JP6563571B1 - Mold manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】金型の製造方法で、特に、ダイカスト金型製造時の表面処理工程の改善により、金型の長寿命化を図ることができる金型の製造方法を提供する。【解決手段】(A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、(B)ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、を有する金型の製造方法である。また、(C)前記ショットピーニング処理後に、窒化処理を行う工程と、を有する金型の製造方法である。【選択図】図6Disclosed is a mold manufacturing method, and in particular, a mold manufacturing method capable of extending the life of a mold by improving a surface treatment process at the time of manufacturing a die casting mold. (A) A steel material is subjected to shot blasting treatment on the surface of the steel material after machining or electric discharge machining to remove the work-affected layer, and (B) shot peening treatment is performed after the shot blasting treatment. And a step of adjusting the surface roughness and applying compressive residual stress. And (C) a step of performing nitriding after the shot peening treatment. [Selection] Figure 6
Description
本発明は、金型の製造方法に関し、特に、ダイカスト金型製造時の表面処理工程の改善により、金型の長寿命化を図ることができる金型の製造方法に関する。 The present invention relates to a mold manufacturing method, and more particularly, to a mold manufacturing method capable of extending the life of a mold by improving a surface treatment process when manufacturing a die-cast mold.
ダイカストは生産性に優れ、高品質の鋳物を提供できることから、現在アルミ鋳物の大部分はダイカスト製品である。また、その製品の多くは自動車部品であり、近年の高性能化、軽量化により部品の高品質化、軽量化が求められている。そのため、ダイカスト金型にも高品質化、長寿命化が求められ、鋼材の高性能化や多くの表面処理が提案、実用化がなされている。 Since die casting is excellent in productivity and can provide high quality castings, most of the aluminum castings are currently die casting products. Many of the products are automobile parts, and high quality and light weight of parts are required due to recent high performance and light weight. For this reason, die casting molds are also required to have high quality and long life, and high performance steel materials and many surface treatments have been proposed and put into practical use.
また、金型の製造の工程としては、一般的に、以下の(1)〜(12)の工程で行われている。
(1)設計
(2)加工データ作成
(3)荒加工
(4)仕上げ加工
(5)機械加工(マシニング加工)
(6)放電加工
(7)研磨
(8)寸法検査(金型部品)
(9)組み立て
(10)試打ち
(11)寸法検査(製品)
※必要に応じて金型修正
(12)表面処理(窒化処理など)
Moreover, as a process of manufacture of a metal mold | die, generally, it is performed at the following processes (1)-(12).
(1) Design (2) Machining data creation (3) Roughing (4) Finishing (5) Machining (machining)
(6) Electrical discharge machining (7) Polishing (8) Dimensional inspection (mold part)
(9) Assembly (10) Trial hit (11) Dimensional inspection (Product)
* Die modification as necessary (12) Surface treatment (nitriding, etc.)
かかる金型の製造方法に関して、非特許文献1には、金型寿命を左右する要因は、金型材料、熱処理、鋳造条件など多岐に渡り、金型製作時の要因についても指摘されているが、一般的に、上記のように、金型の加工には、機械加工および放電加工が用いられ、いずれの場合にも加工後には、鋼材の加工面に変質層(溶融再凝固層)が生じ、変質層除去のための研磨を行う必要がある。具体的には、上記工程のマシニング加工面あるいは放電加工面の粗さ(Rz)は、通常、5〜20μm程度であり、この面を平滑にすると共に加工時の変質層を除去するため「磨き(研磨)」を行っている。また、上記の工程(7)の研磨は、現在でも多くの場合、手作業で行われており、多くの人手、時間および費用を費やしている。これは、非特許文献2〜4に開示されているように、放電加工面には変質層が生じ、この変質層は局部溶解と再凝固による脆弱な層や微小クラックがあり、また引張り残留応力があることから完全に除去しないと金型寿命に悪影響を及ぼすものである。 With regard to such a mold manufacturing method, Non-Patent Document 1 has various factors such as mold material, heat treatment, casting conditions, and other factors that influence the mold life. Generally, as described above, machining and electrical discharge machining are used for machining the mold, and in any case, after machining, an altered layer (melted and re-solidified layer) is formed on the machined surface of the steel material. It is necessary to perform polishing for removing the deteriorated layer. Specifically, the roughness (Rz) of the machining surface or electrical discharge machining surface in the above process is usually about 5 to 20 μm, and “polishing” is performed to smooth this surface and remove the altered layer during processing. (Polishing) ". In addition, the polishing in the above-described step (7) is still performed manually in many cases even today and consumes a lot of manpower, time and cost. This is because, as disclosed in Non-Patent Documents 2 to 4, an altered layer occurs on the electric discharge machined surface, and this altered layer has a fragile layer and microcracks due to local dissolution and re-solidification, and tensile residual stress. Therefore, if it is not completely removed, the mold life will be adversely affected.
また、金型の加工に放電加工を使用せず、機械加工のみで加工を完了させた場合でも加工面の凹凸(ツールマーク)が残り、これがクラックの発生起点となるといわれている。さらに、引張り残留応力もあるといわれており、機械加工の場合でも加工面の研磨が必要とされている(非特許文献5)。 Further, it is said that unevenness (tool mark) on the processed surface remains even when the machining is completed only by machining without using electric discharge machining for the mold, and this is the starting point of occurrence of cracks. Furthermore, it is said that there is also a tensile residual stress, and polishing of the processed surface is required even in the case of machining (Non-Patent Document 5).
