JP2005199421A - 鍛造用金型の製造方法、鍛造用金型および鍛造成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】 鍛造用金型の製造に際し、高速に切削することができ、工具寿命も維持し、磨き工程も省略でき、全体として高能率に製造することができるようにする。
【解決手段】 この発明の鍛造用金型の製造方法は、表面を強化処理しているボールエンドミルを切削工具３として用い、工具の突き出し長さＬ（ｍｍ）と、ボールエンドミルの刃先半径Ｒ（ｍｍ）と、工具回転数Ａ（ｒｐｍ）と、工具送り速度Ｂ（ｍｍ／分）との関係が、（Ｂ／Ａ）²×（Ｌ／（２×Ｒ））＝０．０１〜０．０５を満たす状態で金型材料を切削する切削工程を含む、ことを特徴としている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、アルミニウム合金を素材とした鍛造用金型を製造する鍛造用金型の製造方法、鍛造用金型およびその鍛造用金型を用いて鍛造した鍛造成形品に関するものである。

切削における基本的課題は、高精度、高能率、低コストの３つである。この３つの課題のうち、高能率加工を実現する一手段として切削速度の高速化が求められている。切削速度を増加するとそれに伴って切削能率は向上するが、逆に工具寿命が短くなり、ツールコストが増加するという問題がある。工具寿命が低下すると工具交換の頻度が増加するため生産性が悪くなるという問題もあり、高能率加工の実現は困難なものとなっている。

特に、高精度の成形品の成形が求められる今日では、金型にも高精度が求められており、高速で高精度の金型の製造方法として、従来から用いられてきた放電加工に代わり直彫り工法での金型の製造方法が検討されている。

例えば下記の特許文献１には、ＣＢＮ焼結工具に含有されるＣＢＮ焼結体を７５％以上とし、切削速度を１５００ｍ／ｍｉｎ以上で切削するようにし、また、ＣＢＮ焼結工具を複数装着し、正面フライスを構成し、この正面フライスの切削速度を１５００ｍ／ｍｉｎ以上とするとともに、正面フライス１回転当たりにおけるＣＢＮ焼結工具１刃の送り量を０．２ｍｍ／ｒｅｖから０．４ｍｍ／ｒｅｖで切削するようにして、切削速度を増加させても、それに伴う工具寿命が低下するのを防止する方法が、開示されている。
特開平１１−１７０１０２号公報

また、下記の特許文献２には、Ｃ：０．２８乃至０．５５質量％、Ｓｉ：０．１５乃至０．８０質量％、Ｍｎ：０．４０乃至０．８５質量％、Ｐ：０．０２０質量％以下、Ｓ：０．０１８質量％以下、Ｃｒ：２．５乃至５．７質量％、Ｍｏ：１．４乃至２．８質量％、Ｖ：０．２０乃至０．９０質量％、Ｗ：０．０１乃至１．６５質量％、Ｃｏ：０．０３乃至０．８９質量％、Ｎｉ：０．０１乃至１．６５質量％を含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、不可避的不純物のＮを０．００９質量％以下、Ｔｉを０．００３質量％以下、Ｂを０．０１２質量％以下に規制し、非金属介在物の清浄度がＪＩＳ ｄＡ０．００５％以下で、ｄ（Ｂ＋Ｃ）０．０２０％以下であると共に、熱処理後のマルテンサイト組織の方向性が１７乃至３３％の範囲にあることを特徴とする熱間工具鋼により、被削性を改善して直彫りにより金型を製造する際の切削加工時の工具寿命及び寿命のバラツキを著しく改善することができ、また超微小切削加工した場合の仕上げ面が良好で、ラッピング加工時間を短縮することができることが開示されている。
特開２００３−２６８４８６号公報

また、下記の特許文献３には、Ｃを０．２５乃至０．４５重量％、Ｓｉを０．０５乃至０．６重量％、Ｍｎを０．２乃至０．８重量％、Ｃｒを４．０乃至６．０重量％、Ｍｏを１．０乃至３．０重量％、Ｖを０．３乃至１．０重量％、Ａｌを０．００５乃至０．０４０重量％及びＳを０．００１乃至０．００４重量％含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、また、硬さがＨＲＣ４１〜４５である金型、また、前記成分組成を有する金型を、形彫りした後、その金型の形彫り面の丸みを有するコーナー部に、そのコーナー半径より小さい曲率半径を有する加圧具を使用して表面の相当全歪が５％以下となる塑性加工を施す該金型の製造方法を用いることにより、従来のＪＩＳ ＳＫＴ４又はＳＫＤ６１製の熱間鍛造金型と同様に製造コストが低く、これらの従来の金型と比較して良好な作業環境下において製造可能な耐久性が優れている鍛造金型が提供されることが開示されている。
特開平８−１８８８５２号公報

