JP2013158807A - 薄肉有底円筒金属部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削加工中に冶具の一端面がスイス型自動旋盤のガイドブッシュにぶつかってワークおよび冶具を軸方向に送り出すことができなくなってしまうことを防止（回避）し、生産性を向上させること。
【解決手段】略一定の外径を有しかつ長尺状の金属製中実丸棒とされたワークＷの中心軸線に沿って切削加工により中心穴を形成し、該ワークＷの先端にて底部を有するように有底穴を形成する穴形成工程を行い、次に、前記ワークＷの先端側の外径が小さくなるように切削加工して、先端側を薄肉化する薄肉化工程を行い、前記薄肉化工程の際に、前記穴形成工程にて形成した前記有底穴に充填部材を挿入するとともに、前記ワークＷの一端側を延長し、かつ、前記ワークＷが接続される側の一端面２０ａから所定の距離にわたって縮径部２９が形成された冶具２０を前記ワークＷに対して固定し、該冶具２０を旋盤のチャックに取り付ける取付工程を有することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えばダイカスト用金型に用いられるコアピン（中子ピン）等の薄肉有底円筒金属部材の製造方法に関するものである。

一般に、ダイカスト製品に対してボルト穴等の孔部を形成するために、ダイカスト用金型に固定されるコアピン（中子ピン）が用いられる。コアピンは、金属製の丸棒とされ、中心軸線に沿って冷却穴が形成されたものと、冷却穴が形成されていない中実のものがある。下記特許文献１には、冷却穴が形成されたコアピンが開示されている。
冷却穴が形成されたコアピンを使用すれば、ダイカスト製品に生じる引け巣をコアピン位置から遠ざけることができるという点で有利とされている。

一方、コアピンの冷却穴に水等の冷却材を供給する際には、冷却穴にパイプを挿入することによって行うが、冷却穴の穴径が小さい場合には、パイプ径も小さくなり、パイプ詰まりが発生しやすくなってしまう。また、冷却穴とパイプ外周との間も狭くなり、詰まりが発生しやすくなってしまう。このような詰まりが発生すると、コアピンの冷却ができなくなり、焼き付き等が生じてダイカスト製品の不良率が上昇してしまう。したがって、冷却穴の穴径を大きくすることによってパイプ径を大きくし、パイプ詰まりを回避するとともに、冷却材流量を増大させることによって冷却効果を増大させることが好ましい。
しかし、従来では、冷却穴が形成されたコアピンの肉厚は、１ｍｍ以上とされており、薄肉化によって冷却穴の穴径を増大することについての検討が十分になされていなかった。なぜなら、コアピンは長尺状とされているため、肉厚が１ｍｍ未満の薄肉化の加工は困難であると考えられていたからである。

そこで、薄肉化の加工を可能にした薄肉有底円筒金属部材の製造方法が、下記特許文献２に開示されている。

特開平９−１３１３号公報 特開２００９−９０４４４号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示された製造方法を用いて軸径の太い（例えば外径が２０ｍｍ以上の）ワークＷを切削加工しようとした場合、ワークＷと冶具２０との接続部（より詳しくは、ワークＷが接続されている側の冶具２０の一端面）が、スイス型自動旋盤のガイドブッシュの最も狭いところ（最小径を有するところ）に挿通（挿入）される際に引っかかり、ワークＷおよび冶具２０を、軸方向に進めることができなくなってしまうおそれがある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、切削加工中に冶具の一端面がスイス型自動旋盤のガイドブッシュにぶつかってワークおよび冶具を軸方向に送り出すことができなくなってしまうことを防止（回避）することができ、生産性を向上させることができる薄肉有底円筒金属部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の薄肉有底円筒金属部材の製造方法は、略一定の外径を有しかつ長尺状の金属製中実丸棒とされたワークの中心軸線に沿って切削加工により中心穴を形成し、該ワークの先端にて底部を有するように有底穴を形成する穴形成工程を行い、次に、前記ワークの先端側の外径が小さくなるように切削加工して、先端側を薄肉化する薄肉化工程を行い、前記薄肉化工程の際に、前記穴形成工程にて形成した前記有底穴に充填部材を挿入するとともに、前記ワークの一端側を延長し、かつ、前記ワークが接続される側の一端面から所定の距離にわたって縮径部が形成された冶具を前記ワークに対して固定し、該冶具を旋盤のチャックに取り付ける取付工程を有することを特徴とする。

また、上記薄肉有底円筒金属部材の製造方法において、前記縮径部が、前記一端面から軸方向に沿って２０ｍｍ〜６０ｍｍの間に設けられているとさらに好適である。

ワークの先端側の外径が小さくなるように切削加工する薄肉化工程の前に、略一定の外径を有する中実丸棒に対して有底穴を形成することとしたので、高い剛性を有するワークに対して有底穴を精度良く形成することができる。また、高い剛性を有するワークに対して切削加工するので、加工熱による熱変形を小さくすることができ、有底穴を精度良く形成することができる。
薄肉化工程によって薄肉化される寸法は、ワーク長さが２００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度の場合には、例えば１．０ｍｍ未満、好ましくは０．７ｍｍ以下、ワーク長さが４００ｍｍ程度の場合には、例えば１．５ｍｍ未満、好ましくは１．３ｍｍ以下とされる。
薄肉有底円筒金属部材の材質としては、ＳＫＤ（例えばＳＫＤ６１）等の合金工具鋼、快削鋼、真鍮、銅、ステンレス（ＳