JP2006088185A - プレス金型およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス加工時の振動と騒音を低減させ、作業環境を良好にすることにある。
【解決手段】一対の上下金型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、該プレス金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、そのプロファイルデータに基づいて合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張り合わせた制振鋼板を所要形状に切断し、該切断された制振鋼板を積層する工程を繰返し行うことにより該制振鋼板を複数枚積層し、その後積層により得られたパンチおよびダイスの表面に、耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一対の上下金型により、打抜き、絞り、鍛造などプレス加工を行うプレス金型およびその製造方法に関する。

種々の機械要素部品を生産するためには、様々なプレス加工技術が盛んに活用されている。これらのプレス加工において、被加工材を加工する手段として、打抜き加工用、絞り加工用、鍛造加工用等のプレス金型が使用されている。

図２はかかるプレス金型の一例として絞り加工を行うプレス金型の概略構成を示す模式図である。

図２において、１はプレス金型の上型、２はプレス金型の下型で、上型１にはパンチ３が取り付けられ、下型２にはダイス４が取り付けられている。これらパンチ３とダイス４の材料としては、一般に可鍛鋳鉄、鋳鋼などにより製作されている。

また、上型１に複数個のガイド保持管５が取り付けられ、下型２にこれらのガイド保持管５に挿通されるガイド支柱６が取り付けられている。

このような構成のプレス金型を、図示しないプレス機械に取り付け、絞り加工を行う。すなわち、プレス機械のプレスラムが降下すると上型１がパンチ３と一体的にガイド支柱６に沿って降下することにより、パンチ３とダイス４の間に挟持された被加工材料７が絞り加工されるようになっている。

ところで、プレス加工は一般に被加工材を塑性変形させて加工するために、金型には大きな負荷が加わり、プレス加工時には必ず大きな振動と騒音が発生するため、プレス加工の作業現場の環境としては好ましくない。

そこで、これらの振動及び騒音対策として防振装置を設置したり、防音装置を設置したりしているが、これらの設備に要する費用が嵩み、プレス加工製造原価の上昇を招いていた。

この問題に対し、従来から種々の対策が講じられ、実用化もされている。例えば、加工点近傍において、プレスラムの速度を遅くした機械や装置により、被加工材と金型との接触時の衝撃を緩和させ、金型に加わる動的な負荷を低減して、金型の寿命を延ばすようにしたものがある。

しかし、このようなプレス加工技術では、確かにプレス加工時の騒音と振動の発生を低減させることができるが、特殊な装置が必要となるため、製造コストの面からは好ましくない。

最近では製造コストの安価な金型として、複数枚の金属板を積層して金型の雄型と雌型を高精度で、且つ比較的短時間で製造する技術が開発され、その後工業界において種々の改良、改善が図られ、板金プレス金型や、プラスチック金型などの製造技術が実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２）
特開２００２−１４５７ 特開２００２−２０５１３１

このように従来のプレス加工技術では、確かにプレス加工時の騒音と振動の発生を低減させることができるが、特殊な装置が必要となり、製造コストの面からは好ましくない。このような観点から、プレス加工時に発生する振動と騒音を抑制する金型の開発が切に要望されている。

本発明の目的は、このような要望を満足させるためになされたもので、プレス加工時の振動と騒音を低減させ、作業環境を良好にすることができる製造コストの安価なプレス金型及びその製造方法を提供することにある。

本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段によりプレス金型を構成及び製造するものである。

請求項１に対応する発明は、上型及び下型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板が張り合わせられ、且つ前記プレス金型の３次元ＣＡＤデータから読み出した等高線データに基いて所要の形状に切断された複数枚の制振鋼板を積層して上型となるパンチと下型となるダイスとを構成し、これらパンチ及びダイスの表面を耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料の溶射により形成される皮膜で覆う。

請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明のプレス金型において、前記パンチ及びダイスは、制振鋼板の積層により形成される積層段差部の表面が平滑になるように肉盛溶接されている。

請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明のプレス金型において、前記パンチ及びダイスは、制振鋼板の積層により形成される積層段差部の表面が平滑になるように切削あるいは研削されている。

請求項４に対応する発明は、上型及び下型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、該プレス金型の３次元ＣＡＤデータから読み出した等高線データに基づいて合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張り合わせた制振鋼板を所要形状に切断し、該切断された制振鋼板を積層する工程を繰返すことにより複数枚の制振鋼板を積層して、上型となるパンチと下型となるダイスを製作し、その後これらパンチおよびダイスの表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射して皮膜を形成する。

請求項５に対応する発明は、上型及び下型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、該プレス金型の３次元ＣＡＤデータから読み出した等高線データに基づいて合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張り合わせた制振鋼板を所要形状に切断し、該切断された制振鋼板を積層する工程を繰返すことにより複数枚の制振鋼板を積層して、上型となるパンチと下型となるダイスを製作し、その後これらパンチおよびダイスの積層段差部が平滑になるように肉盛溶接を行い、該肉盛溶接が施されたパンチおよびダイスの表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射して皮膜を形成する。

