JP2005125347A - プレス加工用金型及びプレス加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス加工の潤滑油として、炭化水素系潤滑油から水や水系潤滑油に変えても、ピアスパンチやバーリングパンチの先端部の焼きつきを防止する潤滑方法を提供する。
【解決手段】相互に嵌合されて材料の切断を行う雄型１と雌型２が嵌合された際に重なり合う雄型１の重合部外周面１３ａまたは雌型２の重合部内周面２４ａに、潤滑液が貯留される潤滑液溜１０の全部または一部を形成したことにより、切断部へ確実に潤滑油を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板等の切断加工または穿孔加工に使用されるプレス加工用金型に関し、特に、クーラ等の熱交換器に使用されるフィンの製造に使用されるプレス加工用金型及びその金型を用いたプレス加工方法に関する。

従来、自動車用クーラやルームクーラ等の熱交換器に使用されるフィンは、図１１（ａ）に示すプレス加工により製造される。このプレス加工は、主に、加工されるアルミ等の金属板を加工しやすくするための予備成形工程、予備成形された金属板に孔を穿設すると共にバーリングを行なうピアシング・バーリング（抜きバーリング）工程、金属板にあけた孔周縁の突出部分からカラーを形成するアイアニング工程、及び、形成したカラーの先端を折り曲げるリフレアー工程からなる。アルミ等の金属板にこのようなプレス加工を施すことによって、図１１（ｂ）に示すようなプレートフィンが製造される。

このようなプレス加工では、加工性能の向上のために金型及び金属板の潤滑が重要である。プレス加工における潤滑に関する従来技術については、例えば、特開平７−１１２２２７号公報（特許文献１）及び実開昭６１−１０２３２３号公報（特許文献２）に開示があるが、これらの従来技術については後述する。

現在、熱交換器用フィン等を製造するためのプレス加工における潤滑には、炭化水素系潤滑油が用いられている。炭化水素系潤滑油は、それ以前に使用されていた鉱油系潤滑油と異なり、有機塩素系溶剤による洗浄が不要であるため、地球環境に優しい潤滑液として広く使用されてきている。

炭化水素系潤滑油を使用してプレス加工を行う場合、フィンの製造効率の面から、加工後にフィンに付着している潤滑油を加熱して蒸発乾燥させている。そして、蒸発した炭化水素系潤滑油の大気放出を避けるため、触媒燃焼による処理を行なう必要がある。また、プレス加工に使用されて液体のまま回収された炭化水素系潤滑油については、産業廃棄物として所定の廃棄処分が必要となる。このような状況から、炭化水素系潤滑油を用いた場合には、触媒燃焼や産業廃棄物としての廃棄処分等の後処理に多大なコストが掛かっていた。また、昨今の地球環境保護気運の盛り上がりもあり、さらに環境に優しい潤滑液の使用が望まれている。
特開平７−１１２２２７号公報 実開昭６１−１０２３２３号公報

近年、炭化水素系潤滑油に代えて、水や、水溶性潤滑剤を水に溶解させた水系潤滑液を切削等の金属加工に使用するための技術開発が進められている。水や水系潤滑液をプレス加工時の潤滑に用いることができれば、触媒燃焼による処理や産業廃棄物としての廃棄処理が軽減され、自然環境に対して優しいもの作りを実現できると考えられる。また、潤滑液を使用した後の後処理が軽減されることにより、製造装置や製造ラインの小型化やコストの大幅な低減を図ることができるようになると考えられる。しかしながら、水や水系潤滑液は、炭化水素系潤滑油に比べると潤滑性が劣るという問題がある。

一方、最近の熱交換器用フィン等の製造においては、潤滑性を改善するために、フィン用加工材料として、厚さ０．１mm程度のアルミ板の表面にエチレングリコール等を主成分とする潤滑被膜を施した潤滑被膜付アルミ板を用いるようになっている。このような潤滑被膜付アルミ板を使用した場合、プレス加工工程のうち、ピアシング(穿孔)以外の予備成形、バーリング、アイアニング及びリフレア工程には、水や水系潤滑液による潤滑で、特に問題は生じないという結果が、本発明前に行った予備実験から得られている。

しかし、ピアシングの工程においては、潤滑被膜付アルミ板を使用しても、せん断面で露出したアルミ部分と金型とが直接接触する。このため工程を繰り返すうちに摩擦等により発生する熱が原因で雄金型と雌金型とが焼きつき、金型が破損してしまうという問題が生じた(図１３参照)。

また、潤滑被膜付アルミ板の潤滑被膜はエチレングリコール等の水溶性物質から作られているため、水や水をふんだんに含む水系潤滑液を加工する板に対して大量に使用すると、潤滑被膜が洗い流されてしまって潤滑性能が低下し、その後の工程にも影響を与えてしまうことも本発明者による予備実験で判明した。そのため、ピアシング時に、潤滑液を必要とする箇所に局所的に供給することが効果的と考えられた。

潤滑液を局所的に供給する技術として、上記特許文献１には、アイアニング工程に使用されるポンチの先端部及び材料のプレス加工が施される部分に局所的にプレス加工油を付与し得る金型装置が開示されている。また、上記特許文献２には、被加工材のせん断面に摺接するピアスパンチの先端部外周に潤滑油を局所的に付与し得るピアスパンチが開示されている。

