JP2007175751A

JP2007175751A - プレス金型

Info

Publication number: JP2007175751A
Application number: JP2005379450A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Uchida; 光▲隆▼ 内田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】本発明は、パンチの温度による寸法変化を抑制し、安定した寸法の製品を効率よくプレス加工することのできるプレス金型を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明のプレス金型１０は、パンチ１８とダイス２８と、このパンチとダイスとの間に配置さたストリッパプレート２０とを有し、前記ストリッパプレート２０にパンチ１８の先端近傍を冷却する冷媒Ｐの冷媒通路３４を備える。冷媒通路は複数でもよい。
【選択図】図１

Description

本発明はプレス金型に関する。

複数のステージを直列に配置して連続的にプレスするプレス加工において、成型品の寸法が時間の経過とともに変化して問題となることがある。例えば、図６に示すような部品の場合に、冷間鍛造のつぶし加工によって形成されるフランジＦの板厚ｔは、プレスを行う場合の生産個数の増大とともに図７のように変化する。図７は、横軸をプレス生産個数とし、縦軸をフランジＦの板厚ｔとして、連続プレス加工における板厚ｔの変化を概念的に示したものである。一般的に、プレス金型は、常温でフランジＦの板厚ｔが許容板厚範囲の上限ｔ_U近傍のｔ₀となるように調整されている。そして、プレス個数が増大するにつれて形成される部品のフランジＦの板厚ｔは、曲線Ｑ₁に沿って許容板厚範囲の下限ｔ_Lに向かって薄くなる。そこで、下限ｔ_L近傍のｔ₁となったらプレスのダイハイトなどを手動又は自動で調整することにより、フランジＦの板厚ｔをｔ₀に復帰させる。このような動作を繰り返して、全ての部品のフランジ板厚ｔがｔ_L〜ｔ_Uの許容範囲に収まるようにしていた。

以上のような寸法変化の主な要因は、フランジＦの加圧成形時に発生する加工熱である。パンチが加工熱により温められると、パンチは熱膨張して主に長さが変化する。冷間鍛造におけるつぶし成形などでパンチ長さが変化すると、製品寸法、例えば、製品板厚も変化してしまう。具体的には、熱膨張量は、熱膨張量＝温度差×線膨張率×パンチ寸法で表すことができるので、長さ１００ｍｍのパンチで温度上昇が１０℃とすると、鋼の熱膨張率は１２．１×１０^-6であるから、パンチは熱膨張して約０．０１ｍｍ長くなり、フランジ部Ｆの厚さｔが約０．０１ｍｍ薄くなるわけである。

金型の温度上昇による諸問題を解決するためにいくつかの提案がなされている。

例えば、リードフレームなどの被加工物をプレス加工するプレス金型において、冷媒を移送するための冷却用ダクトを金型に形成したものが提案されている（特許文献１参照）。このプレス金型は、上型バッキングプレートに冷媒を移送するための冷却用ダクトを形成したものである。しかし、熱が発生しているのは加工点、つまりパンチとダイスであり、効果的な冷却を行うにはパンチとダイスを直接冷却した方がよい。しかし、上記の金型プレスはバッキングプレートを冷却するという間接的なものであり、効果的な方法とはいえない。

また、粉末成型プレスにおけるパンチ及びアダプタについて、パンチの中間位置を冷却する冷却手段が開示されている（特許文献２参照）。しかし、この従来技術もパンチの中間位置を冷却しているので、熱が発生しているパンチの加工点となる位置まで冷却するには、伝熱に時間がかかり生産性が悪化するという問題を有している。
特開２００１−２６９７２８号公報特開平０８−０１０９９４号公報

本発明は、上記のようにパンチの温度による寸法変化を抑制し、安定した寸法の製品を効率よくプレス加工することのできるプレス金型を提供することを課題とする。

本発明のプレス金型は、パンチとダイスと、このパンチとダイスとの間に配置さたストリッパプレートとを有するプレス金型において、前記ストリッパプレートにパンチの先端近傍を冷却する冷媒の冷媒通路を備えることを特徴とする。

