JPS61206540A

JPS61206540A - 接合型工具

Info

Publication number: JPS61206540A
Application number: JP4853585A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ikebe; 池辺　政昭; Katsuya Yamamoto; 勝也山本
Original assignee: SAN ALLOY KOGYO KK
Current assignee: SAN ALLOY KOGYO KK
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1985-03-11
Publication date: 1986-09-12
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH0669595B2

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、圧造、冷間鍛造、熱間鍛造、引抜き等に用い
ろプレス金型、ポンチ、ダイス等の工具に関する。

（従来技術）従来のプレス金型、ポンチ、ダイス等の工具は、単一組
成の超硬合金を工具鋼等の補強リングに圧入または焼ば
めして使用されてきた。また、さらに表面硬化層で被覆
したコーティングチップとして使用されてきた。

（発明の解決すべき問題点）従来の上記の工具においては、使用素材が単一組成の超
硬合金であったため、耐摩耗性と高靭性という材料強度
上の矛盾した２つの制約条件を同時に１１５またすこと
が困難であった。

例えば、耐摩耗性が要求される冷間引抜用ダイスでは、
超硬合金組成の結合金属量が少ないために靭性が低下し
、応力集中によるクラックや割れが発生し易い。耐摩耗
性と耐衝撃性が要求される冷間鍛造用金型では、超硬合
金組成の結合金属量が増加し、ＷＣ粒子が大きくなれば
、靭性は高くなり耐衝撃性は向上するが、耐摩耗性は逆
に低下ずろ。

また、冷間鍛造用超硬合金ボンデでは、工具鋼と比較し
てはるかに靭性が低いため、プレス成形時に曲げ応力等
による折損が生じ易く、使用条件範囲が限定されている
。そこで、靭性を高めるために結合金属量の多い超硬合
金チップを使用すると、耐摩耗性の低下により工具寿命
が延びない。

硬化層で被覆したコーティングチップについても同様の
ことがいえる。

本発明の目的は、耐摩耗性と靭性との両方の特性につい
てすぐれた工具を提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明に係る接合型工具は、被加工素材の加工を行なう
加工部と、この加工部に固相拡散接合により接合され、
加工部を支持する支持部とからなり、上記の加工部と上
記の支持部とは同種の材料でそれぞれ形成され、加工部
は同種の材料のうちより高耐摩耗性の材料からなり、支
持部はより高靭性の材料からなる。

本発明に係る他の工具は、被加工素材の加工を行なう加
工部と、この加工部に固相拡散接合により接合され、加
工部を支持する支持部とからなり、」二足の加工部と上
記の支持部とは同種の材料でそれぞれ形成され、加工部
は同種の材料のうちより高耐摩耗性の材料からなり、支
持部はより高靭性の材料からなり、加工部の表面が硬化
層で被覆されている。

（作　用）本発明においては、上記の耐摩耗性と靭性との相反する
条件を同時に満たすために、工具を耐摩耗性の要求され
る加工部と靭性の要求される支持部とに分割し、固相拡
散で一体に接合して構成した。そして、加工部と支持部
とに、それぞれ同種の材料のうち、より耐摩耗性の材料
とより高靭性の材料を用いた。加工部と支持部との接合
は、同種の材料の間の接合であるので非常に安定であり
、且つ、強度が高い。

（実施例）以下、添付の図面を参照して、本発明の詳細な説明する
。

加工部と支持部とに超硬合金を用いる場合について説明
する。超硬合金は、周期律のＮａ族、Ｖａ族、Ｖｉａ族
元素の炭化物、炭窒化物のなかの１種以上と、結合金属
（主として、鉄、コバルト、ニッケルなど）とからなる
粉末焼結体である。