また、従来から熱交換器用フィンのプレス加工の現場で用いられているピアスパンチは、炭化水素系潤滑油とともに使用され、上記特許文献１に開示された押出し部材(ノックアウト)と同様に、その内部に潤滑油の通路が設けられ、ピアスパンチ先端部外周に潤滑油を局所的に供給できるようになっている。このような従来のピアスパンチを、雌型となるバーリングパンチとともに図１２に示す。

図１２からわかるように、ピアスパンチ１０１には、その内部に基部１１７から先端まで軸方向に貫通した潤滑油通路１３３が設けられるとともに、ピアスパンチ１０１の外周面１１３に開口する径方向の潤滑油噴射孔１３５が基部１１７の下方でかつバーリングパンチ１０２の受入孔１２８内面と干渉しない（嵌合に至らない）位置に設けられている。

このような構成により、潤滑油がピアスパンチ１０１の先端部分と外周面１１３に局所的に供給される。なお、バーリングパンチ１０２は、ピアスパンチ１０１と嵌合する受入孔１２８を有する従来の形状のものである。

しかし、このような従来の潤滑油通路及び噴射孔を備えた金型では、水や水系潤滑液とともに使用した場合に実用に耐えない。この従来の金型を用いて、水系潤滑液で潤滑しつつ、潤滑被膜付アルミ板のピアシングを行うと、潤滑不足（不良）からピアスパンチ１０１とバーリングパンチ１０２の先端部が焼きついてバーリングパンチ１０２が破断してしまうからである。

実際、このような従来の金型を用いて潤滑被膜付アルミ板のピアシングを毎分２００〜２１０ショット（回）の速度で行ったところ、約９万２千ショットで金型が破損した。この破損した従来の金型の状態を示すＳＥＭ写真を、図１３に示す。図１３（ａ）を参照すると、ピアスパンチ１０１とバーリングパンチ１０２とが焼付いてバーリングパンチ１０２がその先端部で破断し、その破片がピアスパンチの外周面に固着している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の四角で囲った部分の拡大写真であるが、ピアスパンチ１０１の先端周縁部は摩擦等によりその表面がかなり粗くなっていることがわかる。

そこで、本発明は、水や水系潤滑液を使用した場合でも摩擦による金型の焼付きを抑制し実用に耐えうるプレス加工用金型及びプレス加工方法の提供を目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明によるプレス加工用金型においては、相互に嵌合されて材料の切断を行う雄型と雌型とが嵌合された際に重なり合う雄型の重合部外周面または雌型の重合部内周面に、少なくとも一時的に潤滑液が貯留される潤滑液溜の全部または一部を形成した点が最も主要な構成となっている。

このような構成とすることにより、雄型の外周面または雌型の内周面に設けた潤滑液溜に、潤滑液を少なくとも一時的に貯留することができる。潤滑液溜に潤滑液が貯留されると、貯留された潤滑液が雄型と雌型との間や雄型と金属板との間といった潤滑が特に必要な箇所に十分にいきわたり、そのような箇所の摩擦抵抗が減少する。また、雄型と雌型とが重なり合う重合部に潤滑液溜の全部または一部が形成されているので、摩擦熱の発生部である雄型と雌型双方の重合部を効率よく潤滑及び冷却することができる。

また、本発明は、雄型の外周面または雌型の内周面の少なくとも一部に潤滑液溜として凹部を設けたものである。

この構成により、雄型と雌型とが摺接する部分の面積が小さくなるので、金型の摩擦面積が減少し摩擦熱の発生を抑制できる。特に、潤滑液溜の少なくとも一部を雄型の雌型と重なり合う重合部外周面に設けた場合は、金型と金属板(被加工材)とが摺接する部分の面積も小さくなり、摩擦熱の発生をさらに抑制できる。また、潤滑液として水系潤滑液を用いれば、水系潤滑液の比熱は大きいため、金型を効率よく冷却することができる。

また、本発明は、上述の潤滑液溜として、雄型の重合部外周面に雄型の先端における外径より小さい外径を有する小径部を形成したり、あるいは、雌型の重合部内周面に雌型の開口端縁における内径より大きい内径を有する大径部を形成したものである。

かかる構成とすることにより、前記小径部または大径部は金型の製造時に切削加工等で形成可能となり、容易な加工で高い潤滑性及び冷却効果を奏する潤滑液溜を金型に設けることができる。

また、本発明は、雄型や雌型に、潤滑液溜に潤滑液を供給する潤滑液通路を設けたものである。

この構成により、潤滑液が潤滑液通路を流れ、潤滑液を確実かつ効率的に潤滑液溜に供給することができる。潤滑液通路を雄型の基部から雄型の内部に穿設し、雄型の重合部外周面に形成された潤滑液溜に連通するように設けることとすれば、潤滑液は雄型の内部を通って潤滑液溜まで流れこむので、さらに確実かつ効率的に潤滑液を雄型の重合部外周面にある潤滑液溜に供給できる。

また、本発明は、潤滑液通路を、雄型の基部から軸方向に沿って穿設された軸方向通路と、この軸方向通路に連通して雄型の半径方向成分を含む方向に延在する分岐通路とから構成し、軸方向通路と分岐通路とが交差する部分に潤滑液の流れる方向を雄型の軸方向から半径方向成分を含む方向に変える衝突壁を設けたものである。

