技術情報

エンジニアリングセラミック金型用セラミックNPZ-28

銅系ワークのプレス金型パーツに最適な材料 「NPZ-28」

 
 新セラミックス材料「NPZ-28」は、銅系被加工材のプレス打抜き加工向け金型パーツ材料として開発致しました。昨今のスタンピングスピードの高速化は目覚しく、従来の超硬合金では耐摩耗性に限界がある為、切れ刃の再研削を頻繁に実施する必要があり、高速プレス生産の効率化の大きなネックとなっております。「NPZ-28」は再研削までの寿命において、弊社の超微粒子超硬合金FN30の約2倍の寿命を達成しております。また、「NPZ-28」はセラミックスであり、超硬合金の様に金属バインダー相を含んでおりませんので被加工材との溶着が少なく、再研削時の研削代も超硬合金の5分の1程度で済む為、金型パーツ自体のライフも5倍近くに向上しております。「NPZ-28」をお取扱い頂く上で、貴社の金型生産の特徴によっては超硬合金よりは多少お取扱いに工夫が必要な場合もございますが、是非とも貴社の金型パーツとして使いこなして頂き、「金型メンテナンスサイクルの向上」と「パーツライフの向上」を実現頂き、プレス金型生産のコストリダクションを達成頂ければ幸いと存じます。
NPZ-28の物性値
密度
(g/cm3
硬さ
(HRA)
曲げ強度
(MPa)
ヤング率
(Gpa)
破壊脆性
(MN/m3/2
10.792.520003308.5以上

はじめに

 弊社の新セラミックス材料「NPZ-28」は、銅系被加工材のプレス打抜き加工向け金型パーツ材料として、表1の指針を目標に開発致しました。昨今のスタンピングスピードの高速化は目覚しく、従来の超硬合金では耐摩耗性に限界がある為、切れ刃の再研削を頻繁に実施する必要があり、高速プレス生産の効率化の大きなネックとなっております。「NPZ-28」は再研削までの寿命において、弊社の超微粒子超硬合金FN30の約2倍の寿命を達成しております。また、「NPZ-28」はセラミックスであり、超硬合金の様に金属バインダー相を含んでおりませんので被加工材との溶着が少なく、再研削時の研削代も超硬合金の5分の1程度で済む為、金型パーツ自体のライフも5倍近くに向上しております。
 「NPZ-28」をお取扱いいただく上で、貴社の金型生産の特徴によっては超硬合金よりは多少お取扱いに工夫が必要な場合もございますが、是非とも貴社の金型パーツとして使いこなして頂き、「金型メンテナンスサイクルの向上」と「パーツライフの向上」を実現頂き、プレス金型生産のコストリダクションを達成頂ければ幸いと存じます。