しかし、特許文献１の場合、ＣＢＮ焼結体を７５％以上とする工具で、切削速度１５００ｍ／ｍｉｎ以上で切削するようにしているが、一般的な工作機械では不可能な特殊な条件であり、提示されている工具は高価なもので、実用的ではない。

また、特許文献２では、材料からの検討はされているが、具体的な最適な加工条件についての検討はされていない。

また、特許文献３では、材料からの検討はされ、またコーナー部に圧縮応力を付与する方法が開示されているものの、切削方法についての具体的な加工条件は検討がされていない。

そして、直彫りの場合、加工条件に関しては、次のような課題を有している。すなわち、種々の形状に対応できるように、工具の突き出し長さを大きくして深彫りすることが要求されているが、従来は、回転数や送り速度を試行錯誤して条件を決めており、工具の突き出し長さを大きくした場合、最適な条件とならなかった。例えば回転数はできるだけ大きく設定して、後は要求される面粗度から送りと切り込み（ピッチ）を計算で決めているが、この計算値のままでは工具がビビる等の不具合が発生するので実際には不具合が発生して修正が必要になる。従来一般には送り速度を落とすことが仕上状態を良好にできると奨励されており、実際に仕上面を最良の状態にするための条件を見つけ出すためには試行錯誤が必要で、その条件を見出すのに時間も要していた。

また、従来の直彫り工法での金型作製において、高速で切削処理した場合には仕上状態が不充分な為に、磨き工程は不可欠であるが、その作業量が多いため、金型製作のコストを上げ、また製作時間を長くする要因となっていた。また、磨きは手仕上げが一般的で、不良発生の主要因ともなっていた。そこで、磨き工程を省略もしくは簡略化できるだけの表面仕上げ状態を得ることができる金型の直彫り工程の開発が検討されてきた。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、鍛造用金型の製造に際し、高速に切削することができ、工具寿命も維持し、磨き工程も省略でき、全体として高能率に製造することができる鍛造用金型の製造方法、鍛造用金型およびその鍛造用金型を用いて鍛造した鍛造成形品を提供することを目的とする。

１）上記目的を達成するために、第１の発明は、鍛造用金型の製造方法において、表面を強化処理しているボールエンドミルを切削工具として用い、工具の突き出し長さＬ（ｍｍ）と、ボールエンドミルの刃先半径Ｒ（ｍｍ）と、工具回転数Ａ（ｒｐｍ）と、工具送り速度Ｂ（ｍｍ／分）との関係が、（Ｂ／Ａ）²×（Ｌ／（２×Ｒ））＝０．０１〜０．０５を満たす状態で金型材料を切削する切削工程を含む、ことを特徴としている。

２）第２の発明は、上記した１）項に記載の発明の構成に加えて、上記鍛造用金型の材料は、硬度がＨＲＣ４５以上６２以下である、ことを特徴としている。

３）第３の発明は、上記した１）項または２）項に記載の発明の構成に加えて、切削時に切削油を切削工具に直接流下して供給する、ことを特徴としている。

４）第４の発明は、上記した１）項から３）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記鍛造用金型の製造工程が、少なくとも粗切削加工、熱処理、仕上切削加工、形状部切削加工を有し、上記切削工程は形状部切削加工における切削工程であり、当該形状部切削加工は、少なくとも３段階からなり、その３段階での工具径方向ピッチ比は、１．２〜２：０．２〜０．５：０．０３〜０．０５であり、工具の送り方向は等高線処理と周回処理の少なくとも一方の送り方向を含む、ことを特徴としている。

５）第５の発明は、上記した１）項から４）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、加工面の凹状の角部を複合Ｒを含む形状に切削する、ことを特徴としている。

６）第６の発明は、鍛造用金型であって、上記した１）項から５）項の何れかに記載の鍛造用金型の製造方法で製造されたことを特徴としている。

７）第７の発明は、上記した６）項に記載の発明の構成に加えて、表面の粗さがＲｍａｘ５μｍ以下で、凹状の角部に複合Ｒ形状を有する成形孔が形成されている、ことを特徴としている。

８）第８の発明は、鍛造成形品であって、上記した６）項または７）項に記載の鍛造用金型を用いて鍛造した、ことを特徴としている。

本発明では、鍛造用金型の直彫り製造に際し、工具の突き出し長さと、ボールエンドミルの刃先半径と、工具回転数と、工具送り速度とが、所定の関係を満たす状態で金型材料を切削するようにしたので、最適な加工条件を簡単に設定することができ、しかも高速に切削することができ、工具寿命も維持し、磨き工程も省略でき、全体として鍛造用金型を高能率に製造することができるようになる。