請求項６に対応する発明は、上型及び下型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、該プレス金型の３次元ＣＡＤデータから読み出した等高線データに基づいて合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張り合わせた制振鋼板を所要形状に切断し、該切断された制振鋼板を積層する工程を繰返すことにより複数枚の制振鋼板を積層して、上型となるパンチと下型となるダイスを製作し、その後これらパンチおよびダイスの積層段差部が平滑になるように切削もしくは研削した後、前記パンチおよびダイスの表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射して皮膜を形成する。

本発明によれば、プレス加工時の振動と騒音を低減させることができと共に、振動と騒音対策のための対策費を削減でき、しかも耐摩耗や耐食性に優れ、且つプレス加工製造原価を低減することができるという大きな経済効果が得られる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態を示す絞り加工用プレス金型の模式図である。

図１において、１１はプレス金型の上型、１２はプレス金型の下型で、上型１１及び下型１２には合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張合せた制振鋼板１３を切断、積層及び結合又は接合して構成されたパンチ１４及びダイス１５を取り付けるものである。

また上型１１に複数個のガイド保持管１６が取り付けられ、下型１２にこれらのガイド保持管１６に挿通されるガイド支柱１７が取り付けられている。

上記制振鋼板１３は、合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張合せたもので図示しないコンピュータのメモリに格納された設計情報である金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、そのプロファイルデータに基いて所要形状に切断される。この場合、切断手段としては、レーザ切断加工、切削加工、ガス切断加工、放電加工などが利用される。

この切断加工された制振鋼板１３を積層する工程を繰り返し行うことにより、金型のパンチ１４及びダイス１５の形状に積層される。この場合、制振鋼板１３の板厚は、板材として工業的に供給されるものであれば特に限定されるものではなく、また単一素材の他に、複数の種類の制振鋼板板材を使用することも可能である。

この積層された制振鋼板１３は、ボルト締め、溶接、スポット溶接などの結合手段や接合手段を用いて、金型のパンチ１４及びダイス１５の形状に結合される。

このように複数枚の制振鋼板を積層することにより、目的とする形状の金型のパンチ１４及びダイス１５が造形されるが、この段階で得られた金型のプロファイルには図示するような積層段差１８が存在している。

そこで、複数枚の制振鋼板を積層してなる金型のパンチ１４及びダイス１５に対し、溶射装置１９により被溶射材料２０を積層段差部分に溶射して積層段差１８の表面に溶射皮膜２１を形成する。この場合、金型のパンチ１４及びダイス１５の積層段差部分に溶射を実施する際に、積層段差１８の部分に特に多めに被溶射材料２０を溶射すれば、積層段差１８が滑らかな表面となるように被溶皮膜２１が形成される。

上記溶射装置１９としては、高速ガス炎溶射、プラズマ溶射、レーザ溶射、電気アーク溶射などから何れかが選択される。

被溶射材料２０としては、金型に耐磨耗性が要求される場合には、例えば硬質のタングステンカーバイドなどが選択され、溶射手段としては、高速ガス炎溶射が選択される。

また、金型に耐食性が要求される場合には、被溶射材料２０としては、例えばセラミックスであるアルミナ粉末などが選択され、溶射手段としてはプラズマ溶射が選択される。

このように被溶射材料と溶射手段としては、コストと溶射皮膜を形成する被溶射材料に要求される機能を考慮して最適な材料と手段を選択し得る。

上記被溶射材料の溶射工程において、必ずしも金型のパンチ１４及びダイス１５の全ての積層段差１８を平滑にする必要はなく、積層段差１８の表面を平滑にする部分２２と平滑にしない部分２３とが存在していても良い。この場合、積層段差１８を平滑にしない部分２３としては、例えばプレス成形部品では表面性状が特に要求されない部分が選択される。

このような工程を採用することにより、溶射工程を短縮することができると共に、被溶射材料の使用量を節約することができる。

このように本発明の第１の実施形態では、絞りプレス加工を行うプレス金型において、合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張合せた複数枚の制振鋼板を該金型の３次元ＣＡＤデータから読み出された等高線データに基いて所要の形状に切断した後、これらを積層してパンチ１４及びダイス１５を構成するようにしたので、プレス加工時に発生する振動と騒音を効果的に抑制することができる。

また、上型及び下型を構成するパンチ１４及びダイス１５の積層段差１８に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた被溶射材料２０を溶射装置１９により溶射して積層段差部の表面が平滑になるように溶射皮膜２１を形成するようにしたので、パンチ１４及びダイス１５が被加工材料に直接接触しても、耐磨耗性や耐食性に対する問題を解消することができる。

次に本発明の第２の実施形態について説明する。

上記第１の実施形態において、制振鋼板１３として板厚の制振鋼板を用いた場合、積層段差１６の寸法が大きくなり、被溶射材料２０によって段差がなくなるようにするには大量に被溶射材料２０を溶射しなければならない場合がある。