本発明のプレス金型において、冷媒通路は、ストリッパプレートの外周端面からこのストリッパプレートを貫通し、ストリッパプレートに形成されている上パンチが挿通する挿通穴の内周面に開口するように形成されていることが望ましく、また、冷媒は加圧空気を好適に用いることができる。

本発明のプレス金型は、パンチの先端近傍に向かって冷媒を噴出する複数の冷媒通路を備えることができる。

本発明のプレス金型は、ストリッパプレートを貫通してパンチの挿通穴に開口する冷媒通路を備えているので、外部からこの冷媒通路に冷媒を送給することで加工点であるパンチの先端部近傍を直接冷却することができる。直接冷却により効率よくパンチを冷却できるので、熱膨張によるパンチの寸法変化を効果的に抑制して製品寸法を安定させることができる。

また、本発明のプレス金型では、冷媒として加圧空気を用いることができるので、プレス周辺を汚したり、かす上がりや油たまりによる製品の品質低下を招くことがない。

また、本発明のプレス金型は、複数の冷媒通路を備えることができるので、加圧空気など噴射される冷媒によってパンチ先端部に不均一な力が加わることがない。すなわち、冷媒の噴射によりパンチの先端に作用する水平方向の力を互いに相殺することでパンチの傾斜を抑制することができる。このため、パンチとストリッパプレートとの接触を防ぐことができ、パンチの焼き付きや破損を回避することができる。

図１〜図３は本発明の実施形態に係るプレス金型の説明図である。図１は、プレス金型の全体構成を示す側面概要図、図２はプレス前のパンチとストリッパプレートとの位置関係を断面で示す部分概略図であり、図３は、プレス中のパンチ及びダイスとストリッパプレートとの位置関係を断面で示す部分概略図である。

本発明のプレス金型１０は、アッパプレート１２の下面側にパンチホルダ１４のバッキングプレート１５が取り付けられ、更にバッキングプレート１５の下面側にパンチプレート１６が取り付けられ、このパンチプレート１６にパンチ１８が固着されている。また、このパンチプレート１６の下方にはアッパプレート１２に弾性支持されたストリッパプレート２０がパンチ１８を挿通するように配置されている。

プレス金型１０の下部にはアッパプレート１２に対向してロアプレート２２が配置されており、そのロアプレート２２の上面側にはダイホルダ２４のバッキングプレート２５が取り付けられ、更にバッキングプレート２５の上面側にダイプレート２６が取り付けられている。そして、ダイプレート２６の上面側にパンチ１８に対応するダイ２８が取り付けられている。

このようなプレス金型１０においては、アッパプレート１２がガイドポスト３０により案内されて下降すると、まず、ストリッパプレート２０がダイプレート２６の上面側に配置されている被加工材料Ｗを押圧する。そしてパンチプレート１６が下降してパンチ１８とダイ２８により被加工材料Ｗに所定のプレス加工が施される。なお、３２はストリッパプレート２０の上下動を案内するサブガイドポストである。この時、被加工材料Ｗは、各ステージに対応して上流側から下流側に送り出されて順次形成される。

上記は、従来のプレスの金型であるが、本実施の形態に係るプレス金型１０の特徴を以下に説明する。

図１および図２に示されるように、本実施形態においては、ストリッパプレート２０に、このストリッパプレート２０の外周端面２０ａからストリッパプレート２０を貫通してパンチ１８を挿通する挿通穴２０ｂの内周面２０ｃに開口する冷媒通路３４が形成されている。