かかる構成により、軸方向通路を流れる潤滑液が、衝突壁にぶつかって分岐通路へと流れる。したがって、より一層確実かつ効率的に雄型の重合部外周面にある潤滑液溜に潤滑液を供給することができる。

また、本発明は、潤滑液溜の周縁の少なくとも一部分に面取りを施したものである。

この構成により、アルミ等の金属板と接触し、負荷が最もかかり潤滑を最も必要とする部分である金型の先端や開口端に向けて潤滑液溜から潤滑液が伝い流れて供給され易くなる。したがって、金型への潤滑及び冷却性能がさらに向上し、金型の焼付きを抑制することができる。

さらに、本発明は、潤滑液溜と雄型の先端または雌型の開口端縁との距離を部分的に小さくしたものである。

かかる構成により、負荷が最もかかる部分である金型の先端や開口端に、潤滑液溜が部分的に近づくことになり、そのような部分では潤滑液溜の潤滑液が雄型先端や雌型開口端へと流れやすくなる。一方、雄型先端や雌型開口端のその他の部分では、アルミ等の金属板を切断・穿孔する際に必要な強度を確保することができる。このため、加工に必要な金型強度を保持しつつ、効率的に雄型先端や雌型開口端を潤滑することができるようになる。

なお、潤滑液溜に供給される潤滑液として、水又は水溶性潤滑剤を水に溶解させた水系潤滑液を使用すると、自然環境に優しいもの作りができるとともに、コストの削減や、加工装置や加工ラインの簡素化、小型化が可能となる。

さらに、本発明によるプレス加工方法は、上記に記載のプレス加工用金型を用いて薄肉金属板に透孔を多数回にわたり連続的に穿設する際、雄型と雌型が嵌合された際に重なり合う雄型の重合部外周面または雌型の重合部内周面に全部または一部が形成され少なくとも一時的に潤滑液を貯留する潤滑液溜に、雄型と雌型が嵌合した状態から次に同じ状態になるまでの間に、潤滑液を供給する工程を有することを特徴としている。

このようにするにより、プレスサイクル毎に潤滑液溜に潤滑液を供給することができ、潤滑液溜にはプレスサイクル毎に潤滑液が少なくとも一時的に貯留されるので、雄型と雌型とが相互に嵌合した際に互いに重なり合う重合部の潤滑及び冷却の効率が向上する。

本発明によるプレス加工用金型では、雄型又は雌型に潤滑液溜を形成したことにより、十分な潤滑を必要とする金型先端部に潤滑液を供給して潤滑効果を高めることが可能となった。さらに、潤滑液溜を設けたことにより、金型の摩擦部分の面積を小さくすることができた。これらにより、プレス加工に水や水系潤滑液等を使用しても、金型の摩擦による焼きつきを抑制でき、水や水系潤滑液をプレス加工油の代わり使用した場合でも、実用に耐え得るプレス用金型を提供できる。

また、本発明によるプレス加工方法では、上記金型を用い、潤滑液が潤滑液溜に貯留した状態で雄型と雌型が嵌合するため、雄型と雌型とが互いに重なり合う重合部の潤滑及び冷却の効率が向上する。この結果、潤滑性の低い水系潤滑剤を使用した場合でも摩擦による金型の焼付き等の不具合を抑制し実用に耐え得るプレス加工方法を提供することができる。

なお、本発明によるプレス加工用金型においては、炭化水素系潤滑液に比べ潤滑性の劣る水系潤滑液を使用した場合でも実用に耐え得ることから、従来の炭化水素系潤滑油を用いる場合にも、金型寿命が延びる効果を期待できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明によるプレス加工用金型をピアシング・バーリング用の金型に適用した第１の実施形態を示す部分拡大縦断面図である。図1に示す金型では、金属板に孔を穿設するピアシング用の雄型としてピアスパンチ１が、雌型としてバーリングパンチ２がそれぞれ使用されている。ピアスパンチ１とバーリングパンチ２は、それぞれ超硬合金製である。ピアスパンチ１は、これを包囲するように配置されたバーリング用ダイボタン３と共に上金型５を構成し、バーリングパンチ２は、その周囲に配置されたストリッパプレート４と共に下金型６を構成する。

ピアスパンチ１とバーリングパンチ２とは相互間に配置された金属板に対してせん断力により孔を穿設し、穿孔後にピアスパンチ１がバーリングパンチ２内に嵌入されることにより相互に嵌合されるように構成されている。

ピアスパンチ１の外周面１３には、潤滑液溜１０が設けられている。本実施形態では、潤滑液溜１０として、ピアスパンチ１の先端部１５における外径よりも小さい外径を有する小径部が形成されている。図１（ｂ）は、ピアスパンチ１とバーリングパンチ２とが嵌合した際にそれぞれの外周面と内周面とが重なり合う重合部１３ａ、２４ａの範囲を拡大して示した図であり、同図に示したように、ピアスパンチ１の潤滑液溜１０は、ピアスパンチ１の重合部外周面１３ａに設けられる。本実施形態では、潤滑液溜１０をなす小径部は、ピアスパンチ１の先端縁１５ａから所定の長さだけ離れた位置に設けられている。これは、ピアシング時に比較的大きな負荷（荷重）がかかるピアスパンチ１の先端部１５において十分な強度を確保するためである。

