JP2007044711A

JP2007044711A - 超硬ダイスとその製造方法

Info

Publication number: JP2007044711A
Application number: JP2005229775A
Authority: JP
Inventors: 眞之西尾; Shinichi Nishio; 真一西尾; Masayuki Nishio; 正之西尾; Tatsuya Nishio; 達也西尾
Original assignee: Nishio Seimitsu KK
Current assignee: Nishio Seimitsu KK
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】
キャビティ内面を超硬合金で補強したダイスは、寿命が長いことが知られるが、亀裂を生じ易いことと、製造コストが高価で、実用化が阻まれていた。そこで、ダイスのキャビティを熱処理された鋼材に比して一層高い耐摩耗性を有し、かつ、専門工場に頼ることなく製作できる超硬質のキャビティをもつ超硬ダイスと、その製造方法を得ることである。
【解決手段】
多角形の軸孔によって筒形にした鋼鉄製のコンテナの内面に、細蜜に形成した超硬合金製チップの多数を圧入したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄製の部品を冷間鍛造する際に使用される密閉鍛造用の金型として好適な、ダイスの改良に係るもので、要部の材質を炭化タングステン、セラミックその他のダイアモンドの硬度に近い超硬材料（以下、単に超硬合金という）としたものに関する。

一般に、密閉鍛造は図７で示すように、ダイス１０がダイス鋼のような硬質の鋼で作られ、内部に製品の外形と対応する形状のキャビティ１１が設けられている。キャビティ１１の中に供給された素材１２を、パンチ１４とノックアウト１５との間で強く挟圧し、側方へ膨出させてキャビティ１１を充填して造形を行っている。

この成形法ではパンチ１４の強大な鍛造圧力によって素材１２を変形させるから、この圧力が素材１２を介してダイス１０の内面へ強く作用し、これによって、素材１２がキャビティ１１の内面を強圧しながら流動することによる、キャビティ１１の激しい摩損と、しばしば生じる亀裂によってダイス１０の寿命を短命にしていた。

そこで、そのような不具合を解消するため、ダイス１０の外面をリング１６によって強固に保持して破損を回避したり、キャビティに表面焼入れを施すなど、金型工場がもつ一般的な機械設備による補強が行われている。

他方、ダイス１０を一層強くするために、キャビティ１１の内面をセラミックで被覆することが提案されている
。この方法ではキャビティ１１の摩損による劣化は少なくなるものの、一般の金型工場ではセラミック層を形成する設備を持たないため、専門工場の関与する工程が増し、かえって金型のコストが増加した。特開２０００−３０１２７８号公報

解決しようとする問題点は、ダイスのキャビティを熱処理された鋼材に比して一層高い耐摩耗性を有し、かつ、専門工場に頼ることなく製作できる超硬質のキャビティをもつ超硬ダイスと、その製造方法を得ることにある。

本発明は、物の発明として、多角形の軸孔によって筒形にした鋼鉄製のコンテナと、前記軸孔をなす長方形の面上に基端を接する超硬合金製チップの多数とを有し、それら超硬合金製チップを前記長方形の面から軸芯方向へ伸びる先細に形成して、隣接する超硬合金製チップの側面を相互に当接させるとともに、それら超硬合金製チップを軸方向へ積層してその内端面にキャビティを形成することである。

また、製造方法の発明として、超硬ダイスの材料として、多角形の軸孔を有する筒形のコンテナと、略正三角形状をなす板状の超硬合金製チップの多数、および組立工具として、前記超硬合金製チップを支持するための軸形の支持部材とを準備し、まず、コンテナに支持部材を嵌合し、その支持部材の上面に偶数個の超硬合金製チップを並べ、水平に保持した状態で超硬合金製チップを軸孔に圧入することを最も主要な特徴とする。

本発明に係る超硬ダイスによれば、熱処理やセラミックのような専門的な工場の工程を経ることなく、キャビティの内面を硬質な超硬材料で構成できる。また、キャビティの内面が多数の超硬合金製チップによって構成されているから、内面に過大な荷重が作用するとき、個々のチップが後退したり、隣接するチップ間に僅かな隙間が生じたりするだけで、亀裂の発生を回避でき、耐久性を増すことができる。