本発明のプレス金型１０は上記のような冷媒通路３４を備えているので、冷媒Ｐを冷媒通路３４を介してパンチ１８に吹き付けることにより加工点（パンチ１８の先端近傍）を直接冷却することができる。図２に示すように被加工材料Ｗを成形していないときはパンチ１８の先端１８ａはストリッパプレート２０の挿通穴２０ｂ内で停止するように配置されているので、先端１８ａは直接冷媒Ｐによって冷却される。また、被加工材料Ｗの成形時には、図３のようにパンチ１８の先端近傍１８ｂを直接冷却することができる。

冷媒Ｐとしては、空気や油などを用いることができる。油は空気に比べて熱伝導率が高いので、効率的にパンチ先端部を冷却できるが、パンチ冷却後の廃油処理や設備周辺の汚れなどの環境問題、あるいは、かす上がりや油たまりによる形状不良といった品質問題などの発生を考慮すると空気冷却とすることが望ましい。

空気冷却による冷却能を水冷と比較して図５に示す。本実施形態のプレス金型では、パンチの初期温度が２０℃の場合、パンチを強制冷却することなく連続生産することで８０℃まで（つまり６０℃）上昇する。いま、鉄の線膨張率を１２．１×１０^-6／Ｋ（０〜１００℃）とすると、長さが１００ｍｍのパンチでは、上記のようにその温度が６０℃温度上昇することで０．０７２ｍｍ熱膨張する計算となる。図６に示すヨークソレノイドリアの場合、そのフランジ部Ｆの板厚公差は３．０±０．０２５ｍｍと規定されているので、パンチを強制冷却することなく連続生産すると、板厚公差を満足できないおそれがある。

まず、３個のパンチＡ、Ｂ、Ｃを８０℃の恒温槽中に１０分間保持して均一に加熱する。次に、パンチＡ、Ｂ、Ｃを冷却方法を変えて冷却し、各パンチの先端１８ａが室温（２０℃）に到達するのに要する時間を測定する。なお、温度測定は、先端部１８ａの側面からパンチ１８の軸芯部に到達する測定孔を穿設し、この測定孔に熱電対を挿入して先端１８ａの軸心部の温度変化を測定した。

パンチＡは放冷、パンチＢは水冷、パンチＣは強制空冷とした。すなわち、パンチＡは加熱後恒温槽から取り出して室温中にそのまま放置した。また、パンチＢは、加熱後恒温槽から取り出してすぐに容器に満たした２２℃の水中にパンチの先端１８ａを浸漬して、温度降下を測定した。パンチＣは、加熱後恒温槽から取り出し、適宜の方法で鉛直に支持したパンチの先端１８ａに、圧力Ｐ＝４ＭＰａ、流量Ｌ＝１００・／ｍｉｎ、１８℃の圧縮空気を噴射距離ｄ＝０．１ｍｍでノズル径φ＝２ｍｍのノズルから噴射して、パンチ１８の先端部１８ａの温度降下を測定した。結果を図５に示す。図５で縦軸は先端部１８ａの温度であり、横軸は加熱開始からの経過時間である。

パンチＡ（破線で示す）は放冷なので、パンチは徐々に冷却され冷却開始後約２５分で室温に到達した。また、パンチＢ（鎖線で示す）の水冷では、パンチ先端を水中へ浸漬後（冷却開始後）約２分で水温（２２℃）と一致した。また、パンチＣ（実線で示す）の強制空冷では、冷却開始後約５０秒で２０℃にまで冷却することができた。

ここで、金型の昇温速度は製品の昇温速度にほぼ等しいと仮定すれば、製品温度は１８０秒で２０℃上昇したので、金型の昇温速度は０．１１℃／秒であると推定できる。上記のように、強制空冷では５０秒で６０℃降温することができたので、平均の冷却速度は１．２℃／秒となり、昇温速度（０．１１℃／秒）＜冷却速度（１．２℃／秒）であるから、空気吹きつけによる強制冷却は十分な冷却能力を有することが分かる。