以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明方法で製造した鍛造用金型の一例の見取り図である。本発明方法で製造する鍛造用金型の一例として、図１に示すような、半円柱状の成形孔２を有する金型１を例に説明する。半円柱状の形状は、加工面の傾きが変化する加工、深彫り加工が求められる形状の例である。

先ず金型１の材質は硬度ＨＲＣ（ロックウェル硬さＣ）４５〜６２（好ましくは４６〜５５）の範囲である、金型用鋼または高速度工具鋼であるものとするのが好ましい。例えば、ＳＫＤ６１やマトリックスハイスを挙げることができる。このような材料を用いることにより、高寿命で精度の良い金型が製作でき、本発明の効果を十分に発揮できるようになる。

金型１の製造工程の一例を説明する。製造工程は（ａ）粗加工→（ｂ）熱処理→（ｃ）仕上切削加工→（ｄ）形状部切削加工→（ｅ）磨き加工→（ｆ）検査の工程とすることができる。以下に、この（ａ）〜（ｆ）の工程を順に説明する。

（ａ）粗切削加工 粗加工は、一般的な工法で切削する。たとえば、旋盤とフライス盤を用いて、金型外形部や位置決め穴等を切削する。半円柱形状部はボールエンドミルにより概略全体の８０％程度を彫り込んでおいても良い。

（ｂ）熱処理 熱処理は靭性、耐摩耗性を調整するために施す。熱処理条件は例えばＳＫＤ６１では９００〜１１００℃（好ましくは１０００〜１０５０℃）に３０分〜１時間保持した後急冷し、５００〜７００℃（好ましくは５６０〜６００℃）に３〜５時間保持することが好ましい。保持時間は金型の大きさにより調整する。

（ｃ）仕上切削加工 仕上切削加工は、旋盤を用いて金型外形部を所定寸法まで仕上げる。旋盤加工では困難な加工は、研削機を用いた研削加工や、ワイヤーカット放電加工機を用いた加工を行なっても良い。

（ｄ）形状部切削加工 表面を強化処理しているボールエンドミルを切削工具として用いて、金型の成形孔部分を最終形状に切削する。複数回の段階、例えば少なくとも３段階の切削工程を有しているのが好ましく、後述する切削加工条件を満たしている。さらにその送り方向が等高線処理およびまたは周回処理を含んでいるのが好ましい。

図２は等高線処理の説明図、図３は周回処理の説明図である。これらの図において、成形孔２を最終形状に切削する場合に、工具の刃先は、点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）から(1)→(2)→(3)→(4)の順に進み、その後点Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）に移動する場合に、(5)において、等高線処理と周回処理とで進み方が異なる。

等高線処理では、図２に示すように、（５）において、点Ｐ２のＺ座標値ｚ２と、点Ｐ１のＺ座標値ｚ１との差ｂを与えてＺ座標値を決定し、次にＸ座標値ｘ２はＬ線上のＺ座標値ｚ２に対応する点を算出して（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を決定し、その位置の点Ｐ２に移動し、点Ｐ２から（６）へと移動を再開する。等高線処理は、形状が立ち壁状態である形状に対して、Ｚ方向（深さ方向）の加工ピッチを指定し、上から下にまたは下から上に徐々に削っていく加工となるので、起伏の激しい形状を効率よく加工できる点で好ましい。

一方の周回処理では、図３に示すように（５）において、点Ｐ２のＸ座標値ｘ２と、点Ｐ１のＸ座標値ｘ１との差ａを与えてＸ座標値を決定し、次に、Ｚ座標値ｚ２はＬ線上のＸ座標値ｘ２に対応する点を算出して（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を決定し、その位置の点Ｐ２に移動し、点Ｐ２から（６）へと移動を再開する。周回処理は、平らな面に近い形状に対してＸＹ方向（水平方向）の加工ピッチを指示し、外から中にまたは中から外に削っていく加工となるので、起伏が緩やかな形状を効率よく加工できる点で好ましい。

複雑な形状では、等高線処理と周回処理の２つの処理を組み合わせるのが好ましく、例えば、Ｚ方向の加工ピッチを一定に設定した等高線加工では、立ち壁に近い場所はきれいに加工できるが、平坦に近いところでは、加工ピッチが荒くなってしまうので、これを補完するために、平坦部付近には周回処理を用いるようにする。