ピアスパンチ１は、潤滑液溜１０に連通する潤滑液通路３１を有している。潤滑液通路３１は、図示したように、ピアスパンチの基部１７からピアスパンチ内部に穿設され、重合部外周面１３ａに形成された潤滑液溜１０に連通している。本実施形態の潤滑液通路３１は、基部１７から軸方向に沿って穿設された軸方向通路３３と、この軸方向通路３３に連通し、ピアスパンチ１の半径方向に延びる分岐通路３５とで構成されている。

なお、このような構成に限らず、潤滑液通路３１を、雄型であるピアスパンチ１に穿設される軸方向通路３３と、軸方向通路３３から縦断面逆Ｙ字状に分岐して潤滑液溜１０に連通するように半径方向成分を含む方向に延びる分岐通路（図示せず）とから構成されるように形成してもかまわない。

本実施形態では、潤滑液通路３１を雄型であるピアスパンチ１の内部に設けているが、潤滑液溜１０に潤滑液を供給できれば、雄型及び雌型のいずれに潤滑液通路を設けてもよく、また、金型の内部に設けても外部に設けてもよい。また、本実施形態では、半径方向に２本の分岐通路３５を設けているが、先端部１５の強度が十分確保できれば、分岐通路３５を、例えば４本や６本など適当な数だけ設けることもできる。

図１（ａ）からわかるように、本実施形態の分岐通路３５は、その一部が潤滑液溜１０を形成する小径部に開口すると共に、他の部分が該小径部よりも、ピアスパンチ１の先端縁１５ａに近い位置でピアスパンチ外周面に開口している。このように、分岐通路３５の開口部３５ａを潤滑液溜１０の一部とすることによって、潤滑液溜１０は、結果的に分岐通路３５の開口部３５ａで、ピアスパンチ１の先端縁１５ａとの距離が部分的に小さくなった形とされている。

なお、潤滑液溜１０を雌型に設ける場合でも、潤滑液溜１０と雌型の開口端縁２６ａとの距離が部分的に小さくなるよう形成することができる。

また、ピアスパンチ１内部の軸方向通路３３と分岐通路３５とが交差する部分（分岐通路３５が軸方向通路３３から分岐する分岐部）には、衝突壁３７が設けられている。なお、本実施形態では、軸方向通路３３を分岐通路３５との交差部よりピアスパンチ１の先端側で細くすることにより衝突壁３７を形成しているが、軸方向通路３３が衝突壁３７で終端するように衝突壁３７を形成してもよい。

ここで、参考として、図１（ｃ）を参照してピアスパンチ１の一つの寸法例を述べる。この例では、ピアスパンチ１の先端の直径ｄが４．８ｍｍであり、先端縁から小径部までの軸方向の長さｇが２ｍｍである。潤滑液溜１０となる小径部は、軸方向の長さｈが３．５ｍｍであり、重合部外周面から０．２ｍｍだけ凹み（図１（ｃ）ではｆとして示している。）、その直径(外径)ｓは４．４ｍｍとなっている。したがって、この場合、潤滑液溜１０の容積は約１０．１１ｍｍ3となり、この容積に応じた量の潤滑液を潤滑液溜１０に貯留させることが可能となる。また、潤滑液通路３１のうち軸方向通路３３の直径については、基部１７から衝突壁３７までをｉ＝２ｍｍとし、衝突壁３７からピアスパンチ１の先端までをｅ＝１ｍｍとしている。分岐通路３５の直径ｊは１．５ｍｍである。

雌型であるバーリングパンチ２は、ピアスパンチ１の先端部１５の外径よりもわずかに大きい内径で開口し、ピアスパンチ１の先端部を受け入れる受入孔２８を有している。受入孔２８の内周面２４は、ピアスパンチ１とバーリングパンチ２が嵌合した際にピアスパンチ１の重合部外周面１３ａと重なり合い、摺接する重合部内周面２４ａを有している。また、受入孔２８の重合部内周面２４ａより下方の部分には、下方にいくにつれ内径が大きくなるように２つの段差４４、４５が設けられ、ピアスパンチ１で金属板に孔が穿設された時に出る金属片がバーリングパンチ２の下方に落下しやすくなっている。

次に、図１に示すピアシング・バーリング用金型装置の動作を説明する。ここで、本実施形態では、図１における下方向がピアスパンチ１の挿入方向であり、上方向がピアスパンチ１の引抜方向である。

ストリッパプレート４の上に、放熱フィンの材料となる潤滑被膜付アルミ板等の金属板が載置された後、上金型５が下降する。ピアスパンチ１の先端縁１５ａが金属板に接触し、その後、ダイボタン３とストリッパプレート４とで金属板が挟持される。ピアスパンチ１はさらに下降し、ピアスパンチ１の先端部１５がバーリングパンチ２の受入孔２８に嵌合しようとする際に、金属板がせん断力により切断され、孔が穿設される。

孔の穿設後、ピアスパンチ１の上昇とともにバーリングパンチ２も上昇する。この上昇により、穿設された金属板の孔の周縁が、バーリングパンチ２の先端部２６に設けられた押出部４２に下から押し上げられ、押出部４２とダイボタン３のバーリング受部４６とにより、バーリングが行なわれる。その後、上金型５は、上昇し、バーリングパンチ２は下降して、ピアシング・バーリング加工された金属板はストリッパプレート４によりバーリングパンチ２から取り外されて、ピアシング・バーリング工程が終了する。

