各種炭素鋼の冷間衝撃押出法における押出力および許容限界圧力について

各種炭素鋼の冷間衝撃押出法における

押出力および許容限界圧力について

Studies

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(1)SlOC∼S45Cの各種構造用炭 果,最 高 鋼を断面減少率40∼90%で冷閃f軒 衝撃比押出力は次の式で表わせる｡ ♪.n札Ⅹ=0.82げ1■3(C/β∫,) 盲(T/βp)官 (2)最高衝撃比押出力の

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Mutsuo Nakada 押出を行ない,押出力を検討した 用的許容限界を外径36･5mmれ _{内径27･5mm￠およぴ30mm￠,SlOC鋼円筒} 状部品の量産押出によi)検討した結 150kg/mm2以下にする必要がある｡

1.緒

,比較的隕純な形状で1万個以上の型寿命を確保するためには 最近,鋼の冷閃衝撃押Hl法は材料費の節減および加上費の低減 などの目的で大量生産部品の加工法として大幅にとり入れられつつ ある｡一方,本加工法は冷間加tである土ともに,塑性変形率がき わめて大きいので型に作用する応用も大きく,型の破折により加工 の成否が決まるものである｡ に本加工法で一線多く用いられる後 方押出法では,男型の破折が多く,男型に作用する圧縮応力および 男型の実用的許容圧縮応力限界を知ることは,本加工法を応用する 際にきわめて重要な問題となる｡一方,男型の圧縮応力,すなわち 押出力に関してほ不明な点が多く,本加工法を応用するに際して大 きな支障をきたしている｡したがって,われわれにSlOC∼S45C の各種構造用炭 鋼を断面減少率40∼90%と 的に実験し,押出力を検討するとともに, 用の実験式を作った｡ 広範囲の加工 実用的な冷間押 また,量産上における男型許容圧縮応力は, 外径36.5111 径27･5mm￠および30mm￠の実用型で量産試験を行ない の点から検討した｡

2.実験装置と方法

2.1冷間衝撃押出実験装置 弟l図は後方衝 押出実験装置である｡ 図で④は実験型 押出力測定用ピックアップであり,④は押出深さ,す なわち型の高さを微量調整するための調整板である｡ 実験型は4本ガイド式サブプレス型④に入れプレス ラム運動の精度が悪い場合にも実験 ようにしている｡ 2.2 _{冷間衝撃押出型} 弟2図は冷間衝 l酎Il出 悪影響のない の構造である｡図で中心線 より左側は押出前,右側は押出後の状態を示す｡すな わち,女型内に入れたブランクを男型で圧縮すると, 材料は男女型のすき間を通って流れ,円 容器状の押 出製品となる｡女型には補強リングを締代0.4mmで 焼はめし,押出時の円周方向応力による型破損を防い 第1図 後力衝撃押出実験装置 二率で系統 】出力推定 男型 lm￠,内 ･,塑寿命

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第2図 実 験 塑 構 造 図 でいる｡弟3図は男型の形状であり,材料の変形を容易にするため に,先端に5度の押出角をつけた｡男,女型とも型材にはCRD鋼 (JIS,SKDl相当)をHRC60に熱処理して使用し押出に直接関係す る男型先端,女塾内径は錠面仕上し, 擦祇抗を少なくしている｡ 断面減少率の設定には,女型内径15mm￠を一定とし,男型外径を * 日立製作所多賀工場 月 グ J斤 竃 J ′βJ〝ラ. l

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q l /■ JO βJ〝 C β _ラ･リブ 第3国 男 型 の _{形 状} 補強リング

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第1表 男 型 諸 第2表 ＼＼-＼､男型No. り型外径(mm) 断面減少率(%) 供試桐二

