Cold forging die)
The cold forging die 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 may be made of cold die steel represented by JIS SKD11 and its improved steel, but the material is particularly limited. It is not something.
The cold forging die 1 has one or two kinds of 4A group (Ti, Zr, Hf), 5A group (V, Nb, Ta), and 6A group (Cr, Mo, W) metal on the mold design surface 2. Carbides, nitrides or carbonitrides including the above, one or more of 4A group (Ti, Zr, Hf), 5A group (V, Nb, Ta), 6A group (Cr, Mo, W) metal And a single-layer or multi-layer hard coating 3 made of one or more selected from the group consisting of nitrides containing Si or Al. The reason why the hard coating 3 is made of such a material is that it is harder than simply nitriding the mold design surface 2 and is therefore less likely to be worn, that is, excellent in wear resistance. In addition, if the hard coating 3 is hard to wear, it will be prevented from peeling off, and the seizure of the molded product (high-tensile steel plate) forged by the cold forging die 1 will be prevented, and galling will be suppressed. is there. However, the mold design surface 2 may be nitrided with a hardened layer depth of 200 μm or less.
金型意匠面2は、表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下である。金型意匠面2の表面粗さRaをこの範囲としたのは、この表面粗さRaを「金型意匠面2の表面に形成される硬質被膜3の表面粗さRa」に反映させるためである。その理由は、反映された硬質被膜3の表面粗さRaが、0.05μm未満では潤滑材の十分な保持力が得られず、硬質被膜3の摩耗を防止する効果があまりなく、0.50μm超では金型表面4の凹凸が大きすぎるために、却ってかじりを促進させるからである。そこで、金型意匠面2の表面粗さRaをこの範囲とした。金型意匠面2の表面粗さRaは、0.05μm以上0.30μm以下がより好ましく、0.10μm以上0.25μm以下が更に好ましい。もっとも、硬質被膜3の表面粗さRaをこれらの範囲にすることができるならば、金型意匠面2の表面粗さRaは、これらの範囲に限定されない。
The mold design surface 2 has a surface roughness Ra of 0.05 μm or more and 0.50 μm or less even when measured from any direction. The reason why the surface roughness Ra of the mold design surface 2 is set in this range is to reflect this surface roughness Ra on the “surface roughness Ra of the hard coating 3 formed on the surface of the mold design surface 2”. is there. The reason for this is that when the reflected surface roughness Ra of the hard coating 3 is less than 0.05 μm, sufficient holding power of the lubricant cannot be obtained, and there is not much effect of preventing the hard coating 3 from being worn. This is because if the surface of the
硬質被膜3は、ショット時に被成形材(ワーク)と接触するものであり、表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下である。硬質被膜3の表面粗さRaをこの範囲としたのは、0.05μm未満では潤滑材の十分な保持力が得られず、硬質被膜3の摩耗を防止する効果があまりないからであり、0.50μm超では金型表面4の凹凸が大きすぎるために、却ってかじりを促進させるからである。硬質被膜3の表面粗さRaは、0.05μm以上0.30μm以下がより好ましく、0.10μm以上0.25μm以下が更に好ましい。
The hard coating 3 is in contact with the material to be molded (work) at the time of shot, and the surface roughness Ra is 0.05 μm or more and 0.50 μm or less even when measured from any direction. The reason why the surface roughness Ra of the hard coating 3 is set in this range is that if it is less than 0.05 μm, a sufficient holding force of the lubricant cannot be obtained, and the effect of preventing the hard coating 3 from being worn is not so much. This is because, when the thickness exceeds 50 μm, the unevenness of the
硬質被膜3の膜厚は、単層多層に拘わらず全体で1μm以上20μm以下が好ましい。硬質被膜3の膜厚をこの範囲としたのは、1μm未満では硬質被膜3の摩耗や剥離を防止する効果が小さく、20μm超ではコーティング時間が長くなり、経済的に不利だからである。硬質被膜3を多層で構成する場合には、その積層順は特に限定されない。 The film thickness of the hard coating 3 is preferably 1 μm or more and 20 μm or less as a whole regardless of a single layer multilayer. The reason why the film thickness of the hard coating 3 is set in this range is that if the thickness is less than 1 μm, the effect of preventing the wear and peeling of the hard coating 3 is small, and if it exceeds 20 μm, the coating time becomes long, which is economically disadvantageous. When the hard coating 3 is composed of multiple layers, the stacking order is not particularly limited.
(冷間鍛造用金型の製造方法)
本発明の一実施形態に係る冷間鍛造用金型1は、例えば、JIS SKD11に代表される冷間ダイス鋼及び改良鋼からなる金型を用いて、以下の(1)凹凸形成工程及び(2)被膜形成工程をこの順序で行うことにより製造することができる。尚、下記の(1)凹凸形成工程は、後述する(3)被覆後凹凸形成工程を行う場合には、特に、被覆前凹凸形成工程ともいう。
(Cold forging die manufacturing method)
A die 1 for cold forging according to an embodiment of the present invention uses, for example, a die made of cold die steel typified by JIS SKD11 and improved steel, and the following (1) concavo-convex forming step and ( 2) It can manufacture by performing a film formation process in this order. In addition, the following (1) uneven | corrugated formation process is also called a pre-covering uneven | corrugated formation process especially when performing the (3) post-cover uneven | corrugated formation process mentioned later.