次に、ピアシング時における潤滑液溜１０の作用について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、図1に示すプレス加工用金型において、ピアスパンチ１とバーリングパンチ２が嵌合した状態を示しており、図３は、両者が離間した状態を示している。潤滑液は、図示しないタンクから配管を介して、図示しないギアポンプ等の加圧供給手段によりプレス加工用金型へと供給される。供給された潤滑液は、ピアスパンチ１の基部１７から軸方向通路３３を通って下方へ流れるが、その一部は衝突壁３７によって潤滑液溜１０に連通する分岐通路３５へと方向転換される。潤滑液は、なるべく気体を液中に含まないように潤滑液溜１０に供給されることが望ましい。潤滑液が気体を含まずに液のまま潤滑液溜１０に供給されると、例えばミスト状で潤滑液が供給される場合に比べて冷却性が高くなるからである。

潤滑液溜１０に供給された潤滑液は、図３に示す金型の離間時には、ピアスパンチ１の重合部外周面１３ａを下方へと伝い流れて先端部１５を潤滑する。

嵌合時にはバーリングパンチ２の重合部内周面２４ａが潤滑液溜１０に貯留している潤滑液に触れ、ピアスパンチ１の重合部外周面とバーリングパンチ２の重合部内周面２４ａとの間を流れて、ピアスパンチ１とバーリングパンチ２のそれぞれの重合部を潤滑する。

また、穿孔するタイミングに合わせて潤滑液が高圧で金型に供給されると、金属板のせん断の際に生じた切り粉が圧送された潤滑液でピアスパンチ１とバーリングパンチ２の間から押し流される。これにより、切り粉が金型に付着して雄型であるピアスパンチ１と雌型であるバーリングパンチ２との間に噛み込まれ焼付きの原因となるのを防止できる。

先に述べたように、本実施形態の分岐通路３５は、潤滑液溜１０をなす小径部よりもピアスパンチ１の先端縁１５ａに近い位置で開口している。すなわち、潤滑液溜１０は、分岐通路３５の開口部３５ａでピアスパンチ１の先端縁１５ａとの距離が部分的に小さくなるように形成されている。これにより、潤滑液は、開口部３５ａにおいて、潤滑液溜１０の小径部からなる部分よりも先端縁１５ａの方に流れやすくなっている。

図２から分かるように、潤滑液溜１０となる小径部は、ピアスパンチ１の先端縁１５ａから遠い方の端部（小径部上端部）が、金型の嵌合時にバーリングパンチ２の先端縁２６ａよりも少し上にくるように形成されている。分岐通路３５から流れ出た潤滑液は、潤滑液溜１０からピアスパンチ１の先端縁１５ａの方に流れるだけでなく、潤滑液溜１０とバーリングパンチ２の重合部内周面２４ａとの間を通って、バーリングパンチ２の先端縁（上端縁）２６ａからバーリングパンチ２の外側にも流れ出る。これにより、バーリングパンチの先端部は内外面ともに潤滑されるとともに冷却されることとなる。この場合に、潤滑液として水や水をふんだんに含む水系潤滑液を用いる場合は、油脂系の潤滑液に比べて潤滑液の比熱が大きいので、より高い冷却効果を得ることができる。

なお、潤滑液溜１０となる小径部の上端部は、加工対象である金属板と接触しない位置にあることが望ましい。金属板と接触すると不要かつ有害な金属粉を発生させる原因となり得るからである。

また、図２からわかるように、ピアスパンチ１の先端部１５は、バーリングパンチ２の重合部内周面２４ａと摺接するが、潤滑液溜１０の部分は外周面に対して窪んでいるため、重合部内周面２４ａとは接触しない。すなわち、雄金型と雌金型相互の摩擦面積が減少し、余分な摩擦を減少させることができる。このため、摩擦熱の発生も抑制される。

この第１の実施形態によるプレス加工用金型と水系潤滑液とを用いて、毎分２００〜２１０ショット（ストローク）の速度でピアシングを１０万ショット行ったところ、金型の致命的な破損は認められず、わずかに雄金型及び雌金型の先端部に磨耗が認められるに過ぎなかった。この金型の磨耗は炭化水素系のプレス加工油を用いた場合と比較しても、遜色の無いものであった。１０万ショット後の金型の状態を撮影したＳＥＭ写真を図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。ここで、図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１３（ａ）及び（ｂ）に対応している。図１３の従来の金型に関する同様のＳＥＭ写真と比較すると、潤滑性が非常に改善されたことが理解されよう。

なお、タンクからプレス加工用金型への潤滑液の供給は、常時行うこともできるし、あるいは、間歇的に行うこともできる。間歇的に潤滑液を供給する場合、ロータリカムとエンコーダの使用等によりプレスの回転軸の動きに合わせて潤滑液の供給を制御することができる。例えば、上金型の上死点を０度としたときに、下死点（１８０度）を含む１７０度から１８５度までの回転位置で毎回、潤滑液が金型（潤滑液溜）へ供給されるように制御することができる。

