機械や工具の最新情報など金型業界の今をお届けする「金型しんぶんONLINE」

OCTOBER

25

新聞購読のお申込み

【金型テクノラボ】トーヨーエイテック アルミ用のプレス金型の凝着抑制するDLC被膜

自動車を軽量化するために近年、ボディに鋼板ではなくアルミニウムを採用するなど素材の置換えが進んでいる。しかしアルミニウムは軟質で融点が低く、塑性加工中に凝着しやすい。それを解決するカギの一つがコーティングだ。近年適用が増えているアルミニウム用のプレス金型に適したDLCコーティングについて解説する。

軟質で融点が低く、金型に凝着しやすいアルミ

プレス金型のコーティングを選択する上で、プレス素材と成形方法によってコーティングに求められる機能が変わる。アルミニウムは、軟質で延性が高く融点が低い材料であることから、プレス加工中に金型へ容易に凝着する。さらに凝着摩耗に繋がると金型の損傷が進み、成形品の仕上がりも阻害する。また、金型凝着物の除去といったメンテナンスを必要とし、生産性の低下を招くなど問題がある。従ってアルミニウムのプレス加工ではアルミニウムの凝着を抑制する機能がコーティングに求められる。

低摩擦・耐摩耗性に優れるDLCコーティング

DLC(Diamond-Like Carbon)は、ダイヤモンド成分とグラファイト成分を含む硬質炭素被膜であり、低摩擦で耐摩耗性に優れ、自動車や機械の部品に適用されている。また、軟質金属の耐凝着機能に優れるコーティングとして、アルミ合金用の切削工具などへ応用されている。

DLCは金属と物性が大きく異なる炭素が主成分であり、金属の凝着が起こりにくい特性を示し、アモルファス構造による平滑性と併せて優れた耐凝着性を示す。また、DLCは原材料や製法によって、メタンなどの炭化水素ガスを原料とするa-C:H、固体グラファイトを原料とするa-Cやta-Cなどの分類に細分化される。

機能に関してもDLCは硬いコーティングと言う認識が広がっているが、前述の分類によって50GPa(ギガパスカル)を超える非常に硬い物から10GPa前後の比較的軟らかい物まであり、DLCを使用する上で詳細を確認することが重要となる。

硬度約50GPaのta-Cを開発

本稿ではアルミニウムのプレス成形用途に開発したta-Cに分類されるDLCを紹介する。ta-Cはダイヤモンドの主骨格となる四面体形分子構造を多く含み、水素含有量が少なく、DLCの中でも高硬度に分類される。当社ではイオン化率の高いカソーディックアーク法を採用した自社製炉を開発し硬度約50GPaのta-Cを実現した。

大幅に凝着を抑制できるta-C(TOYO Arc-DLC)

  往復摺動試験によって凝着した相手材(アルミニウムA6061)の体積を測定した結果を図1に示す。試験は面圧50MPa(メガパスカル)、速度0.03m/秒、230℃、無潤滑で実施した。ta-CはSKD11材に対し97%凝着体積を低減する結果であった。

 さらにa-C:H(比較的多くの水素を含むDLC、硬度28GPa)との比較を含め、引抜き試験による摩擦係数を図2に示す。試験片でアルミニウムA3004板を挟み込み、荷重を180kN(キロニュートン)、接触面積は9.3㎠とし、室温、無潤滑で板材を8mm/秒の速度で100mmの距離を引抜いた時の平均摩擦係数を測定した。いずれのDLCもSKD11に対して、低い摩擦係数を示したが、a-C:Hは14%の低減に留まったのに対し、ta-Cは70%低減した。

前者試験は曲げR部などの比較的面圧の高い部位の凝着を想定し後者はプレス素材の滑りを想定したが、いずれの試験もDLCの適用効果が認められ、とりわけta-Cは高硬度としたことによって、DLCの持つ機能をさらに高める結果となった。

以上のようにアルミニウムプレス金型に最適となるDLCコーティングを用いることによって、凝着を抑制し、金型の耐久性や成形品の仕上がり向上、加工油の廃止または低減、金型メンテナンスの低減などの効果が期待されている。今後の自動車の軽量化に欠かせない要素技術として注目されている。

執筆者

トーヨーエイテック
表面処理事業部門 表面処理開発設計課
岡本  圭司氏(Okamoto  Keishi)
広島県広島市南区宇品東5‐3‐38
TEL:082-252-5227

記者の目

自動車を軽量化するためボディなどへの採用が増すアルミ。柔らかく、凝着しやすく、プレス成形が難しいといわれる。しかし近年、被膜やCAEなどそれらに対する技術の開発が進む。金型の産業構造をも変えかねない電気自動車でもアルミが多く使われている。アルミを取り巻く動きに注目だ。(中)

金型新聞 2021年2月10日

関連記事

シンクビジョン<br>管理システムの新バージョン

シンクビジョン
管理システムの新バージョン

 シンクビジョン(静岡県浜松市、053・437・5691)はこのほど、生産管理システム「cycleon(サイクロン)」の新バージョンを発売した。見やすい画面配置や操作性の強化など、現場の作業者の使いやすさを追求した。  …

AIが自動でNCデータを最適化
GENIO Solutions

 GENIO Solutions(神戸市東灘区、078-854-5524)は、RoborisSrl社製のAI搭載NCデータ最適化システム「Eureka Chronos」の販売を7月1日から開始した。  「Eureka C…

日本アイ・ティ・エフ 大型金型の水素フリーDLCコーティング加工に力

500角100㎏に対応 DLCなどのコーティングを手掛ける日本アイ・ティ・エフ(京都市南区、075-931-6282)が、大型金型のDLCコーティング加工に力を入れている。自動車のマルチマテリアル化などを背景に金型へのコ…

成形不良を出さない生産システムの確立
岐阜大学 王志剛副学長に聞く、スマート金型開発の行方

 岐阜大学が2018年に3カ年の研究開発である「スマート金型開発拠点事業」を始めた。労働人口減少時代を想定し、従来にはない高効率な生産システムの確立を目指し、金型を使った量産システムの不良率ゼロを目標に掲げる。同事業は文…

超硬金型の寿命改善
シルバーロイ

耐蝕性超硬合金「Rタイプ」 シルバーロイの公式製品紹介・お問い合わせはこちらから 現場の課題  生産性向上のために、超硬合金金型の寿命をもっと延ばしたい。 提案・効果  一般的な超硬合金材質から、シルバーロイの最新の耐蝕…

トピックス

関連サイト