第２の実施形態では、被溶射材料２０を溶射する前の工程で、上型及び下型を構成するパンチ１４及びダイス１５の積層段差１８を予め肉盛溶接により段差を解消しておき、その後被溶射材料２０を溶射してパンチ１４及びダイス１５の表面が平滑になるように溶射皮膜２１を形成するものである。

この場合、肉盛溶接により積層段差１８を平滑にする工程は、必ずしも全ての積層段差１８について実施する必要はなく、実用上は積層段差１８の寸法の大きい部分のみ実施すれば十分である。

このようにすれば、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、被溶射材料の使用量を節約することができる。また、制振鋼板１３相互間の接合が不十分な場合でも肉盛溶接により制振鋼板１３相互間の十分な接合強度を得ることができる。

次に本発明の第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態では、パンチ１４及びダイス１５を構成する制振鋼板１３の積層段差１８の寸法が大きな部分に対してエンドミルを用いた切削加工、あるいはグラインダーなどによる研削加工により積層段差１８を解消した後、被溶射材料２０を溶射してパンチ１４及びダイス１５の表面が平滑になるように溶射皮膜２１を形成するものである。

このようにすれば、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、接合強度の確保と表面の凹凸を減少させることができる。

上記各実施形態では、絞り加工を行うプレス金型について述べたが、打抜き加工、鍛造加工を行うプレス金型に対しても前述同様に実施することができる。この場合、絞り加工を行うプレス金型においてはパンチ１４及びダイス１５を複数枚の制振鋼板１３を積層して構成する場合について説明したが、打抜き加工、鍛造加工を行うプレス金型にあってはその構成部品であるダイセットホルダ、パンチホルダ、バッキングプレート、パンチ、ダイホルダ、ダイスなどに対しても前述同様に複数枚の制振鋼板を積層して構成する場合も前述した各実施形態と同様に実施することができる。

本発明の実施形態を示す絞り加工用プレス金型を説明するための模式図。 従来の絞り加工用プレス金型を説明するための模式図。

符号の説明

１１…プレス金型の上型、１２…プレス金型の下型、１３…制振鋼板、１４…パンチ、１５…ダイス、１６…ガイド保持管、１７…ガイド支柱、１８…積層段差、１９…溶射装置、２０…被溶射材料、２１…溶射皮膜、２２…平滑部分、２３…平滑にしない部分。

Claims (6)

1. 上型及び下型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板が張り合わせられ、且つ前記プレス金型の３次元ＣＡＤデータから読み出した等高線データに基いて所要の形状に切断された複数枚の制振鋼板を積層して上型となるパンチと下型となるダイスとを構成し、これらパンチ及びダイスの表面を耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料の溶射により形成される皮膜で覆うようにしたことを特徴とするプレス金型。
2. 請求項１記載のプレス金型において、前記パンチ及びダイスは、制振鋼板の積層により形成される積層段差部の表面が平滑になるように肉盛溶接されていることを特徴とするプレス金型。
3. 請求項１記載のプレス金型において、前記パンチ及びダイスは、制振鋼板の積層により形成される積層段差部の表面が平滑になるように切削あるいは研削されていることを特徴とするプレス金型。
4. 上型及び下型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、該プレス金型の３次元ＣＡＤデータから読み出した等高線データに基づいて合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張り合わせた制振鋼板を所要形状に切断し、該切断された制振鋼板を積層する工程を繰返すことにより複数枚の制振鋼板を積層して、上型となるパンチと下型となるダイスを製作し、その後これらパンチおよびダイスの表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射して皮膜を形成したことを特徴とするプレス金型の製造方法。
5. 上型及び下型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、該プレス金型の３次元ＣＡＤデータから読み出した等高線データに基づいて合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張り合わせた制振鋼板を所要形状に切断し、該切断された制振鋼板を積層する工程を繰返すことにより複数枚の制振鋼板を積層して、上型となるパンチと下型となるダイスを製作し、その後これらパンチおよびダイスの積層段差部が平滑になるように肉盛溶接を行い、該肉盛溶接が施されたパンチおよびダイスの表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射して皮膜を形成したことを特徴とするプレス金型の製造方法。
6. 上型及び下型により、打抜き、絞り、鍛造などのプレス加工を行うプレス金型において、該プレス金型の３次元ＣＡＤデータから読み出した等高線データに基づいて合成樹脂層を芯としてその両側に薄鋼板を張り合わせた制振鋼板を所要形状に切断し、該切断された制振鋼板を積層する工程を繰返すことにより複数枚の制振鋼板を積層して、上型となるパンチと下型となるダイスを製作し、その後これらパンチおよびダイスの積層段差部が平滑になるように切削もしくは研削した後、前記パンチおよびダイスの表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射して皮膜を形成したことを特徴とするプレス金型の製造方法。

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