JP2005105316A

JP2005105316A - 金型

Info

Publication number: JP2005105316A
Application number: JP2003337969A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Tanabe; 博一田邉; Hotaka Oikawa; 穂貴及川; Yuji Sakamoto; 勇二坂本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】簡単な構成で、容易に且つ精度良く所望の肉厚の製品を成形することができる金型を提供する。
【解決手段】金型は、ダイアセンブリと一対のパンチとを備え、少なくとも一方のパンチがインナーパンチとミドルパンチ５およびコアロッド７とアウターパンチとを同心状に配設されてなるもので、ミドルパンチ５が、周方向に断続しその間にコアロッド７が配置される製品成形部１０と、略円筒状の基礎部１１とに分割して成形されている。ミドルパンチ５の製品成形部１０と基礎部１１との分割位置は製品である歯車Ｗの抜き出しストロークに基づいて決定されている。コアロッド７は、製品成形部１０の間で担持されるよう製品成形部１０と対応する長さに成形され、ミドルパンチ５の基礎部１１に摺動可能に組み付けられたピン１２によって可動可能とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型に関し、さらに詳しくは、ダイアセンブリと、相対向して近接・離間可能に配設された一対のパンチとを備え、少なくとも一方のパンチがインナーパンチとミドルパンチおよびコアロッドとアウターパンチとを同心状に配設されてなる金型に関するものである。

例えば、燒結部品を製造するにあたっては、その材料となる粉末を粉末成形用の金型の賦形空間内に充填してパンチを近接させることにより所定形状の圧紛体である製品を成形し、この製品を燒結する。そして、製品として歯車を金型で成形する場合、歯形を賦形するダイス（ダイアセンブリともいう）と、所定形状の中心軸孔を賦形するセンタロッドと、歯車の両側面をそれぞれ賦形する一対のパンチとを備え、少なくとも一方のパンチが同心状に配置された複数のものからなる金型が知られている（例えば、特許文献１）。

特開平８−１９９２０２号公報

図８および図９に示すように、外周に歯形Ｗ１が賦形されるフランジＷ３と、中心軸孔Ｗ２のボスＷ４と、フランジＷ３およびボスＷ４間のウエブＷ５を有するような歯車Ｗを成形する金型の場合には、図１に参照されるように、少なくとも一方のパンチ（以下の説明ではロアパンチＬＰ）が、その歯車Ｗの側面におけるフランジＷ３を賦形するアウターパンチ３と、ボスＷ４を賦形するインナーパンチ４と、ウエブＷ５を賦形するミドルパンチ５と、を同心状に配設されてなるものがある。さらに、ウエブＷ５の肉厚が周方向で断続的に異なるような歯車を成形しようとする場合、すなわち、ウエブＷ５の少なくとも一方の面が周方向に断続的な凹部Ｗ５２（図８に示した例では３箇所）を有する歯車Ｗを成形しようとする場合の従来の一般的な技術としては、周方向に一定の肉厚のウエブＷ５を有する歯車Ｗを成形した後に、ウエブＷ５に切削などの機械加工を施すことにより、凹部Ｗ５２を賦形していた。

このような従来の一般的な技術では機械加工のための工程が多くなることから、近年では、機械加工を必要とすることなく一工程で凹部も含めて製品を成形するため、成形しようとするウエブＷ５の肉厚の部分Ｗ５１と交互に配置される凹部Ｗ５２との形状に応じて、図１０〜図１２に従来の技術として示すように、ミドルパンチ５’がウエブＷ５の肉厚の部分Ｗ５１を賦形するよう周方向に断続的に配置されるの柱形状部５０を有しており、コアロッド７’が成形しようとするウエブＷ５の凹部Ｗ５２に応じて柱形状部５０の間に配置された金型が知られている。そして、この金型におけるコアロッド７’は、材料となる粉末を金型内で適切な圧力で加圧して凹部を成形するために、ミドルパンチ５’の先端よりも突出した状態とされており、その突出量が成形圧によってミドルパンチ５’の先端に対して設定された突出量となるまで（すなわち、肉厚の部分Ｗ５１に対する凹部Ｗ５２の設定された段差と同等となるまで）相対的に後退移動するよう可動可能に取付けられている。

