(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間ダイス鋼、ハイス鋼をはじめとする工具鋼を一旦８５０℃以上に加熱した後、降温させ３００から８００℃の間でホビング加工し、その後空冷から水冷の範囲で冷却させるオースフォーミングを行った後、その後の焼入れ処理を省略して焼もどしのみを行うことを特徴とする高強度、高靭性金型の製造方法。
【請求項２】
熱間ダイス鋼、ハイス鋼をはじめとする工具鋼を一旦８５０℃以上に加熱した後、降温させ３００から８００℃の間でホビング加工し、その後空冷から水冷の範囲で室温まで冷却させるオースフォーミングを行った後、その後の焼入れ処理を省略して焼もどしのみを行い、さらに鍛造面を放電加工により仕上げすることを特徴とする高強度、高靭性金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は冷間ダイス鋼、熱間ダイス鋼、高速度鋼など工具鋼を、温間ホビングにより高強度化、高靭性化させる加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホビングとは金型のワーク面を鍛造により成形する方法で、メタルフローが連続的であることから切削品よりも型寿命において優れていると言われている。しかしホビング成形後には通常の工程と同じ焼き入れ、焼き戻しが入るため、メタルフローによる鍛流線を有する部分の靭性や疲労強度が優れているものの、強度的には切削品とほぼ同じである。また通常温間ホビングは複雑形状品に適用されることが多く、その成形面は加工ままに近い状態で使用されることが多いが、焼き入れ等の工程が加工後に入ることにより成形面は荒れ、冷間鍛造に用いられる様な表面性状は必ずしも良好ではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ホビング成形と焼き戻し処理だけで通常の焼き入れ、焼き戻し品、あるいは通常の温間ホビング品よりも高強度、高靭性で、長寿命な金型を製造する方法を提案するものである。また鍛造面の精度、及び平滑度を上げるための仕上げ放電加工を行うことによって更に長寿命な金型を製造する方法を提案するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
一般に工具鋼の高強度化処理は焼き入れ、焼き戻しが行われ、２次硬化を利用して強度を高めている。焼き入れ、焼き戻し処理による２次硬化後の硬さは、成分と熱処理条件によりほぼ１００％決定されてしまう。また靭性に関しては、結晶粒度と圧延方向、及び１次炭化物の大きさ等によって決定される。従って金型を製造する場合、供試される材料によって強度、靭性等が決定されてしまい、金型製造業者は熱処理方法以外で特性を改善することはできない。
【０００５】
本発明は、被加工材（ブランク）を一旦８５０℃以上に加熱した後、降温させ３００から８００℃の間で鍛造し（ホビング）、その後空冷から水冷の範囲で室温まで冷却させ、後の焼入れ処理を省略し焼もどしのみを行うことによって、高強度、高靭性金型の製造を可能とするものである。
【０００６】
図１、及び２に従来の温間ホビング→焼き入れ、焼き戻し工程（プロセスＡ）と本発明の工程（プロセスＢ）をそれぞれ示す。本発明のプロセスＢでは焼き入れとホビングを組み合わせた点が特徴となる。
【０００７】
図３にプロセスＢにおける鍛造温度と焼き戻し後の硬さの関係を示す。実験に用いた工程は次の通りである。プロセスＡ；６００℃で前方押しだし（減面率６０％）→空冷→１０３０℃×１０分→油冷→焼き戻し（５００℃×１時間／空冷）。プロセスＢ；１０３０℃×１０分→空冷→２５０〜１０００℃で前方押しだし（減面率６０％）→油冷→焼き戻し（５００℃×１時間／空冷）。因みに材質は、ＪＩＳ−ＳＫＤ６２である。
【０００８】
図３から、３００℃〜８００℃で加工したプロセスＢ材の方が、プロセスＡ材よりも硬度は上昇することが確認できる。また加工温度は低い方が硬度の上昇度は高く、プロセスＢの効果が発揮されるが、加工温度が２５０℃以下になるとマルテンサイト変態が始まるため割れが生じ加工できなくなってしまう。従って効果のある現実的な加工温度の温度の下限は３００℃となる。