（実施の形態２）
次に、上述した実施形態とは異なる本発明の実施形態を、図５を参照して説明する。図５は、本発明によるプレス加工用金型をピアシング・バーリング用の金型装置に適用した第２の実施形態を示した部分拡大縦断面図である。

このプレス加工用金型は、潤滑液溜を、ピアスパンチの重合部外周面でなく、バーリングパンチの重合部内周面に形成している点のみが第１の実施形態によるプレス加工用金型と異なっている。したがって、図１及び図５で共通する要素については、同じ参照符号を付し、それらの詳細な説明については省略する。

図５を参照すると、バーリングパンチ２の内周面２４に潤滑液溜１０が形成されている。潤滑液溜１０は、バーリングパンチ２の重合部内周面２４ａに、バーリングパンチ２の先端縁２６ａにおける内径より大きい内径を有する大径部を設けることにより形成されている。

一方、図５に示すピアスパンチ１は、基部１７の下方縁からピアスパンチ１の先端縁１５ａまで、先端縁１５ａにおける外径と同じ外径を有している。ピアスパンチ１の内部には、軸方向通路３３と分岐通路３５からなる潤滑液通路３１が形成されている。軸方向通路３３と分岐通路３５とが交差する部分では、潤滑液の一部の流れを径方向に変える衝突壁３７が設けられている。

潤滑液は、ピアスパンチ１内の軸方向通路３３を通って、衝突壁３７に衝突し、分岐通路３５のピアスパンチ外周面１３の開口部３５ａから流れ出る。したがって、ピアスパンチ１とバーリングパンチ２が嵌合した際に、分岐通路３５から流れる潤滑液が、バーリングパンチ２の潤滑液溜１０に供給され一時的に貯留される。この場合、潤滑液溜１０の表面を、バーリングパンチ２における他の表面部分より粗い表面加工としておけば、潤滑液の表面張力により潤滑液の保持がより良好となる。また、ピアスパンチ１がバーリングパンチ２の受入孔２８に出入りする際に、開口部３５ａから流れ出る潤滑液がピアスパンチ１の重合部外周面１３ａとバーリングパンチ２の重合部内周面２４ａを潤滑する。このようにして、実施形態２におけるプレス加工用金型においても、金型及び被加工材料の潤滑を要する部分を十分に潤滑することができる。

また、バーリングパンチ２の重合部内周面２４ａは、ピアスパンチ１の重合部外周面１３ａと摺接するが、潤滑液溜１０は、大径部により形成されているため、図５からわかるように、ピアスパンチ１の重合部外周面１３ａとは接触しない。これにより、金型の摩擦部分の面積が小さくなり、余分な摩擦を抑制することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の第３の実施形態を、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第１の実施形態と同様のプレス加工用金型において、潤滑液溜を形成する小径部の下縁が面取りされたピアスパンチの先端部近傍の部分拡大断面図である。このビアスパンチにおいては、潤滑液溜１０を形成する小径部の下縁が面取りされている点のみが上述した第１の実施形態と異なっている。したがって、図１及び図６で共通する要素については、同じ参照符号を付し、それらの詳細な説明については省略する。

図６を参照すると、ピアスパンチ１の潤滑液溜１０をなす小径部の下縁に、断面円弧状の面取り部分５１が設けられている。これにより、潤滑液通路３１を通って潤滑液溜１０に供給された潤滑液は、面取り部分５１により、下方に流れやすくなり、先端部１５が潤滑されやすくなる。面取り部分５１を設けると、バーリングパンチの内周面との接触部分もより少なくなり、また、ピアスパンチ１をバーリングパンチ２から引き抜く際に、ピアスパンチ１のひっかかりを防止することができる。

なお、第３の実施形態では、面取り部分５１を、断面円弧状として形成したが、テーパ状としてもよい。また、面取り部分５１は、潤滑液溜の下縁だけでなく周縁の全部に設けてもよいし、潤滑液溜の周縁の一部のみに設けてもよい。

（実施の形態４）
次に、図７に、雄型であるピアスパンチに設ける潤滑液溜を種々の形状とした例を示す。雄型に設ける潤滑液溜は、雄型の重合部外周面の少なくとも一部に設けられたテーパ部、くぼみ、段差および溝等のいずれか一つの形態あるいはそれらの組合せ形態で形成可能である。こうすることにより、潤滑液溜の形状として、金型に必要な潤滑の度合、金型の強度あるいはプレス装置の設計等に合わせて、雄型の重合部外周面に設けられたテーパ部、くぼみ、段差および溝あるいはそれらを組合せたいずれかの形状を選ぶことができる。また、このようなテーパ部、くぼみ、段差および溝等は、雄型の重合部外周面の一部に設けられていてもよいし、重合部外周面全体を含むように設けられていてもよい。