(1)凹凸形成工程(被覆前凹凸形成工程)
凹凸形成工程では、ショットピーニングにより金型意匠面2に表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下(より好ましくは、0.05μm以上0.30μm以下、更により好ましくは、0.10μm以上0.25μm以下)になるように凹凸を形成する。この凹凸は、旋盤加工面のように一方向からは凹凸があるが、他方向からは凹凸がないようなものでは効果が得られない。そこで、いずれの方向から測定しても所定の表面粗さRaになるように凹凸を形成する。そのためには、ショットピーニングは、メディアを投射速度(面に当たるときの直前の速度)100m/秒以下で投射することにより行うとよく、あるいは、金属製の直径100μm以下のメディアを投射圧(投射しはじめの圧)0.1MPa以上0.6MPa以下、投射距離100mm以上300mm以下で投射することにより行うとよい。
(1) Concavity and convexity formation process (pre-coating unevenness formation process)
In the concavo-convex forming step, the surface roughness Ra on the mold design surface 2 by shot peening is 0.05 μm or more and 0.50 μm or less (more preferably 0.05 μm or more and 0.30 μm or less. More preferably, the unevenness is formed to be 0.10 μm or more and 0.25 μm or less. This unevenness is uneven from one direction like a lathe surface, but the effect is not obtained when there is no unevenness from the other direction. Therefore, irregularities are formed so that a predetermined surface roughness Ra can be obtained from any direction. For that purpose, shot peening may be performed by projecting the medium at a projection speed (speed immediately before hitting the surface) of 100 m / sec or less, or a metal medium having a diameter of 100 μm or less is projected (projected). It may be performed by projecting at an initial pressure of 0.1 MPa to 0.6 MPa and a projection distance of 100 mm to 300 mm.
凹凸形成工程が被覆前凹凸形成工程に該当する場合(後述する(3)被覆後凹凸形成工程を行う場合)には、被覆後凹凸形成工程において表面粗さRaが0.05μm以上0.50μm以下になればよいため、被覆前凹凸形成工程を行ったときの表面粗さRaは、特に限定されないが、0.05μm以上0.50μm以下が好ましい。従って、ショットピーニングは、金属製のメディアを投射速度100m/秒で投射することにより行うとよく、あるいは、金属製の直径100μm以下のメディアを投射圧0.1MPa以上0.6MPa以下、投射距離100mm以上300mm以下で投射することにより行うことが好ましい。 When the unevenness forming step corresponds to the pre-coating unevenness forming step (when performing the post-coating unevenness forming step described later), the surface roughness Ra is 0.05 μm or more and 0.50 μm or less in the post-coating unevenness forming step. Therefore, the surface roughness Ra when performing the pre-coating irregularity forming step is not particularly limited, but is preferably 0.05 μm or more and 0.50 μm or less. Therefore, shot peening is preferably performed by projecting a metal medium at a projection speed of 100 m / sec. Alternatively, a metal medium having a diameter of 100 μm or less has a projection pressure of 0.1 MPa to 0.6 MPa and a projection distance of 100 mm. It is preferable to carry out by projecting at 300 mm or less.
尚、上記いずれの場合においても、投射速度100m/秒以下としたのは、表面粗さRaを過度に粗くすることなく最適化し、かじりを悪化させないようにするためである。ちなみに、投射速度100m/秒超の条件は、疲労強度向上に寄与できても、表面粗さRaが過度に粗くなる。
また、ショットピーニングを行う前に、予め、金型意匠面2には、硬化層深さ200μm以下の窒化を施しておいてもよい。その理由は、金型表面を硬化させて、被膜の密着性を向上させるためである。
In any of the above cases, the reason why the projection speed is set to 100 m / second or less is to optimize the surface roughness Ra without excessively roughening and to prevent the galling from becoming worse. Incidentally, even if the condition where the projection speed exceeds 100 m / sec can contribute to the improvement of fatigue strength, the surface roughness Ra becomes excessively rough.
Moreover, before performing shot peening, the mold design surface 2 may be previously nitrided with a hardened layer depth of 200 μm or less. The reason is to cure the mold surface and improve the adhesion of the coating.
(2)被膜形成工程
次の被覆形成工程では、PVD法又はCVD法により金型意匠面2に4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上とSi及びAlの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の硬質被膜3を形成する。硬質被膜3は、既にショットピーニングにより凹凸が形成された金型意匠面2に形成されるため、金型意匠面2の凹凸形状が硬質被膜3の表面形状として反映される。従って、硬質被膜3は、表面粗さRaが0.05μm以上0.50μm以下(より好ましくは、0.05μm以上0.30μm以下、更により好ましくは、0.10μm以上0.25μm以下)となる。あるいは、硬質被膜3は、後述する(3)被覆後凹凸形成工程を行う場合には、被覆後凹凸形成工程におけるショットピーニングにより、硬質被膜3の表面粗さRaが0.05μm以上0.50μm以下(より好ましくは、0.05μm以上0.30μm以下、更により好ましくは、0.10μm以上0.25μm以下)とされる。
また、硬質被膜3の表面粗さRaは、任意の二方向で測定したときに、その差が50%以内であることが望ましい。
以上の構成を備えた硬質被膜3は、凸部が硬く、且つ、所定の表面粗さRaであるため摩耗しにくい。また、凹凸は、所定の表面粗さRaであるため潤滑材の保持力が良好である。従って、硬質被膜の摩耗や剥離を防ぐことができ、その硬質被膜に形成された凹凸は、長期間に亘って潤滑材の保持力を維持することができる。このように、硬質被膜3が摩耗しにくく、潤滑材の保持力を維持できると、摩擦が低減され、硬質被膜3の剥離が防止され、冷間鍛造用金型1により鍛造される成形品(高張力鋼板)の微小焼付きが防止され、かじりが抑制される。
(2) Film Forming Process In the next film forming process, a group 4A (Ti, Zr, Hf), group 5A (V, Nb, Ta), group 6A (Cr, Mo, W) Carbide, nitride or carbonitride containing one or more metals, 4A group (Ti, Zr, Hf), 5A group (V, Nb, Ta), 6A group (Cr, Mo) , W) A single-layer or multi-layer hard coating 3 made of one or more kinds selected from the group consisting of nitrides containing one or more kinds of metals and one or two kinds of Si and Al is formed. Since the hard coating 3 is formed on the mold design surface 2 on which irregularities have already been formed by shot peening, the irregular shape of the mold design surface 2 is reflected as the surface shape of the hard coating 3. Accordingly, the hard coating 3 has a surface roughness Ra of 0.05 μm or more and 0.50 μm or less (more preferably 0.05 μm or more and 0.30 μm or less, and even more preferably 0.10 μm or more and 0.25 μm or less). . Alternatively, the hard coating 3 has a surface roughness Ra of 0.05 μm or more and 0.50 μm or less by shot peening in the post-coating irregularity forming step when performing the post-coating irregularity forming step described later. (More preferably, 0.05 μm or more and 0.30 μm or less, and still more preferably 0.10 μm or more and 0.25 μm or less).
Further, the surface roughness Ra of the hard coating 3 is desirably such that the difference is within 50% when measured in any two directions.
The hard coating 3 having the above configuration is hard to be worn because the convex portion is hard and the surface roughness Ra is predetermined. Further, since the unevenness has a predetermined surface roughness Ra, the holding power of the lubricant is good. Therefore, wear and peeling of the hard coating can be prevented, and the unevenness formed on the hard coating can maintain the holding force of the lubricant for a long period of time. Thus, if the hard coating 3 is hard to be worn and the retaining force of the lubricant can be maintained, the friction is reduced, the peeling of the hard coating 3 is prevented, and the molded product forged by the cold forging die 1 ( High seizure steel) is prevented from being seized and galling is suppressed.
硬質被膜3を形成するために行われるPVD法としては、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタ蒸着のいずれでもよいが、特に、イオンプレーティングが好ましい。イオンプレーティング法は、蒸発させた金属をイオン化し、この金属イオンを反応性ガス雰囲気下で電界により加速して処理品表面(金型意匠面2)に付着させるものであるが、金属を蒸発させる方法としてはカソードアーク放電を用いる方法やホロカソード式のいずれでもよい。イオンプレーティングが好ましいのは、CVD法に比べて低温で処理できるため、冷間鍛造用金型1の熱影響による軟化を防止でき、再焼入れによる歪みを小さくできるためである。また、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、分子線エピタキシー法を用いてもよい。 The PVD method performed to form the hard coating 3 may be any of vacuum deposition, ion plating, and sputter deposition, but ion plating is particularly preferable. In the ion plating method, the evaporated metal is ionized, and this metal ion is accelerated by an electric field in a reactive gas atmosphere to adhere to the surface of the processed product (mold design surface 2). As a method of making it, either a method using cathode arc discharge or a holocathode method may be used. The ion plating is preferable because it can be processed at a lower temperature than the CVD method, so that softening due to the heat effect of the cold forging die 1 can be prevented and distortion due to re-quenching can be reduced. Alternatively, resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, or molecular beam epitaxy may be used.
イオンプレーティング法により硬質被膜3を形成する場合には、イオン化した金属を加速する電界電圧は10〜500Vが好ましい。また、反応性ガスとしては、メタン等の炭化水素系ガスや窒素を使用し、その圧力は0.1〜10Paのうちから選択すればよい。
このとき、硬質被膜3は、単層多層に拘わらず全体で膜厚が1μm以上20μm以下になるように形成するのが好ましい。多層の場合には、下層側から上層側へ順番に種類を変更して繰返しPVD法を行えばよい。
When the hard coating 3 is formed by the ion plating method, the electric field voltage for accelerating the ionized metal is preferably 10 to 500V. Moreover, hydrocarbon gas, such as methane, and nitrogen are used as reactive gas, and what is necessary is just to select the pressure from 0.1-10Pa.
At this time, it is preferable that the hard coating 3 is formed so as to have a film thickness of 1 μm or more and 20 μm or less as a whole regardless of a single layer multilayer. In the case of multiple layers, the PVD method may be repeated by changing the type in order from the lower layer side to the upper layer side.
尚、硬質被膜3の形成に先立って金型意匠面2にイオン照射を行ってもよい。この場合は、4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属等の金属イオンやArイオンを用いて行い、このイオン照射の時にイオンを加速する電界電圧は500〜2000Vが好ましい。 Prior to the formation of the hard coating 3, the mold design surface 2 may be irradiated with ions. In this case, metal ions such as 4A group (Ti, Zr, Hf), 5A group (V, Nb, Ta), 6A group (Cr, Mo, W) metal or Ar ions are used. Sometimes the field voltage for accelerating ions is preferably 500-2000V.