加工面の傾斜角度が変化していく形状を有している例である半円柱形状を彫る場合は、深さの浅い上部は等高線処理で、深い下部は周回処理で行なうのが好ましい。これらの処理は半円柱形状の接面と水平面との角度が３０〜５０゜の位置で切りかえるのが両加工のピッチがほぼ均等となるので好ましい。また両加工を０．１〜１ｍｍオーバーラップさせるのが、切りかえ境界で削り残しが発生するのを防止できるので好ましい。

形状部切削加工はいわゆる直彫りであり、形状によってはさらに細かいところを小さな刃物（工具半径Ｒ０．２〜１ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ）で取り残し加工を施すことができる。

（ｅ）磨き加工 加工後の面粗度をより高精品質にする場合には必要に応じて施す。例えば、砥石を用いて表面を磨き、その後ダイヤモンドペーストを表面に塗布し、フエルトバフや木材を用いて、表面を研磨する。形状部切削加工の状態によっては省略することができる。

（ｆ）最後に、仕上がり状態を検査する。検査項目は３次元測定機、ノギス、ゲージを用いた寸法検査、形状測定装置を用いた寸法検査、硬度計を用いた硬度検査、表面粗さ計を用いた面粗度検査である。

次ぎに、本発明の形状部切削工程について説明する。最初に、本発明の形状部切削工程に用いる工具について説明する。

図４は本発明に用いる工具の一例を示す図である。本発明に用いる工具３は、表面が強化処理（表面硬化処理）されているものであればいずれのものも用いることができる。たとえば母材表面に硬化層を設ける。硬化層の材質としては例えば、ＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミ）、ＴｉＳｉＮ（窒化チタンケイ素）、ＣｒＳｉＮ（窒化クロムケイ素）を挙げることができる。特に金型材との摩擦係数が低く、強化皮膜の酸化開始温度が高いものが工具寿命の点から好ましい。

工具３の先端形状は、ボールエンドミル形状で特に心厚さ／外径が６０〜８０％となっているものが工具剛性向上の点から好ましい。刃の枚数は特に制限されないが、２〜３のものを用いることができる。

深彫りを可能にする為に、工具径Ｄ（＝２Ｒ）はμ０．４〜１０ｍｍ、好ましくはμ０．５〜μ６ｍｍで突き出し長さＬを５〜２０ｍｍ（より好ましくは５〜１７ｍｍ）とするのが好ましい。

また、微小形状を彫り込むためには、工具径Ｄ（＝２Ｒ）は、μ０．２〜２ｍｍより好ましくはμ０．４〜２ｍｍとすることが好ましい。

特に、Ｌ／２Ｒ（＝Ｌ／Ｄ）の関係は３〜２０（好ましくは３．５〜１５）であるものは、本発明の効果を良く発揮するので好ましい。

切削面の仕上がりには、切削時の刃物の振れが利いている。そのためには刃物の振れは空転時（刃物を取り付けてその状態で加工せずに刃物を回転させた時）に５μｍ以下に抑えることが好ましい。例えば、主軸の回転振れの少ない、例えば振れ量が２μｍ以下の装置を用いたり、刃物を機械主軸に取り付けるためのコレットホルダーを２面拘束タイプとしたり、刃物をつかむためのコレットチャックを焼バメタイプにすること、またはこれらを任意に組み合わせることが挙げられる。

次ぎに、切削加工条件について説明する。

本発明では、工具の突き出し長さＬ（ｍｍ）と、ボールエンドミルの刃先半径Ｒ（ｍｍ）と、工具回転数Ａ（ｒｐｍ）と、工具送り速度Ｂ（ｍｍ／分）との関係が（Ｂ／Ａ）²×（Ｌ／（２×Ｒ））＝０．０１〜０．０５を満たす状態で切削するとしている。

従来は、回転数や送り速度を試行錯誤して条件を決めていたが、深彫りを可能とする工具の突き出し長さを大きくした場合など、最適な条件とならなかった。

回転数はできるだけ大きく設定して、あとはほしい面粗度から送りと切り込み（ピッチ）を計算することができるが、この計算値のままでは工具がビビる等の不具合が発生するので実際には不具合が発生して修正が必要になり、従来一般には送り速度を落とすことが仕上状態を良好にできると奨励されているが、実際に仕上面を最良の状態にするための条件を見つけ出すためには試行錯誤が必要であった。

発明者は、送り速度を下げすぎても逆に仕上状態に不備が出ることが最適な状態を見つけ出すことを困難にしていた要因であったことを見つけ出し、（Ｂ／Ａ）²×（Ｌ／（２×Ｒ））の値を管理することでこれを回避できるとした。

