年度共同研究実施報告書

三陸総合研究 第25号

平成

年度共同研究実施報告書

研 東 題 目 精密プ レス加工用超硬合金の摩耗特性 のデータベースの構築 共 同 研 究 者 研究代表者 吉野 泰弘 ( 岩手大学工学部機械工学科 .助手)〜

(所 属 . 職 ) 清水 友治 ( 岩手大学工学部機械工学科 .助教授) 岩測 明 ( 岩手大学工学部機械工学科 .教授) 菊池 寛 ( ( 有)サ ンアイ精機 .代表取締役) 赤平 英之 ( ( 財) さん りく基金 .主任研究員) 研 究 代 表 者 電 話 :

連 絡 先

メール :

U R L :

研 究 日 的

本研究は､ コネクターの製造 に関わる精密プ レス加工の金型材料 としてよ く使われる超硬合金の 種類 と摺動材 の組み合わせ を変え摩擦実験 を行 い､それ らの摩耗特性 のデータベースを構築す るこ

とを目的 とす るo 研 究 結 果 の 概 要

1

は じめに ( 研究の背景等)

精密プ レス加工用 の金型では､その材料 として主 に超硬合金が使用 されているo超硬合金は高硬 度で耐摩耗性 に優れている とされるが､ いずれ摩耗 し､寿命 を迎えるO この摩耗特性､ あるいは摩 耗 メカニズム を解明す る ことは､金型の長寿命化､高精度化 には欠かせない研究であるo

平 成

年度 の研究では､超硬合金 に含 まれ る

粒子 の粒径や

O含有量 の違 いで摩耗が変化 す ることがわかったC また､その摩耗挙動 を観察 し､摩耗 メカニズムのモデル を提案 したo

ところで､金型 を設計す る際､金型材料の選定は､現場の経験や､試行錯誤で決定す る ことがお おいため､どうして も無駄な工程が多 くなって しまう○さ らなる短納期､高精度化 を達成す るには､

それ らの摩擦摩耗データベースが必要であるo

そ こで､平成

年度 の研究では､昨年度 の結果 を踏 まえ､精 密プ レス金型材料 として使われて いる超硬合金 と､被加工材 の摩擦摩耗実験 を行 い､ これ らのデータベースを構築することを目的 と したo

堅

2

実験方法 および材料

図 1に､本実験で用 いたブロック .オ ン .シ リンダー型摩擦

試験機 の概略 図を示すC この実験装置は､ ブ ロック試験片 を､ .

旋盤 によって回転 された丸棒試験片 に押 し付け摩擦 させ るもの 一

で､お もりによ り死荷重 を与えることが出来 る. また､試験片

ホルダーはひずみ リングに即 付 け られてお り､ これ によって

警 三誓 , " V…警 忘妄J L l o …. 1 )崇 , '芸孟左芝這さ こ真言三宝 岩 琶

‑14‑

ハ ッチ ング部が摩擦面であるo摩擦面は表面状態 を一定す るた め平面研削盤

によ り

イサーで切断し､縦5 m m､横

､幅0.

mとしたo また､各種 超硬合金の硬 さと

含有量 を表 1に示 し､表面のSEM 写真 を図

に示 した｡硬 さの比較は式( 1) のように

にかけて硬 さの値が低 くな り

と

はG3 の硬 さとほぼ 同様であっ た｡

Gl)(G3≒KD20≒EF20))G5)G6

‑( 1)

これ らの違 いは図

で もわか るよ うに､Co 含有量 と

粒子 の 粒径の差か ら生じている｡

含有量の比較は式(

のようになって いる｡

G

l

丸棒 試験 片 は

で､炭 素鋼

､ リン青銅

､ ステ ン レス鋼

､ アル ミニ ウム合金

､マグネシウム合金

1)､および純チタン (

第二種) を使用 した｡ これ らの化学組成 とビッカース硬 さを表

2

に示す｡実験前に､旋盤で1000r

､切込み0.