さらに、上記のように、機械加工後研磨あるいは放電加工後研磨した後に試打ちを行い、製品の寸法確認ができた後に、窒化処理などの表面処理を行っている。これは、寸法確認前に窒化処理などの表面処理を行うと、製品の寸法不具合があった場合に金型の寸法修正が容易でないからである。 Further, as described above, after the post-machining polishing or the electro-discharge polishing, a test punching is performed, and after the dimensions of the product can be confirmed, a surface treatment such as nitriding is performed. This is because, if surface treatment such as nitriding is performed before checking the dimensions, it is not easy to correct the dimensions of the mold if there is a dimensional defect in the product.
また、上記工程(12)の金型表面処理については非常に多くの処理が実際に行われている。ショットピーニングによる金型表面の平滑化と圧縮残留応力が金型寿命に良好な効果をもたらすことも知られており、さらにショットピーニングと窒化処理を組み合わせる技術も提案されている。(特許文献1および特許文献2)。 In addition, as for the mold surface treatment in the step (12), a great number of treatments are actually performed. It is known that smoothing of the mold surface by shot peening and compressive residual stress have a good effect on the mold life, and a technique combining shot peening and nitriding is also proposed. (Patent Document 1 and Patent Document 2).
金型の製造において、従来から変質層除去のために、上記工程(7)の研磨が行われているが、研磨作業は、主に手作業で行われるため、時間と費用を費やすという問題点があった。そのため、研磨にかわる変質層の除去方法が求められていた。 In the manufacture of molds, the polishing of the above step (7) has been conventionally performed to remove the deteriorated layer. However, since the polishing work is mainly performed manually, there is a problem that time and cost are consumed. was there. Therefore, there has been a demand for a method for removing the deteriorated layer in place of polishing.
また、機械加工後研磨あるいは放電加工後研磨した後に試打ちを行っているが、試打ち時に金型に微細なクラックが入り、それが金型の寿命に悪影響を及ぼしている場合もある。そのため、試打ち時には、窒化処理のような金型表面を硬くすることなく微細クラックの発生を防止できる処理を施し、試打ち後に窒化処理を施すことが求められている。また、上記工程10の試打ちは、金型の表面処理をする前に製品の寸法検査を行い、必要な場合には金型修正をするために必要な工程であるが、この試打ちの際に微細なクラックが生じ、この微細クラックがあると窒化処理を行った後にもクラックの起点となり金型寿命に悪影響を及ぼすおそれがある。しかしながら、この試打ち時のクラックに注目して金型製造の工程に言及している事例は見当たらないのが現状である。 In addition, although trial punching is performed after polishing after machining or after polishing after electric discharge machining, there is a case in which a fine crack enters the mold at the time of trial punching, which adversely affects the life of the mold. For this reason, it is required to perform a treatment that can prevent the occurrence of fine cracks without hardening the mold surface, such as nitriding, and to perform nitriding after the trial. In addition, the trial punching in the above step 10 is a step necessary for performing a dimensional inspection of the product before the surface treatment of the mold, and correcting the mold if necessary. A fine crack is generated in the metal, and if this fine crack is present, the crack becomes a starting point even after the nitriding treatment, which may adversely affect the mold life. However, at present, there are no examples that mention the mold manufacturing process by paying attention to the crack at the time of trial hitting.
さらに、特許文献1および2記載の技術は、それぞれ省力化、費用削減あるいは金型寿命延長に効果があると考えられるが、金型製造工程全体としての費用削減、工期短縮および金型の高品質化に最適とは言い難いものであった。また、高寿命の金型を低コストで製造するために、上述のように各工程で様々な工夫が行われているが、処理内容と処理工程が必ずしも明確ではなかった。 Furthermore, although the techniques described in Patent Documents 1 and 2 are considered to be effective for labor saving, cost reduction, or mold life extension, respectively, the cost reduction for the entire mold manufacturing process, shortening the work period, and high quality of the mold. It was hard to say that it was the best for the development. Further, in order to manufacture a long-life mold at a low cost, various ideas have been made in each process as described above, but the processing content and the processing process are not always clear.
そこで、本発明の目的は、前記の従来技術の問題点を解決し、従来、問題点であると指摘されながらもその対応が十分ではなかった試打ち時の微細クラックに着目し、その前後の金型製造工程の処理内容を適切にすることにより、短工期、低コストで金型の長寿命化を図ることができる金型の製造方法を提供するものである。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, focusing on fine cracks at the time of trial hitting, which has been pointed out as a problem but was not sufficiently addressed, and before and after The present invention provides a mold manufacturing method capable of extending the service life of a mold at a short construction period and at low cost by making the processing contents of the mold manufacturing process appropriate.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ショットブラスト処理の後にショットピーニング処理を行うことによって、前記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the object can be achieved by performing shot peening after shot blasting, and have completed the present invention. .
即ち、本発明の金型の製造方法は、
(A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、前記鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、
(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、
を有することを特徴とするものである。
That is, the mold manufacturing method of the present invention is:
(A) A step of performing a shot blast treatment on the surface of the steel material after machining or electric discharge machining of the steel material to remove the work-affected layer;
(B) A step of performing shot peening after the shot blasting to adjust the surface roughness and applying compressive residual stress;
It is characterized by having.
また、本発明の金型の製造方法は、
(A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、前記鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、
(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、
(C)前記ショットピーニング処理後に、窒化処理を行う工程と、
を有することを特徴とするものである。さらに、前記窒化処理後の前記鋼材における表面硬化層深さが、50〜100μmであることが好ましい。さらに好ましくは、前記窒化処理において、通常のガス窒化などにより鋼材表面に生じる所謂「白層」が生じない窒化処理が望ましい。
Moreover, the manufacturing method of the metal mold | die of this invention is as follows.
