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熱変形についてご教授頂けますでしょうか？
- S４８C材の熱加工による金型の変形について教えてください。
- 変形の有無の基準は0.01mm以上か以下かを考慮してください。
- 金型の形状によって変形の程度が異なるかもしれません。
- 熱処理
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（１）再出 このサイズが問題です。 S48C調質（高温焼戻し）の前の焼入で中は勿論外も冷却速度が得られず硬さが出ない（市販上限はφ60） データ例 硬さ φ20～60：HB192～232 本件は更に大きくこの下限さえ出ないハズ。 一方調質に代わる処理に焼き均しがあり、これなら急冷を要せず大サイズも可能 φ100～250：HB162 これと硬さの差も少ないはずなのに、何故に調質？ 私の理解は及びません。 ＞硬度が部分的に上がりすぎている箇所があり 普通いくつで、上とは如何ほど？ 硬さと安定性をもっと要求するなら、質問者からご指摘のダイス鋼SKD11。 金型用なのでサイズは普通に対応可。560℃の高温焼戻を行い、あとの安定性も多くのデータが出ている。欠点は高価なのと硬すぎともいえること。 形状の違いは金型で判るとおり、平面、立体複雑形でも可能、しいていうなら平面ものは高精度を要求されがちで、本件0.01も宜成るかな。 加工前歴、すなわち残留ひずみは焼き鈍しで消去できる。 （１）＜500℃は SCM でも心配＞ なのでこれも試す価値低いと思います。 さらに不思議なのは、500℃の温度はどうやって？ 樹脂成形型は 加熱／冷却 を繰返すため ヒータ穴／水穴 を穿ち行う。 そうすると温度勾配ができて熱膨張差による寸法変化は避けがたく、このサイズで0.01を安定させることは到底無理。 本件は炉加熱？ にしても均一な加熱をしないと熱膨張差で歪んでしまいます。 結論までではないにしろ、ダイス鋼に変えないならS48Cそのまま、時々ひずみを修正加工しダマシダマシ使う他にこれといった良策が見当たりません。 拝見すると、やはり調質は無理で、それに起因するトラブルです。焼き均しに改めるべき。 ここの熱処理素人さんの回答は間違い頻発のドツボ。機械構造用鋼を適切に熱処理し使いこなすのは却って難しく、ダイス鋼のほうが間違いにくいといえます。 試作なので寿命は考えない。成功して量産となればダイス鋼などで本型を作ればよし。 ＞１回応力歪みによる変形を修正した後、５００度の加熱を回数重ねる毎にまた歪が出てしまうという事でしょうか？ あるでしょうが、これも取り敢えずほっとく。本題の?にターゲット。 ＞内部にヒーターを各穴から設置し温度を上げていく方法です。 放熱があり、それ故温度勾配が絶対あって、均一な温度になりません。 ヒーターを離してなるたけ均一にする工夫はある。但し効率とは逆な方向。 これは型材質はあまり関係しなく、試作時の重要検討項目でしょう。 熱膨張による寸法変化は パンチ下面から上面までの各点の平均温度 × その長さ × 線膨張率 ヒーター付近で温度が上がり温度勾配もあって、かなり大きな値になるはず。 0.01にするには何度以内にすべきか概算できる。 改善案 ・面ヒーターにする。 ・ヒータを直接使わずオイルなど熱媒体で均一な加熱を狙う手。本件は無理。 溶融金属を使うとなると、一挙にハードルがあがる。 平面度の計測はその状態で出来れば一目瞭然ながら、高温が障碍となって難しい分野。製鉄圧延工程などの装置を検討。 とりあえず簡単なのはプレスしてみての結果でみる。
お礼