【０００９】
図４、５、及び図６にプロセスＡ材、及びプロセスＢ材の焼き戻し曲線を示す。この図より、鍛造ままと２００〜６５０℃焼き戻しのすべての範囲でプロセスＢ材の方が高硬度であることが確認できる。因みに材質はそれぞれ熱間ダイス鋼ＪＩＳ−ＳＫＤ６２、セミハイス鋼ＭＨ８５（０．５３Ｃ−４．５Ｃｒ−３．６Ｍｏ−１．７Ｗ−１Ｖ）、ハイス鋼ＪＩＳ−ＳＫＨ５１である。
【００１０】
図７にプロセスＡ、及びＢにおけるシャルピー衝撃値と焼き戻し温度の関係を示す。試験片の鍛造履歴、及び温度履歴は図２と同条件である。また材質はＪＩＳ−ＳＫＤ６２を、試験片にはＪＩＳ３号試験片を用いた。
【００１１】
図７の結果から、すべての焼き戻し温度領域において、プロセスＢ材は明らかにプロセスＡ材よりも高い衝撃値を示していることが確認される。
【００１２】
図８、及び９にＭＨ８５、ＪＩＳ−ＳＫＨ５１の抗折試験結果を示す。試験片の製造履歴は次の通りである。ＭＨ８５（プロセスＡ）；１１２０℃×２分→油冷→焼き戻し（５２５℃〜６２５℃×１Ｈ ２回）、ＭＨ８５（プロセスＢ）；１１２０℃×２分→６００℃前方押しだし（減面率６０％）→油冷→焼き戻し（５２５℃〜６２５℃×１Ｈ ２回）、ＳＫＨ５１（プロセスＡ）；１２００℃×２分→油冷→焼き戻し（５２５℃〜６２５℃×１Ｈ ２回）、ＳＫＨ５１（プロセスＢ）；１２００℃×２分→６００℃前方押しだし（減面率３０％）→油冷→焼き戻し（５２５℃〜６５０℃×１Ｈ ２回）。
【００１３】
図８、９の結果から、プロセスＢ材のたわみ量はプロセスＡ材の３倍近い値を示す。
【００１４】
以上の結果からプロセスＢによる高強度化、高靭性化は単なる加工硬化だけでないことが確認できる。
【００１５】
プロセスＢは、基本的には代表的な加工熱処理であるオースフォーミングと同じものであるが、今までの報告では、加工される部品を対象とされたものであり、また温度管理の難しさや、変形抵抗の問題などから実用化された例はほとんどない。本発明では、このオースフォーミングを利用したホビングにより金型を製造することによって、従来の切削加工−焼き入れ−焼き戻しプロセスや冷、温間ホビング−焼き入れ−焼き戻しプロセスでは得られなかった高い強度、及び靭性を得ることが可能となった。
【００１６】
【実施例１】
次に本発明を明確にすべく、以下にその実施例を詳述する。熱間ダイス鋼ＪＩＳ−ＳＫＤ６２を図１０（ａ）、（ｂ）に示す工程で、ギヤ型を製造した。
【００１７】
図１１の形状のギヤ型をプロセス２Ｂによりホビングした結果、割れは全く認められず、良好な形状を示した。また焼き戻し後の硬さ分布を図１２に示すが、プロセス２Ｂのものは、通常のプロセスであるプロセス２Ａのものと比較して硬さが最大ＨＲＣ５ポイント程度上昇しており、高強度化されている。
【００１８】
表１にプロセス２Ａ、２Ｂによって製造されたギヤ型の実機テスト結果を示す。プロセス２Ａのダイスの平均寿命は約６４００ショット程度であり、その破損形態は歯のだれ、欠けである。一方プロセス２Ｂのダイスの型命数は、約１９０００個と３倍近い伸びを示し、破損形態も硬度が高いにも関わらずだれのみであった。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
【実施例２】
第２の実施例としてセミハイス鋼ＭＨ８５を使用し、図１３に示す形状のギヤ型を、図１４に示す工程で作成し、実機テストした結果を以下に示す。
【００２１】
ＭＨ８５においても温間ホビング時に割れは全く認められず、良好な形状を示した。
【００２２】
図１５に図１４に示すプロセスで製造したギヤ型の硬さ分布を示す。ＭＨ８５においてもＳＫＤ６２のときと同様に、プロセスＢにより大幅な硬さ上昇が確認できる。
【００２３】