上記(1)及び(2)の工程を行って得られる冷間鍛造用金型1に、更に、以下の(3)被覆後凹凸形成工程を行ってもよい。
(3)被覆後凹凸形成工程
次の被覆後凹凸形成工程では、ショットピーニングにより硬質被膜3に表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下(より好ましくは、0.05μm以上0.30μm以下、更により好ましくは、0.10μm以上0.25μm以下)になるように凹凸を形成する。この凹凸は、旋盤加工面のように一方向からは凹凸があるが、他方向からは凹凸がないようなものでは効果が得られない。そこで、いずれの方向から測定しても所定の表面粗さRaになるように凹凸を形成する。そのために、ショットピーニングは、セラミック製又はガラス製のメディアを投射速度100m/秒で投射することにより行うとよく、あるいは、セラミック製又はガラス製の直径100μm以下のメディアを投射圧0.1MPa以上0.6MPa以下、投射距離100mm以上300mm以下で投射することにより行えばよい。ここで、金属製のメディアではなく、セラミック製又はガラス製のメディアを使用するのは、硬質被膜3は硬質ではあるが脆いため、金属製のメディアでは硬質被膜3が割れるおそれがあるためである。また、メディアを投射速度100m/秒以下で投射するのは、上記と同様の理由によるものである。
The cold forging die 1 obtained by performing the steps (1) and (2) may be further subjected to the following (3) post-coating irregularity forming step.
(3) Post-coating irregularity forming step In the following post-coating irregularity forming step, the surface roughness Ra of the hard coating 3 is measured from any direction by shot peening even if it is 0.05 μm or more and 0.50 μm or less (more preferably, The unevenness is formed so as to be 0.05 μm or more and 0.30 μm or less, and more preferably 0.10 μm or more and 0.25 μm or less. This unevenness is uneven from one direction like a lathe surface, but the effect is not obtained when there is no unevenness from the other direction. Therefore, irregularities are formed so that a predetermined surface roughness Ra can be obtained from any direction. Therefore, shot peening may be performed by projecting a ceramic or glass medium at a projection speed of 100 m / sec. Alternatively, a medium having a diameter of 100 μm or less made of ceramic or glass may be projected to a pressure of 0.1 MPa or more. The projection may be performed at a projection distance of 6 MPa or less and a projection distance of 100 mm or more and 300 mm or less. Here, the reason why the medium made of ceramic or glass is used instead of the metal medium is that the hard film 3 is hard but brittle, so that the hard film 3 may be broken in the metal medium. . Further, the reason why the medium is projected at a projection speed of 100 m / sec or less is for the same reason as described above.
被覆後凹凸形成工程においても、更に、ショットピーニングを行う理由は、微細な凹凸(表面粗さRaにして0.05μm以上0.50μm以下、より好ましくは、0.05μm以上0.30μm以下、更により好ましくは、0.10μm以上0.25μm以下)の形成を促進させるとともに、金型意匠面2及び硬質被膜3の表面に圧縮残留応力を付与することにより硬質被膜3の密着性を向上させ、更に、冷間鍛造用金型1の金型寿命を改善するためである。
また、次の理由もある。被膜形成工程でイオンプレーティングをすると、蒸発せずに液体のまま硬質被膜3の表面に半球状のドロップレットというものが付着する。このドロップレットは油溜まりとしては作用しないため、これをなくすためには、硬質被膜3を形成した後にもショットピーニングを行うとよい。
In the post-coating irregularity forming step, the reason for performing shot peening is that fine irregularities (surface roughness Ra is 0.05 μm or more and 0.50 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 0.30 μm or less, More preferably, it promotes the formation of 0.10 μm or more and 0.25 μm or less) and improves the adhesion of the hard coating 3 by imparting compressive residual stress to the mold design surface 2 and the surface of the hard coating 3, Further, this is to improve the die life of the cold forging die 1.
There are also the following reasons. When ion plating is performed in the film forming process, hemispherical droplets adhere to the surface of the hard film 3 while remaining in a liquid state without evaporating. Since this droplet does not act as an oil reservoir, in order to eliminate this, shot peening is preferably performed after the hard coating 3 is formed.
(作用)
上記の冷間鍛造用金型の製造方法によれば、ショットピーニングにより金型意匠面2に表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下になるように凹凸が形成され、その上にPVDにより硬質被膜3が形成される。従って、金型意匠面2の凹凸形状が硬質被膜3の表面形状として反映され、硬質被膜3は表面粗さRaが0.05μm以上0.50μm以下となる。このようにして製造された冷間鍛造用金型1は、硬質被膜3に形成された凸部が硬く、且つ、所定の表面粗さRaであるため摩耗しにくい。また、硬質被膜3に形成された凹凸は、所定の表面粗さRaであるため潤滑材の保持力が良好である。従って、潤滑材の保持力は、硬質被膜3からなる凹凸により長時間に亘って維持される。
このように、硬質被膜3が摩耗しにくく、潤滑材の保持力を維持できると、硬質被膜3の剥離が防止され、冷間鍛造用金型1により鍛造される成形品(高張力鋼板)の微小焼付きが防止され、かじりが抑制される。
これらの相乗効果により、冷間鍛造用金型1は、摩耗が抑制され、金型寿命が延び、成形品の品質向上を図ることができる。
(Function)
According to the cold forging mold manufacturing method described above, the surface roughness Ra is measured on the mold design surface 2 by shot peening so that the surface roughness Ra is 0.05 μm or more and 0.50 μm or less regardless of the direction. Is formed, and the hard coating 3 is formed thereon by PVD. Accordingly, the uneven shape of the mold design surface 2 is reflected as the surface shape of the hard coating 3, and the surface roughness Ra of the hard coating 3 is 0.05 μm or more and 0.50 μm or less. The cold forging die 1 manufactured in this way is hard to wear because the convex portion formed on the hard coating 3 is hard and has a predetermined surface roughness Ra. Moreover, since the unevenness | corrugation formed in the hard film 3 is the predetermined surface roughness Ra, the retention strength of a lubricant is favorable. Therefore, the holding force of the lubricant is maintained over a long period of time due to the unevenness formed by the hard coating 3.