このような従来のミドルパンチ５’およびコアロッド７’の構成を図１０〜図１２に基づいて、以下にさらに詳しく説明する。図に示した例では、歯車ＷのウエブＷ５に肉厚の部分Ｗ５１と肉薄の凹部ｗ５２とを周方向に交互にそれぞれ３箇所づつ成形するために、ミドルパンチ５’は、円筒状の基部５１から肉厚の部分Ｗ５１を賦形するための軸方向に延びる３つの柱形状部５０が周方向に等間隔で形成され、基部５１の柱形状部５０の間と対応する位置には凹部５２が形成されている。また、３つのコアロッド７’は、ミドルパンチ５’の各柱形状部５０の間および基部５１の凹部５２によって担持されるよう成形されている。コアロッド７’は、その両端がミドルパンチ５’の柱形状部５０の先端および基部５１から所定量突出し得るような軸方向長さを有している。

なお、図８および図９に示した歯車Ｗでは、外周のフランジＷ３からウエブＷ５の各肉厚の部分Ｗ５１に亘ってキー部Ｗ６が凹設されるため、これと対応してミドルパンチ５’の柱形状部５０の先端外周面にも溝１０ａ’が形成されている。そして、この溝１０ａ’は一般にワイヤーカットによって形成されるため、柱形状部５０の中間部には、ワイヤー電極の先端を逃がすための逃げ部１０ｂ’が溝１０ａ’と連続して凹設されている。

しかしながら、図１に参照されるような金型では、センタロッド２やアッパーパンチＵＰおよびロアパンチＬＰの各パンチ３、４、５をそれぞれ軸方向に駆動させるために、金型全体の高さが高くなり、したがって、センタロッド２やアッパーパンチＵＰおよびロアパンチＬＰの各パンチ３、４、５の軸方向の長さも長くなる傾向にある。上記従来のミドルパンチ５’では、基部５１から柱形状部５０が軸方に長く延びるように成形されたものであったために剛性が低く、成形時の荷重が加わることによって倒れ込みやねじれによる歪が発生し、周方向に隣接するコアロッド７’や、径方向に隣接するインナーパンチ４あるいはアウターパンチ３とも強く擦れて焼付き、所謂カジリが発生するという問題があった。そして、カジリが発生した金型では製品に不良が発生するため、歩留りが悪化するという問題や、型寿命が短くなり、型を交換するための段替え工数も増大するため、製品の製造コストを低減させることができないなどの問題があった。また、従来のミドルパンチ５’にあっては、上述したように溝１０ａ’をワイヤカットによって形成するために逃げ部１０ｂ’を柱形状部５０に形成する必要があることから、そのための工程数が多くなり、しかも、柱形状部５０の剛性をさらに低下させるなどの問題があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、容易に且つ精度良く所望の肉厚の製品を成形することができる金型を提供することを目的とする。

請求項１に係る金型の発明は、上記目的を達成するため、ダイアセンブリと、相対向して近接・離間可能に配設された一対のパンチとを備え、少なくとも一方のパンチがインナーパンチとミドルパンチおよびコアロッドとアウターパンチとを同心状に配設されてなる金型であって、前記ミドルパンチを、製品成形部と基礎部とに分割して成形したことを特徴とするものである。
請求項２に係る金型の発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明において、分割位置が、製品の抜き出しストロークに基づいて決定されていることを特徴とするものである。
請求項３に係る金型の発明は、上記目的を達成するため、請求項１または２に記載の発明において、前記コアロッドが、前記ミドルパンチの基礎部に摺動可能に組み付けられたピンによって前記ミドルパンチに可動可能に取付けられていることを特徴とするものである。