NPZ-28材料開発指針

 弊社のプレス金型技術者とセラミック材料技術者のディスカッションにより、以下の材料開発指針を打ち出しました。

最近の高速プレス金型事情とNPZ-28が生れた背景

(1)背景
 お家芸と言われ世界をリードしてきた日本のプレス金型技術ですが、昨今は韓国などの追い上げにより、一部の情報では「日本でしか設計、製作出来ないプレス金型は全体の5%程度もあるかないか」と言われて久しいところです。
 安い労働力を背景に、高い技術力までも習得しつつある海外新興勢に対し、日本のプレス金型技術が如何に差別化して行くかが大変重要な課題となっています。
 このような現状に日本が対抗するための一つの手段として、プレス回転数を高速にし、時間当たりの生産量を出来得る限り向上させることが挙げられます。
 特にポータブルで軽薄短小なデジタル機器には多数の内部実装用コネクターが使用されます。その製品の特性上、狭ピッチ、低背(ロープロファイル)、表面実装技術(SMT)対応品が主流となっています。
 これらの製品は比較的、打ち抜き工程が多用されまた、生産ピン数も他のプレス金型製品と比べ多いため、プレス回転数の高速化による生産率の向上が大きな課題となっています。
 昨今では4,000rpmを超えるプレス機や送り装置も出現し、高速運転に耐え得る金型が開発出来れば、超高速プレス生産も現実味を帯びてきています。既に実用域では2,000rpm前後のプレス回転数が実現されています。
 現在、比較的プレス荷重のかからない精密プレス金型の多くには、金型パーツとして超硬合金が使用されていますが、2,000rpm前後でのプレス生産では超硬合金の耐摩耗性の限界により切れ刃の再研削を数日に1度程度の割合で実施しなければならないのが現状です。
 また超硬合金では1回当たりの再研削の取り代が大きく、製品寿命の長い金型の場合は何度も金型パーツの更新を実施する必要が生じます。
 弊社は超硬合金メーカーでもありまた、古くより超硬合金製金型パーツの製作に従事し、さらには超精密プレス順送型の設計、製造、立上げ、販売を実施してまいりました(写真1)。
 こうした環境の中で、スタンピングに携わる多くのお客様と接する事が出来、様々なニーズをお聞かせいただく事が出来ました。これらの経験を踏まえ、改めて弊社のコア技術である粉末冶金技術が、どのような形でスタンピングに携わるお客様へ貢献出来るのかを考え続けてまいりました。その答えの一つが、この度ご紹介させていただく弊社のプレス金型向けパーツ用材料である「NPZ-28」です。

(2)新セラミックス材料「NPZ-28」について
 NPZ-28はセラミックスですが、超硬合金の主成分であるWC(タングステンカーバイド)を主成分とし、それにZrO(2 ジルコニア)や最適量の焼結助材などを混合したセラミックス材料です。WCが主成分である為に、超硬合金に近い研削性を実現しています。また、WCは導電性を有し、更には混合粒径や混合条件を最適化する事により優れたワイヤー放電加工面を得る事が可能です。
 弊社の独自製法によりZrO2マトリックスにサブミクロンのWC粒子を分散させ(写真2)、ZrO2の変態強化の特性を最適化する事により、セラミックスとしては高い次元で耐摩耗性と耐欠損性(対チッピング性)の両立に成功致しました。
 既に大手コネクターメーカー様を中心に、複数のお客様から御好評を頂いておりますが、それらのご評価を集約すると、切れ刃寿命に関しましては従来超微粒子超硬合金の2倍前後を実現し、再研削代については同じく従来超硬合金の5分の1前後で済む(つまりパーツ寿命が従来超硬合金の5倍前後伸びる)と言う結果が出ております。このことにより、「金型再研削工数の削減」と「金型パーツの高寿命化」が実現され、金型生産ランニングコストの削減と高効率化を達成する事に成功しております。

「NPZ-28」の物性値

密度
(g/cm3
硬さ
(HRA)
曲げ強さ
(MPa)
ヤング率
(GPa)
破壊脆性
(MN/m3/2
10.792.520003308.5以上

まとめ

 この度ご紹介した銅系被加工材向けプレス金型パーツ用材料NPZ-28」は、使い勝手の良さ(欠け難さ)を主眼に、出来得る限り超硬合金の欠けにくさに近付けるべく開発に注力してまいりました。
 現在ご使用頂きお喜びいただいているお客様方は、「NPZ-28」の材料特性を良くご理解いただき、多少の工夫により使い勝手を確立され、生産コストリダクションやプレス生産の効率化を実現されておられます。
 従いまして、「NPZ-28」の材料特性をご理解頂き使いこなして頂くためには、初期のご導入に際しましては、パンチからお試しいただく事をご推奨申し上げます。
 先ず、金型内でお試しになられたいパンチを数点ご選定頂き、それを弊社にて適性条件下で加工し納入致します。そのスタンピング結果を踏まえた上で、徐々に貴社に適したご使用条件やお取扱いを見出していただき、更にはより多くのパーツへの拡張をお考え頂きたく存じます。
 皆様方におかれましても是非この機会に貴社のスタンピング環境に適した「NPZ-28」の使用条件を確立され有効にご活用頂き、プレス生産のコストリダクション並びに高効率化を実現頂けましたら幸いと存じます。

ニッタン技報 

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