Thus, when the hard coating 3 is hard to wear and the retention of the lubricant can be maintained, the hard coating 3 is prevented from being peeled off, and the molded product (high-tensile steel plate) forged by the cold forging die 1 is prevented. Micro seizure is prevented and galling is suppressed.
By these synergistic effects, the cold forging die 1 is prevented from being worn, the die life is extended, and the quality of the molded product can be improved.
硬質被膜3が形成された冷間鍛造用金型1に、更に、ショットピーニングを施せば、硬質被膜3の表面粗さRaが0.05μm以上0.50μm以下となるような凹凸形成が更に促進され、圧縮残留応力の付与により密着性が高まる他、ドロップレットが除去される。これにより、冷間鍛造用金型1は、硬質被膜3の摩耗や剥離が更に防止され、冷間鍛造用金型1により鍛造される成形品(高張力鋼板)の微小焼付きが防止され、かじりが抑制される。これらの相乗効果により、冷間鍛造用金型1は、摩耗が抑制され、金型寿命が延び、成形品の品質向上を図ることができる。 If shot peening is further applied to the cold forging die 1 on which the hard coating 3 is formed, the formation of irregularities such that the surface roughness Ra of the hard coating 3 is 0.05 μm or more and 0.50 μm or less is further promoted. In addition to improving adhesion by applying compressive residual stress, droplets are removed. As a result, the cold forging die 1 is further prevented from being worn or peeled off by the hard coating 3, and the seizure of the molded product (high-tensile steel plate) forged by the cold forging die 1 is prevented. The galling is suppressed. By these synergistic effects, the cold forging die 1 is prevented from being worn, the die life is extended, and the quality of the molded product can be improved.
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
(パンチ及びダイの作製)
実施例1〜18及び比較例1〜5について、59HRCに調質されたJIS SKD11を図2に示すパンチ及びダイに加工したものを用意した。
そして、実施例1,4,6,9〜11,13,16,17及び比較例2〜4のダイの下地表面(図2の破線で示した部分)には、各々に全硬化層厚さ0.05mmのプラズマ窒化処理を施した。
Examples of the present invention and comparative examples will be described below.
(Production of punch and die)
About Examples 1-18 and Comparative Examples 1-5, what processed JIS SKD11 tempered by 59HRC into the punch and die | dye shown in FIG. 2 was prepared.
In addition, on the base surface (portion indicated by the broken line in FIG. 2) of the dies of Examples 1, 4, 6, 9 to 11, 13, 16, and 17 and Comparative Examples 2 to 4, the thickness of the entire hardened layer is set. A 0.05 mm plasma nitriding treatment was performed.
次に、実施例1〜18及び比較例2〜5のダイの表面(図2の破線で示した部分)にショットピーニングによりメディアを投射して微小な凹凸を付与した。このとき、ショットピーニングは、実施例1〜18及び比較例3〜5については、スチール製で粒径が100μm以下のメディアを用いて、投射速度100m/秒で行った。このとき、投射圧は、0.1MPa以上0.6MPa以下、投射距離は、100mm以上300mm以下となった。比較例2については、スチール製で粒径が500μmのメディアを用いて、投射速度150m/秒で行った。このとき、投射圧は、0.1MPa以上0.6MPa以下、投射距離は、100mm以上300mm以下となった。 Next, the media were projected by shot peening on the surfaces of the dies of Examples 1 to 18 and Comparative Examples 2 to 5 (parts indicated by broken lines in FIG. 2) to give minute irregularities. At this time, shot peening was performed at a projection speed of 100 m / sec using Examples 1 to 18 and Comparative Examples 3 to 5 made of steel and having a particle diameter of 100 μm or less. At this time, the projection pressure was 0.1 MPa to 0.6 MPa, and the projection distance was 100 mm to 300 mm. Comparative Example 2 was performed using a medium made of steel and having a particle size of 500 μm at a projection speed of 150 m / sec. At this time, the projection pressure was 0.1 MPa to 0.6 MPa, and the projection distance was 100 mm to 300 mm.
次に、実施例1〜18及び比較例1〜2のダイの表面(図2の破線で示した部分)に、イオンプレーティング法で硬質被膜を被覆した。このとき、アルゴンイオンボンボードを実施する電界電圧は500〜1000V、被覆を実施する電界電圧は50〜300V、反応性ガスの圧力は1〜10Paとした。各実施例及び各比較例の具体的な条件は、表1に示す被膜種類等に応じて、これらの中から選択した。多層の場合(実施例13〜15)には、繰返しイオンプレーティング法を行った。尚、実施例13〜15の多層被膜は、同表で左側の被膜を先に被覆し、右側の被膜を後で被覆した。すなわち、実施例13を例にとるとTiNを先に被覆してから、CrNを被覆した。 Next, a hard film was coated on the surfaces of the dies of Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 and 2 (parts indicated by broken lines in FIG. 2) by an ion plating method. At this time, the electric field voltage for carrying out the argon ion bonboard was 500 to 1000 V, the electric field voltage for carrying out the coating was 50 to 300 V, and the pressure of the reactive gas was 1 to 10 Pa. The specific conditions of each example and each comparative example were selected from these according to the type of film shown in Table 1. In the case of multiple layers (Examples 13 to 15), the repeated ion plating method was performed. In the multilayer coatings of Examples 13 to 15, the left side coating in the same table was coated first, and the right side coating was coated later. That is, taking Example 13 as an example, TiN was coated first, and then CrN was coated.