(A) A step of performing a shot blast treatment on the surface of the steel material after machining or electric discharge machining of the steel material to remove the work-affected layer;
(B) A step of performing shot peening after the shot blasting to adjust the surface roughness and applying compressive residual stress;
(C) performing a nitriding process after the shot peening process;
It is characterized by having. Furthermore, it is preferable that the surface hardened layer depth in the steel material after the nitriding treatment is 50 to 100 μm. More preferably, in the nitriding treatment, a nitriding treatment in which a so-called “white layer” generated on the steel material surface by ordinary gas nitriding or the like does not occur is desirable.
また、本発明の金型の製造方法は、前記ショットブラスト処理が、F10〜F320のアルミナあるいは炭化けい素のショット材を用い、0.2MPa〜0.6MPaの空気圧で行うショットブラスト処理であり、前記ショットピーニング処理が、#120〜#320相当のガラスビーズ、スチールビーズ、ジルコンビーズまたはジルコニアビーズのピーニング材を用い、0.2MPa〜0.6MPaの空気圧で行うショットピーニング処理であることが好ましい。なお、本発明において、「F」および「#」は、JIS R6001によるものである。 Further, the mold manufacturing method of the present invention is a shot blasting process in which the shot blasting process is performed using an F10 to F320 alumina or silicon carbide shot material at an air pressure of 0.2 MPa to 0.6 MPa, The shot peening treatment is preferably a shot peening treatment performed using a peening material of glass beads, steel beads, zircon beads or zirconia beads corresponding to # 120 to # 320 at an air pressure of 0.2 MPa to 0.6 MPa. In the present invention, “F” and “#” are according to JIS R6001.
本発明によると、ダイカスト金型製造時の表面処理工程の改善により、金型の長寿命化を図ることができる金型の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the metal mold | die which can aim at the lifetime improvement of a metal mold | die can be provided by the improvement of the surface treatment process at the time of die-casting metal mold manufacture.
以下、本発明の金型の製造方法(金型製造における鋼材の表面処理方法)ついて具体的に説明する。
本発明の金型の製造方法は、(A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、前記鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、を有することを特徴とするものである。このように、機械加工あるいは放電加工後にショットブラスト処理、そしてショットピーニング処理を行うことで、鋼材の加工面の変質層および引張り残留応力を取り除き、表面粗さを整えると共に圧縮残留応力を付与することができ、その結果、研磨作業の時間と費用を軽減し、加えて試打ち時の微小クラックの発生を防止することができる。なお、機械加工は、オークマ株式会社製の立形マシニングセンタMB−46VA(商品名)等の機械加工機を使用して行うことができ、放電加工は、株式会社牧野フライス製作所製のEDGE3(商品名)等の放電加工機を使用して行うことができる。
Hereinafter, a method for manufacturing a mold according to the present invention (a method for surface treatment of a steel material in mold manufacture) will be specifically described.
The mold manufacturing method of the present invention includes (A) a step of performing a shot blasting process on the surface of the steel material after machining or electric discharge machining of the steel material to remove a work-affected layer, and And a step of performing a shot peening treatment after the treatment to adjust the surface roughness and impart compressive residual stress. In this way, by performing shot blasting and shot peening after machining or electrical discharge machining, it is possible to remove the altered layer and tensile residual stress on the processed surface of the steel, to adjust the surface roughness and to apply compressive residual stress As a result, the time and cost of the polishing work can be reduced, and in addition, the generation of microcracks during trial strikes can be prevented. The machining can be performed using a machining machine such as a vertical machining center MB-46VA (trade name) manufactured by Okuma Corporation. ) Or the like.
また、本発明の金型の製造方法は、(A)鋼材を機械加工あるいは放電加工の後に、前記鋼材の表面にショットブラスト処理を行って、加工変質層を除去する工程と、(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、(C)前記ショットピーニング処理後に、窒化処理を行う工程と、を有することを特徴とするものである。このように、ショットピーニング後に試打ちを行い、その試打ち後に、窒化処理を行うことにより、金型寿命を延ばすことができ、試打ち時には、窒化処理のような金型表面を硬くすることは行わずに、ショットブラスト処理と、その後のショットピーニング処理で、微細クラックの発生を防止し、試打ち後に窒化処理を施すことが必要である。 The mold manufacturing method of the present invention includes (A) a step of performing a shot blasting process on the surface of the steel material after machining or electric discharge machining of the steel material, and removing a work-affected layer (B) A step of performing shot peening after the shot blasting to adjust the surface roughness and imparting compressive residual stress; and (C) a step of performing nitriding after the shot peening. To do. Thus, by performing test punching after shot peening, and performing nitriding after the test punching, it is possible to extend the mold life. Instead, it is necessary to prevent the occurrence of fine cracks by shot blasting and subsequent shot peening, and to perform nitriding after trial firing.
試打ち時に微細クラックを生じさせないことはその後の金型寿命を長く保つために重要なことであり、このためには、金型加工後に鋼材の表面変質層を除去し、クラック発生を抑制する処理を施すことが望ましい。そこで、鋭意検討した結果、変質層の除去にはショットブラストが効果的であり、表面改質と圧縮残留応力の付与にはショットピーニングが有効であることを見出したものである。その結果、本発明では、アルミダイカスト金型製造時に適切な金型表面処理を適切な工程で行うことにより、従来よりも工期を短縮し、費用を低減し、かつ長寿命な金型を提供することができるものである。 It is important to prevent the occurrence of fine cracks at the time of trial hitting in order to maintain the subsequent mold life, and for this purpose, the surface alteration layer of the steel material is removed after the mold processing to suppress crack generation. It is desirable to apply. Thus, as a result of intensive studies, it has been found that shot blasting is effective for removing the deteriorated layer, and that shot peening is effective for imparting surface modification and compressive residual stress. As a result, in the present invention, by performing an appropriate mold surface treatment in an appropriate process at the time of manufacturing an aluminum die casting mold, it is possible to shorten the construction period, reduce costs, and provide a long-life mold. Is something that can be done.
