JPH01309737A

JPH01309737A - 打抜きパンチ

Info

Publication number: JPH01309737A
Application number: JP63140330A
Authority: JP
Inventors: Fujio Yamane; 山根　不二夫; Norimasa Uchida; 内田　憲正
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1989-12-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、粉末冶金法により製造された高速度工具鋼製
の打抜きパンチに関する。

〔従来の技術〕

自動車産業分野において、自動車ボディ用鋼板をプレス
打抜する加工用パンチ、および通信や輸送分野で使用さ
れるテレホンカード、オレンジカード等の紙、プラスチ
ックまたはこの紙やプラスチックの表面に特殊磁気コー
トあるいはその他の表面処理を施した材料を打抜くパン
チは、従来から高速度工具鋼、ダイス鋼、炭素工具鋼で
製作したもの、およびこれらの鋼材の表面に窒化、浸炭
等の表面処理を施したものが使用されてきた。

上述のパンチは、パンチの取替え時間を省略する目的か
ら、パンチの寿命向上が重要課題となっている。

そして、パンチの寿命原因は、被加工材とのカジリによ
る欠けおよび被加工材との摩擦による摩耗が最も多い。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように、従来の高速度工具鋼、ダイス鋼、炭素
工具鋼等で製作したパンチでは、被加工材との摩擦によ
り欠けや摩耗を生じて寿命となる。

パンチが寿命となるとパンチを交換するための時間が必
要であり、その間、作業停止によるロス時間が発生する
。また、カード用パンチにおいてはパンチの寿命が即パ
ンチユニットの寿命となるのでパンチの寿命向上は重要
課題となっている。

また、これらの製品の製造方法としては、焼なましを行
なった丸棒から切削加工により概略の形状に加工し、焼
入れ焼もどしを行なった後、研削加工を行ない１寸法精
度を出し、さらにその後必要に応じて表面処理を行なう
工程が一般的である。

しかし、これらの材質、特に高速度工具鋼やダイス鋼は
焼なまし状態でも高硬度のものが多いのでコスト的にも
高価なパンチとなる傾向が大きい。

そこで本発明は、従来材よりも耐摩耗性に優れ。

なおかつある程度の靭性も兼ね備えた材質から本パンチ
を製作することより、パンチの高寿命化を計ることを目
的とするものである。

さらに本発明は、製造工程においても粉末冶金法を用い
て焼結前の粉末状態においてプレス加工により概略寸法
に成形するか、または粉末を各種バインダーと混練し、
丸棒または角棒を成形した後、切削または研削により概
略のパンチ形状に成形する。その後焼結、焼なまし、焼
入れ、焼もどしを行ない、最後に研磨仕上加工を施し、
寸法精度を出すことにより、製造コストの低下も可能な
パンチを提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、平衡炭素量Ｃｅｑが重量比でＣｅｑ＝０．０
６Ｃｒ＋　０．０３３Ｗ＋０．０６３Ｍｏ＋０．２Ｖと
するとき、Ｃ２．０〜３．５％の範囲で、０．１≦Ｃ−
Ｃｅｑ≦０．６を満足し、さらにＣｒ３〜１０％、　Ｗ
　１〜２０％、Ｍｏ　１〜１１％（ただし、１８≦Ｗ　
＋２　Ｍ　ｏ≦２４）　、　Ｖ　５．６〜１５％、Ｃｏ
　１５％以下、Ｓｉ２％以下、Ｍｎ１％以下、Ｎｉ　２
％以下、　Ｎ　０．１％以下、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる高速度工具鋼のアトマイズ粉末を８８〜
９０％と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ−Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物
、炭化物、炭窒化物の１種または２種以上を合計で２〜
１２％を、均一に混合した後、成形、焼結してなる超硬
度高速度工具鋼を用いたことを特徴とする打抜きパンチ
である。また超硬度高速度工具鋼が、焼入れ焼もどしに
よりＨＲＣ７２以上の硬さを有することを特徴とし、さ
らに超硬度高速度工具鋼が硬さＨＲＣ７２における抗折
試験（試験片：５ｍｍφ×７０ＩＱ、支点間距離：５０
ｍｍ、中心−点荷重方式）時の吸収エネルギーが１３０
ｋｇｆ−ｍｍ以上であることを特徴とする打抜きパンチ
である。