次に、実施例4,5,7,8,11,14,15,17及び比較例2〜5のダイの表面(図2の破線で示した部分)には、再度、ショットピーニングにより表面に微小な凹凸を付与した。このとき、ショットピーニングは、各実施例及び比較例3〜5については、セラミック製又はガラス製で粒径が100μm以下のメディアを用いて、投射速度100m/秒で行った。このとき、投射圧は、0.1MPa以上0.6MPa以下、投射距離は、100mm以上300mm以下となった。比較例2については、ガラス製で粒径が500μmのメディアを用いて、投射速度150m/秒で行った。このとき、投射圧は、0.1MPa以上0.6MPa以下、投射距離は、100mm以上300mm以下となった。 Next, the surfaces of the dies of Examples 4, 5, 7, 8, 11, 14, 15, 17 and Comparative Examples 2 to 5 (portions indicated by broken lines in FIG. 2) are again applied to the surface by shot peening. Minute irregularities were given. At this time, about each Example and Comparative Examples 3-5, shot peening was performed at the projection speed of 100 m / sec using the medium made from a ceramic or glass and a particle size of 100 micrometers or less. At this time, the projection pressure was 0.1 MPa to 0.6 MPa, and the projection distance was 100 mm to 300 mm. Comparative Example 2 was performed at a projection speed of 150 m / sec using a medium made of glass and having a particle size of 500 μm. At this time, the projection pressure was 0.1 MPa to 0.6 MPa, and the projection distance was 100 mm to 300 mm.
以上の手順で実施例1〜18及び比較例1〜5のパンチ及びダイを得た。尚、図2の破線部分にのみ表面処理を施したのは、その他の部分では微小焼付きが防止され、かじりが発生しないからである。
そして、実施例1〜18及び比較例1〜5について、同図に示すダイの表面(図2の破線で示した部分)の被膜厚さ(μm)、表面粗さRa(μm)を測定した。表面粗さRaは、任意の直交する二方向から測定した結果である。結果を表1にまとめて示す。
The punch and die of Examples 1-18 and Comparative Examples 1-5 were obtained by the above procedure. The reason why the surface treatment is applied only to the broken line portion in FIG. 2 is that micro-seizure is prevented in other portions and no galling occurs.
And about Examples 1-18 and Comparative Examples 1-5, the film thickness (micrometer) and surface roughness Ra (micrometer) of the surface (part shown with the broken line of FIG. 2) of the die | dye shown in the figure were measured. . The surface roughness Ra is the result of measurement from any two orthogonal directions. The results are summarized in Table 1.
(ハット曲げ試験)
実施例1〜18及び比較例1〜5について、図2に示すパンチ及びダイを用いて、以下の条件でハット曲げ試験を行った。ハット曲げ試験は、ワークとして用いた下記の高張力鋼板にかじりが発生するまでワークを一回ごとに取り替えながら繰返し行った。
<ハット曲げ試験条件>
(1)ストローク 50mm
(2)ワーク 980MPa級高張力鋼板、1.5mm厚、表面処理無し
(3)潤滑材 刷毛で塗布した防錆油
(4)冷間鍛造用金型(パンチ及びダイ)の素材 SKD11
表1に、ワークにかじりが発生するまでの個数を併せて示す。
図3に、表1に示したハット曲げ試験の結果をグラフで示す。図3のグラフは、ワークにかじりが発生するまでの加工個数を表面粗さRaとの関係で示したものである。
(Hat bending test)
About Examples 1-18 and Comparative Examples 1-5, the hat bending test was done on condition of the following using the punch and die | dye shown in FIG. The hat bending test was repeated while replacing the workpiece every time until galling occurred in the following high-tensile steel plate used as the workpiece.
<Hat bending test conditions>
(1) Stroke 50mm
(2) Workpiece 980 MPa class high strength steel plate, 1.5 mm thickness, no surface treatment (3) Lubricant Antirust oil applied with brush (4) Cold forging die (punch and die) material SKD11
Table 1 also shows the number of workpieces until galling occurs.
FIG. 3 is a graph showing the results of the hat bending test shown in Table 1. The graph of FIG. 3 shows the number of workpieces until galling occurs in relation to the surface roughness Ra.
(評価)
まず、比較例1〜3と比較例4,5との比較によれば、比較例1〜3のように硬質被膜を形成すると、それらの表面粗さRaに関わらず、比較例4の単なる窒化のみのものや、比較例5の単なる残留圧縮応力付与のものに比べ、かじり発生に至るまでの加工個数が大幅に増加することがわかった。そのため、硬質被膜の形成が、かじりの抑制に効果があることがわかった。また、比較例4と5とを比べると、下地窒化をしたものは、下地窒化をしなかったものに比べ、かじり発生に至るまでの加工個数が大幅に増えたため、下地窒化もかじりの抑制に効果があることがわかった。
(Evaluation)
First, according to the comparison between Comparative Examples 1 to 3 and Comparative Examples 4 and 5, when a hard film is formed as in Comparative Examples 1 to 3, the simple nitriding of Comparative Example 4 regardless of the surface roughness Ra. It was found that the number of workpieces until the occurrence of galling significantly increased as compared with the case of only the above and the case of the comparative example 5 with a simple residual compressive stress. Therefore, it was found that the formation of a hard coating is effective in suppressing galling. Further, comparing the comparative examples 4 and 5, the number of processing until the occurrence of galling was significantly increased in the case where the base nitriding was performed, compared to the case where the base nitriding was not performed. I found it effective.