このメカニズムは以下のように推定される。切削後の表面状態を調査したところ、図５に示すようにいわゆる巨視的刃型転写と微視的刃型転写が残っており、それらの状態が表面仕上げ状態の良否と関係していることが判明した。

回転数に対して送り速度が大きくなると、巨視的刃型転写と思われる刃物の噛り付き、刃物当りによる微小欠けが発生して食い込み痕が残りやすくなる。

回転数に対して送り速度が小さくなると、微視的刃型転写と思われる刃物のささくれ状痕が残りやすくなる。特に、工具の使用時間が長くなるとささくれ状痕の発生が起こりやすくなる。

よって、これらのバランスを見ながら条件設定する必要がある。しかし単に、回転数と送り速度の比率で決まらず、工具の刃先の半径、Ｌ／２Ｒを考慮する必要があることが判明した。

発明者は、工具のもつ運動エネルギー関連する（Ｂ／Ａ）²の値と、工具の状態を示す（Ｌ／２Ｒ）の値に着目した。これにより工具半径が小さい場合、または、Ｌ／２Ｒが大きい場合でも制御できることになった。

このように、工具の突き出し長さと、ボールエンドミルの刃先半径と、工具回転数と、工具送り速度とが、所定の関係を満たす状態で金型材料を切削するようにしたので、最適な加工条件を簡単に設定することができ、しかも表面仕上げを良好にして高速に切削することができる。特に、工具の突出し長さを大きくして、深彫りをしても、仕上がりが良好になる。また、結果的に、工具のビビリが抑えられて切削状態が安定しているので、工具寿命が延びるという効果もあり、さらに磨き工程も省略でき、全体として鍛造用金型を高能率に製造することができるようになる。

切削面の形状に合わせて、特に、コーナー形状部位において工具進行方向が３５゜〜４５゜以上変わる場合は、変化点から０．２〜０．５ｍｍ手前から送り速度を３０〜４０％減速するのが好ましい。

形状部切削加工は、少なくとも３段階の切削工程を有して、その工具の送り方向が等高線処理およびまたは周回処理を含んでいるのが好ましい。この場合、各段階で工具の径方向ピッチ比を１段目から順に、１．２〜２：０．２〜０．５：０．０３〜０．０５とすることが好ましい。２段階目の処理によって面全体の残された削り代のバラツキを１０〜３０μｍ以下にまで均一化して第３段階の処理を施すことにより、第３段階での切削処理の仕上がり状態のムラを抑えることができるからである。２段階目の処理によって面全体の残された削り代のバラツキを、最終削り代に対し２０〜８０％にまで均一化して第３段階の処理を施すことにより、第３段階での切削処理の仕上がり状態のムラを抑えることができるからである。こうすることにより、仕上げ精度を上げる第３工程での、切削代が均一になり、第３工程での切削が安定し、設計に対する寸法精度が向上する。

特に、半円柱状形状の場合は、第２、３段階以降では、等高線処理と周回処理を組み合わせるのが好ましい。

例えば、第１段階では等高線処理で、径方向ピッチを１．５〜２．２ｍｍ好ましくは１．８ｍｍ、切り込み量を０．１５〜０．２５ｍｍ好ましくは０．２ｍｍとし、第２段階では等高線処理と周回処理を併用して、径方向ピッチを０．３〜０．５ｍｍ好ましくは０．４ｍｍ、切り込み量を０．３〜０．５ｍｍ好ましくは０．４ｍｍとし、第３段階では等高線処理と周回処理を併用して、径方向ピッチを０．０４〜０．０６ｍｍ好ましくは０．０５ｍｍ、切り込み量を０．０４〜０．０６ｍｍ好ましくは０．０５ｍｍとすることができる。ここで、径方向ピッチと切り込み量との関係は、図６に示すようになっている。

切削油（潤滑材）は、非水溶性切削油であるものを用いることができ、例えば、硫化脂肪油系の炭素鋼用あるいは合金鋼用切削油を挙げることができる。供給温度は１５℃〜３０℃が好ましい。本発明の好ましい供給方式の流下方式に付いて説明する。供給量は１５〜２５リットル（Ｌ）／分とするのが好ましい。

従来用いられているエアーブロー方式では、ある程度切り粉を吹き飛ばすことはできるが、冷却能が不充分である。

従来用いられているミスト方式は、非水溶性切削油をミスト状にしてエアーと一緒に刃物に吹きつける方法である。供給量は例えばミスト０．２Ｌ／分、エアー２００Ｌ／分である。この方法では通常噴出ノズルが１本であり、かつ刃物の先端が工作物の陰にかくれるとミストが刃物先端に直接届かず、その効果が減少あるいは得られなくなることがあった。