例エバ、ＷＣＣ壬子コバルトとからなる超硬合金におい
ては、粉末焼結体であるため組織中には平均ＷＣ粒子よ
りもはるかに大きなＷＣ粒子も存在し、これが応力集中
によるクラックの発生源となりやすい。このような粗Ｗ
Ｃ粒子の存在個数は、使用される超硬合金の体積に比例
すると考えられる。また、一定ＷＣ粒子においては、結
合金属（コバルト）の量はＷＣ粒子間隔を支配し、ＷＣ
粒子間隔が大きくなれば、靭性は向上するが耐摩耗性は
低下する。逆にＷＣ粒子間隔が小さくなれば、耐摩耗性
は向上するが、靭性は低下し、応力集中によるクラック
の発生確率が高くなる。そこで、加工部の材料としては
より高耐摩耗性の組成の材料を用い、支持部としてはよ
り高靭性の組成の材料を用いればよい。

超硬合金の接合については、従来、ろう付法および溶接
法があったが、安定した接合強度、均一組織が得られな
かった。ろう付法では、接合時のろう付面積は全接合面
積の７０〜８０％であり、かつ、接合母材とのぬれ性の
問題もあるため、接合強度に大きなバラツキを生じてい
た。一方、溶接法では、接合部を局部的に急加熱して溶
融、凝固させるため、接合部に残留応力が発生し、かつ
、接合母材との間に金相学的相違および金属組織的欠陥
（酸化物、スラブ、空孔等の残留）が生じやすかった。

本発明においては、固相拡散接合を用いることにより、
この問題点を解決した。接合方法には、（＋）電子ビー
ム法（加工部および支持部の接合面周縁部を電子ビーム
溶接後、ＨＩＰ（高温静水圧加圧）拡散接合する方法）
、（２）カプセル封入法（加工部および支持部をカプセ
ル方式によりＩ−１Ｉ　Ｐ拡散接合する方法）、　（３
）加工部および支持部の接合面間にインサートメタルを
挿入し、上記の（１）、（２）と同一方法にて拡散接合
する方法がある。

接合手段としての固相拡散接合は、両接合母材が融点以
下である再結晶温度域にて加圧保持されるため、全接合
面積において完全な接合が行なわれ、かつ、接合界面組
織も両接合母材と同一な組織である。そのため、ろう付
法および溶接法と比較して、両接合母材と同等以上の接
合強度をもつはるかに安定な接合を生じる。

以下に実施例を簡単に記述する。各実施例とも、接合位
置、接合面形状、接合部材、鍛造条件は、全て同一条件
である。

第１図は、冷間鍛造用金型の断面図を示す。加工部（耐
摩耗性超硬合金Ｖ２相当）ｌの外側に支持部（耐靭性超
硬合金Ｖ５相当）２を、さらにその外側に補強リング（
工具鋼）３を配置する。加工部ｌと支持部２とは、後に
説明する方法で接合される。

また、両者１．２は、補強リング３に圧入または焼ばめ
される。製作される金型に対して、被加工品形状、波加
工材料、計算応力等から、両接合部材１．２の材質、接
合位置、接合面形状を設計する。両接合部材１．２は、
仕上加工代を含めた寸法にて用意し、接合面粗度は５０
μｍ以下とする。

接合面は、酸洗、脱脂等により表面酸化物その他の不純
物を洗浄、除去した後、組み合せる。

次に、上記の接合方法（１）、（２）、すなわち、電子
ビーム法とカプセル封入法を用いて両接合部材１．２の
固相拡散接合を行なう。第２図と第３図とに、電子ビー
ム法とカプセル封入法とを図式的に示す。電子ビーム法
においては、両接合部材１．２の接合周縁部Ｗ、Ｗ、・
・・を電子ビームで溶接することにより接合面を真空密
封した後、Ｈ１Ｐ拡散接合（１０００〜１３５０°Ｃ，
２００〜１０００気圧）を行う。カプセル封入法では、
両接合部材１．２を圧媒粒子４とともに軟鋼製カプセル
５中に真空封入し、ＨＩＰ拡散接合（１０００〜１３５
０℃、　２００〜１０００気圧）を行う。