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第3表 化学成 分 試 料 の 元 分析値 機械的性質

押出法における押出力および許容限界圧力について

P O.008 0.015 0.036 0.026 0.007 0.013 0.021 0.019 第4表リ ソ 酸 塩 処 理 条 件 処理工程 リソ酸塩処理 水 中 潤 乾 処 理 粂 パ←-コクリーナ#359A 600C 5分 700C 5分 ボンデライト160Ⅹ,70□C,5分,20ポイント パーコレーン#20 70て,5分 ボンダーリニ1-′ミ霹235,80DC,5分 第4区【衝撃抑川力測定装置 変化させた｡舞1図は刀形外径寸法および設定断面減少率を示す〔, 2.3 _{衝撃押出力測定装置} 罪4図は衝撃押出力測定装躍のブロックダイアグラムである｡図 でプレスラムが押出型に与えた術 荷重をストレンゲージでピック アップし,増幅器を通してプラウソ管オシログラフの縦軸に入れ た｡さらに,ブラウソ管オシログラフの横軸には光電管を利用した 榊綱l装i責を使月一江,プレスラムの運動と同期して才叩1力の時間的 変化も検冊できるようにした｡なお,ピックアップほ4拍柱とし, この4耐こゲージをはF)付けて並列に接続し,偏心荊 くようにした｡ 2.4 _{供 試 材} 市販の構造用炭 鋼中でSlOC,S20C,S30C,S45Cの4種を 使用した｡その化学成分は弟2表に示す｡ 験の際は素材を9300C, 30分焼鈍して使用したが弟5図にこの時の顕微鏡組織を示す｡弟3

表はその機械的性質を示す｡ブランクは15mm￠×11mmtに機械

加工後,上記の焼鈍を行ない,酸洗によりスケールを除去し,ボンデ

ライト160Ⅹ(日本パーカライジング社製)でリソ酸亜鉛偲理した｡ その処理条件は第4表に示す｡ SlOC(×15〕) S30C(×15〕) 905 S20C(×150) S45C(×150) 第5図 試料の顕微鏡組織 第6図 使用プレス 250tナックルジョイントプレス 2.5 プ レ ス 会田鉄工所製250t,ナ､ソクルジョイントプレスを使用した｡弟 る図にその外観を示す｡

3.実験結果ならびに検

3.1記 号 本文中の記号を次のように定める｡ げ: 男型外径寸法(mm) 女型内径寸法(mm) ブランク厚み(mm) 男,女塑間のすき間(仇一βp)2=押出製品内厚 ブランクの抗張力(kg/mm2) り:断面減少率(%),(=か♪2/仇2×100) ♪皿aX:最高衝撃比押出力(kg/mm2)

昭和37年6月

(a)SlOC _{左よりり=90,錮,70,恥50,40%} 第7図 各 種 炭 押出力行程図における最高押出力を男型の断面積 で険したもの｡ PLot:プレス所要力 押出力行程図における最高押出力であり, ♪m乱∑×βp2/4である｡ 3･2 _{各種炭素鋼の加工限界} 弟7図は各種炭素鋼押出製品の一例である｡すなわちSlOCでは り=80%まで押出可能であったが,り=90%では男型が破損し,図 (a)左端に示すように所定の押出を行なうことができなかった｡ま たS20C,S30C鋼はり=80%,S45C鋼はり=70%まで押出可能 であったが,これ以上の断面減少率では男塾が破損して押出不可能 であった｡ 弟8図はこれら _{品の押出時における断面減少率と最高衝} 出力の関係である｡図から,各炭 比押 鋼とも断面減少率の増加にとも なって押出力は次至酌こ増加し,特に断面減少 _{80%以上になると急} 激に増加する｡これらはSlOC銅を90%で押出した際に男型が破 損し,さらにS20C鋼が90%で押出不可能であった点より明らか である｡j毎ⅧⅩの実験的限界値は450kg/mm2となるが,これは一 回の押出による破壊限度であり,この値を量産形における振乱xの 限界値と考えることはできない｡ 3･3 _{炭素含有量の影響} 弟9図はブランクの炭 含有量と最 高