請求項１の発明では、ミドルパンチが、製品の端面を所定形状に賦形するための製品成形部と、この製品成形部を保持する基礎部とに分割して成形されていることにより、製品成形部の軸方向長さが短くなることことからその剛性が向上するため、製品の端面が所定形状に精度良く容易に成形され、また、カジリの発生が防止されることからミドルパンチの寿命が延びてその交換頻度が低減する。製品成形部と基礎部は着脱可能に結合させることにより、必要ある場合には製品成形部のみが容易に交換される。
請求項２の発明では、請求項１の発明において、製品抜き出しストロークに基づいてミドルパンチの製品成形部と基礎部との分割位置を適切に決定することにより、製品取出し時のミドルパンチのストロークが確実に確保されると共に、高い剛性が確保されることによりカジリが発生することがない。
請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、前記コアロッドが、前記ミドルパンチの基礎部に摺動可能に組み付けられたピンによって前記ミドルパンチに可動可能に取付けられていることにより、基礎部に取付けられた製品成形部に担持されるべく製品成形部と対応して軸方向長さが短く成形されるためにその剛性が向上し、しかも、基礎部に組み付けられたピンによって製品成形部に対して摺動して所定量突出するような前進と設定された突出量となるまでの後退とが可能となることから、安定して適切な圧力で凹部が賦形される。
なお、本発明の金型は、さらに、製品成形部に対してコアロッドを前進移動させて突出するように付勢する付勢手段と、製品規制手段に対するコアロッドの突出量が所定となるようにその前進移動を規制する前進移動規制手段と、製品規制手段に対してコアロッドが設定された突出量となるようにその後退移動を規制する後退移動規制手段と、を備えることが望ましい。

請求項１の発明によれば、ミドルパンチを、製品成形部と基礎部とに分割して成形したという簡単な構成で、剛性の高い製品成形部を容易に成形することができるため、容易に精度良く所望の形状に賦形された製品を成形することができる金型を提供することができる。
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、分割位置を製品の抜き出しストロークに基づいて決定することにより、製品取出し時におけるミドルパンチのストロークを確実に確保することができ、しかも、高い精度と高い剛性で製品成形部が形成される。
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明において、コアロッドが、ミドルパンチの基礎部に摺動可能に組み付けられたピンによって前記ミドルパンチに可動可能に取付けられていることにより、コアロッドの全長が製品成形部と対応して短くなることからその剛性を向上させることができ、周方向に異なる肉厚の製品を精度良く、適切な圧力で成形することができる。

本発明の金型の最良の形態を、製品が図８および図９に示したような形状の燒結部品となる歯車である場合により、図１〜図７に基づいて詳細に説明する。なお、図において、同一符号は同様の部分または相当する部分に付すものとする。
本発明の金型は、概略、製品の外形を賦形するダイス（以下の説明では、ダイアセンブリという）１と、製品の中心孔の内形を賦形するセンタロッド２と、相対向して近接・離間可能に配設された製品の端面を賦形する一対のパンチＵＰ、ＬＰとを備え、少なくとも一方のパンチ（この実施の形態ではロアパンチＬＰ）がアウターパンチ３とミドルパンチ５およびコアロッド７とインナーパンチ４とを同心状に配設してなるもので、ミドルパンチ５が、周方向に断続しその間にコアロッド７が配置される製品成形部１０と、略円筒状の基礎部１１とに分割して成形されている。そして、ミドルパンチ５の製品成形部１０と基礎部１１との分割位置は製品である歯車Ｗの抜き出しストロークに基づいて決定されている。さらに、コアロッド７は、製品成形部１０の間で担持されるよう製品成形部１０と対応する長さに成形され、ミドルパンチ５の基礎部１１に摺動可能に組み付けられたピン１２によって可動可能とされている。