なお、両接合部材１．２間に、インサートメタルを装入
したものを上記の２方法にて拡散接合を行ってらよい。

下記の例１〜例３は金型処理条件を示す。最後に、最終
形状品の成形加工が行なわれる。

（例１）：　接合型金型をケーシング後、研摩仕上を行
う。

（例２）：　接合型金型をＣＶＤ処理（８００〜１２０
０℃）した後、ケーシング後、研摩仕上を行う。

（例３）：　接合型金型をＣＶＤ処理（８００〜１２０
０°Ｃ）後、Ｉ−Ｉ　Ｉ　Ｐ拡散処理（１０００℃以下
、１０００気圧以下）を行い、ケーシング後、研摩仕上を行う。

例２においては、さらに耐摩耗性の向上をはかろために
、例Ｉの接合型金型表面にＣＶＤ処理（８００〜１２０
０℃）により硬化層が析出被覆される。この硬化層とし
ては、還移金属の各種炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化
物もしくは硅化物、および／あるいは、アルミニウム、
イツトリウム、ジルコニウム等の酸化物の単層、複層ま
たは複々層を被覆する。

さらに例３においては、表面硬化層の安定化および硬化
層の金を母材への拡散による十分な密着強度を得るため
に、例２の接合型金型にｒ−ｉ　ｒ　ｐ拡散処理（８０
０〜１２００℃、２００−１０００気圧）が実施される
。

以下余白表　　金を１個当り製作数量表に、以上のようにして製造した金型を用いて被鍛造材
（Ｓ　２５　Ｃ焼鈍材）を鍛造したときの金型１個当り
の製作数量を示す。比較のために、従来の一体型工具（
超硬合金ｖ５相当）についても記している。

表より明らかなように、本発明にかかる接合型金型の寿
命は、従来の一体型工具に比べて著しく長くなった。こ
の効果は、被覆硬化層を設けた場合（例２９例３）、さ
らに大きい。

ＣＶＤ処理による被覆硬化層は、高硬度であり、かつ、
鉄系材料との親和性が劣ることにより、その摩擦抵抗が
減少する作用がある。そのため、耐摩耗性を飛躍的に向
上することができる。

ＣＶＤ処理後のＨｒ　Ｐ拡散処理は、被覆硬化層の母材
への拡散を促進することによる母材との密着強度向上の
ため、硬化層のはく離可能性は減少し、耐摩耗性はさら
に向上し、工具寿命はさらに延長される。

第４図〜第７図に、他の接合型工具の例を示す。

第４図（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ加工部ｌに２段の
段付部を設けた冷間鍛造金型の上面図と正面断面図であ
る。同様に、第５図（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ１段
の段付部を設けた２個の加工部１ａ、ｌｂを組合せた冷
間鍛造金型の上面図と正面断面図である。

また、第６図（ａ）、　（ｂ）は、第７図（ａ）、　（
ｂ）と同様に、それぞれ、冷間引抜用ダイスの上面図と
正面断面図である。さらに、第７図は、冷間鍛造用ポン
チの断面図である。

第４図〜第７図に示した接合型工具においても、同様に
、従来の一体型工具に比べて寿命が長くなった。この理
由は、次のように考えられる。

（ａ）冷間引抜等の耐摩耗性が要求されるダイスにおい
て、接合型ダイスでは、使用する耐摩耗超硬合金の体積
が一体型よりも小さいこと、およびより高靭性の耐衝撃
超硬合金を接合していることにより、応力集中によるク
ラックの発生確率が低く抑制され、金型寿命が延長され
る。

（ｂ）冷間鍛造等の耐摩耐衝撃性が要求される金型およ
びポンチにおいて、接合型では、より耐摩耗性の材料が
より高靭性の材料に固相拡散接合で一体化されているた
め、一体型よりも耐摩耗性が高く、金型およびポンチ寿
命が延長される。

（ｃ）鍛造用ポンチを除く接合型金型においては、支持
部用の外部接合部材（耐衝撃超硬合金）と加工部用の内
部接合部材（耐摩耗性超硬合金）では、外部接合部材の
熱膨張係数の方が大きいため、拡散接合後では外部接合
部材が内部接合部材に対して締りばめの効果をもつ。