〔作用〕

次に本発明パンチの素材である超硬度高速度工具鋼にお
ける各添加元素の作用およびその添加範囲限定理由を述
べる。

本発明パンチの素材である超硬度高速度工具鋼の組成の
うち、Ｃの含有量は最も重要な構成要素である。Ｃは、
同時に含有されるＣｒ、Ｗ、Ｍｏ。

■と結合してＭ、Ｃ，ＭＣなどの炭化物を形成し、耐摩
耗性を付与する作用とともに、焼入硬化熱処理によりマ
ルテンサイト基地の硬さを高め、さらに焼もどし二次硬
化量を増す作用がある。上記の炭化物形成元素であるＣ
ｒ、Ｗ、Ｍｏ、ＶとＣが過不足なく結合して、炭化物を
形成する平衡炭素量Ｃｅｑは次式で示されることが理論
的に知られている。

Ｃｅｑ＝０．０６（％Ｃｒ）＋０．０３３（％Ｗ）＋０
．０６３（％Ｍｏ）＋０．２（％Ｖ）従来の高速度工具鋼においては、Ｃ含有量と平衡炭素量
Ｃｅｑの差、Ｃ−Ｃｅｑはマイナスとなるように調整さ
れている（例えばＪＩＳ　５ＫＨ５９は、はぼ−０，３
、ＡＩＳＩＭ４２では一〇、ＯＳ）。

本発明において、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ量やＴｉＮ等の分散粒子
の量が比較的少なくても、ＨＲＣ７２以上の超硬度が得
られて、実用性が高いパンチ用素材を得る目的で多数の
合金系につき、実験、検討したところ、Ｃｅｑ＝０．０
６Ｃｒ＋０．０３３Ｗ　＋０．０６３Ｍｏ＋０．２■と
するとき、１８≦Ｗ　＋　２　Ｍ　ｏ≦２４ノ範囲で、
Ｃ−Ｃｅｑを従来のようにマイナスにせずに、０．１≦
Ｃ−Ｃｅｑ≦０．６を満足するようにＣを含有させれば
よいことを新規に発見した。Ｃ−Ｃｅｑが、０．１未満
では、上述したように多量のＷ、Ｍｏ、Ｖ、ＴｉＮを含
有せしめないと、ＨＲＣ７２以上の超硬度が得られない
。逆にＣ−Ｃｅｑが、０．６を越えると、焼入硬化熱処
理時に安定な残留オーステナイトが著しく増加し、また
、残留オーステナイトの分解温度が高温側に移行するの
で、焼もどしにより二次硬化させても、　ＨＲＣ７２以
上の超硬度が得られなくなる。すなわち、１８≦Ｗ　＋
　２　Ｍ　ｏ≦２４の範囲で、０．１≦Ｃ−Ｃｅｑ≦０
．６の条件でのみ、本願の目的は達成できる。

Ｃは同時に含有されるＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、■の量によって
適宜に変えるべきであることは上述したごとくである。

後述する本発明パンチの素材のＣｒ。

Ｗ、Ｍｏ、Ｖの含有量の範囲で、かツｏ、ｌ≦Ｃ−Ｃｅ
ｑ≦０．６を満足させるにはＣは少なくとも２．０％は
必要である。一方、上記の条件を満たしていてもＣ含有
量が３．５％を賊えると靭性の低下が著しくなるのでＣ
含有量は２．０〜３．５％の範囲で、かつ。

０．１≦Ｃ−Ｃｅｑ≦０．６と限定した。

Ｃｒは焼入れ硬化性を高める作用があるが、３％未満で
はこの効果が少なく、逆に１部を越えると残留オーステ
ナイト量が増大し焼入れ、焼もどし硬さを下げるのでＣ
ｒの含有量は３〜１０％に限定した。

特に、真空焼入れなど冷却速度の遅い焼入炉で熱処理し
てもＨＲＣ７２以上の超硬度を得るには、Ｃｒの含有量
は６％を越えて１０％以下が望ましい。

ＷおよびＭｏは前述のととくＣと結合してＭ６Ｃ型の炭
化物を形成し、耐摩耗性を高める作用と焼入れ硬化熱処
理時に基地中に固溶し、焼もどし熱処理によってこれが
微細な炭化物として析出し二次硬化度を高める作用があ
る。本発明の安定してＨＲＣ７２以上の超硬度を得ると
いう目的を達成するには、Ｗ　１〜２０％、Ｍｏ　１〜
１１％の範囲でＷ　＋　２　Ｍ　ｏ量が１８％以上を含
有せしめる必要がある。しかし、Ｗ＋２Ｍｏ量が２４％
を越えると、材料が高価になるのみならず靭性も低下す
るのでＷ、Ｍｏの含有量はＷ＋２Ｍｏ量で１８〜２４％
に限定した。なお１本発明では等量（原子パーセントで
）のＷとＭＯはほぼ等価の作用を有してる。