ショットブラスト処理は、投射材(ショット材(ショットメディア))と呼ばれる粒体を加工物に衝突させる処理のことであり、一般に汚れ除去、清掃に用いられており、使用するメディアもブラスト条件も様々である。変質層の除去にはある水準の研掃力が必要であるが、あまり研掃力が強く、表面を必要以上に粗くしてしまうことは好ましくない。そのため、機械加工あるいは放電加工の仕上げ状態を考慮したショット材やショットブラスト条件を選択する必要があり、適切な条件のショットブラスト処理が必要である。また、ショットブラスト処理後のショットピーニング処理は、無数の鋼鉄あるいは非鉄金属の小さな球体を高速で金属表面に衝突させる処理のことであり、表面粗さを整え圧縮残留応力を付与するものである。この場合も、ショットブラスト処理の仕上がり状態を考慮して、最適なショット材を用いること、あるいはピーニング条件とする必要がある。 Shot blasting is a process in which a particle called a projection material (shot material (shot media)) collides with a workpiece, and is generally used for dirt removal and cleaning. Various media and blasting conditions are used. It is. A certain level of scouring force is required to remove the deteriorated layer, but the scouring force is so strong that it is not preferable to make the surface unnecessarily rough. For this reason, it is necessary to select shot materials and shot blasting conditions in consideration of the finishing state of machining or electric discharge machining, and shot blasting under appropriate conditions is necessary. The shot peening process after the shot blasting process is a process in which a small sphere of an infinite number of steels or non-ferrous metals collides with the metal surface at high speed, and adjusts the surface roughness and imparts compressive residual stress. Also in this case, it is necessary to use an optimal shot material or to use peening conditions in consideration of the finished state of the shot blasting process.
そのため、本発明の金型の製造方法は、前記ショットブラスト処理が、F10〜F320のアルミナあるいは炭化けい素のショット材を用い、0.2MPa〜0.6MPaの空気圧で行うショットブラスト処理であり、前記ショットピーニング処理が、#120〜#320相当のガラスビーズ、スチールビーズ、ジルコンビーズまたはジルコニアビーズのピーニング材を用い、0.2MPa〜0.6MPaの空気圧で行うショットピーニング処理であることが好ましい。また、本発明の金型の製造方法は、F54〜F240のアルミナあるいは炭化けい素のショット材を用い、0.3MPa〜0.5MPaの空気圧で行うショットブラスト処理であり、前記ショットピーニング処理が、#120〜#240のガラスビーズ、スチールビーズ、ジルコンビーズまたはジルコニアのピーニング材を用い、0.3MPa〜0.5MPaの空気圧で行うショットピーニング処理であることが、より好ましい。このショットブラスト条件とすることで、金型表面の変質層の除去の作業時間がより短くなり、表面粗さを不要に粗くしないバランスで処理することができる。 Therefore, the method for producing a mold of the present invention is a shot blasting process in which the shot blasting process is performed using an F10 to F320 alumina or silicon carbide shot material at an air pressure of 0.2 MPa to 0.6 MPa, The shot peening treatment is preferably a shot peening treatment performed using a peening material of glass beads, steel beads, zircon beads or zirconia beads corresponding to # 120 to # 320 at an air pressure of 0.2 MPa to 0.6 MPa. Further, the mold manufacturing method of the present invention is a shot blasting process using an F54 to F240 alumina or silicon carbide shot material at an air pressure of 0.3 MPa to 0.5 MPa, and the shot peening process is performed as follows: It is more preferable that the shot peening treatment is performed using a peening material of # 120 to # 240 glass beads, steel beads, zircon beads or zirconia at an air pressure of 0.3 MPa to 0.5 MPa. By setting it as this shot blasting condition, the work time for removing the deteriorated layer on the mold surface can be shortened, and processing can be performed in a balance that does not unnecessarily roughen the surface roughness.
また、本発明において、ショットブラスト処理とショットピーニング処理の工程は、その順序を逆にすることは不可である。これは、下記実施例にも示しているが、鋼材の加工面へのショットピーニング処理では変質層を除去することは困難であり、また、ショットピーニング処理後にショットブラスト処理を行うとショットブラスト処理後にショットピーニング処理行った場合と比較して、鋼材を平滑面とすることは困難であるからである。 In the present invention, the order of the steps of the shot blasting process and the shot peening process cannot be reversed. This is also shown in the following examples, but it is difficult to remove the altered layer by shot peening treatment on the processed surface of the steel material, and when shot blast treatment is performed after shot peening treatment, This is because it is difficult to make the steel material a smooth surface as compared with the case where the shot peening treatment is performed.
さらに、本発明において、ショットブラスト処理とショットピーニング処理後に、窒化処理を行うこともできる。上記のように、金型加工後にショットブラスト処理を行って変質層を除去し、さらにショットピーニング処理により表面改質を行い圧縮残留応力を付与することにより、短工期、低コストで試打ち時のクラック防止効果の高い金型を提供することができ、試打ち時にクラックの発生が防止できていれば、その後の窒化処理の効果が、微細クラックのある状態で窒化処理を施した場合より大きくなる。さらにまた、窒化処理の前処理として、ショットブラスト処理による表面研掃を行うことにより表面を清浄化、活性化し、窒化処理が行われやすくすると共に、表面の極微細なクラックを除去することができ、さらにショットピーニング処理を行うことにより表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与することができる。 Further, in the present invention, nitriding can be performed after the shot blasting and shot peening. As described above, shot blast treatment is performed after mold processing to remove the altered layer, and surface modification is performed by shot peening treatment to give compressive residual stress, thereby reducing the short construction period and low cost at the time of trial firing. If it is possible to provide a mold having a high crack prevention effect and prevent the occurrence of cracks at the time of trial hitting, the effect of the subsequent nitriding treatment will be greater than when nitriding treatment is performed in the presence of fine cracks. . Furthermore, as a pretreatment for nitriding treatment, surface blasting by shot blast treatment is used to clean and activate the surface, facilitating nitriding treatment and removing extremely fine cracks on the surface. Further, by performing shot peening treatment, the surface roughness can be adjusted and compressive residual stress can be applied.
