1.材料特性に関する各種鍛造金型の基本要件
表1 各種鍛造用金型の材料特性に関する基本要件
鍛造用金型の種類 | 使用条件 |
熱間鍛造用金型 | 硬度、耐衝撃性、耐熱疲労性 |
熱間鍛造用金型 | 耐熱疲労性 |
熱間押出ダイス | 耐摩耗性、熱硬度、耐熱疲労性 |
高速鍛造金型 | 靭性、硬度、耐熱疲労性 |
精密鍛造金型 | 高温強度、耐テンパー性、耐摩耗性、耐熱疲労性 |
熱間圧延ロール | 耐熱疲労性 |
冷間圧造ダイ | 硬度、耐摩耗性、耐衝撃性 |
スタンピング・ダイ | 強さ、硬さ |
コールドトリミング、パンチングダイ | 硬度、耐摩耗性、耐衝撃性 |
2.鍛造用金型によく使用される鋼の硬さと性能の比較(表9-2参照)
表2 一般的な鍛造金型用鋼の性能比較
グレード | 使用硬度 HRC | 機械加工可能 | 耐摩耗性 | 耐衝撃性 | 焼入れ変形抵抗 | 硬化層の深さ | 熱硬度 | 脱炭感度 | |
炭素工具鋼 | T7、T8 | 54~60 | 貧しい | 貧しい | より良い | もっと悪い | 浅い | 貧しい | 大きい |
T9~T13 | 56~65 | もっと悪い | もっと悪い | ミディアム | もっと悪い | 浅い | 違い | 大きい | |
合金工具鋼 | Cr12MoV | 55~63 | より良い | グッド | 貧しい | グッド | 深い | より良い | 小さめ |
5CrMnMo | 30~47 | 貧しい | ミディアム | ミディアム | ミディアム | ミディアム | ポアラー | より大きい | |
5CrNiMo | 30~47 | 貧しい | ミディアム | より良い | ミディアム | ミディアム | もっと悪い | より大きい | |
3Cr2W8V | 45~54 | もっと悪い | より良い | ミディアム | より良い | 深い | より良い | 小さめ | |
4Cr5MoSiV | 40~54 | 貧しい | より良い | ミディアム | より良い | 深い | もっと悪い | ミディアム | |
35Cr3Mo3W2V | 44~54 | 貧しい | より良い | ミディアム | より良い | 深い | より良い | ミディアム | |
3Cr3Mo3V | 40~54 | 貧しい | より良い | ミディアム | より良い | 深い | より良い | ミディアム | |
4Cr3W4Mo2VTiNb | 48~56 | もっと悪い | より良い | ミディアム | より良い | 深い | より良い | ミディアム | |
5Cr4W5Mo2V | 50~56 | 貧しい | より良い | 貧しい | ミディアム | 深い | より良い | ミディアム |
注:成績は「良い」>「良い」>「普通」>「悪い」>「悪い」の順。
3.金型材料の選択
(1) 熱間鍛造用金型材料の選定
熱間鍛造用金型の寿命に影響を与える要因には、金型の応力条件、加工温度、冷却方法、被加工材の特性、変形量、変形速度、潤滑条件など多くのものがある。したがって、材料の選定にあたっては、これらの要素を十分に考慮する必要がある。
熱間加工用金型は一般に、ハンマー鍛造用金型、熱間型鍛造プレス用金型、スクリュープレス鍛造用金型、押出用金型などに分けられる。金型の種類と具体的な使用条件を考慮して、金型材料を合理的に選定する必要がある。熱間鍛造用金型の材料の選定を表9-3に示す。
表 3 熱間鍛造用金型の材料の選択
ダイ・タイプ | 規模と労働条件 | 推奨素材 | |
ハンマー鍛造用金型 | 高さ275mm以下(小) | 5CrMnMo、5CrNiMo、5SiMnMoV、4SiMnMoV | |
高さ275~325mm(中) | 5CrMnMo、5CrNiMo、5SiMnMoV、4SiMnMoV | ||
高さ325~375mm(大) | 5CrNiMo、5CrMnSiMoV、4CrMnSiMoV | ||
高さ375mm以上(特大サイズ) | 5CrNiMo、5CrMnSiMoV、4CrMnSiMoV | ||
クラッドモジュール | 5Cr2MnMo | ||
インサートタイプ | 4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V、4Cr3Mo3W2V、4CrMnMoSiV | ||
熱間鍛造プレス金型 | インテグラルタイプ | 5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnMoSiV、5CrMnMoSiV、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2SiV、3Cr2W8V、4Cr3Mo3W2V、5Cr4Mo2W2SiV | |