図１および図９に示すように、ダイアセンブリ１の内周には、歯車Ｗの外周に歯Ｗ１を賦形するための歯賦形部が形成されている。センタロッド２の外周の先端近傍には歯車Ｗの中心軸孔Ｗ２の内周を賦形するための内周賦形部が形成されている。ダイアセンブリ１の内周の中心にセンタロッド２が配置され、ダイアセンブリ１の内周とセンタロッド２との径方向の間には、内側からインナーパンチ４とミドルパンチ５およびコアロッド７とアウターパンチ３とが順次外嵌されてなるロアパンチＬＰが配設されている。インナーパンチ４の先端面は、歯車Ｗの中心軸孔Ｗ２の周囲のボスＷ４を賦形し、また、アウターパンチ３の先端面は、歯車Ｗの外周の歯形Ｗ１が形成されるフランジＷ３を賦形する。アウターパンチ３には、歯車Ｗのキー部Ｗ６を成形するためにダイアセンブリ１に設けられるキー部成形入子６が嵌合されるスリット３ａが形成されている（図９）。
ダイアセンブリ１の上方には、アッパーパンチＵＰが配設されている。アッパーパンチＵＰは、図９に示した歯車ＷのウエブＷ５の上面を賦形するもので、その中心にはセンタロッド２の先端が嵌合される凹部ＵＰａが形成されている。アッパーパンチＵＰは、必要に応じてロアパンチＬＰと同様に、同心状に配置されたアッパーインナーパンチとアッパーミドルパンチとアッパーアウターパンチとなどにより構成することもできる。
センタロッド２と、インナーパンチ４、ミドルパンチ５、コアロッド７、アウターパンチ３からなるロアパンチＬＰと、アッパーパンチＵＰは、それぞれラムに結合されて所定のタイミングでダイアセンブリ１に対して相対的に軸方向（図１および図９では上下方向）にそれぞれ移動することが可能となっている。