また、本発明において、上記のように、これらの前処理により窒化による表面硬化による金型の長寿命化効果が一層発揮されるが、窒化処理による硬化層の深さ(表面硬化層深さ)としては、金型の耐ヒートクラック性から50〜100μmが効果的であり、かつ表面に所謂白層を生じないことが好ましい。さらに、窒化処理後にショットピーニング処理を行うことにより、より大きい圧縮残留効果が付与され、金型寿命が更にのばすことができる。 In the present invention, as described above, the effect of extending the life of the mold by surface hardening by nitriding is further exhibited by these pretreatments, but the depth of the hardened layer by nitriding treatment (surface hardened layer depth) As for it, it is preferable that 50-100 micrometers is effective from the heat crack resistance of a metal mold | die, and it does not produce what is called a white layer on the surface. Further, by performing shot peening after nitriding, a greater compressive residual effect is imparted and the mold life can be further extended.
本発明において、前記窒化処理の方法としては、前記鋼材を窒化処理することができ、本発明の効果が得られれば特に限定されないが、イオン窒化法、プラズマ窒化法、ガス窒化法、ガス軟窒化法等の方法を挙げることができる。また、窒化処理の条件としては、前記鋼材を窒化処理することができ、本発明の効果が得られれば特に限定されないが、ガス軟窒化法が好ましい。 In the present invention, the nitriding method is not particularly limited as long as the steel material can be nitrided, and the effects of the present invention can be obtained. Ion nitriding method, plasma nitriding method, gas nitriding method, gas soft nitriding A method such as a law can be mentioned. The conditions for the nitriding treatment are not particularly limited as long as the steel material can be nitrided and the effects of the present invention can be obtained, but the gas soft nitriding method is preferred.
また、窒化処理温度が500〜600℃であり、窒化層が金型表面から50〜100μmであることが好ましい。窒化処理として、鋼材の表面に、鉄と窒素の化合物(Fe4NおよびFe2〜3N)、所謂「白層」を生じないように窒化の条件をコントロールすることにより、金型使用中にクラックが生じた際に再度窒化処理が可能となる。 Moreover, it is preferable that nitriding temperature is 500-600 degreeC and a nitrided layer is 50-100 micrometers from a metal mold | die surface. As the nitriding treatment, cracks occurred during the use of the mold by controlling the nitriding conditions so as not to produce iron and nitrogen compounds (Fe4N and Fe2-3N), so-called “white layers” on the surface of the steel material. In this case, nitriding can be performed again.
さらに、本発明において、前記金型(ダイカスト金型)としては、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの鋳造に用いられるダイカスト金型等を挙げることができる。かかる金型の鋼材としては、本発明の効果が得られれば特に限定されないが、例えば、JIS G 4404 SKD61等を挙げることができる。 Furthermore, in the present invention, examples of the mold (die casting mold) include a die casting mold used for casting aluminum alloy, magnesium alloy, and the like. The mold steel material is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be obtained, and examples thereof include JIS G 4404 SKD61.
さらに、本発明において、本発明の効果が損なわれない範囲で、通常の金型の製造方法に使用できる工程を追加できる。例えば、本発明の金型製造方法中に、放電被覆あるいは酸化処理の工程を含んでいてもよい。 Furthermore, in this invention, the process which can be used for the manufacturing method of a normal metal mold | die can be added in the range which does not impair the effect of this invention. For example, the method for manufacturing a mold of the present invention may include a step of discharge coating or oxidation treatment.
以下、本発明について、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
下記表1記載の条件で、SKD61熱処理材の鋼材を処理した。放電加工は、株式会社牧野フライス製作所製のEDGE3放電加工機(商品名)を用い、通常の金型製作時の放電加工条件で行った。また、処理後の鋼材の表面および断面を株式会社キーエンス製のVHX−6000デジタルマイクロスコープ(商品名)で撮影した。さらに、処理後の鋼材の表面粗さを株式会社ミツトヨ製のサーフテスト SJ−400を用いて測定し、表1に併記した。表面粗さとは、JIS B 0601:2001に規定される方法で測定したものである。
Example 1
Under the conditions shown in Table 1 below, the SKD61 heat treated steel was processed. The electric discharge machining was performed using an EDGE3 electric discharge machine (trade name) manufactured by Makino Milling Co., Ltd. under the electric discharge machining conditions during normal mold production. Moreover, the surface and cross section of the steel material after a process were image | photographed with the VHX-6000 digital microscope (brand name) by Keyence Corporation. Furthermore, the surface roughness of the steel material after the treatment was measured using a surf test SJ-400 manufactured by Mitutoyo Corporation, and is also shown in Table 1. The surface roughness is measured by a method defined in JIS B 0601: 2001.
