油圧プレス金型の故障原因と解決策

この記事では主に、油圧プレス金型と溶液。

1. 金型材料

金型鋼は合金鋼の一種です。その構造には、非金属介在物、炭化物偏析、中心気孔、白斑などの欠陥があり、これらが金型の強度、靭性、耐熱疲労性を著しく低下させます。一般的に、金型鋼は品質に応じて普通金型と高品質金型に分けられます。高度な製造技術により、高品質金型は純度が高く、構造が均一で、偏析が少なく、高い靭性と耐熱疲労性を備えています。

解決策：通常の金型を鍛造して大きな非金属介在物を破壊し、炭化物の偏析を解消し、炭化物を微細化し、構造を均一化することで、高品質の金型の効果を実現する。

2. 金型設計

金型を設計する際には、金型の強度を確保するため、成形部品の材質と幾何学的寸法に基づいてモジュールの外形寸法を決定する必要があります。また、金型の熱処理および使用中に、フィレットの半径が小さいこと、薄肉部が広いこと、肉厚差が大きいこと、穴やスロットの位置が不適切であることなどが原因で、過剰な応力集中や亀裂発生が起こりやすくなります。金型設計においては、鋭角な角をできる限り避け、穴やスロットの位置を合理的に配置する必要があります。

3. 製造工程

1) 鍛造工程

金型には多くの合金元素が含まれており、鍛造時の変形抵抗が大きく、熱伝導率が低く、共晶温度も低い。注意しないと金型破損の原因となる。800～900℃で予熱した後、1065～1175℃まで加熱する必要がある。大きな非金属介在物を除去し、炭化物偏析を解消し、炭化物を微細化するために、鍛造工程中に据え込みと引き抜きを均一に繰り返す必要がある。鍛造後の冷却工程では、焼入れ割れが発生しやすい。中央部に横割れが発生しやすい。鍛造後の冷却はゆっくり行う必要がある。鍛造この問題を回避することができます。

2) 切断

切削加工の表面粗さは、金型の熱疲労性能に大きな影響を与える。金型キャビティの表面粗さが低く、刃跡、傷、バリなどの欠陥がないことが、応力集中や熱疲労亀裂の発生を防ぐ上で重要である。
解決策：金型加工時には、複雑な部品の角の半径部分に刃跡が残らないようにする。また、穴、溝の縁、根元のバリを研磨除去する。

3) 研削

研削工程中、局所的な摩擦熱によって焼けや亀裂などの欠陥が生じやすく、研削面に残留引張応力が発生し、金型の早期破損につながる可能性があります。研削熱による焼けは、焼き戻しマルテンサイトが形成されるまで金型表面を焼き戻しします。脆く焼き戻しされていないマルテンサイト層は、金型の熱疲労性能を大幅に低下させます。研削面の局所的な温度上昇が800℃を超え、冷却が不十分な場合、表面材料は再オーステナイト化され、マルテンサイトに焼き入れされます。金型表面にはより高い構造応力が発生します。研削工程中に金型表面の温度上昇により熱応力が発生し、構造応力と熱応力の重なりによって金型に研削亀裂が生じやすくなります。

4) 放電加工

放電加工は、現代の金型製造工程において欠かせない仕上げ加工法です。放電が発生すると、局所的な瞬間温度が1000℃を超えるため、放電点の金属が溶融・蒸発します。放電加工面には、溶融・再凝固した金属の薄い層が形成され、その中に多数の微細な亀裂が存在します。この薄い金属層は明るい白色をしています。金型の荷重がかかると、これらの微細な亀裂が容易に大きな亀裂へと発展し、金型の早期破損や摩耗の原因となります。
解決策：放電加工後、金型は内部応力を除去するために焼き戻し処理されます。ただし、焼き戻し温度は放電加工前の最大焼き戻し温度を超えてはなりません。

5) 熱処理工程

適切な熱処理プロセスを行うことで、金型は必要な機械的特性を得ることができ、耐用年数を向上させることができます。熱処理プロセスの設計や操作が不適切で金型が破損した場合、金型の耐荷重能力が著しく低下し、早期破損や耐用年数の短縮につながります。熱処理の欠陥には、過熱、過燃焼、脱炭、亀裂、硬化層の不均一、硬度不足などがあります。一定期間使用した後、蓄積された内部応力が危険な限界に達した場合は、応力除去と焼き戻しを行う必要があります。そうしないと、金型は使用を続けると内部応力によって亀裂を生じます。

4. 金型の使用

1) 金型の予熱

この金型は合金元素の含有量が高く、熱伝導率が低いため、作業前に十分に予熱する必要があります。使用中に金型温度が高すぎると、強度が低下し、塑性変形が起こりやすくなり、金型表面の崩壊につながります。予熱温度が低すぎると、金型の使用開始時に表面温度が急激に変化し、熱応力が大きくなり、亀裂が生じやすくなります。
解決策：金型の予熱温度を250～300℃に設定する。これにより、金型鍛造時の温度差を低減し、金型表面への過剰な熱応力を回避できるだけでなく、金型表面の塑性変形も効果的に低減できる。

2) 金型の冷却と潤滑

金型の熱負荷を軽減し、高温を避けるため、金型は通常、成形間隔中に強制的に冷却されます。金型の加熱と冷却を繰り返すと、熱疲労による亀裂が発生します。金型は使用後にゆっくりと冷却する必要があります。そうしないと、熱応力が発生し、金型の亀裂や破損につながります。
解決策：金型が作動している際は、グラファイト含有量12％の水性グラファイトを潤滑剤として使用することで、成形時の力を軽減し、キャビティ内の金属の流れをスムーズにし、鍛造品の離型を円滑にすることができます。グラファイト潤滑剤には放熱効果もあり、金型の作動温度を下げる効果もあります。

以上が、油圧プレス金型の故障原因と解決策のすべてです。鄭西は、油圧プレス装置何かご不明な点やご要望がございましたら、お気軽にお問い合わせください。