本発明の好ましい流下方式は切削油を少なくとも２方向から噴出し、刃物先端から少なくとも５ｍｍが常に切削油にひたるように供給する方式である。この方式では刃物が工作物の陰にかくれても先端は常に切削油に浸っているため、切削油の効果が切れることはない。本発明では工具を高速回転させているのでこの流下方式による充分な冷却効果が工具寿命を長くすることが出来好ましい。

供給方向は刃先上方から流下とするのが好ましい。特に流下させる方向が工具を中心として全方向からとなるように供給するのが立ち壁形状付近を加工する際の供給不足解消の点から好ましい。具体的には例えば切削油噴射ノズルを工具を中心として四方に配置することで実現できる。

切り粉の状態が不適切であると、工具に付着して悪影響を及ぼしたり、工具の摩耗が速く進み工具寿命が短くなったり、切削抵抗が大きくなり切削速度の低下や工具の摩耗をより促進したりする。特に、切り粉の排出が不適切になると、工具のビビリが発生して、仕上がり面の品質の低下や工具の劣化を促進するおそれがあるが、本発明では、流下式潤滑材供給としているので切り粉の排出状態が良好になるので、好ましい。切り粉の排出処理がスムーズになるので、工具への切り粉の付着、食い込みの発生が抑えられ、工具のビビリを抑えることができ、切削状態が安定する。

次ぎに複合Ｒについて説明する。複合Ｒとは、直線部と曲部とから構成されるコーナー部の凹部の形状において凹部の指定寸法の半径（Ｒ１）に加え、曲部と直線部がつながる箇所にＲ１の１倍を越え４倍以下、好ましくは１．５倍〜２．５倍の半径（Ｒ２）の曲線を少なくとも１つ以上加えた形状としたものである。これにより、工具の接触面積の急激な変化を抑えた形状となる。立ち壁部に抜き勾配を設けた場合も同様に複合Ｒを考えることができる。

図７、図８および図９は複合Ｒを設けたコーナー部凹部形状の例を示す断面形状図である。

例えば、図７に示す複合Ｒを設けたコーナー部凹部形状は以下のようにして設定できる。
（１）Ｌｖ、Ｌｈはコーナー部を挟む壁面の断面輪郭形状として成形品形状より決まる。
（２）成形品のコーナーに求められる形状よりＲａを決める。例えば、与えられている製品形状のコーナー部の曲率半径とすることができる。
（３）「複合Ｒ指数α」を与える。αは０．５Ｒａ以下であれば良く、例えば、成形品の角部形状の公差の値×（０．５〜２）をαとして与える。
（４）中心位置がＬｖからＲａの位置であって、ＬｈよりＲａ＋αの位置である点（Ｘａ（＝Ｒａ）、Ｙａ＝（Ｒａ＋α））を中心に半径Ｒａの仮想円（Ａ）を描く。
（５）仮想円（Ａ）とＬｈに接する仮想円（Ｂ）を求める。仮想円（Ｂ）は、「接する」という条件の下に、数値計算もしくは作図で求めることが出来る。複数の解が得られた場合は、Ｒａの４倍以下のものを採用する。
（６）ここで、仮想円（Ａ）と仮想円（Ｂ）との関係は、複合Ｒの特徴であるところの、仮想円（Ａ）は仮想円（Ｂ）の内側で接する内接状態である。
（７）中心位置がＬｈからＲｂであって、仮想円（Ａ）に接する仮想円（Ｂ）の中心位置は（Ｘｂ＝（Ｒｂ−β）、Ｙｂ＝（Ｒｂ））、その半径はＲｂとなる。
ここでＲｂ，βは「接する」という条件から（５）のステップで求められる定数である。
（８）（Ｘｂ、Ｙｂ）を中心に半径Ｒｂで仮想円（Ａ）とＬｈとに接する円弧（ＢＢ）を描く。
（９）（Ｘａ、Ｙａ）を中心に半径Ｒａで円弧（ＢＢ）とＬｖとに接する円弧（ＡＡ）を描く。
（１０）Ｌｖ、円弧（ＡＡ）、円弧（ＢＢ）、Ｌｈをつないで複合Ｒを有するコーナー部凹部形状とする。