図1は、放電加工後(試料No.1−1)の表面の写真であり、図2は、放電加工後(試料No.1−1)の表面の断面の写真であり、図3は、放電加工後にショットブラスト処理した後(試料No.1−2)の表面の写真であり、図4は、放電加工後にショットブラスト処理した後(試料No.1−2)の表面の断面の写真であり、図5は、放電加工後にショットブラスト処理し、さらにショットピーニング処理した後(試料No.1−3)の表面の写真であり、図6は、放電加工後にショットブラスト処理し、さらにショットピーニング処理した後(試料No.1−3)の表面の断面の写真であり、図7は、放電加工後にショットピーニング処理した後(試料No.1−4)の表面の写真であり、図8は、放電加工後にショットピーニング処理した後(試料No.1−4)の表面の断面の写真である。図1から、放電加工後の表面は粗く、図2から、処理後の鋼材の断面には白い変質層が生じていることが確認できる。また、図3および図4からショットブラスト後は表面変質層が除去され表面が滑らかになっていることが確認できる。さらに、図7と図8から、放電加工後にショットピーニングのみを施した試料の表面と断面では、表面変質層が除去されていないことが確認できる。一方、図5と図6から、放電加工後にショットブラスト処理し、さらにショットピーニング処理を行うことで、試料No.1−2および試料No.1−4と比較して、滑らかになっていることが確認できる。このことは、表1の表面粗さの結果からも確認できる。 1 is a photograph of the surface after electrical discharge machining (Sample No. 1-1), FIG. 2 is a photograph of a cross section of the surface after electrical discharge machining (Sample No. 1-1), and FIG. FIG. 4 is a photograph of the surface after shot blasting after EDM (Sample No. 1-2), and FIG. 4 is a photograph of a cross section of the surface after shot blasting after EDM (Sample No. 1-2). 5 is a photograph of the surface after shot blasting after electric discharge machining and further shot peening (Sample No. 1-3), and FIG. 6 is shot blasting after electric discharge machining and further shot peened. FIG. 7 is a photograph of the cross section of the surface after the treatment (Sample No. 1-3), FIG. 7 is a photograph of the surface after the shot peening treatment after the electric discharge machining (Sample No. 1-4), and FIG. Shot pein after electric discharge machining A cross-sectional photograph of the surface after treatment (Sample No. 1-4). From FIG. 1, the surface after electric discharge machining is rough, and from FIG. 2, it can be confirmed that a white deteriorated layer is generated in the cross section of the steel material after treatment. Further, it can be confirmed from FIG. 3 and FIG. 4 that the surface-affected layer is removed and the surface is smooth after shot blasting. Furthermore, from FIG. 7 and FIG. 8, it can be confirmed that the surface-modified layer is not removed on the surface and cross section of the sample subjected to only shot peening after electric discharge machining. On the other hand, from FIG. 5 and FIG. 6, by performing shot blasting after electric discharge machining and further performing shot peening, 1-2 and sample no. Compared with 1-4, it can confirm that it is smooth. This can also be confirmed from the surface roughness results in Table 1.
(実施例2)
下記表2記載の条件で、SKD61熱処理材の鋼材を処理した。機械加工は、オークマ株式会社製の立形マシニングセンタMB−46VA(商品名)で行った。また、処理後の鋼材の表面粗さを株式会社ミツトヨ製のサーフテスト SJ−400を用いて測定し、さらに、処理後の圧縮残留応力(MPa)をX線回折残留応力測定装置により測定して、表2に併記した。なお、表2中、ショットブラスト処理は、F240アルミナ、0.4MPaのエアー圧でブラストする条件で行い、ショットピーニング処理は、#120Zrビーズ、0.6MPaエアー圧でピーニングする条件で行った。
(Example 2)
Under the conditions shown in Table 2 below, the SKD61 heat treated steel was processed. Machining was performed with a vertical machining center MB-46VA (trade name) manufactured by Okuma Corporation. Further, the surface roughness of the steel material after the treatment was measured using a surf test SJ-400 manufactured by Mitutoyo Co., Ltd., and the compressive residual stress (MPa) after the treatment was measured by an X-ray diffraction residual stress measuring device. These are also shown in Table 2. In Table 2, shot blasting was performed under conditions of blasting with F240 alumina and an air pressure of 0.4 MPa, and shot peening was performed under conditions of peening with # 120 Zr beads and 0.6 MPa air pressure.
表2の結果から、SKD61熱処理材の鋼材を機械加工した後の処理が、「機械加工後に、ショットブラスト処理し、さらにショットピーニング処理」した場合と「機械加工後に、ショットピーニング処理し、さらにショットブラスト処理」した場合で、表面粗さ及び残留応力に与える影響が大きく異なり、機械加工後にショットブラスト処理を行い、その後にショットピーニング処理を行った方が、表面粗さは小さく圧縮残留応力は大きくなり、鋼材の表面を改善でき、金型の長寿命化を図ることができた。 From the results in Table 2, when the steel material of the SKD61 heat-treated material is machined, there are cases of “shot blasting and then shot peening after machining” and “shot peening after machining and shot. The effect on surface roughness and residual stress differs greatly in the case of `` blasting '', and the surface roughness is smaller and the compressive residual stress is larger when shot blasting is performed after machining and then shot peening is performed. Thus, the surface of the steel material could be improved and the life of the mold could be extended.
(実施例3)
下記表3記載の条件で、SKD61熱処理材の鋼材を処理した。また、下記表3記載の条件で、処理後の鋼材に対し、下記熱疲労試験を行い、表面状態の写真を撮影した。
(Example 3)
Under the conditions shown in Table 3 below, the SKD61 heat treated steel was processed. Moreover, the following thermal fatigue test was done with respect to the steel material after a process on the conditions of following Table 3, and the surface state photograph was image | photographed.
