JP2007319864A

JP2007319864A - 鍛造用金型

Info

Publication number: JP2007319864A
Application number: JP2006149313A
Authority: JP
Inventors: Kan Otomo; 貫大友
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】従来の鍛造用金型では、当該金型に別途設けられているエア抜き用の排気穴に生じるバリを抑制することはできない。エア抜き用の排気穴に外部からの圧縮空気を供給した場合でも、単に圧縮空気を供給しただけでは、バリ抑制はできたとしても、素材とキャビティとの間に溜まったエアが、該排気穴に逃げ込むことが阻害されて、エア溜まりの影響による欠肉を防止するといった本来の目的を達成できなくなる。
【解決手段】荒地素材１１を配置するキャビティ２ａが形成されたダイス２と、該ダイス２のキャビティ２ａに対向配置されるパンチ５とを備えた鍛造用金型１であって、前記ダイス２には、その一端がキャビティ２ａに連通するエア抜き穴８が形成されており、該エア抜き穴８の他端は、金型外部に対して閉塞している。
【選択図】図１

Description

本発明は、素材を配置するキャビティが形成されたダイスと、該ダイスのキャビティに対向配置されるパンチとを備えた鍛造用金型であって、キャビティに連通するエア抜き用の穴の部分にバリが生じることを抑制可能な鍛造用金型の構成に関する。

従来から、熱間鍛造等の鍛造により素材を成形する鍛造用金型としては、例えば、図７に示すように、素材１１１を配置するキャビティ１０２ａが形成されたダイス１０２と、該ダイス１０２のキャビティ１０２ａに対向配置されるパンチ１０５とを備えた鍛造用金型１０１がある。
前記鍛造用金型１０１においては、素材１１１から製品を成形する場合、予め下型となるダイス１０２のキャビティ１０２ａ内に素材１１１を配置しておき、該素材１１１を上型となるパンチ１０５により上方から押圧することで成形していた。

このように、素材１１１をパンチ１０５により上方から押圧して該素材１１１を成形する場合、特に複雑な形状の製品を鍛造する場合には、そのままでは素材１１１とキャビティ１０２ａとの間に生じたエア溜まりの影響により、成形された製品に欠肉が発生して不良品の発生確率が高くなるため、鍛造用金型１０１には、素材１１１とキャビティ１０２ａとの間にエア溜まりが生じることを防止すべく、前記ダイス１０２にキャビティ１０２ａと金型外部とを連通するエア抜き穴１０８が形成されている。

しかし、前述のごとくダイス１０２にエア抜き穴１０８を形成した場合、特にエア抜き穴１０８のキャビティ１０２ａに開口している部分の径が大きいと、図８に示すように、その開口している部分に素材１１１の肉が入り込んで、素材１１１を成形してできた製品にバリ１１１ａが発生してしまうことがある。

このように、製品にバリ１１１ａが発生すると、製品を取り出すノックアウト時にバリ１１１ａが折れてエア抜き穴１０８内に残り、次の素材１１の成形時に成形不良発生の原因となったり、バリ１１１ａの発生した製品が後の工程で処理される際に、当該工程の金型に傷が付いたりする等の不具合が生じる。

また、金型の素材１１１を成形する部分となるキャビティが複数の部材にて構成されており、これら複数の部材間に隙間が存在すると、成形された製品における、その隙間部分に相当する部分にバリが生じることがある。
例えば、特許文献１に示すように、下型がアウターパンチとインナーパンチとで構成されている場合、該アウターパンチとインナーパンチとの隙間部分にバリが生じることがある。
そこで、特許文献１に示す技術では、下型を構成するアウターパンチとインナーパンチとの隙間に、金型外部に設置された圧縮空気源からの圧縮空気を供給して、このアウターパンチとインナーパンチとの隙間に材料が入り込むことを抑制している。
特許第２７８０３８６号公報