の条件で切削 し､偏芯が

実験条件は､荷重56N ､すべ り距離800m､すべ り速度約230

S､無潤滑で行 った｡試験後 のブ ロック試験片 の摩耗量は三 次元表面粗 さ計によ り､すべ り方向に25 本､10〟m間隔で トレ ース して求めた｡

表

超硬合金の硬さと

図 2 ブロック試験片の形状

図3

超硬合金の表面観察

表 2 被加工材の硬さと化学組成

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三陸総合研究 第

25

図 4 に示すように､粗さの トレースの基準線か ら下の部分を摩耗量 Vw ､上に出た部分を移着量 VT とし､それぞれの面積

と

を

方向のピッチで積算することで体積を求めた く 式

､式

) ) ｡求 めた摩耗量か ら式

により比摩耗量を算出した｡ ここで

は荷重

はすべ り距離である｡

25

v

^w

^{…( 3)} J

vT

‑蓋 Bz ･ XAY

[m^m3] ‑(4)

ws‑vw/(p

･L) l m m

/ N･ m

移

着 VT

図4 摩耗量と移着豊の算出法

また､各表面の

観察 と

による元素分析を行なった｡

3

結果と考察

シ 被加工材 に対す る各種超硬合金の比摩耗量 と移着 量､摩擦係数を比較 した｡図5 に比摩耗童､図6 には 移着量の結果を示 した｡比摩耗量は被加工材によって オーダーが二桁違ったので､グラフを二つに分けてい る｡二つのグ ラフには､Ti を除き､次のような傾 向 が見 られ た｡ 比較 的硬 い

お よび

では

と

が摩耗 しやすい結果 になった｡

A5052B

と

では､逆に

と

で摩耗 しにく い結果 となった｡ また

と

は移着量が多 く､正確な摩耗量を測定できていない可能性はあるが､

硬い被加工材 に対 しては硬い超硬合金が適 してお り､

逆に軟い被加工材には軟い超硬合金が適 しているとい える｡Ti では､摩耗痕 を埋め尽 くす ほどの移着が見

られ､摩耗量を正確に測定できなかった｡

現段階の最適な超硬合金を選定するな らば以下のよ うになる

に対 しては

が適当であり､一番摩 耗 した

の約

である

に対 しては硬いほ ど摩耗 しに くい結果で､硬 さが似通 って いる

と

を比べると微粒子の

の方が摩耗 が少な く､超微粒子 の

はさ らに摩耗が少ない｡

C5191B

には一番硬 い

が適当である

で は

が最 も摩耗が少な く､一番摩耗 した

に比べ 約

であった

と

は､上の

つ とは 違い

の比較的粒径の大きな超硬合金が適 し ているといえる｡ただし､ この二つ と

は移着が多

tV.uJ.OLL'ヱFJJFaIUrJ!'>rJ⁚LNr.≡.OLt.OIDJ)MJ'JこlUyj:

.E .OL l '□∈コ IOr･ JqI三 LIJL

図5

超硬合金の比摩耗豊

図 5 超硬合金の比摩耗量

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く､実際は潤滑油を使用するなどの対策が必要であり､潤滑環境での摩耗試験を行い検討する必要 あるO

摩擦係数 とすべ り距離の関係を図

に示す｡実験開始 と同時に急激に上昇 し

安定 している｡すべての結果で安定 していた600‑800mを摩擦係数の代表値 として平均して求め､

その結果 を

に示 した｡超硬合金の違いによる摩擦係数の違いは見 られなかったが､移着の少 ない

では摩擦係数が大きく､移着の多いA5052B､AZ31､Ti では小さ く､一番軟いAZ31 に対する摩擦係数が一番小さい結果 となったO

LJDこuこtJ01LJD芯

ニーaO

0 100 280 308 400 580 600 700 808 SHdingdlStanCe, R

UOこ'J!よ.LO.ILIa芯こlD︻占

E F 2 0

図

7 すべり距離と摩擦係数

8 超硬合金と被カ ロ 工材の摩擦係数

4

結 論

超硬合金の摩擦摩耗データベースを構築するため､被加工材 との摩擦摩耗実験を行った結果､以 下の結論を得た｡

硬い被加工材には硬い超硬合金､軟い被加工材には軟い超硬合金を適用することで､摩耗を減少 させることが出来ることがわかったO具体的には､S45C‑G3､C5191

､

の組み合わせがもっとも摩耗を減少させた｡ただし

は移着が激 し

く摩耗の評価はできなかった｡

地域振興への展開

本研究で得 られた摩耗データベースを利用 し､各被加工材に最適な超硬合金を選定することがで きるO これによ り､三陸地域のコネクター用金型製造プロセスの簡略化が期待でき､納期の短縮､

また､製品精度の向上などが期待される｡ただし､より最適な金型材料を選定するには､今後､今 回使ったメーカー以外の材料 も試験 し､データを蓄積する必要がある｡

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