冷間、及び温間における実機テストの結果を表２に示す。プロセス３Ｂにより作成されたＭＨ８５の金型は、プロセス３Ａにより作成された金型の約２．１〜２．３倍の寿命を示した。また放電仕上げ加工を施したプロセス４Ｂのものは更に高い寿命を示すことから、放電仕上げ加工の有効性も確認できる。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
【実施例３】
第３の実施例としてハイス鋼ＳＫＨ５１を使用し、図１６に示す形状のギヤ型を、図１７に示す工程で作成し、実機テストした結果を以下に示す。
【００２６】
ＳＫＨ５１においても温間ホビング時に割れは全く認められず、多少肌荒れが生じるものの良好な形状を示した。
【００２７】
図１８に図１７に示すプロセスで製造したギヤ型の硬さ分布を示す。ＳＫＨ５１においてもＳＫＤ６２、ＭＨ８５のときと同様に、プロセスＢにより鍛造部の大幅な硬さ上昇が確認できる。
【００２８】
冷間における実機鍛造テストの結果を表３に示す。因みに、それぞれのプロセスにより製造された金型は放電仕上げ加工を行った。プロセス４Ｂにより作成されたＳＫＨ５１の金型は、プロセス４Ａにより作成された金型の２倍近い寿命を示した。また放電仕上げ加工を施したプロセス４Ｂのものは更に高い寿命を示すことから、放電仕上げ加工の有効性も確認できる。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
以上の実施例のように靭性値が高くでき、かつ初期硬さを通常の使用条件より大幅に上げることが可能となるため、その分寿命は大幅に改善される。
【００３１】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において、当業者の知識に基づき様々な変更を加えた態様で実施可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明を用いた金型の製造方法により、高い靭性と高い強度を両立させることが可能となり、金型寿命を大幅に延長させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の温間ホビングプロセスを示した図である。
【図２】  本発明の温間ホビングプロセスを示した図である。
【図３】  ＪＩＳ−ＳＫＤ６２を一旦１０３０℃に加熱した後各温度で鍛造した時の鍛造温度と焼き戻し後の硬さの関係を示した図である。
【図４】  ＪＩＳ−ＳＫＤ６２をプロセスＡ、及びＢにより前方押しだし加工した後の焼き戻し特性を示した図である。
【図５】  ＭＨ８５をプロセスＡ、及びＢにより前方押しだし加工した後の焼き戻し特性を示した図である。
【図６】  ＪＩＳ−ＳＫＨ５１をプロセスＡ、及びＢにより前方押しだし加工した後の焼き戻し特性を示した図である。
【図７】  ＪＩＳ−ＳＫＤ６２をプロセスＡ、及びＢにより前方押しだし加工した後の焼き戻し温度と衝撃値の関係を示した図である。
【図８】  ＭＨ８５をプロセスＡ、及びＢにより前方押しだし加工した後の焼き戻し温度と抗折試験におけるたわみ量の関係を示した図である。
【図９】  ＪＩＳ−ＳＫＨ５１をプロセスＡ、及びＢにより前方押しだし加工した後の焼き戻し温度と抗折試験におけるたわみ量の関係を示した図である。
【図１０】  実施例としてギヤ型を製造したときのプロセスを示した図である。
【図１１】  実施例としてギヤ型を製造したときの金型形状を示した図である。
【図１２】  実施例としてギヤ型を製造した後の、硬さ分布を示した図である。
【図１３】  実施例としてギヤ型を製造したときの金型形状を示した図である。
【図１４】  実施例としてギヤ型を製造したときのプロセスを示した図である。
【図１５】  実施例としてギヤ型を製造したときの硬さ分布を示した図である。
【図１６】  実施例としてギヤ型を製造したときの金型形状を示した図である。
【図１７】  実施例としてギヤ型を製造したときのプロセスを示した図である。
【図１８】  実施例としてギヤ型を製造したときの硬さ分布を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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