WPC処理®

WPC処理®とは?

ダイキャスト金型の写真

WPC処理®(特許)の「WPC」とは、
Wide Peening and Cleaning(幅広く 打ちつけて 清掃する)
又は、
Wonder Process Craft(不思議な、驚くべき 工程の 特殊技術)
の略です。

正式名称は「WPC処理®」ですが、WPC加工、ディンプル加工、MD加工、マイクロディンプル処理、MD処理、「微粒子ピーニング」とか「精密ショットピーニング」とも呼ばれ、学会では「FPB(Fine Particle Bombarding)」の名称を使用しております。WPC処理®は、金属製品の表面に、目的に応じた材質の微粒子を圧縮性の気体に混合して高速衝突させるという表面改質技術のことです。この手法においては、処理対象物の最表面で急熱・急冷が繰り返されます。
同時に材料表面の局所領域に多方向・多段・非同期の強加工が導入されることにより、微細で靭性に富む緻密な組織が形成され、高硬度化して表面を強化すると同時に、 表面形状を微小ディンプルへ変化させることによって摩擦摩耗特性を向上させます。そのため、機械部品・切削工具・金型等の強度と機能を向上させる表面改質加工技術として、幅広い分野でのご利用が可能です。

【高速衝突させる素材】
鋼、ステンレス、ガラス、セラミック、インジウム鉛、錫、銀、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、フッ素樹脂、他

技術資料・関連データ

WPC処理®の目的

WPC処理®は、金属表面処理の一種で金属の疲労強度向上と摺動性向上を主目的に処理されます。
では「疲労強度向上」とはいったい何のことでしょうか?金属は繰り返し力がかかるとだんだん強度が落ちてきます。例えば、材料の最初の強度が100とした場合、100より大きな力がかかると壊れます。逆に100以下の力であれば壊れません。しかし、50や60という強度的には壊れるはずがない力でも、それが何万回、何億回と繰り返しかかることにより壊れてしまうことがあります。これが金属疲労です。また、バネがヘタる(弱くなる)のも金属疲労が原因です。

ここがポイント!
WPC処理®は金属の強度を上げるのではなく、この金属疲労に対して非常に強くなります。ですから、ある力が加わると1回で壊れてしまう部品に処理をしても、壊れなくなる可能性は少ないと言えます。これは、材料の強度が足りないからです。逆にしばらくは持つけど何回かすると壊れてしまう部品に処理すれば寿命が延びたり壊れなくなる可能性は大きいと言えます。「摺動性向上」とは、滑りを良くして、摩耗を減らすということです。摺動抵抗の低減により車のパワーは僅かに上がりますが、大幅なパワーアップは期待しない方が良いでしょう。それよりも、摩擦熱の減少、焼き付き防止による耐久性の向上、レスポンスの向上が期待できます。

WPC処理®の方法と効用

表面加工熱処理法 (不二機販・不二製作所共有特許) (第1594395号)

金属製品の表面に製品硬度と同等以上の硬度を有する40~200µmのメディアを投射速度100m/sec以上で投射し、表面温度をA3変態点以上に上昇させる事を特徴とする金属製品表面加工熱処理法です。

【効 用】
金属製品の表面にメディアを投射する事により、A3変態点以上の温度域での急熱、急冷が瞬時に繰り返され、熱処理効果、鍛錬効果の加工強化が行われます。金属表面層の残留オーステナイトのマルテンサイト化や、再結晶、微細化が行われ、緻密な高硬度で靱性に富む組織が得られます。又、表面の内部残留圧縮応力も高める事ができます。

<処理前後の顕微鏡による比較>
処理前後の顕微鏡による比較

キズなどないように見える金属表面も顕微鏡で覗くと不均一な状態となっており、目に見えないクラックや材質のムラが存在します。金属疲労でパーツが破損するという場合、そのような部分が起点となって破損が始まります。写真は、ギヤに使われるSNCM420.浸炭窒化してあるが異常層という不均質な部分がどうしても存在します。これに、WPC処理®を行ったものでは、表面組織が微細化し異常層も消滅します。疲労強度も格段に上がります。

金属製品の摺動部の摩耗防止法 (不二機販特許) (第3212433号)

金属製品の摺動部の表面に金属製品と同等以上の硬度を有し且つ略球状を成す20~200µmのショットを投射速度50m/sec以上で投射し、金属製品の表面付近の温度を、鉄系の金属製品はA3変態点以上に、又、非鉄金属製品は再結晶温度以上に上昇させると共に、前記金属製品の摺動部の表面に微小な断面円弧状を成す無数の凹部から成る油溜りを形成した金属製品の摺動部の摩耗防止法です。

【効 用】
金属製品の摺動部は通常潤滑剤が使用されているが、使用条件により潤滑剤切れにより摩耗します。表面にショットを投射することにより、面圧に耐える表面組織となり潤滑剤切れを起こしにくい凹部を形成する事により、無接触近くとなり、油温も下がり、音も静かになり、摩耗を防止する事ができます。

<処理前後の顕微鏡による比較>
処理前後の顕微鏡による比較

金属表面の顕微鏡写真。通常の研磨面は縦にスジが通っています。一見キレイなのだが、オイル潤滑するとき、油膜がスジに沿って逃げてしまいます。WPC処理®では、細かいメディアがぶつかり無数のディンプルができています。これがオイル溜りとなり、潤滑性を確保する事ができます。

常温拡散、浸透メッキ法 (不二機販特許) (第3365887号)

金属製品又はセラミック、或いはこれらの混合体から成る被処理品の表面に、被覆金属粉体を投射速度80m/sec以上又は投射圧力3kg/cm2以上で投射し、前記被覆金属粉体の組成物中の元素を金属製品又はセラミック、或いはこれらの混合体の表面に拡散させる事を特徴とする常温拡散、浸透メッキ法です。

【効 用】
金属製品等において、素材に限界があり、目的に応じて金属粉体を投射する事により、成分元素を被加工物の表面に拡散、浸透メッキし、表面を合金化させ、強度を高める事ができます。メッキ、コーティングの下地処理に利用し、拡散、浸透メッキ処理後、メッキ及びコーティングを行うと密着強度が高くなります。又、低融点、低硬度金属粉体を投射する事により、常温乾式メッキが可能です。

処理可能な、工業・医療・食品関連部品

WPC処理®は、以下の工業・医療・食品に対して主に処理を行なうことができます。

  • パンチ
    パンチ
  • ダイ
    ダイ
  • 転造ダイス
    転造ダイス
  • エンドミル
    エンドミル
  • ダイキャスト金型
    ダイキャスト金型
  • カッター
    カッター
  • 医療用具
    医療用具
  • 医療用具
    医療用具

表面処理についてのご相談やご不明な点がございましたらお気軽にお問い合わせ下さい。

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