確かに、前述の特許文献１に示す金型のように、アウターパンチとインナーパンチとの隙間に金型外部からの圧縮空気を供給することで、その隙間に材料が入り込むことを抑制することができるが、圧縮空気が供給されるのはアウターパンチとインナーパンチとの隙間であって、当該金型に別途設けられているエア抜き用の排気穴に生じるバリを抑制することはできない。
仮にエア抜き用の排気穴に外部からの圧縮空気を供給した場合でも、単に圧縮空気を供給しただけでは、バリ抑制はできたとしても、圧縮空気が排気穴に供給されることにより、素材とキャビティとの間に溜まったエアが、該排気穴に逃げ込むことが阻害されて、エア溜まりの影響による欠肉を防止するといった本来の目的を達成できなくなる。

そこで本発明においては、エア溜まりの影響による欠肉を防止しつつ、バリの発生を抑制することができる鍛造用金型を提供するものである。

上記課題を解決する鍛造用金型は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載のごとく、素材を配置するキャビティが形成されたダイスと、該ダイスのキャビティに対向配置されるパンチとを備えた鍛造用金型であって、前記ダイスには、その一端がキャビティに連通するエア抜き穴が形成されており、該エア抜き穴の他端は、金型外部に対して閉塞している。
このように構成することで、キャビティの内周面と素材との間のエア溜まりのエアをエア抜き穴へ封入させることができるため、該エア溜まりの影響により、素材を成形してできた製品に欠肉が発生することを防止できる。
また、エア抜き穴を金型外部に対して閉塞していることにより、素材にかかる成形面圧と、エア抜き穴内の圧力とが釣り合うように構成することができ、成形面圧がかかってエア抜き穴内へ入り込もうとする素材を、エア抜き穴内のエアの圧力により押し戻して、該素材がエア抜き穴内に入り込むことを防止でき、素材を成形してできた製品にバリが発生することを抑制できる。
これにより、荒地素材を成形してできた製品に、鍛造用金型のキャビティの形状を忠実に転写させることができて、製品の品質向上を図ることができる。

また、請求項２記載のごとく、前記エア抜き穴の体積は、鍛造時に前記キャビティにおけるエア抜き穴の開口部分にかかる成形面圧と、鍛造時に該エア抜き穴に封入されるエアの体積とに基づいて決定される。
これにより、エア抜き穴のキャビティへの開口部分に位置する素材に、適切な圧力を付与することができ、素材を成形してできた製品に対するバリ発生および欠肉の発生を適切に抑制することができる。

また、請求項３記載のごとく、前記ダイスには、該ダイスの外周を覆うホルダーが嵌装されており、前記エア抜き穴の他端はダイスの外周面に開口されるとともに、前記ホルダーの内周面により閉塞されている。
これにより、これにより、マシニングセンター加工等により、エア抜き穴の他端をエア溜まり部となる所定の体積を有する空間として、容易に加工することが可能となる。

また、請求項４記載のごとく、前記エア抜き穴は、前記ダイスの外周側に形成されるエア溜まり部と、該エア溜まり部とキャビティとの間に形成されるエア通路部とで構成される。
これにより、エア通路部のキャビティへの開口面積を小さくして、素材の該開口部への食い込みを抑制することができ、バリ発生を抑制する効果を向上させることができる。
また、エア抜き穴の体積の調整を、ダイスの外周側に配置されるエア溜まり部の空間の大きさを調節することで行うことができるため、エア抜き穴の体積調整が容易となる。

本発明によれば、エア溜まりの影響により、素材を成形してできた製品に欠肉が発生することを防止できるとともに、素材がエア抜き穴内に入り込むことを防止して素材を成形してできた製品にバリが発生することを抑制できる。
これにより、荒地素材を成形してできた製品に、鍛造用金型のキャビティの形状を忠実に転写させることができて、製品の品質向上を図ることができる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１に示すように、鍛造用金型１は、例えば、荒地鍛造が行われた荒地素材１１に対して熱間鍛造により仕上げ鍛造を行う金型であり、荒地素材１１を配置するキャビティ２ａが形成されたダイス２と、該ダイス２のキャビティ２ａに対向配置されるパンチ５と、ダイス２におけるキャビティ２ａの下方に配置されるノックアウトピン６とを備えている。
また、前記ダイス２の外周部にはホルダー３が圧入されており、圧入したホルダー３により、鍛造時におけるダイス２の応力振幅抑制を図っている。