図２〜図５に示すように、ミドルパンチ５は、歯車ＷのウエブＷ５の３箇所の肉圧の部分Ｗ５１をそれぞれ賦形する３つ（この実施の形態の場合）の製品成形部１０と、単一の基礎部１１とにより分割して構成されている。
各製品成形部１０は、歯車ＷのウエブＷ５の肉厚の部分Ｗ５１とそれぞれ対応する円弧状に成形されてなるもので、その外周面には歯車Ｗのキー部Ｗ６を成形するためにダイアセンブリ１に設けられるキー部成形入子６が嵌合される溝１０ａがアウターパンチ３のスリット３ａと対応して形成されている。なお、溝１０ａは、従来の技術と同様にワイヤカットによって形成されるが、本発明では製品成形部１０を基礎部１１とは別に成形するため、従来の技術のように（図１０および図１２を参照）ワイヤー電極の先端を逃がすための逃げ部１０ｂ’を溝１０ａ’と連続して凹設する必要はなく、製品成形部１０の全長にわたって容易に形成することができる。製品成形部１０の軸方向の長さ（基礎部１１との分割位置）は、アウターパンチ３のスリット３ａと共に溝１０ａにダイアセンブリ１に設けられるキー部成形入子６が嵌合された状態で、突出するように軸方向に相対的に摺動して成形された歯車Ｗをダイアセンブリ１から抜き出すことができるように、必要なストロークに応じて決定される。ここで、分割位置を決定するためのフローチャートを図６に示す。分割位置を決定するに際しては、スタート（ＳＴＥＰ１００）後、最初に、製品である歯車Ｗの取り出し（抜き出し）時の移動量を確定し（ＳＴＥＰ２００）、図７に示したように加工精度と加工長さの相関関係を確定し（ＳＴＥＰ３００）、ＳＴＥＰ２００に基づいて分割位置（すなわち製品成形部１０の長さ）を設定し（ＳＴＥＰ４００）、製品成形部１０を８０ｍｍに成形するときの加工精度が型の要求される加工精度内であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ５００）、製品成形部１０の加工精度が型要求加工精度を満たさない場合（ＳＴＥＰ５００でＮの場合）には、ＳＴＥＰ４００に戻り、製品成形部１０の加工精度が型要求加工精度を満たさない、すなわち型要求加工精度内である場合（ＳＴＥＰ５００でＹの場合）にはその長さの分割位置に決定して終了する。例えば、歯車Ｗをダイアセンブリ１から抜き出すために必要なストローク（最大移動距離）が８０ｍｍであると確定し（ＳＴＥＰ２００）、また、金型として要求される加工精度は０．０２ｍｍであると仮定する。図７は、機械により加工する長さに対して加工できる精度の一例を示したもので、このなかで製品成形部１０を成形するために機械加工を施すときの加工長さが８０ｍｍであるときの加工精度は０．０１ｍｍであるとする（ＳＴＥＰ３００）。次いで、ＳＴＥＰ２００の結果から、製品成形部１０を成形する長さを８０ｍｍと設定する（ＳＴＥＰ４００）。このような場合には、製品成形部１０の長さを８０ｍｍに成形するときの加工精度は０．０１ｍｍであり、この数値は型要求加工精度０．０２ｍｍ以内であることから、必要なストローク量で設定された分割位置（製品成形部１０の長さ）で機械加工することにより、その型要求加工精度を満足させることができる。図５からも明らかなように、ミドルパンチ５の全長の大部分は基礎部１１によって占められており、製品成形部１０の軸方向の長さは、従来の技術における柱形状部１０’と比較してきわめて短く成形され、そのため、ワイヤカットによって形成される溝１０ａの成形精度も高いものとなる。この実施の形態では、歯車ＷのウエブＷ５の肉厚の部分Ｗ５１の表面に凸部Ｗ５１ａを賦形するため、各製品成形部１０の先端面には、凹部１０ｂ（図３）が形成されている。また、各製品成形部１０の基端面（基礎部１１と接する面）には、めねじ孔１０ｃ（図５）が形成されている。
基礎部１１は、略円筒状に成形されてなるもので、歯車ＷのウエブＷ５と対応する大きさの上端面を有している。図４に示すように、基礎部１１には、取付けられる各製品成形部１０のめねじ穴１０ｃの位置と対応して、そのめねじ孔１０ｃに締結するボルト１３を挿通するためのボルト孔１１ａが形成されている。ボルト穴１１ａの下方からボルト１３の軸部を挿通してめねじ孔１０ｃに螺合することにより、各製品成形部１０は基礎部１１に対して所定の位置に着脱可能に取付けられる。さらに、基礎部１１には、以下に説明するコアロッド７を突出させるように押圧するピン１２を摺動可能に挿通するためのピン孔１１ｂが形成されている。

基礎部１１の先端面に取付けられた３つの製品成形部１０の間には、それぞれコアロッド７が軸方向に前進・後退移動するよう摺動可能に配置され担持される。そして、金型として組立てられたときには、コアロッド７は、径方向に隣接するインナーパンチ４とアウターパンチ３との間に挟持された状態となる。コアロッド７は、歯車ＷのウエブＷ５の凹部Ｗ５２とそれぞれ対応する円弧状に成形されてなる。

基礎部１１のピン孔１１ｂは、コアロッド７の配置位置と対応して形成されており、その先端側（図５における上側）開口部にはピン１２のヘッドを収容することが可能な拡径部が形成されている。ピン孔１１ｂに挿通されたピン１２のヘッドの端面は、コアロッド７の下端面に当接され、また、基端側（図５における下側）は、スペーサ１４との間にスプリング１５が介装されたプレート１６に当接されている。そのため、コアロッド７は、前進移動して製品成形部に対して突出するよう付勢されている。換言すれば、基礎部１１に組み付けられたピン１２は、スプリング１５によってコアロッド７を突出させるように付勢する付勢手段を構成する。なお、この実施の形態では、ピン１２を介してスプリング１５によりコアロッド７を突出させるよう付勢したが、コアロッド７を突出させるための付勢手段として、例えば、コアロッド７とミドルパンチ５の基礎部１１との間にスプリングを介装してもよく、また、ピン１２の後端にエアシリンダなどを接続してもよい。