り,炭素含有量の増加は鋼の押出加工性を急

比押出力の関係であ に悪化させる｡五弓 貯1)は炭素含有量と押出力は一次的関係にあると発表しているが, 我々の実験では二次的関係が得られた｡ 3.4

_{衝撃押出力実験式}

冷間衝撃押出法においては押出力がきわめて大きく,その加工限 界は型破損により決る｡したがって本加工法を実際に応用するにあ たってはブランクの材質および l椛■.llこ.寸法などの押出条件から 押出力を推定し,型応力および使用プレス圧力を検討する必要があ る｡ また,冷間押出力は加工率,押出速度,ブラソクの潤滑状態およ び男女型の形状と仕上程度など多数の国子により影響され,これら すべての因子を考慮tた計算式を作る必要がある｡しかしわれわれ 第44巻 第6号 (b)S20C _{左よりヮ=80,70,60,50.4什%} (d)S45C _{左よりり=70,60,} 素 鋼 押 出 ‥. ､

ヘヘミミぎ.送達

(印篭ミ葺∵去年q 50,40% イ♂ 〟 〟 形 《 r%) 戯7 ∬ 第8岡.如1aX-ワ _の関係 第9図 _{炭素含有量づm乱Ⅹの関係} が木加工法を大量生産部品に応用する際には一般に押出速度が比較

的速い機械プレスを使用し,加工率はり=40∼80%で,しかもブラ

ンクをリン酸塩処理する｡また,男型は特に製品形状により制限さ れないかぎり先端に5∼7度の押出角を付ける｡したがって,この ような押出条件を満足する押出力推定式を作っておけばすぐに実用 できることになる｡ 実験結果から如-aXとC/βpとの間には弟10図の関係があり,

各種炭素鋼の冷間衝撃押出法における押出力および許容限界圧力について

(箋ミき).駕へ責 〃 〃

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(㌔モ葺).烹ざd 第10図 C/刀♪一如axの閲休 l ∵ 払

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√フ 【 】 戊♂/ 戊〟 〟/ 』2 βJ α∫ ′♂ /♂∫(〝如) 第11図log(C/♪ヱ,)-せnlaXの関係 J45C JJβC ×･･一･･■ l

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J2βC_J川C 】 β∂ βJ エβ エ/ わ∫(ソ伽) 第12図log(T/βp)-せmaxの関係 固から同一材料においては(1)式の関係が成立する｡ ♪m乱Ⅹ∝(C/かp) ｢石 なお弟11図よりガの値を検討した結果,各材質ともほぼ同一と みなせるので各材質の平均値を求めた結果 ∬ = 冷間押出力はブラソクの厚みによっても圧縮ひずみが異なるので 変化し,ブランク厚み,男型径を種々変えて押出力を検討した結果 r/か∫,と久一1aXとの間には弟12図の関係がある｡ よってT/βpと♪m乱Ⅹとの間には(3)式の関係がある｡ ♪m乱丁(∝(T/か′ノ)y また,指数ツの値は次のとおりである｡

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(N§ミぞ).さざく (N≡＼苦.さぎ亘

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----520C--古郡 1 ! 円 旬伊 ㈹/〝の2) 第13図logげ-♪max の関係 弟7 ､紺 ∂汐 7♂ ･: ･ Jβ Jβ♂ 第14図 実験値と計算値の比較 以上の関係を えた｡ 合し毎axに対しては次の関係が成立つものと考 如IaX=互(C/かp)｣苫(r/かJ′)召 ここに,定数疋は材質によって変化するものであり,材料の変形 抵抗である｡したがって,われわれは比較的簡単で,しかも迅速に 測定可能な抗張力との関係を考えた｡弟13国は材料の抗張力と

♪皿乱文の関係であるが,

験範囲内の炭素鋼では♪m乱Ⅹはげ1･3に比例 するということができる｡したがって(5)式は(6)式の形で表わせ る｡ 毎ヱ=∬′α1･3(C/β♪)一去(r/βノブ)孟 _……(6) 実験値を(6)式に入れてg′の値を求め,その全平均値を求めると g′=0.82………(7) よって 如-こLX=0.82げ1･3(C/βJ】) 官(r/βノノ)官 舞14図は実験値と(8)式で求めた計算値を比較したもので,そ の差は5%以内に入り,実用的に十分応用できることが明らかであ る｡ また,プレスに作用する荷 Pt.｡L二か-1∼1Ⅹ×汀βノ,2