(熱疲労試験)
図9は、熱疲労試験に使用する熱疲労試験機を示す図であり、図10は、熱疲労試験における熱サイクルを示すグラフである。図9(A)は加熱・加圧中の状態を示す図であり、図9(B)は冷却中の状態を示す図であり、図9中、1は加熱ヒーター、2は加熱ブロック、3は試験片、4はシリンダー、5は水槽、6はシリンダー4に連結されたロッド、2aは熱電対、矢印aは加熱・加圧時のロッド6の動き方向、矢印bは冷却加熱のロッド6の切替方向を示す。図9(A)に示すように、試験片3をロッド6の先に設置し、シリンダー4を矢印a方向に加熱・加圧する。その後、試験片3が560℃に達したら、図9(B)に示すように、試験片3を矢印b方向に回転させて水の入った水槽5で冷却する。これを図10に示すように、表中記載のサイクルの回数、繰り返し行い、表面状態の写真を撮影した。
(Thermal fatigue test)
FIG. 9 is a diagram showing a thermal fatigue tester used for the thermal fatigue test, and FIG. 10 is a graph showing a thermal cycle in the thermal fatigue test. 9A is a diagram showing a state during heating and pressurization, and FIG. 9B is a diagram showing a state during cooling. In FIG. 9, 1 is a heater, 2 is a heating block, 3 Is a test piece, 4 is a cylinder, 5 is a water tank, 6 is a rod connected to the cylinder 4, 2a is a thermocouple, arrow a is the direction of movement of the rod 6 during heating and pressurization, and arrow b is a rod 6 for cooling and heating. Indicates the switching direction. As shown in FIG. 9A, the test piece 3 is placed at the tip of the rod 6, and the cylinder 4 is heated and pressurized in the direction of arrow a. Thereafter, when the test piece 3 reaches 560 ° C., as shown in FIG. 9B, the test piece 3 is rotated in the direction of the arrow b and cooled in the water tank 5 containing water. As shown in FIG. 10, this was repeated for the number of cycles described in the table, and a photograph of the surface state was taken.
図11は、機械加工仕上げ後に、#400ペーパー仕上げを行った試験片(試験片3−1)の試験後の表面状態の写真である。浸透探傷試験により多数のクラックが生じていることが確認できた。一方、図12は、機械加工仕上げの後に、ショットブラスト処理し、さらにショットピーニング処理を行った試験片(試験片3−2)の試験後の表面状態の写真である。クラックは、確認できなかった。このことから、研磨処理を行った場合と比較して、本発明の金型の製造方法を実施することにより、クラックの発生を防止して鋼材の表面を改善でき、金型の長寿命化を図ることができた。 FIG. 11 is a photograph of the surface state after the test of the test piece (test piece 3-1) subjected to # 400 paper finishing after the machining finish. It was confirmed by the penetrant testing that a large number of cracks occurred. On the other hand, FIG. 12 is a photograph of the surface state after the test of the test piece (test piece 3-2) subjected to shot blasting and then shot peening after the machining finish. Cracks could not be confirmed. From this, compared with the case where the polishing treatment is performed, by performing the mold manufacturing method of the present invention, the occurrence of cracks can be prevented and the surface of the steel material can be improved, and the life of the mold can be extended. I was able to plan.
(実施例4)
下記表4記載の条件で、SKD61熱処理材の鋼材を処理した。また、下記表4記載の条件で、処理後の鋼材に対し、上記熱疲労試験を行い、表面状態の写真を撮影した。なお、窒化処理の条件は、ガス軟窒化法で行い、窒化処理による硬化層の深さ(表面硬化層深さ)が50μmとなる窒化処理を行った。
Example 4
Under the conditions shown in Table 4 below, the SKD61 heat treated steel was processed. Moreover, the said thermal fatigue test was done with respect to the steel materials after a process on the conditions of following Table 4, and the photograph of the surface state was image | photographed. The nitriding treatment was performed by gas soft nitriding, and nitriding was performed so that the depth of the hardened layer (surface hardened layer depth) by the nitriding treatment was 50 μm.
図13は、機械加工仕上げ後に、#400ペーパー仕上げを行い、窒化処理無しの試験片(試験片4−1)の試験後の表面状態の写真である。浸透探傷試験により多数のクラックが生じていることが確認できた。また、図14は、機械加工仕上げの後に、ショットブラスト処理し、さらにショットピーニング処理を行い、窒化処理なしの試験片(試験片4−2)の試験後の表面状態の写真である。さらに、図15は、機械加工仕上げの後に、ショットブラスト処理し、さらにショットピーニング処理を行い、窒化処理を行った試験片(試験片4−3)の試験後の表面状態の写真である。ショットブラスト後にショットピーニングを施し、更に窒化処理を施すとクラックの発生はより抑制されることが確認できた。 FIG. 13 is a photograph of the surface state after a test of a test piece (test piece 4-1) that was subjected to # 400 paper finish after machining finish and was not subjected to nitriding treatment. It was confirmed by the penetrant testing that a large number of cracks occurred. FIG. 14 is a photograph of the surface state after the test of a test piece (test piece 4-2) that has been subjected to shot blasting treatment and further shot peening treatment after machining finish, and without nitriding treatment. Further, FIG. 15 is a photograph of the surface state after the test of the test piece (test piece 4-3) subjected to the shot blasting process, the shot peening process, and the nitriding process after the machining finish. It was confirmed that the generation of cracks was further suppressed when shot peening was performed after shot blasting and further nitriding was performed.