各製品成形部１０のコアロッド７と接する側面には、段部１０ｄが形成されており、各コアロッド７の製品成形部１０と接する側面には段部１０ｄに係止される係止部７ｄが形成されている。段部１０ｄと係止部７ｄは、スプリング１５とピン１２よって突出するよう付勢されるコアロッド７の前進を規制する前進移動規制手段を構成する。
コアロッド７は、アッパーパンチＵＰとロアパンチＬＰが相対的に近接されて成形空間内に充填された成形材料を加圧するときの成形圧力によってスプリング１５とピン１２の付勢に抗して後退移動され、その後端面（図では下端面）が基礎部１１の先端面に当接する。換言すれば、コアロッド７の後端面と基礎部１１の先端面は、コアロッド７の後退移動を規制する後退移動規制手段を構成する。

この実施の形態におけるコアロッド７は、製品成形部１０の間に担持されて、係止部７ｄが段部１０ｄに係止された状態で製品成形部１０の先端面よりも所定量突出し、且つ、後退移動することによりその後端面が基礎部１１の先端面に接した状態で先端面が製品成形部１０の先端面から設定された長さ（ウエブＷ５の凹部Ｗ５２の深さ）だけ突出するように、製品成形部１０と対応する長さに成形されている。したがって、本発明におけるコアロッド７の全長は、従来の技術におけるコアロッド７’と比較して、きわめて短くなっている。

以上説明した構成により、コアロッド７は、その係止部７ａが段部１０ｄに係止された状態を前進限としてスプリング１５の付勢力によって製品成形部１０の先端面よりも所定量突出するよう付勢され、また、その下端面がミドルパンチ５の基礎部１１の先端面に当接する状態を後退限として成形圧によってスプリング１５の付勢力に抗して後退し、その先端面が製品成形部１０の先端面から設定された量だけ突出することが可能となっている。

なお、本発明の金型は、従来の技術で説明したような凹部５２をミドルパンチ５の基礎部１１に形成し、従来の技術で使用していた長さのコアロッド７’を凹部５２と製品成形部１０の間に嵌挿した構成とする場合も含まれる。

本発明は、図８および図９に示したような歯車を成形するためのものに限定されることはなく、他の形状の製品を成形するための金型にも適用することができる。また、本発明は、粉末成形用の金型に限定されることなく、例えば鍛造など、他の用途の金型にも適用することができる。

金型の概略を説明するための断面図である本発明によるミドルパンチおよびコアロッドの実施の一形態を示す斜視図である図２の平面図である。ミドルパンチの基礎部の先端面を示す平面図である。図２に示したミドルパンチおよびコアロッドの断面図である。ミドルパンチの製品成形部と基礎部との分割位置を決定するためのフローチャートである。加工長さの許容される加工精度との関係を示すグラフである。本発明により成形される製品として、歯車の実施の一形態を示す正面図である。図８に示した歯車の断面図である。従来のミドルパンチおよびコアロッドを示す斜視図である。図１０の平面図である図１０の断面図である。

符号の説明

１：ダイアセンブリ（ダイス）、２：センタロッド、ＵＰ：アッパーパンチ、ＬＰ：ロアパンチ、３：アウターパンチ、４：インナーパンチ、５：ミドルパンチ、７：コアロッド、１０：製品成形部、１１：基礎部、１２：ピン、１５：スプリング

Claims

ダイアセンブリと、相対向して近接・離間可能に配設された一対のパンチとを備え、少なくとも一方のパンチがインナーパンチとミドルパンチおよびコアロッドとアウターパンチとを同心状に配設されてなる金型であって、
前記ミドルパンチを、製品成形部と基礎部とに分割して成形したことを特徴とする金型。
分割位置が、製品の抜き出しストロークに基づいて決定されていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
前記コアロッドが、前記ミドルパンチの基礎部に摺動可能に組み付けられたピンによって前記ミドルパンチに可動可能に取付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の金型。