接合型工具は、また、加工部と支持部とに、それぞれ、
同種のセラミックス材料のうち、より高耐摩耗性の材料
とより高靭性の材料を用い、両者を上記の超硬合金材料
の場合と同様に固相拡散接合により一体化して製造でき
る。

（発明の効果）本発明により、従来型工具と比較して工具寿命は大巾に
増大する。用途、使用条件によっては、接合部位、接合
方法を変えることにより、最も効果的な接合型工具を得
ることができる。

接合手段に関して、従来、長尺物に対してはろう付溶接
法が実施されてきたが、固相拡散接合を適用すればより
安定な接合強度が得られ、その量産化ら可能である。

また、ＣＶＤコーティングは塑性変形の少ない高硬度母
材に適しており、必要個所のみ、その上うなＣＶＤコー
ティング適正母材を接合すれば、よりＣＶＤコーティン
グの効果が発揮できる。

その他、使用の除虫じた金型等の破損に対しても、その
補修を行うことも可能であり、仕様条件の変更による金
型の一部分形状設計変更にも対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、冷間鍛造用金型の断面図である。第２図は、電子ビーム法を説明するための図である。第３図は、カプセル封入法を説明するための図である。第４図（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ、冷間鍛造用金型
の上面図と正面図である。第５図（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ、冷間鍛造用金型
の上面図と正面図である。第６図（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ、冷間引抜用ダイ
スの上面図と正面断面図である。第７図（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ、冷間引抜用ダイ
スの上面図と正面断面図である。第８図は、冷間鍛造用ポンチの断面図である。 ■・・・加工部、　　　２・・・支持部。特許出願人　　サンアロイエ業株式会社代　　理　　人
　弁理士　前出　葆ほか２名第４図　　　　第５図（ａ）　　　　　　　（ａ）第６図　　　　　第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被加工素材の加工を行なう加工部と、この加工部
に固相拡散接合により接合され、加工部を支持する支持
部とからなり、上記の加工部と上記の支持部とは同種の
材料でそれぞれ形成され、加工部は同種の材料のうちよ
り高耐摩耗性の材料からなり、且つ、支持部はより高靭
性の材料からなる接合型工具。
（２）特許請求の範囲第１項に記載された接合型工具に
おいて、上記の同種の材料が周期律のIVａ族、Ｖａ族、VIａ族元
素の炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、結合金属
、主として鉄、コバルト、ニッケルの１種以上とからな
る超硬合金であり、上記の加工部の材料としては、結合
金属のより少ない超硬合金が用いられ、上記の支持部の
材料としては、結合金属のより多い超硬合金が用いられ
ることを特徴とする接合型工具。
（３）被加工素材の加工を行なう加工部と、この加工部
に固相拡散接合により接合され、加工部を支持する支持
部とからなり、上記の加工部と上記の支持部とは同種の
材料でそれぞれ形成され、加工部は同種の材料のうちよ
り高耐摩耗性の材料からなり、且つ、支持部はより高靭
性の材料からなり、加工部の表面が硬化層で被覆されて
いる接合型工具。
（４）特許請求の範囲第３項に記載された接合型工具に
おいて、上記の同種の材料が周期律のIVａ族、Ｖａ族、VIａ族元
素の炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、結合金属
、主として鉄、コバルト、ニッケルの１種以上とからな
る超硬合金であり、上記の加工部の材料としては、結合
金属のより少ない超硬合金が用いられ、上記の支持部の
材料としては、結合金属のより多い超硬合金が用いられ
ることを特徴とする接合型工具。
（５）特許請求の範囲第３項に記載された接合型工具に
おいて、上記の硬化層が遷移金属の各種炭化物、窒化物、炭窒化
物、硼化物もしくは硅化物、および／あるいは、アルミ
ニウム、イットリウム、亜鉛等の酸化物の単層、複層ま
たは複々層であることを特徴とする接合型工具。