補足させて頂きます 今回の金型は熱プレスと圧空成形を合わせて板金成形をする開発試作の金型です 荒取り加工で大きく切削した後に、応力除去と硬度付与（HRC20～28狙い）の目的で調質しました。 熱処理後の加工 、特に穴加工用のドリルが良く折れた事（原因は硬度のバラツキが大きいと判断）と 熱処理後に仕上げた平面が３，４日後に沿っていた。長手方向で最大０．５位だったと思います。 それら問題により、熱処理屋に 狙い硬度HRC20は無視しても、焼鈍でもなんでも応力除去する方法で熱処理し直してもらいました。 材料と調質の指示は顧客からの指定だったのですが、初期のその選定が問題だったと感じています。 完成金型の使用方法ですが、 内部にヒーターを各穴から設置し温度を上げていく方法です。 重ねて質問なのですが、 「温度勾配ができて熱膨張差による寸法変化は避けがたく、このサイズで0.01を安定させることは到底無理。」 と記載して頂いたのですが、金型内部まで一定の熱がかかった熱膨張差が無い状態であっても変形しているのでしょうか？ この状態について全く無知なのですが、 熱加熱中に歪んだらそれはもう常温に戻った時も同じ様に歪んでいるという事でしょうか？ 「時々歪を修正加工」とありますが、 １回応力歪みによる変形を修正した後、５００度の加熱を回数重ねる毎にまた歪が出てしまうという事でしょうか？ 実は現在加工が完成し、１回試しの熱入れを行なったところです。 エア圧をかけてみて、どうやら少し変形している可能性が高いです。 （使用先に変形を調べる設備が無いため詳細は確認とれません） 以上、つたないご質問ですみませんが、アドバイス頂けたらと思います
詳細な使用方法が良く判りませんが、昔話しをします。 ４０年程前なのですが、超鋼バイト等が非常に高価で、HRC50以上の硬度の加工は、 研磨や放電加工にて、時間が非常に掛かり高価となっていました。 最近では、サクサクまではいきませんが、割と加工できる。 因って、S45C丸Ｈ材やS55C丸Ｈ材、SCM435丸Ｈ材の予め焼きを入れた調質鋼を使用し、 硬度がHRC30程度だったので、ハイスのバイトでも割と加工できていました。 それが売り物の、調質鋼でもありました。 以上から、加工後に再度熱処理する使用方法は？？？です。 SC材は、大きいと硬度が高い熱処理は、内部までできません。 ですから、焼き入れ性の良い材料を用います。 また、もっと硬度を上げたい場合は、タイシン処理や窒化処理をします。 これはら、低温での処理なので、熱変形や熱歪み変形が少なくなります。 以上のような使用方法を検討はできませんか？
お礼
ご意見有難う御座います。 再加熱は使用方法としてどうしても必要になります。 調質はその際の熱変形を少なくする目的が第一で、 硬度は２番目です。（硬いと切削性がおちるので硬すぎるのも問題） SKDを使用しなかった理由は材料費の関係です。
影響するのは間違いないですが、値は ＞基準は ０．０１mm以上か以下か 馬連を当てるほど難しい。資料タコ足ほど出し、脇見と結果があれば尚お上手に後講釈。。。なら楽なのだが 加工後に調質を経ており、加工形状はあまり影響しないでしょう。 前質問、500℃で使われてるから、やってみるしかないのでは。リスクはどこにでも転がっており心配過ぎると前へ進まない。 S48Cの調質焼戻温度は600℃見当。普通は使用温度がこれより下なら影響少ないの判断ながら、 このサイズ（250厚）の中は焼が全然入らず均一でない、調質といえる処理なのか、その影響がどうなのかが不安。 S48Cの使用温度は350℃迄とされ、超えて使うのはいけてる実績あればこその話。500℃は SCM でも心配なレベルと思います。
お礼
有難うございます 何とも言えない という事ですね。 確かに熱変形量を事前に予測するのは難しく、半ば「感」的なものであるのだろうと思えました。 ただ「確実に変形する」という事ではなさそうなので、それだけでもお伺いしたかいが有りました。 熱処理が完全に行われているのか？。というご指摘、おっしゃる通り、熱処理後、仕上げ加工を行なった限りでは非常に不安な感触です。 硬度が部分的に上がりすぎている箇所があり、再調質し直した経緯もあります。
補足
いろいろとご教授有難う御座います。 試打をおこなってみましたが、測定自体はまだしていませんが、やはり変形しているようで、すきまからエアが漏れ、型内の圧力が予定の半分程度にしかならないそうです。 金型温度分布のバラツキによる熱膨張変形も確かに要因としてありそうです。 現時点ではとりあえず製品形状の出来は考えなくてもよいので、とりあえず金型合せ面にガスケットのようなものを噛ませてエア漏れを少なく出来ればと考えています。 やはり製作前にＳＫＤを使う線で進めていれば良かったと後悔です。 もっと早くこの相談をしていれば、、、と思うのは後の祭りですね。 本当に有難う御座いました