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は次の(9)式で求まる｡ 3.5 _{p｡IaXの実用的限界} 実験型による如孔Ⅹの実験的限界値(1回の押出により男型が破 損する限界圧力)は450kg/mm2であるが, 際の鼻 型において は,圧縮,曲げ,せん断応力が複雑に繰返し作用しており,さらに

昭和37年6月 _{日 立 評} 第15図 _{♪rnnx限界値設定川押目梨晶】} 第16図 _{型寿命試験型} 第5表 化 学 成 分 第6表 機 械 的 性 質 製品,型間の摩擦熱および材料変形により発生する塑性熱による型 温度増加,製品と型の摩擦,型の _{耗による型 面状況の悪化など} 多くの条件が加わるので♪皿aヱは低くおさえられることになる｡ 従来,♪皿乱Ⅹの限界値ほ約250kg/mm2という推定値が発表(之)(3) されているが,明確な実験結果は示されていない｡男型の _命を型 材の圧縮強度,曲げ強さとたわみの単純な材料試験値から推定しよ うという試みも行なわれているが,実際の男型寿命を推定すること は不可能と考える｡ 筆者は数年前より♪皿aXの _{用的限界値を型寿命の点から検討し} てきたが,男塑先端形状が大きく影響し,最適男型先端形状を決め る必要が生じたので,種々形状の男型で型お命ぷ験を行なった結果 先端角度は約7度,男塾側面部には約0.5∼1.On-m出線部をつけ, さらに1/50のテーパで逃げをつけるのが良好であった｡よって今 回は弟15図に示したような外径36･5n-叫･i,内径27mm￠および 30mm￠の円筒状部品を外径36mm￠のTl了販SlOC鋼で量産押出 し,型寿命の点から♪LnnXの実用的許容限界を求めた｡なお,ブラ ンク厚みは内径30n-m￠で17mlユー,271Tlnl￠で25ml-1とし.押出 製品の長さを50mmとした｡ 弟lる図は型寿命試験型であり,男型の材質はSLD鋼(SKDll 相当)およぴCRD鋼(SKDl相当)であり,Hl{C58∼60に熱処理 して使用した｡男型の先端は前述の形状とし,研摩後ラップ仕上し

鏡面にした｡ブラ/クの化学成分および機械的性矧ま弟5,る図に

第44巻 _6号 破摘部 第17図 男型破損状況 第18図 男塾側面の き 裂 示したものであり,9300C,30分焼鈍後,第4表の処理条件でリソ 酸塩処理した｡ 3･5.1実験式の精度 上記の押出条件を(8)式に入れ押出力を計算すると,外径 301nm￠の男型ではPmax=205kg/mm2,27mm￠の男型では ♪皿aX=165kg/mn-2となるが,この場合の押出力を実測した結果, ♪皿aX=190,150kg/mln2 _{となり,実験式が実用上十分使用でき} ることが明らかになった｡なお,実験値と計算値の差は約10%で あるが,これには寸法効果による誤差が入ったものと考えられ, この点はさらに検討して行きたしこと考える｡ 3･5.2 _{男型の寿命と破損} 型寿命試験は約15万偶の押汁=こより検討したが,型材とLては SLD鋼,CRD鋼とも大 _{なく,内径が27mm￠の男型は約} 14,000∼15,000個で,また内径30mlllウぅの男 に破壊し, _寿命 と なった｡ は約500個で完全 男型破損形式としては大別して男塑先端部が破損するものと男 型根本部が破損するものとに分けることができる｡弟17図は男 型先端部破損の状況であり,ジi塾側面の直線部から先端面にかけ てはく している｡この男型破損は舞18図に示すような男塾側 面に発生した微細なき裂が発達した結 _{生じたものである｡この} き裂は約10,000個程度で発生しており,押出を継続するにしたが い徐々に大きくなり,き裂発′巨後約5,000個の押出により完全に