Ｖ＋ＪＷ、Ｍｏと同じくＣと結合して、ＭＣ型炭化物を
形成する。このＭＣ型炭化物の硬さは、ＨＶ２５００−
３０００でＭｓＣ型炭化炭化物さ）ＩＶ１５００−１８
００と比較して著しく高い硬さである。このため特に耐
摩耗性を重視する工具においてはＶ含有量の多い高速度
工具鋼を用いると工具寿命が向上する。

しかしながら、■含有量を必要以上に多くしても、被研
削性を悪くして研削ヤケによる低寿命を誘発し、また靭
性を低下させるだけなので、本発明においては■含有量
は１５％を上限とした。一方、５．６％未満では、耐摩
耗の効果が不足するのでＶ含有量は、５．６〜１５％に
限定した。

ＣＯは、基地に固溶し、焼もどし硬さ、高温硬さを高め
る作用がある。しかし、多量に含有すると、靭性が著し
く低下するので＋　Ｃｏの含有量は、１５％以下に限定
した。

Ｓｉは、脱酸を目的として、２％以下含有させるが、特
にＳｉ　０．８〜２％の範囲では、脱酸効果の他に基地
の硬さを高める効果および耐酸化性、耐食性を高める効
果、さらにはアトマイズ作業性を向上させる効果があら
れれる。２％を越えると靭性の低下が著しくなる。

Ｍｎも脱酸効果があり、さらに焼入性を高める作用があ
るので、１％以下含有させる。特に、上記のＳｉ含有量
が高い場合には、フェライトを安定化し、Ａ４変態点を
上昇させるＳＬの弊害をＭｎによって緩和できるので、
Ｍｎ０．２５〜１．０％含有させるとよい。

Ｎｉは、基地の靭性を高める効果があるが、２％を越え
ると、残留オーステナイト量を極度に増加させ、焼もど
し硬さが低下するので１本発明においては２％以下の含
有を許容する。なお、通常高速度工具鋼において微量の
Ｎｉが含有され、Ｎｉ００２５％以下の範囲はＪＩＳで
は不純物量として扱われている。

Ｎは、基地の硬さを高める作用と、ＭＣ型炭化物中に固
溶して、ＭＣＮ型の炭窒化物を形成して耐溶着性を高め
る作用とがある。しかし、工業的に含有できる量は、上
限が０．１％であるので、０．１％以下に限定した。な
お、高速度鋼において、通常Ｎ　０．０５％程度以下は
不純物量として含有している。

Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物、
炭窒化物を分散せしめると、硬さを高める効果がある。

−六本発明のごとく、Ｃ含有量が平衡炭素量（Ｃｅｑ）
より、０．１〜０．６高めとなれば、焼入硬化処理時に
オーステナイＩ−結晶粒が粗大化し、マルテンサイト組
織が粗れて、靭性が極端に低下するのが、従来の常識で
あった。

しかし、本発明によってＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、
Ｔａの窒化物、炭化物、炭窒化物の１種または２種以上
を合計で、２〜１２％を均一に分散せしめることにより
、この欠点を解消することができ、溶融開始温度直下の
高いオーステナイト化温度域で焼入硬化処理を行なって
も、著しく微細な組織となることを発見した。

すなわち、上記窒化物、炭化物、炭窒化物を分散せしめ
ることがＣ含有量がＣｅｑ量より高めどすることにより
生じる欠点をうまく補い、本発明の目的を達成させてい
る。しかし、２％未満では、上記効果が少なく、一方、
１２％を越えると効果が飽和するばかりでなく、被研削
性、靭性を著しく低下させるので、上記窒化物、炭化物
、炭窒化物の分散量は合計で、２〜１２％に限定した。

窒化物、炭化物、炭窒化物を基質中に均一に分散せしめ
る方法としては、上記の化学組成からなる超硬度高速度
工具鋼の粉末を水、ガス、油などのアトマイズ法により
製造し、この粉末と窒化物、炭化物、炭窒化物の粉末と
を混合した後、成形、焼結するのが、最も、適している
。

なお、混合に際しては、焼結後の最終炭素含有量を調節
すること、および焼結性を向上させるなどの目的で、黒
鉛粉末、ブラックカーボンなどの炭素粉末を同時に添加
混合するとよい。さらに、Ｃｒ、　Ｎｉ、　Ｍｏ、Ｗ、
Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ粉末の１種または２種以上を合計で５
％以以下時に混合させると、焼結性を向上させる効果が
ある。

〔実施例〕

次に、一実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明す
る。

第３図に示す形状のカード穴明は用パンチを製作するた
め、まず第１表に示す組成の本発明の打抜パンチ用素材
を準備した。

この素材からカード穴明は用パンチを製作すると同時に
、素材の特性を知るために抗折試験用および２種類の摩
耗試験用の試験片を製作して実験した。この試験片とパ
ンチに対して、所定の標準熱処理を施し、第１表中に示
す硬さを得た。