インレイタイプ | 挿入 | 4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV、4Cr5W2SiV、3Cr2W8V、5Cr4W2Mo2SiV | |
金型本体 | 5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnMoSiV | ||
スクリュープレス鍛造金型 | インテグラルタイプ | 5CrMnMo、5CrNiMo、8Cr3 | |
インレイ・スタイル | インレイ・ブロック | 3Cr2W8V、4Cr5W2VSi | |
モジュール | 40Cr、45スチール | ||
熱間押出ダイス | パンチ | 3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V、4Cr5W2SiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV、4CrMnMoSiV | |
死ぬ | 3Cr2W8V, 3Cr3Mo3W2V, 4Cr5W2SiV, 4Cr5MoSiV1, 超硬合金, スチールボンド超硬合金, 高温合金 | ||
温間押出ダイス | W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V、6Cr4W3Mo2VNbなど。 | ||
高速鍛造金型 | 4Cr5W2SiV, 4Cr5MoSiV, 4Cr5MoSiV1, 4Cr3Mo3 W4VTiNb | ||
ホットトリミング金型 | 6CrW2Si、5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、4CrMnSiMoV、8Cr3、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V、硬質合金等 |
(2) 冷間鍛造金型材料の選定
冷間鍛造用金型には多くの種類があり、主に金属または非金属材料のアプセット、押し出し、その他の粉末プレス、インプリントプロセスを完了するために使用されます。異なる荷重方法と加工材料の性質と仕様により、様々な金型の作業条件は大きく異なります。そのため、材料の選択は差別化され、特定の状況に基づいて行われる必要があります。金型の選択 冷間鍛造用金型材料 を表9-4に示す。
表4 冷間鍛造用金型材料の選定
ダイ・タイプ | 労働条件 | 推奨素材 |
冷間圧造用金型 | 低圧 | T10A、T12A、9Mn2V、CrWMn、MnCrWV、Cr2、7CrSiMnMoV、GW15、60Si2Moなど。 |
中圧 | CrWV、Cr5MoV、Cr2Mn2SiWMoV | |
高圧 | Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V、6Cr4W3Mo2VNb、超硬合金(YG20、YG20Cなど) | |
冷間押出ダイス | パンチ | W6Mo5 Cr4V2、W18Cr4V、6W6Mo5Cr4V、Cr12MoV、6Cr4W3Mo2VNb、Cr12など。 |
ダイ(ライナー付き) | Cr12、Cr12MoV、W6Mo5Cr4V、W18Cr4V、6W6Mo5Cr4V、6Cr4W3Mo2VNb、Cr4W2MoVなど。 | |
金型(ライナーなし) | 9Mn2V、CrWMn、MnCrWV、Cr2、6W6Mo5Cr4V、6Cr4W3Mo2VNbなど。 | |
粉末冷間プレス金型 | パンチ | Cr6WV、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V、CrWMn、MnCrWV、Cr2、GCr15など。 |
死ぬ | Cr12、Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V、Cr4W2MoV、6W6Mo5Cr4V、超硬合金など。 | |
転がるダイス | ねじ転造プレート | 9SiCr、Cr12MoV |
ねじ転造、歯車転造 | Cr12MoV, Cr6WV | |
抜き型 | 非鉄金属 | Cr12、Cr12MoV、CrWMn、Cr2、9Mn2V、T12Aなど。 |
鋼線 | Cr12、Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3Nなど。 |