破壊する｡

各種炭

おける押出力および許容限界圧力について

くズ/〟) 第19図 き 裂= の.野 徴鏡組織 票=9図はき裂の発生した男型を縦方向に放電切断してき裂発 生状況を顕微鏡で調べた結果である｡阿からカーバイトは比較的 微細で,Lかも均一に分布しているのでこのカーバイトが破損の 原因とは考えられない｡また,き裂の深さは約0.8mmである｡ 弟20図は男型板本部で破損した例であり,破面より圧縮疲労 破壊とこれに曲げ応力の影響が入っているものと推定できる｡こ の種の破損をした男型は比校的少ないが,男 型より寿命が少なかった｡ 3.5.3 _{pln几Xの実用自勺限界} 先端で破損した男 如一汁Ⅹの実用的限界には生産品および塾代など多くの考慮すべ き間 があるので一概に決めることはできないが,一般に本加工 法は大量生産を目的としているので,ここでは10,000個以上の型 寿命を限界とすれば♪m乙LX=150kg/mm2が _{用的限界圧力とな} る｡しかし型破損状況から明らかなように,男型ほ必ずしも圧縮 疲労破壊ではなく,きわめて複雑な応力により破損すると考えら れるが,これら諸応力も圧縮応力と一次的関係にあるとして便宜 昭和37年5 月 発 行 ･計 原製T 洲 鉄 制 御 子 工 _業 に ソト計装 キ ン ア 一J -一二 の き裂

計装特集

間 の _計 る デ ー タ 処 理 装 電子式計器によるI--ト央制御 題装置 ニ ア 製 造 プ _{ロ セ ス の} 計 装 火 口 用夕 業一 産デ 力 発 電 所 計 装 制 御 に つ い _て ガ■ -の _{発 変 電 所 に お け る 応 用} 発 行 所 口 立 第20図 曲げが加わった場合の男型破損 上圧縮応力で限界圧力を設定した｡

4.結

SlOC∼S45Cの各種 後方押出し,押出力を検討した 表わせることが明らかになった｡

言

鋼を断面減少率40∼90%で冷間 果,♪皿aXは実用 久一1几Ⅹ=0.82げ1･3(C/かp)3(T/かp)官 さらに,実用上の男型許容圧 応力はCRD鋼,SLD鋼の型材で 200kg/mm2であるが,10,000個以_l二の型寿命を得るためには150 kg/mm2以下にする必要がある｡ 1 2 3 号 参 男 文 献 五号,鈴木,多田:金属学会誌19,10(1955).575 D.F.Galloway:Machinery(E),93,13(1958).355 久能木:機械学会論文集23,130(1957).121 日 次 _日立評論 別冊弟47号 ･関西電力株式会社納水火力併用系経折負荷配分装置 ･ドl 動 洪 水 調 節 装 置 ･HITACL501B形デー タ処理装置用電子計算機 ･デー タ 処 理 装 置 用 ADF-300形 AD 交 換 器 ･制 御 用 計 算 機 HITAC-502 ･工 業 計 器 選 択 上 の 諸 問 題 祉 東京都千代田区丸の内1丁目4番地 振 替 口 座 東 京71824番 取次店 株式会社 _{オーム社芋‡店 東京都千代田区神田錦町3丁日1番地} 振 替 口 座 東 京20018市