前記ダイス２には、その一端がキャビティ２ａに連通するエア抜き穴８が形成されている。該エア抜き穴８は、キャビティ２ａ側に配置され、細管に形成されるエア通路部８ａと、ダイス２の外周側に形成されるエア溜まり部８ｂとで構成されており、該エア通路部８ａとエア溜まり部８ｂとは接続されている。また、前記エア通路部８ａの一端は、キャビティ２ａの下部に開口している。
図２に示すように、前記エア溜まり部８ｂは、ホルダー３が圧入される前のダイス２の外周面を刻設加工して形成されており、所定の体積を有する空間となっている。

そして、エア溜まり部８ｂが形成されたダイス２の外周部にホルダー３を圧入することで、該エア溜まり部８ｂのダイス２外周面における開口部をホルダー３の内周面にて密閉して、エア溜まり部８ｂが金型外部に対して閉塞するようにしている。
このように、エア溜まり部８ｂを、ダイス２の外周面に１面が開口した状態の空間を形成した後に、その空間の開口部をホルダー３にて密閉することで構成している。
これにより、マシニングセンター加工等により、エア抜き穴８の他端に、エア溜まり部８ｂとなる所定の体積を有する空間を、容易に加工することが可能となっている。

前述のごとく構成される鍛造用金型１においては、該鍛造用金型１での加工素材となる荒地素材１１を下型となるダイス２のキャビティ２ａ内に設置し、キャビティ２ａ内に設置した荒地素材１１を上型となるパンチ５により上方から押圧することで該荒地素材１１の成形を行うが、図３に示すように、荒地素材１１をキャビティ２ａ内に設置する際には、ダイス２に形成されるキャビティ２ａの内周面と荒地素材１１との間にエアが封入されてエア溜まり２０が生じる。

図４に示すように、前記エア溜まり２０ができた状態で、キャビティ２ａ内の荒地素材１１を下方へ押し込むと、エア溜まり２０に存在するエアが前記エア抜き穴８内へ侵入することとなり、エア抜き穴８へ侵入したエアは、エア通路部８ａを通じてエア溜まり部８ｂへ到達する。
該エア溜まり部８ｂはホルダー３により密閉されているので、エア溜まり部８ｂへ到達したエアは該エア溜まり部８ｂへ溜まる。

エア溜まり２０のエアは荒地素材１１がキャビティ２ａ内に押し込まれることによって圧縮されエア抜き穴８へ侵入し、該エア抜き穴８では、エア溜まり２０からのエアが侵入することによって、該エア抜き穴８内の圧力が上昇する。

その後、図５に示すように、荒地素材１１がパンチ５に押圧されて成形される時点では、エア溜まり２０に存在していたエアは全てエア抜き穴８内に封入される。
また、荒地素材１１の鍛造時には、荒地素材１１がキャビティ２ａの内周面に圧着されて、該荒地素材１１に成形面圧がかかるが、エア抜き穴８が開口している部分においては、封入されたエアにより上昇したエア抜き穴８内からの圧力が荒地素材１１にかかることとなる。この場合、荒地素材１１にかかる成形面圧と、前記エア抜き穴８内からの圧力とが釣り合うように構成されている。

このように、キャビティ２ａ内のエア抜き穴８の開口部分においては、鍛造時に、キャビティ２ａの内周面と荒地素材１１との間のエア溜まり２０のエアが全てエア抜き穴８へ侵入するため、該エア溜まり２０の影響により、荒地素材１１を成形してできた製品に欠肉が発生することを防止できる。
また、エア抜き穴８を金型外部に対して閉塞させて、荒地素材１１にかかる成形面圧と、エア抜き穴８内の圧力とが釣り合うように構成しているので、成形面圧がかかってエア抜き穴８内へ入り込もうとする荒地素材１１が、エア抜き穴８内のエアの圧力により押し戻されるため、該荒地素材１１がエア抜き穴８内に入り込むことを防止でき、荒地素材１１を成形してできた製品にバリが発生することを抑制できる。
これにより、荒地素材１１を成形してできた製品に、鍛造用金型１のキャビティ２ａの形状を忠実に転写させることができ、製品の品質向上を図ることができる。

また、前記鍛造用金型１においては、荒地素材１１にかかる成形面圧とエア抜き穴８内の圧力とが釣り合うように、エア抜き穴８の空間の体積が形成されているが、その体積は次のようにして決定される。
まず、鍛造時にエア抜き穴８の開口部分において荒地素材１１にかかる成形面圧を、測定または算出して求める。この成形面圧は、例えば、ＣＡＥ解析により算出して求めることができる。また、実際に鍛造用金型１を用いて鍛造時における成形面圧を測定することも可能である。

次に、成形加工を行う荒地素材１１の形状やキャビティ２ａの形状に基づいて、鍛造時に生じるエア溜まり２０に存在するエアの体積を算出する。この場合、体積を算出したエアの圧力も求め、例えば大気圧におけるエアの体積を算出する。

ここで、ある気体の体積をＶ、圧力をＰとした場合、温度が一定であれば体積Ｖと圧力Ｐとは、次の数式１の関係を有する。

また、熱間鍛造を行う場合、例えば１５００℃程度の一定温度の高温にて鍛造が行われる。

従って、エア溜まり２０内のエアおよびエア抜き穴８に封入されたエアの温度は同じとなり、測定されたエア溜まり２０のエア体積をＶ１、そのときのエアの圧力をＰ１とするとともに、ダイス２に形成されるエア抜き穴８の体積をＶ２、エア溜まり２０のエアが封入されたエア抜き穴８の圧力をＰ２とした場合は、次の数式２の関係が成り立つ。

この関係から、次の数式３が導かれる。

そして、前述のごとく算出された成形面圧をＰｆとし、この成形面圧Ｐｆと前記エア抜き穴８の圧力Ｐ２とが等しくなるような大きさに、エア抜き穴８の体積Ｖ２を設定する。
つまり、前述の数式３におけるＰ２をＰｆに置き換えた、次の数式４によりエア抜き穴８の体積Ｖ２を求める。

このように、前記エア抜き穴８の体積Ｖ２を、鍛造時にキャビティ２ａにおけるエア抜き穴８の開口部分にかかる成形面圧と、鍛造時にエア抜き穴８に封入されるエアの体積Ｖ１とに基づいて決定することにより、エア抜き穴８のキャビティ２ａへの開口部分に位置する荒地素材１１に、適切な圧力を付与することができ、荒地素材１１を成形してできた製品に対するバリ発生および欠肉の発生を適切に抑制することができる。

なお、算出するエア抜き穴８の体積は、エア通路部８ａの体積およびエア溜まり部８ｂの体積の両方を加えた値となるが、エア通路部８ａの体積がエア溜まり部８ｂの体積に対して著しく小さく、該エア通路部８ａの体積を無視してもエア溜まり２０のエアが封入されたエア抜き穴８の圧力に影響を及ぼさない場合には、エア通路部８ａの体積をそのままエア抜き穴８の体積として用いることもできる。

また、エア抜き穴８は、エア通路部８ａとエア溜まり部８ｂとで構成されているので、エア溜まり部８ｂをエア溜まり２０からのエアを貯留するための空間として用い、エア通路部８ａをエア溜まり２０からのエアをエア溜まり部８ｂへ導くための導管として用いることができる。
これにより、エア通路部８ａのキャビティ２ａへの開口面積を小さくして、荒地素材１１の該開口部への食い込みを抑制することができ、バリ発生を抑制する効果を向上させることができる。
また、エア抜き穴８の体積の調整を、ダイス２の外周部に配置されるエア溜まり部８ｂの空間の大きさを調節することで行うことができるため、エア抜き穴８の体積調整が容易となる。

また、鍛造用金型１に形成するエア抜き穴８は、次のように構成することもできる。
つまり、図６に示すように、鍛造用金型１に、その一端がキャビティ２ａに連通し、他端が金型外部に連通するエア抜き穴１８を形成して、該エア抜き穴１８の他端にエア供給用のホース１９を接続することでも、製品への欠肉の発生およびバリ発生を抑制することができる。

エア抜き穴１８は、ダイス２に形成される内側穴部１８ａとホルダー３に形成される外側穴部１８ｂとで構成されており、該内側穴部１８ａと外側穴部１８ｂとがダイス２とホルダー３との境界部で接続されている。
また、前記エア供給用のホース１９は、外側穴部１８ｂの外側端部に接続されている。

このように構成される鍛造用金型１においては、キャビティ２ａ内に荒地素材１１をセットして前記エア溜まり２０ができた状態で、キャビティ２ａ内の荒地素材１１が下方へ押し込まれると、エア溜まり２０に存在するエアが前記エア抜き穴１８内へ吸収されることとなる。

その後、荒地素材１１がパンチ５に押圧されて成形される時点になると、前記エア供給用のホース１９からエア抜き穴１８へ向けてエアを供給して、該エア抜き穴１８内を加圧する。
この場合、エア抜き穴１８へのエアの供給は、パンチ５の押圧により荒地素材１１に成形面圧がかかるタイミングで行うとともに、エア抜き穴１８の圧力が荒地素材１１にかかる成形面圧と等しくなるように行う。

エア抜き穴１８の圧力の調整は、例えばエア供給用のホース１９の途中部にバルブを設けて、該バルブの開閉によりエア抜き穴１８へ供給するエアの量を制御することで行う。
また、前記エア供給用のホース１９は、例えば、鍛造用金型１が設置される工場内のエア配管に接続され、エア供給用のホース１９から工場エアが供給されるようになっている。
このように、エア抜き穴１８に、供給圧や供給タイミングを制御しながらエアを供給することでも、製品への欠肉の発生およびバリ発生を抑制することができる。

エア抜き穴が形成された鍛造用金型を示す側面断面図である。ダイスおよびダイスに圧入されるホルダーを示す斜視図である。荒地素材とキャビティとの間に生じるエア溜まりを示す正面断面図である。エア溜まりが生じた状態で荒地素材がキャビティ内に押し込まれる際に、エアがエア抜き穴に侵入する様子を示す側面断面図である。荒地素材が成形される時点で、荒地素材にかかる成形面圧と、エア抜き穴内からの圧力とが釣り合う様子を示す側面断面図である。鍛造用金型に形成されたエア抜き穴の第２の実施形態を示す側面断面図である。従来の鍛造用金型に形成されたエア抜き穴を示す側面断面図である。従来の鍛造用金型により素材を鍛造してできた製品に生じたバリを示す側面図である。

符号の説明

１鍛造用金型
２ダイス
２ａキャビティ
３ホルダー
５パンチ
８エア抜き穴
８ａエア通路部
８ｂエア溜まり部
１１荒地素材
２０エア溜まり

Claims

素材を配置するキャビティが形成されたダイスと、該ダイスのキャビティに対向配置されるパンチとを備えた鍛造用金型であって、
前記ダイスには、その一端がキャビティに連通するエア抜き穴が形成されており、
該エア抜き穴の他端は、金型外部に対して閉塞している、
ことを特徴とする鍛造用金型。
前記エア抜き穴の体積は、
鍛造時に前記キャビティにおけるエア抜き穴の開口部分にかかる成形面圧と、鍛造時に該エア抜き穴に封入されるエアの体積とに基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造用金型。
前記ダイスには、該ダイスの外周を覆うホルダーが嵌装されており、
前記エア抜き穴の他端はダイスの外周面に開口されるとともに、前記ホルダーの内周面により閉塞されている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍛造用金型。
前記エア抜き穴は、
前記ダイスの外周側に形成されるエア溜まり部と、該エア溜まり部とキャビティとの間に形成されるエア通路部とで構成される、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の鍛造用金型。