以上のように、パンチの先端近傍を空気で強制冷却することにより、パンチの熱膨張を抑制できることが分かった。しかし、例えば、外径＝１０ｍｍで長さ１００ｍｍといったように、径が細くて全長が長いパンチの先端に片側からのみ高圧の空気を吹き付けると、パンチに不均一な力が加わるのでパンチが傾きやすくなり、パンチがストリッパプレートと摺接して焼き付きが発生することがある。そこで、長さと直径の比（長さ／直径）の値が２以上のパンチの場合には、ストリッパプレートに複数の冷媒通路を設けてパンチの先端部を複数の方向から冷却するようにするとよい。つまり、複数方向から空気を吹きつけることでパンチ先端に加わる横方向の力を相殺してパンチの傾きの発生を抑制しようとするものである。

図４は、２箇所の冷媒通路３４ａと３４ｂとをパンチの軸線を挟んで対向するように配置したストリッパプレート２０を模式的に示したものである。このように対向する２箇所の冷媒通路から噴出する空気の圧力や流量を等しくすることで、パンチ先端部に付加される水平方向の力を相殺することが可能である。そしてパンチとストリッパプレートとの接触を回避してパンチの焼き付きを防止することができる。

図４の冷媒通路３４ａと３４ｂとに、圧力Ｐ＝４ＭＰａ、流量Ｌ＝１００・／ｍｉｎ、２０℃の圧縮空気を送給してパンチ先端を冷却することで、図６に示す断面形状の全てのヨークソレノイドリアについて、そのフランジ部Ｆの板厚を途中で寸法調整することなく３．０±０．０１ｍｍの範囲に収めることができ、安定して連続生産可能なことが確認できた。

なお、本発明のプレス金型は、上記の実施の形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更できることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態では、パンチを冷却する冷媒として空気を用いたが、温度管理された窒素やアルゴンなどの不活性ガス、さらに水などをミスト状に含む冷却ガスを冷媒として用いてもよい。

本発明のプレス金型は、厚さの変化が直接性能の変化に繋がるような電磁弁に使用されるヨークソレノイドなどの絞り加工や、あるいは、比較的板厚の薄いつぶし加工を伴う精密冷間鍛造に好適に用いることができる。

本実施の形態のプレス金型の構成概要を示す説明図である。材料成形以外の工程における空気吹きつけによるパンチの強制冷却を示す部分断面模式図である。被加工材料Ｗの成形工程における空気吹きつけによるパンチの強制冷却を示す部分断面模式図である。対向して冷媒通路を設けパンチの両側から空気吹きつけするようにした態様を模式的に示す説明図であり、（ａ）は（ｂ）のｘ−ｘ断面図、（ｂ）は（ａ）のｙ視平面図である。パンチごとの冷却方法による冷却速度の違いを説明するグラフである。Ａは放冷、Ｂは水冷、Ｃは強制空冷である。ヨークソレノイドリアの断面を示す概略図である。連続プレス加工における板厚ｔの変化を示す概念図である。

符号の説明

１２：アッパプレート１６：パンチホルダ１８：パンチ２０：ストリッパプレート２２：ロアプレート２６：ダイプレート２８：ダイ３４：冷媒通路Ｆ：フランジＰ：冷媒（空気）Ｗ：被加工材料

Claims

金型を構成するパンチとダイスと、該パンチと該ダイスとの間に配置さたストリッパプレートとを有するプレス金型において、
前記ストリッパプレートに前記パンチの先端近傍を冷却する冷媒の冷媒通路を備えることを特徴とするプレス金型。
前記冷媒通路は、前記ストリッパプレートの外周端面から該ストリッパプレートを貫通し、前記ストリッパプレートに形成されている前記パンチが挿通する挿通穴の内周面に開口するように形成されている請求項１に記載のプレス金型。
前記冷媒は加圧空気である請求項１又は２に記載のプレス金型。
前記パンチの先端近傍に向かって前記冷媒を噴出する複数の前記冷媒通路を備える請求項１〜３のいずれかに記載のプレス金型。