昭和3る年る月∼8月までに特許になった日立の特許権

登録年月日 277889 27789D 277932 277934 277945 277960 277982 277986 277996 277997 278007 278008 278012 278024 278052 278058 278061 278062 278064 278794 278806 278818 278866 278870 278878 278892 278927 278930 トラソジスタによる連結子形水晶発振回路 不 動 帯 調 整 装 置 車輌用空気ばね高さ制御装置 複数台ポソプによる揚水位調整方式 炎光分光光度計による血清分析用標準溶液 燃焼性ガス分検出装置における湿度安定装 置 放 射 線 絞 り 装 置 カルダソ駆動装置に於ける歯車箱支持装置 光九串 材両 置ル フ ラ イ ホ イ ル 装 置 ベータト ロ _{ソ出力自動制御装置} 極微小細線に連続的に塗布液を被覆する装 置の自動制御装置 注射器式油ポソプによる溶液微小量注出装 置の駆動装眉 管 状 体 締 付 金 具 変圧器に於ける高低両巻線問の絶縁装置 絶 縁 抵 抗 計 搬 送 保 護 継 電 装 置 チ ッ プ ラ の 連 続 運 転 装 置 キ ャ _スト レ ジ ソ端子板の製婁法 新規ポリ エ ス テ ル 製造 方 法 ペ ル ー ソ _{水 草} ≡相交流機電気串の架線分岐点切換装置 原子炉制御棒駆動装置に於ける釈放装置 耐 摩 耗 性 鉄 系 焼 結 合 金 田府橋井青田田田沼木上 八 村別小森大小藤篠小大井 田林場原井田川川田村田田井金井金中林部橋斐井島井桐井 間藤上塚上島島 和小馬梶高村及市山西安村坂塩坂塩田小坂石甲桜谷土片土西宅加井島井大鳥 谷 馬渡菊田粟矢中小田若由桜青林閑古飯鶴平光井山片山尾長横花竹 島辺地沢田内山野中森辺井木 賀島田井石原崎岡崎野川非園内 吉樹睡男忠人進達光次吾男彦実 泰重 師 正 保憲慎武義 情平彦塩昭男充男生武 正長勝真 肺 患知 春 昭 男親雄親雄音大昭治忠文之雄郎堆隆豊雄 二 琴 啓 裕之助 正 正司隆阜 偉 敬邦春俊庶 事書一 貞四忠知一良光武 正文久 博道男雄郎郎清二雄夫弥善郎正国男夫博雄要徹和塵裕 三 矯正機に於ける被矯正材案内装 調 速 機 動 作 状 態 表 示 装 匠匠 279625 279632 279683 279689 279726 279727 279728 279748 279749 279750 279751 279752 279768 279777 279781 279783 279795 279804 279805 279810 279811 280648 281050 281059 281085 281086 281091 281099 281195 281196 281199 アナログディジタル変換器に於ける数値指 示方式 電子顕徴鎧などに於ける試料保持器操作装 置 低 圧 用 避 雷 装 置 異常放電促進形低圧避雷装置 乾式整流器の動特性直視装置 静 電 塗 装 装 置 炭 素 堆 調 整 抵 抗 器 水 _車 の 運 転 方 式 置置 装 装形 注 電脂 樹 継子 定 離同 機 距電 交流直流両用電車の起動方式 回 転 電 機 巻 線 絶 縁 法 子 ､･∴､こ l断竃 の 国 定 のの 子管心 回生制動用励磁発電機電圧牒憎装匠 回 転 引 出 形 配 電 盤 空気遮断器用主接触子引出 条材巻取概の加減速補償 回 転 電 枚 の 電 機 子 巻 線 摩 擦 部 用 素 材 の _{製 造 法} クロスバー式自動交換機に於ける発呼老途 中放棄の監視方式 定値及びプロ グラ _{ム制御装置} Ⅹ縁遠祝台に於ける蛍光板部の平衡装置 半田鋭着用非腐蝕性フラ _ックス剤 点 状 電 子 源 装 置 多数の遊星歯車をそなえた遊星歯車装置 田 半 田 鋪 着 フ ラ ッ ク ス 圧電装置を用いた周波数選択推電装置 可飽和相互誘導形定電圧移相器 井谷沢名浦崎地野築築本本木柄井口井岡西井沢上子内崎木藤岡林西江岡酉家井原川谷秀川川砂藤野 川田四辺森村郡上原野 森 老 河 石小鮒海三川菊海都都橋橋茂深林山渡大大河伊井加横官橋安大高大寒大大兵亀相立神丹中滑高伊仲泉西平地森淀江中磯井萩大 野 和小松石桜大桜大菊三保高井桜大桜大柿品小鈴 雄亨夫吾雄淳夫昌彦彦明隆二一安男夫宏美治二夫彦中郎一 三 宏人夫次宏夫夫樹郎三浦郎郎三義郎一 五 大 二 乍和正 和良茂六昭 太宰義常忠善千一克正和孝五 昭利平 郎郎己郎夫正郎隆二夫一 書 一 徹 進仲平雄渾己己己己夫治誠司啓己己己己志雄光昇 正長一連克正克正憲忠 息 克正克正篤敏芳 8 36