熱処理後６ケの素材の抗折試験、および２種類の摩耗試
験を行ない、その結果をそれぞれ第２図〜第４図に示す
。

第１図に示すように、本発明パンチの素材である超硬度
高速度工具鋼の抗折試験における吸収エネルギーは従来
材の溶製材５Ｋ）１５１．５ＫＤＩＩや従来の粉末高速
度工具鋼の素材より若干低い値を示しているが、ＨＲＣ
７２の高硬度でも吸収エネルギー１３０ｋｇ？ｍｍ以上
を有していることが判明した。

また第２図にアブレッシブ摩耗試験の結果を示す。第２
図によれば耐摩耗性に関して、本発明パンチの素材であ
る超硬度高速度工具鋼は従来材に比べて約３倍の性能を
有していることがわかる。

さらに第３図には火縄式摩耗試験の結果を示す。

第３図にも本発明パンチの素材である超硬度高速度工具
鋼が従来の材質に比べ優れた耐摩耗性を有していること
がわかる。

次に、上述の６ケの素材からパンチを製作して第３図に
示すようなソレノイドによりパンチを作動させ、打抜き
を行ない復帰ばねにより、元の位置に移動させる方式を
用い、磁気コーティングを施した厚さ０．２１１ＩＩ＋
のカードを５ｋｇｆの荷重で打抜いて、パンチの寿命テ
ストを行なった。

パンチの寿命判定基準は、カードを打抜いた際、カード
表面に適正な穴形状が開かなくなった時点、またはパン
チが復帰するときカードがパンチから抜けきれず正常な
動きができなくなった時点を寿命とした。

テストの結果を第１表に併記する。

５ＫＤ１１と５ＫＨ５１を素材にするパンチは、約１０
，０００回で、粉末高速度鋼を素材にするパンチは３０
，０００回で不調になったのに対し、本発明である超硬
度高速度工具鋼（パンチ材質Ｎｏ、Ａ、Ｂ、Ｃ）からな
るパンチでは、２００，０００回でもなお切れ続け、寿
命には至らないので粉末高速度鋼に比べ約１０倍以上の
寿命向上を示すことが判明した。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明に係る打抜きパンチは、１
ｌＲｃ７２以上の高硬度を有し耐摩耗性に優れており、
かつ適度の靭性も兼ね備え、打抜きパンチの寿命向上が
達成でき工業′上極めて有効な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るパンチ素材の抗折試験の結果を
示すグラフ、第２図はアブレッシブ摩耗試験の結果を示
すグラフ、第３図は火縄式摩耗試験の結果を示すグラフ
、第４図は本発明のパンチの打抜きテストに用いたユニ
ットの概略図である。１：打抜きパンチ、２：テレフォンカード、３：打抜き
ダイ、４：パンチガイド、５：パンチホルダ、６：復帰
ばね第１図清　里口５Ｏｆ丼憬さ　　　（ＨＲＣ）第２図第３図２．０　　　　　２．５　　　　　３．６　　　　　３
．５朝’ｔＪｌ　（ｍ／ｓｅｃ　）第４図

Claims

【特許請求の範囲】１　平衡炭素量Ｃｅｑが重量比でＣｅｑ＝０．０６Ｃｒ
＋０．０３３Ｗ＋０．０６３Ｍｏ＋０．２Ｖとするとき
、Ｃ２．０〜３．５％の範囲で、０．１≦Ｃ−Ｃｅｑ≦
０．６を満足し、さらにＣｒ３〜１０％、Ｗ１〜２０％
、Ｍｏ１〜１１％（ただし、１８≦Ｗ＋２Ｍｏ≦２４）
、Ｖ５．６〜１５％、Ｃｏ１５％以下、Ｓｉ２％以下、
Ｍｎ１％以下、Ｎｉ２％以下、Ｎ０．１％以下、残部Ｆ
ｅおよび不可避的不純物からなる高速度工具鋼のアトマ
イズ粉末を８８〜９０％と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈ
ｆ、Ｔａの窒化物、炭化物、炭窒化物の１種または２種
以上を合計で２〜１２％を、均一に混合した後、成形、
焼結してなる超硬度高速度工具鋼を用いたことを特徴と
する打抜きパンチ。２　超硬度高速度工具鋼が焼入れ焼もどしによりＨＲＣ
７２以上の硬さを有することを特徴とする請求項１に記
載の打抜きパンチ。３　超硬度高速度工具鋼が硬さＨＲＣ７２における抗折
試験（試験片：５ｍｍφ×７０ｍｍｌ、支点間距離：５
０ｍｍ、中心一点荷重方式）時の吸収エネルギーが１３
０ｋｇｆ・ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の打抜きパンチ。