図７の（ａ）は、ピアスパンチ１の先端部１５をテーパ部として潤滑液溜１０を設けた例を示す。図７（ｂ）は、ピアスパンチ１の外周面に、複数の楕円状のくぼみを設けて潤滑液溜１０とした例を示す。なお、潤滑液溜１０をなすくぼみとして、分岐通路の開口部を使用することもできる。図７（ｃ）は、ピアスパンチ１に、先端縁１５ａから所定の距離おいた部分に段差を設けて潤滑液溜１０を形成した例を示す。図７（ｄ）は、ピアスパンチ１にその先端縁と水平な方向に設けられた複数の横溝或いは螺旋溝により潤滑液溜１０を形成した例を示す。また、図７（ｅ）は、ピアスパンチ１に、先端から所定の距離をおいた部分から軸方向に上方へと延びる複数の縦溝を設けて潤滑液溜１０を形成した例を示す。この例では、潤滑液を縦溝の上方部に供給し、縦溝を利用して上方部から潤滑液を縦溝下方部に供給することも可能である。なお、図７には、雄型であるピアスパンチ１に種々の形状を有する潤滑液溜１０を形成した例が示されているが、このような種々の形状の潤滑液溜を雌型の重合部内周面に設けることもできる。

また、図７においては、ピアスパンチ１に潤滑液通路３１を記載していないが、先の実施の形態と同様に、ピアスパンチ１或いはバーリングパンチ２に潤滑液通路を設けることができる。

このように潤滑液溜１０がさまざまな形状で形成可能であると、プレス加工用金型に必要な潤滑の度合、金型の強度あるいはプレス装置の設計等に合わせて、雄型または雌型に適した潤滑液溜の形状を選ぶことができる。

（実施の形態５）
次に、図８、図９及び図１０に、潤滑液を供給する潤滑液通路を種々の態様で設けたプレス加工用金型の例を示す。

図８を参照すると、ストリッパプレート４内部に、ピアスパンチ１の潤滑液溜１０に向けて潤滑液を射出可能な噴射路となる潤滑液通路６２が設けられている。潤滑液通路６２は、ストリッパプレート４のバーリングパンチ２と対向する面６４の上方からストリッパプレート４の基部へと斜め下方に延びている。

図８に示すプレス加工用金型では、潤滑液通路６２から適当なタイミングで噴射された潤滑液が、ピアスパンチ１の先端部１５を潤滑するとともに、潤滑液溜１０に一時的に貯留され、プレス加工に必要な潤滑液が十分に確保される。

図９は、ダイボタン３に潤滑液通路６１を設けたプレス加工用金型の例を示している。図９によれば、潤滑液通路６１は、ダイボタン３の基部からバーリング受部４６へと斜めに延びて、バーリング受部４６で開口している。この潤滑液通路６１から射出された潤滑液は、潤滑液溜１０やピアスパンチ１の先端部１５、あるいは、バーリングパンチ２の先端部２６に飛散し、これらを潤滑する。また、潤滑液が潤滑液溜１０に溜まることにより、プレス加工に必要な潤滑液が確保される。

図１０は、雌型であるバーリングパンチ２の内部に潤滑液通路７２を設けたプレス加工用金型の例を示している。図１０では潤滑液溜１０が雌型に設けられており、潤滑液通路７２は、バーリングパンチ２の基部から潤滑液溜１０に連通するように延びている。これによって、潤滑液を潤滑液溜１０に直接供給することができる。

なお、潤滑液通路７２を雌型であるバーリングパンチ２に設ける一方、潤滑液溜１０を雄型であるピアスパンチ１に設ける場合には、潤滑液通路７２は、重合部内周面２４ａに向けて延び、重合部内周面２４ａで開口するように形成される。

こうすることによりバーリングパンチの内周面が十分に潤滑されるとともに、ピアスパンチ１とバーリングパンチ２の嵌合時に、ピアスパンチ１の潤滑液溜１０に潤滑液が供給される。また、潤滑液通路７２から潤滑液が噴射されて、ピアスパンチ１の潤滑液溜１０に供給されるようにしてもよい。潤滑液の噴射により、潤滑液溜１０に潤滑液を供給し貯留させると同時に、ピアスパンチ１の先端部に潤滑液を供給することもできる。

図８及び９の例では、潤滑液溜１０は、雄型であるピアスパンチ１に形成していたが、雌型に潤滑液溜を形成して、図８及び９に示したような潤滑液通路を設けてもよい。また、図８、図９及び図１０の例では、雄型であるピアスパンチ１には潤滑液通路を設けていないが、図８、図９及び図１０にそれぞれ示す潤滑液通路と、雄型であるピアスパンチ１に設けた潤滑液通路とを併用することもできる。さらに、図７に示す各種ピアスパンチ１を、図８、図９及び図１０のピアスパンチ１とする構成も可能である。

なお、上記の実施の形態１〜５において図示していないが、潤滑液通路を通じて潤滑液を潤滑液溜に供給するための潤滑液供給手段には、例えばギアポンプ等の圧送手段がある。このような潤滑液供給手段は、プレス機内部あるいは、その周囲の要素に適宜設けることができる。

また、上記各実施の形態の説明においては、ビアスパンチ等の金型は超硬合金製であるとのみ説明したが、かかる超硬合金としては、タングステン炭化物（ＷＣ）やチタン炭化物（ＴｉＣ）等の硬質炭化物粒子を含みコバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属を結合相金属とするものを用いることができる。

また、上記説明に記述した水溶性潤滑剤としては、有機リン化合物や有機カルボン酸金属塩を用いることができる。

さらに、水系潤滑液には、金型に用いられる超硬合金の結合相金属が潤滑液中に溶出するのを抑制する金属不活性化剤が含まれることが好ましい。超硬合金の結合相溶出による腐食を抑制できるからである。