本発明に係る超硬ダイスの製造方法によれば、板状をした多数の超硬合金製チップが、同一平面上に並べられて筒形のコンテナへ圧入され、前記コンテナが歪んで生じる弾力によって、各チップの隣接する側面が互いに当接し隙間がなくなる。そして、同様の手段で各チップを軸方向に積層していくことにより、コンテナの内面に超硬合金の層が形成される。

また、圧入に際しては、コンテナの軸孔に挿通した軸形の支持部材の上面に偶数個の超硬合金製チップを並べて圧入するから、多数の板状チップを軸孔に直交する方向に整列させて圧入できる、という利点がある。

以下、図示の実施例によって本願発明を説明する。なお、背景技術の説明の欄で使用した図面および説明については、同一の符号を付してそのまま使用する。図１中、２０は密閉鍛造用のダイスである。ダイス２０は筒形をしたコンテナ２１と、そのコンテナ２１の六角形をした軸孔２２の内面に固定された６個の超硬合金製チップ２３、２３とによって構成されている。

コンテナ２１は図２、図３で示すように、略正六角形の軸孔２２をもつ鋼鉄製の筒体であり、軸孔２２の内面６個の長方形の壁面からなっている。発明の構成上、軸孔２２の形状は正多角形である必要はないし、六角形である必要もないが、後述するように、この形状はコンテナ２１と組合わされる超硬合金製チップ２３の形状とも関係し決定される。

超硬合金製チップ２３は焼結された超硬合金、あるいはセラミックなどの超硬材料によって厚さが３〜５ｍｍの板状に作られ、その平面形状は一辺が１２ｍｍ前後の正三角形、あるいは正方形をなしている。この形状も必ずしもこれらに限るものではないが、複雑な形状にすると組み合わせがむつかしく、組み立てにくくなる。図示の例では、正三角形の超硬合金製チップ２３の６個を、同一平面上で側面を互いに当接させるように組み立てると、それらの外面形状が大略正六角形になる。

このように６枚の正三角形の超硬合金製チップ２３を一組として、２個の側面で互いに当接するように集合された正六角形の集合体の外面の寸法は、前記コンテナ２１の略正六角形の軸孔２２の内面寸法より僅かに大きくなるように作ってある。これら集合体は圧入、焼嵌めなどの手法によって軸孔２２へ嵌合されており、その結果、嵌合された各超硬合金製チップ２３は、コンテナ２１の弾力によって常時軸芯方向へ押圧される。

また、それら超硬合金製チップ２３の正六角形の集合体は、軸方向に数組が積層されており、軸方向に互いに強く接触した状態に保持されている。よって、軸孔２２の内面は超硬合金製チップ２３によって覆われており、それら超硬合金製チップ２３は素材１２の流動状況に応じ周方向、あるいは軸方向に分離可能の状態になっている。

超硬ダイス２０は、このようにして得られた超硬合金製チップ２３の中心部を放電加工、あるいはワイヤカット加工によって適宜に削除して所定のキャビティ１１を形成したものであり、製造工程の中に密閉鍛造中、素材１２がキャビティ１１の内面に沿って移動するときの摩擦による磨耗が少ない。また、部分的に過大な力の作用することがあっても、各超硬合金製チップ２３の間は分離可能になっているから、亀裂などの損傷を受けることがない。

なお、この実施例では、図６で示す市販されているスローアウェイ形の切削刃２５をそのまま用いた。切削刃２５は全体として略正三角形をなし、その中央部に取付孔２５ａと、３個の頂部２５ｂが切り刃とをなしている。２５ｃは上すくい面をなす凹部である。このように市販品の切削工具を使用した後、寿命をきたしたものを利用することによって超硬合金製チップ２３を廉価に、かつ容易に入手することができる。また、廃材としては再利用の道が無かった超硬合金チップが有効に使用されることになった。

図４は、比較的大径のキャビティ１１を作るのに好適な超硬ダイス２０を示す。この例で、前記コンテナ２１には略正１２角形の軸孔２２が形成され、そこには、先に示した正三角形の超硬合金製チップ２３と、一辺の長さがそれらと等しく作られた略正方形の超硬合金製チップ３３とが交互に配置され、固定されている。これによって、超硬合金製チップによって硬化される層（硬化層）の厚さを変えることなく、その硬化層の直径を大きくすることができる。