図７、８において、痾はＲａの寸法公差を目安とし、ＲａはＬｖに接する円弧、ＲｂはＬｈとＲａに接する円弧、Ｘａ、Ｘｂは他の寸法より自動的に決まる寸法である。図７では、コーナー部凹部が、直線部Ｌｈ、Ｌｖと、指定寸法半径Ｒａの曲線部との間を両者に接するように半径Ｒｂの曲線で結んで多段状に形成されている。図７は、ＲａとＬｈに接するようにＲｂを設けているが、ＲａとＬｖに接するようにＲｂを設けても良い。

さらに、複合化したコーナー部凹部形状を求める場合は、仮想円（Ａ）、（Ｂ）の間に、仮想円を追加することで可能である。

例えば、仮想円（Ａ）に接するように、半径Ｒｃ、中心位置（Ｒｃ，Ｒｃ＋αｃ）なる仮想円（Ｃ）を設ける。ここで、αｃ＝ｍαａ、Ｒｃ＝ｎＲａとする。αａは仮想円（Ａ）のα、ｍは１未満の値、例えば０．５とし、ｎは１を超える値、例えば２とする。

そして、仮想円（Ｃ）とＬｖとの間に仮想円（Ｂ）を設けることで、仮想円（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を基にして複合化したコーナー部凹部形状とすることが出来る。

図８は、抜き勾配を設けた場合であり、図７と同様に、コーナー部凹部が、直線部Ｌｈ、Ｌｖと、指定寸法半径Ｒａの曲線との間を両者に接するように半径Ｒｂの曲線部で結んで多段状に形成されている。図８はＲａとＬｈに接するようにＲｂを設けているが、ＲａとＬｖに接するようにＲｂを設けても良い。立て壁部分において工具の当りを逃げるのが容易になるので好ましい。

また、図９では、コーナー部凹部が、コーナー部中心から６０％〜８５％を指定Ｒによる形状として残し、残りの部分を曲率が連続して変化する曲線としてあって曲率が連続的に変化している複合Ｒの例を示している。

このように、コーナー部凹部を複合Ｒで形成することにより、例えば図１０に示すように、工具３が加工面に接触する（当る）が、工具と加工面の接触範囲の急激な変化を抑えることができるので、工具の送りが安定してビビリの発生を抑えることができる。その結果、仕上がり状態をより良好なものにすることができる。凹形状の角部については形状的に均一にみがくことが難しく、製作上問題となっていたが、このような複合Ｒを用いることにより磨き工程を省略、簡略化できるので好ましい。さらに、複合Ｒとしているので、金型と刃物の接触面積が少ないため、切り粉が小さく、かつ切り粉が排出される空間が多く取れ、切り粉の排出状態が良好になり、さらに一度排出された切粉が刃物と被加工物との間に挟まれた状態である噛み込みが発生しにくいので好ましい。

加工形状におけるコーナー部の凹部位のその傾斜角度が変化している場合において、（例えば、図１に示すような加工形状の場合、半円柱形状におけるコーナー部の凹部位（図１の符号Ｄ）において、凹部位が半円柱形状の接線方向の傾斜面となっている。）コーナー部の最低部（例えば図１の符号Ｅ）から最高部位までの高さ距離（例えば図１の符号Ｆ）に対して少なくとも２０％の高さ範囲（例えば図１の符号Ｇ）のコーナー部の凹部位の形状も複合Ｒが含まれているのが好ましい。その範囲での工具の被加工物への当たり状態が被加工物の仕上げ状態（表面形状、表面の粗さ、寸法精度）に影響するからである。

形状部切削工程での直彫りには、マシニングセンタを用いることができる。マシニングセンタは主として回転工具を使用し、工具自動交換装置を備え、工作物の取り付け替えのための段取り替えなしに多種類加工を施す数値制御工作機械である。特に直彫りに使用するものは主軸回転数が２万回転以上であることが望ましい。

金型形状部の設計は主に三次元ＣＡＤを用いて行われる。設計された形状モデルを元に、加工段階数と各段階で使用する刃物の種類、加工送り、切り込み、ピッチを設定し、ＣＡＭを用いて工具軌跡（加工方法）を計算させ、ＮＣデータとしてアウトプットする。作成されたＮＣデータはＬＡＮケーブル等を通じてマシニングセンタに転送され、マシニングセンタはそのＮＣデータをもとに切削加工を実行する。

本発明の切削加工条件、形状部切削加工の処理方法などはＣＡＭに条件として設定する。複合Ｒの形状の設計はＣＡＤで行う。

以上の製造方法で製造された鍛造用金型は、成形孔が、表面の粗さがＲｍａｘ５μｍ以下（好ましくは３μｍ以下）で、凹状の角部が複合Ｒ形状を有し、単時間で製造できるとともに、表面仕上げが優れた金型である。この金型を用いて鍛造した成形品は、表面仕上げが良好なものとなり、特にコーナー部位において表面仕上がりが良好となる。