(実施例5)
放電加工面をショットブラストで研掃した場合の研掃時間と表面粗さについて実験し、結果を下記表5に示す。表5中、放電加工条件は上記実施例1と同様の条件で行い、試験片は50mm×90mm×5mmtのSKD61材を使用した。ショット材が細かい場合には、表面粗さは細かいが研掃時間は長くなった。また、ショット圧が低い程表面粗さは細かくなるが時間が長くかかった。一方、ショット材が粗くなると、研掃時間は短くなるが、表面粗さは粗くなった。従って、放電加工面あるいは機械加工面の仕上がり粗さにより効率的に表面変質層を除去するためのショットブラスト条件を選定する必要がある。さらに、金型表面の要求仕上げ粗さを満足する必要がある。従来は、金型表面の粗さは平滑な方が望ましいとされていたが、近年は場合によっては金型表面に凹凸があった方が鋳物品質が良くなる例もあり、金型表面性状に対する要求は多様化している。そのため、表面を平滑に仕上げる場合には、ショット材は細かい方が望ましく、またショット圧は低い方が望ましいが、作業効率の点からはショット材がF220より低いと時間がかかり過ぎ経済的に成り立ちがたい。また、ショット圧についても同様に、0.2MPa以下であると非効率である。反対に、ショット材が粗く、ショット圧を高くすると、作業効率は上がるが下記実施例6に示すように、ショットブラスト後のショットピーニングで粗さの調整を行う事が困難な場合が生じる。通常金型全面の粗さを100μm程度以上に処理する要求はほとんどないことから、ショット材をF10より粗くする必要性はなく、またショット圧についても一般の工場で使用される空気圧である0.6MPaより大きくする必要性はない。
(Example 5)
Experiments were conducted on the polishing time and surface roughness when the electric discharge machining surface was polished by shot blasting, and the results are shown in Table 5 below. In Table 5, the electric discharge machining conditions were the same as those in Example 1 above, and the test piece was a 50 mm × 90 mm × 5 mmt SKD61 material. When the shot material was fine, the surface roughness was fine but the polishing time was long. Also, the lower the shot pressure, the finer the surface roughness but the longer it took. On the other hand, when the shot material is rough, the erosion time is shortened, but the surface roughness is rough. Therefore, it is necessary to select shot blasting conditions for efficiently removing the surface altered layer depending on the finished roughness of the electric discharge machined surface or the machined surface. Furthermore, it is necessary to satisfy the required finishing roughness of the mold surface. Conventionally, it has been desirable that the mold surface has a smooth surface. However, in recent years, there are cases in which the mold surface has irregularities to improve the casting quality. Requirements are diversifying. Therefore, when finishing the surface smoothly, it is desirable that the shot material is finer and the shot pressure is lower, but from the viewpoint of work efficiency, if the shot material is lower than F220, it takes too much time and is economically viable. It ’s hard. Similarly, the shot pressure is inefficient when it is 0.2 MPa or less. On the other hand, if the shot material is rough and the shot pressure is increased, the working efficiency increases, but as shown in Example 6 below, it may be difficult to adjust the roughness by shot peening after shot blasting. Usually, there is almost no need to process the roughness of the entire mold surface to about 100 μm or more, so there is no need to make the shot material rougher than F10, and the shot pressure is the air pressure used in general factories. There is no need to make it larger than 6 MPa.
(実施例6)
ショットブラスト面をショットピーニング処理で滑らかにした場合の実験を行い、結果を下記表6に示す。試験片は50mm×90mm×5mmtのSKD61板を使用し、その試験片にF220、F54、およびF10のアルミナを投射してショットブラスト処理を行い、さらに、その試験片に#120のジルコンビーズを60秒投射した。ピーニング圧を上げると表面粗さは小さくなるが、0.4MPa以上では、ピーニング圧を大きくしても表面粗さの低下の割合は小さくなっている。そのため、ショットピーニングの場合も、作業効率の点からはショットブラストの場合とほぼ同様のことが言え、0.2〜0.6MPa、特に0.3〜0.5MPaでの処理が効率的である。
(Example 6)
Experiments were conducted when the shot blast surface was smoothed by shot peening, and the results are shown in Table 6 below. The test piece used was a 50 mm × 90 mm × 5 mmt SKD61 plate, F220, F54, and F10 alumina were projected onto the test piece to perform shot blasting, and further, # 120 zircon beads were applied to the test piece. Second projection. When the peening pressure is increased, the surface roughness decreases. However, at 0.4 MPa or more, even if the peening pressure is increased, the rate of decrease in the surface roughness decreases. Therefore, in the case of shot peening, the same can be said from the point of work efficiency as in the case of shot blasting, and the treatment at 0.2 to 0.6 MPa, particularly 0.3 to 0.5 MPa is efficient. .
1 加熱ヒーター
2 加熱ブロック
2a 熱電対
3 試験片
4 シリンダー
5 水槽
6 ロッド
矢印a 加熱・加圧方向
矢印b 冷却加熱の切替方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating heater 2 Heating block 2a Thermocouple 3 Test piece 4 Cylinder 5 Water tank 6 Rod arrow a Heating / pressurizing direction arrow b Cooling heating switching direction
Claims (3)
(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、
を有することを特徴とする金型の製造方法。 (A) A step of performing a shot blast treatment on the surface of the steel material after machining or electric discharge machining of the steel material to remove the work-affected layer;
(B) A step of performing shot peening after the shot blasting to adjust the surface roughness and applying compressive residual stress;
The manufacturing method of the metal mold | die characterized by having.
(B)前記ショットブラスト処理の後に、ショットピーニング処理を行って、表面粗さを整えかつ圧縮残留応力を付与する工程と、
(C)前記ショットピーニング処理後に、窒化処理を行う工程と、
を有することを特徴とする金型の製造方法。 (A) A step of performing a shot blast treatment on the surface of the steel material after machining or electric discharge machining of the steel material to remove the work-affected layer;
(B) A step of performing shot peening after the shot blasting to adjust the surface roughness and applying compressive residual stress;
(C) performing a nitriding process after the shot peening process;
The manufacturing method of the metal mold | die characterized by having.
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