本発明によるプレス加工用金型及びプレス加工方法は、雄型と雌型のせん断力により加工対象材料に透孔や切り起しを設ける場合に有用である。

本発明の第1の実施形態にかかるピアシング・バーリング用金型の部分拡大縦断面図 図１に示すピアシング・バーリング用金型の嵌合時の状態を示す部分拡大縦断面図 図１に示すピアシング・バーリング用金型の離間時の状態を示す部分拡大縦断面図 本発明の第１の実施形態にかかるピアシング・バーリング用金型を用いて、ピアシングをした場合の金型の様子を示す図面代用ＳＥＭ写真 本発明の第２の実施形態にかかるピアシング・バーリング用金型の部分拡大縦断面図 本発明の第３の実施形態にかかるピアスパンチの部分拡大縦断面図 本発明によるプレス加工用金型の雄型に形成する種々の潤滑液溜の例を示す図 本発明によるプレス加工用金型において、潤滑液を供給する潤滑液通路を下金型のストリッパプレートに設けた例を示す図 本発明によるプレス加工用金型において、潤滑液を供給する潤滑液通路を上金型のダイボタンに設けた例を示す図 本発明によるプレス加工用金型において、潤滑液を供給する潤滑液通路をバーリングパンチ内に設けた例を示す図 フィン加工工程と、製品となるプレートフィンを示す図 従来のピアシング・バーリング用金型の縦断面図 図１２に示すピアシング・バーリング用金型を用いて、ピアシングをした場合の金型の様子を示す図面代用ＳＥＭ写真

符号の説明

１ ピアスパンチ（雄型）
２ バーリングパンチ（雌型）
１０ 潤滑油溜
１３ａ 重合部外周面
１５ 先端部
１７ 基部
２４ａ 重合部内周面
２６ 先端部
３１ 潤滑液通路
３３ 軸方向通路
３５ 分岐通路
３７ 衝突壁
５１ 面取り部分

Claims (11)

1. 相互に嵌合される雄型と雌型とを有し、前記雄型と前記雌型とにより材料の切断を行うプレス加工用金型であって、前記雄型と前記雌型が嵌合された際に重なり合う前記雄型の重合部外周面または前記雌型の重合部内周面に、少なくとも一時的に潤滑液が貯留される潤滑液溜の全部または一部が形成されていることを特徴とするプレス加工用金型。
2. 請求項１に記載のプレス加工用金型であって、前記潤滑液溜として、前記雄型の重合部外周面または前記雌型の重合部内周面の少なくとも一部に凹部が設けられていることを特徴とするプレス加工用金型。
3. 請求項１または２に記載のプレス加工用金型であって、前記潤滑液溜は、前記雄型の重合部外周面に、前記雄型先端における外径より小さい外径を有する小径部を設けることにより形成されていることを特徴とするプレス加工用金型。
4. 請求項１から３のいずれか一つの請求項に記載のプレス加工用金型であって、前記潤滑液溜に潤滑液を供給する潤滑液通路が、前記雄型または前記雌型に設けられていることを特徴とするプレス加工用金型。
5. 請求項４に記載のプレス加工用金型であって、前記潤滑液通路は、前記雄型の基部から前記雄型の内部に穿設され、前記雄型の重合部外周面に形成された前記潤滑液溜に連通するものであることを特徴とするプレス加工用金型。
6. 請求項４または５に記載のプレス加工用金型であって、前記潤滑液通路は、前記雄型の基部から軸方向に沿って穿設された軸方向通路と、前記軸方向通路に連通して前記雄型の半径方向成分を含む方向に延在する分岐通路とからなり、前記軸方向通路から前記分岐通路が分岐する分岐部に、潤滑液の流れる方向を前記雄型の軸方向から半径方向成分を含む方向に変える衝突壁が設けられていることを特徴とするプレス加工用金型。
7. 請求項１または２に記載のプレス加工用金型であって、前記潤滑液溜は、前記雌型の重合部内周面に、前記雌型の開口端縁における内径より大きい内径を有する大径部を設けることにより形成されていることを特徴とするプレス加工用金型。
8. 請求項１から７のいずれか一つの請求項に記載のプレス加工用金型であって、前記潤滑液溜の周縁の少なくとも一部分が面取りされていることを特徴とするプレス加工用金型。
9. 請求項１から８のいずれか一つの請求項に記載のプレス加工用金型であって、前記潤滑液溜は、前記潤滑液溜と前記雄型の先端または前記雌型の開口端縁との距離が部分的に小さくなるように形成されていることを特徴とするプレス加工用金型。
10. 請求項１から９のいずれか一つの請求項に記載のプレス加工用金型であって、前記潤滑液溜には、前記潤滑液として水又は水溶性潤滑剤を水に溶解させた水系潤滑液が供給されることを特徴とするプレス加工用金型。
11. 請求項１から１０のいずれか一つの請求項に記載のプレス加工用金型を用いて材料の切断を行うプレス加工方法であって、前記雄型と前記雌型が嵌合された際に重なり合う前記雄型の重合部外周面または前記雌型の重合部内周面に全部または一部が形成され少なくとも一時的に潤滑液を貯留する潤滑液溜に、前記雄型と前記雌型が嵌合した状態から次に同じ状態になるまでの間に、前記潤滑液を供給する工程を有することを特徴とするプレス加工方法。

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