実施例1〜18は、比較例1〜3よりも、かじり発生に至るまでの加工個数が大幅に増えた。
まず、比較例1が、かじり発生に至るまでの加工個数が少なかった理由は、比較例1は被覆前ショットも被覆後ショットも行っていないため、実施例1〜18に比べて表面粗さRaが細かすぎたためといえる。換言すれば、その理由は、比較例1は、その表面粗さRaが細かすぎたために潤滑材の保持力が低い、あるいは、潤滑材を弾き、硬質被膜の摩耗や剥離が生じて、ワーク(高張力鋼板)がダイと微小焼付きを起こし、かじりが発生しやすくなったためといえる。
In Examples 1 to 18, the number of processed parts until the occurrence of galling significantly increased compared to Comparative Examples 1 to 3.
First, the reason why Comparative Example 1 had a smaller number of processing until the occurrence of galling was that Comparative Example 1 did not perform either a pre-coating shot or a post-coating shot, and therefore surface roughness Ra compared to Examples 1-18. It can be said that is too fine. In other words, the reason is that in Comparative Example 1, the surface roughness Ra is too fine, so that the holding power of the lubricant is low, or the lubricant is repelled and the hard coating is worn or peeled off. It can be said that the high-strength steel plate) was slightly seized with the die, and galling was likely to occur.
次に、比較例2が、被覆前ショットも被覆後ショットも行っているにも拘わらず、かじり発生に至るまでの加工個数が少なかった理由は、実施例1〜18に比べて表面粗さRaが粗すぎたためといえる。換言すれば、その理由は、比較例2は、その表面粗さRaが粗すぎたために凹凸の凸部の摩耗が促進され、剥離が生じ、ワーク(高張力鋼板)がダイと微小焼付きを起こし、かじりが発生しやすくなったためといえる。また、このような結果になった理由は、比較例2の投射速度を150m/秒にしたため表面粗さRaが粗くなったことも原因と考えられる。 Next, the reason why the number of processing until the occurrence of galling was small despite the fact that Comparative Example 2 performed both the pre-coating shot and the post-coating shot was that the surface roughness Ra was compared to Examples 1-18. It can be said that is too rough. In other words, the reason is that in Comparative Example 2, since the surface roughness Ra was too rough, the wear of the convex and concave portions was promoted, peeling occurred, and the workpiece (high-tensile steel plate) was slightly seized with the die. It can be said that it became easy to cause galling. Further, the reason for such a result is considered to be that the surface roughness Ra is increased because the projection speed of Comparative Example 2 is set to 150 m / sec.
次に、比較例3が、被覆前ショットも被覆後ショットも行い、且つ、表面粗さRaも実施例1〜18と大きな違いは無いにも係わらず、かじり発生に至るまでの加工個数が少なかった理由は、表面粗さRaがX方向とY方向とで差があった(粗さ異方性があった)ためといえる。換言すれば、その理由は、比較例3は、その表面粗さRaに粗さ異方性があったために、潤滑材がある方向へ流れてしまい、その結果、潤滑材の保持力が弱くなり、硬質被膜の摩耗や剥離が生じて、高張力鋼板がダイと微小焼付きを起こし、かじりが発生しやすくなったためといえる。 Next, Comparative Example 3 performs both pre-coating shots and post-coating shots, and the surface roughness Ra is not significantly different from those of Examples 1 to 18, but the number of processing until galling occurs is small. This is because the surface roughness Ra was different between the X direction and the Y direction (there was roughness anisotropy). In other words, the reason is that in Comparative Example 3, since the surface roughness Ra has roughness anisotropy, the lubricant flows in a certain direction, and as a result, the holding force of the lubricant is weakened. It can be said that wear and peeling of the hard coating occurred, and the high-tensile steel plate caused minute seizure with the die, and galling was likely to occur.
これに対し、実施例1〜18は、硬質被膜は、凹凸を形成し、その凸部が硬く、且つ、所定の表面粗さRa(0.05μm以上0.50μm以下)の凹凸を形成し、凹部に潤滑材の油溜まりができるため、摩擦が減少して硬質被膜の摩耗や剥離が生じにくくなったといえる。また、実施例1〜18は、凹凸が少なくとも任意の二方向から測定した場合に所定の表面粗さRa(0.05μm以上0.50μm以下)に収まっていたため、潤滑材の保持力が良好であったといえる。従って、実施例1〜18は、硬質被膜と表面粗さRa(凹凸)との相乗効果により、比較例1〜5よりも、硬質被膜の摩耗や剥離を抑制でき、潤滑材の保持力を維持することができ、その結果、ワーク(高張力鋼板)がダイと微小焼付きを起こすことが抑制され、これにより、かじりの発生が抑制されたといえる。 On the other hand, in Examples 1 to 18, the hard film forms irregularities, the convex portions are hard, and irregularities with a predetermined surface roughness Ra (0.05 μm or more and 0.50 μm or less) are formed. It can be said that since the oil reservoir of the lubricant is formed in the concave portion, the friction is reduced and the hard coating is hardly worn or peeled off. In Examples 1 to 18, since the unevenness was measured within at least a predetermined surface roughness Ra (0.05 μm or more and 0.50 μm or less) when measured from at least two directions, the holding power of the lubricant was good. It can be said that there was. Therefore, Examples 1-18 can suppress wear and exfoliation of a hard film, and maintain the retention of a lubricant rather than comparative examples 1-5 by a synergistic effect of a hard film and surface roughness Ra (unevenness). As a result, it can be said that the work (high-strength steel plate) is prevented from causing micro-seizure with the die, thereby suppressing the occurrence of galling.