上記金型を用いる鍛造工法は冷間鍛造、温間鍛造など公知のものを用いることができる。アルミニウム合金からなる素材を用いた場合を例に説明する。

上記金型を、必要に応じて母型に焼嵌めして、鍛造装置に下金型として設置する。押し出し材、連続鋳造棒などを所定の長さに切断したものを、鍛造用素材とする。素材に潤滑処理を施した後、金型に投入する。必要に応じて、素材、金型は加熱しておくことが好ましい。上金型を下降させて鍛造成形する。バリだし鍛造の場合はさらに、バリ取りのトリミング処理を行う。成形品は、必要に応じて熱処理を施す。下金型の例を説明したが、成形品の形状に合わせて上金型に用いたり、上金型、下金型の両方に用いたりすることができる。

このようにして、上記の金型を用いて鍛造した鍛造成形品は、金型の表面状態が転写された良好な表面仕上げ面を有している。特にコーナー部位において表面仕上がりが良好なものである。例えば、金型がコーナー部で分割されていないので差込バリが発生しない。また、複合Ｒとしている金型を用いた場合には、凸状角部の曲線が滑らかになり、外観上優れたものになる。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

金型の材質はＳＫＤ６１で、硬度はＨＲＣ４８±２のものを使用した。工具はＲ０．５〜Ｒ２のボールエンドミルを使用し、表面処理膜はＣｒＳｉＮである。その他の条件は表１、表２に示した。

切削後の表面仕上がり状態を、ルーペで観察して評価した。評価結果を表１に示した。また従来方法と本発明を実施した場合の比較を表２に示した。

上記表１より明らかなように、工具直径（２Ｒ）と工具突出し長（Ｌ）が同じ値でも、工具回転数（Ａ）と送り量（Ｂ）を適宜選択し、（Ｂ／Ａ）²×（Ｌ／２Ｒ）が０．０１〜０．０５の範囲とすることにより、良好な仕上がり面を有する鋳造用金型を高能率で製造することが可能となる。

本発明方法で製造した金型の一例の見取り図である。 等高線処理の説明図である。 周回処理の説明図である。 本発明に用いる工具の一例を示す図である。 切削状態を説明する概念図である。 切削工程を説明する概念図である。 複合Ｒを設けたコーナー部凹部形状の例を示す図である。 複合Ｒを設けたコーナー部凹部形状の例を示す図である。 複合Ｒを設けたコーナー部凹部形状の例を示す図である。 コーナー部での切削状態を説明する概念図である。

符号の説明

１ 鍛造用金型
２ 成形孔
３ 工具

Claims (8)

1. 鍛造用金型の製造方法において、
   表面を強化処理しているボールエンドミルを切削工具として用い、工具の突き出し長さＬ（ｍｍ）と、ボールエンドミルの刃先半径Ｒ（ｍｍ）と、工具回転数Ａ（ｒｐｍ）と、工具送り速度Ｂ（ｍｍ／分）との関係が、
   （Ｂ／Ａ）²×（Ｌ／（２×Ｒ））＝０．０１〜０．０５
   を満たす状態で金型材料を切削する切削工程を含む、
   ことを特徴とする鍛造用金型の製造方法。
2. 上記鍛造用金型の材料は、硬度がＨＲＣ４５以上６２以下である、請求項１に記載の鍛造用金型の製造方法。
3. 切削時に切削油を切削工具に直接流下して供給する、請求項１または２に記載の鍛造用金型の製造方法。
4. 上記鍛造用金型の製造工程が、少なくとも粗切削加工、熱処理、仕上切削加工、形状部切削加工を有し、上記切削工程は形状部切削加工における切削工程であり、当該形状部切削加工は、少なくとも３段階からなり、その３段階での工具径方向ピッチ比は、１．２〜２：０．２〜０．５：０．０３〜０．０５であり、工具の送り方向は等高線処理と周回処理の少なくとも一方の送り方向を含む、請求項１から３の何れかに記載の鍛造用金型の製造方法。
5. 加工面の凹状の角部を複合Ｒを含む形状に切削する、請求項１から４のいずれか１項に記載の鍛造用金型の製造方法。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の鍛造用金型の製造方法で製造されたことを特徴とする鍛造用金型。
7. 表面の粗さがＲｍａｘ５μｍ以下で、凹状の角部に複合Ｒ形状を有する成形孔が形成されている、請求項６に記載の鍛造用金型。
8. 請求項６または７に記載の鍛造用金型を用いて鍛造した鍛造成形品。

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