次に、超硬ダイス２０の製造方法を説明する。超硬ダイス２０の製造には、超硬ダイス２０の材料として、前記した多角形の軸孔２２を有する筒形のコンテナ２１と、超硬合金製チップ２３のほか組立用の工具として、前記超硬合金製チップを支持するための軸形の支持部材３０とを準備する。

そして、まず、図６（ａ）で示すように、前記コンテナ２１をプレス機のベッドＢの上に支持し、支持部材３０を手で押して摺動可能な程度に軽く遊合、あるいは圧入させる。ついで、図６（ｂ）で示すように、その支持部材３０の上面に超硬合金製チップ２３の６枚を一組として、正六角形に並べる。これによって、超硬合金製チップ２３の６枚は軸孔２２と直交する水平方向に保持される。

この状態から、図６（ｃ）で示すように、プレス機の押し軸３１を降下させ、超硬合金製チップ２３を軸孔２２の中へ圧入する。このとき、前記支持部材３０は押し軸３１の下降に従って下方へ摺動する。

すなわち、超硬合金製チップ２３の上面をコンテナ２１の上面から、前記超硬合金製チップ２３の板厚の１／３程度の深さに位置させる。かくて、圧入された超硬合金製チップ２３は、コンテナ２１によって外面を弾性的に支持される。

そして、圧入された超硬合金製チップ２３の上に、図６（ｄ）で示すように次の超硬合金製チップ２３の一組を載せ、上記と同様にしてプレス機の押し軸３１によって所定の深さまで圧入する。それによって、また、図６（ｅ）で示すように、次なる超硬合金製チップ２３の一組を載せ、同様に圧入して固定することができるようになる。このようにして、コンテナ２１のほぼ全長に亘って超硬合金製チップ２３が圧入され固定される。

この製造方法によれば、多数の小片からなる超硬合金製チップ２３を、コンテナ２１の内面へ所定の角度で正しく組み付けることができる。

本願発明の実施である超硬ダイスの外観図である。図１の平面図である。図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。超硬ダイスの変形例を示す図２相当の平面図である。超硬ダイスの要部である超硬合金製チップを示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。製造工程の一部を示す工程図であり、コンテナの軸線で断面した断面図で示してある。従来の鍛造用金型を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はそのｂ−ｂ断面図である。

符号の説明

１０、２０ダイス
１１キャビティ
１２素材
１４パンチ
１５ノックアウト
１６リング
２１コンテナ
２２軸孔
２３、３３超硬合金製チップ
２５切削刃
２５ａ取付孔
２５ｂ頂部
２５ｃ凹部
３０支持部材
３１押し軸
Ｂベッド

Claims

多角形の軸孔によって筒形にした鋼鉄製のコンテナと、前記軸孔をなす長方形の面上に基端を接する超硬合金製チップの多数とを有し、それら超硬合金製チップを前記長方形の面から軸芯方向へ伸びる先細に形成して、隣接する超硬合金製チップの側面を相互に当接させるとともに、それら超硬合金製チップを軸方向へ積層してその内端面にキャビティを形成してなる超硬ダイス。
請求項１において、前記多数の超硬合金製チップによって形成される基端の外面形状を、前記多角形の軸孔より僅かに大径に形成し、前記コンテナの軸孔に嵌合させた状態で、コンテナの収縮力によって軸芯方向へ押圧してそれら超硬合金製チップを側面で互に摩擦係合させて固定してなる超硬ダイス。
請求項１において、前記超硬合金製チップは、平面形状が略正三角形のものが周方向に隣接して配置されている超硬ダイス。
請求項１において、前記超硬合金製チップは、平面形状が略正三角形のものと、略正方形のものとが周方向に隣接して交互に配置されている超硬ダイス。
請求項３、請求項４において、前記超硬合金製チップを切削用のスローアウェイ形刃先部材によって構成してなる超硬ダイス。
超硬ダイスの材料として、多角形の軸孔を有する筒形のコンテナと、略正三角形状をなす板状の超硬合金製チップの多数、および、組立工具として、前記超硬合金製チップを支持するための軸形の支持部材とを準備し、まず、コンテナに支持部材を嵌合し、その支持部材の上面に偶数個の超硬合金製チップを並べ、水平に保持した状態で超硬合金製チップを軸孔に圧入する超硬ダイスの製造方法。