また、図3のグラフによれば、表1に示した結果と同様に、実施例1、16は、かじりが発生するまでの加工個数が比較例2よりも顕著に多いことが確認できた。また、実施例1、18同士を比べると被覆後ショットを行った方が、被覆後ショットを行わなかったものに比べて全体としては、かじりが発生するまでの加工個数が多い傾向があることがわかった。図3のグラフから、硬質被膜の表面粗さRaは、0.05μm以上0.50μm以下が好ましく、0.05μm以上0.30μm以下がより好ましく、0.10μm以上0.25μm以下が更により好ましいことがわかった。 Further, according to the graph of FIG. 3, similarly to the results shown in Table 1, it was confirmed that Examples 1 and 16 were significantly more processed than Comparative Example 2 until galling occurred. Further, when Examples 1 and 18 are compared with each other, it is likely that the shots after coating tend to have a larger number of processing until galling occurs as a whole than those without shots after coating. all right. From the graph of FIG. 3, the surface roughness Ra of the hard coating is preferably 0.05 μm or more and 0.50 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 0.30 μm or less, and even more preferably 0.10 μm or more and 0.25 μm or less. I understood it.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.
本発明に係る冷間鍛造用金型及びその製造方法は、金型摩耗を抑制することにより金型寿命を改善でき、成形品の品質を改善できるため、金型メーカーや金型を用いて各種製品を製造するメーカーにとって産業上の利用価値が極めて高い。 The cold forging die and its manufacturing method according to the present invention can improve die life by suppressing die wear and improve the quality of molded products. Industrial use value is extremely high for manufacturers who manufacture products.
1 冷間鍛造用金型
2 金型意匠面
3 硬質被膜
4 金型表面
1 Cold forging die 2 Mold design surface 3
Claims (7)
前記被膜は、表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下であることを特徴とする冷間鍛造用金型。 Carbide, nitride, or carbonitriding containing one or more of Group 4A (Ti, Zr, Hf), Group 5A (V, Nb, Ta), Group 6A (Cr, Mo, W) metals on the mold design surface And one or more of 4A group (Ti, Zr, Hf), 5A group (V, Nb, Ta), 6A group (Cr, Mo, W) metal and one or two kinds of Si and Al A single-layer or multi-layer coating composed of one or more selected from the group consisting of nitrides containing,
The cold forging die according to claim 1, wherein the coating has a surface roughness Ra of 0.05 μm or more and 0.50 μm or less even when measured from any direction.
前記凹凸形成工程を行った後に、PVD法により前記金型意匠面に4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上とSi及びAlの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を形成する被膜形成工程とを備えたことを特徴とする冷間鍛造用金型の製造方法。 An irregularity forming step of forming irregularities so that the surface roughness Ra is measured from any direction on the mold design surface by shot peening so as to be 0.05 μm or more and 0.50 μm or less,
After performing the unevenness forming step, a kind of 4A group (Ti, Zr, Hf), 5A group (V, Nb, Ta), 6A group (Cr, Mo, W) metal on the mold design surface by PVD method Or a carbide, nitride or carbonitride containing two or more, and a group 4A (Ti, Zr, Hf), group 5A (V, Nb, Ta), group 6A (Cr, Mo, W) metal or A film forming step of forming a single-layer or multi-layer film composed of one kind or two or more kinds selected from the group consisting of nitrides containing two or more kinds and one or two kinds of Si and Al. A method for manufacturing a cold forging die.
前記被覆前凹凸形成工程を行った後に、PVD法により前記金型意匠面に4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、4A族(Ti,Zr,Hf)、5A族(V,Nb,Ta)、6A族(Cr,Mo,W)金属の一種又は二種以上とSi及びAlの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を形成する被膜形成工程と、
前記被膜形成工程を行った後に、ショットピーニングにより前記被膜に表面粗さRaがいずれの方向から測定しても0.05μm以上0.50μm以下になるように凹凸を形成する被覆後凹凸形成工程とを備えたことを特徴とする冷間鍛造用金型の製造方法。 Pre-coating irregularity forming process for forming irregularities on the mold design surface by shot peening,
After performing the pre-coating irregularity forming step, the PVD method is used to form a 4A group (Ti, Zr, Hf), 5A group (V, Nb, Ta), 6A group (Cr, Mo, W) metal on the mold design surface. Of carbides, nitrides or carbonitrides containing one or more of the above, and group 4A (Ti, Zr, Hf), group 5A (V, Nb, Ta), group 6A (Cr, Mo, W) metals A film forming step of forming a single-layer or multi-layer film composed of one kind or two or more kinds selected from the group consisting of nitrides containing one or two kinds and one or two kinds of Si and Al; and
A post-coating concavo-convex forming step of forming concavo-convex so that the surface roughness Ra is measured to be 0.05 μm or more and 0.50 μm or less on the coating by shot peening after performing the coating forming step; A method for producing a cold forging die, comprising:
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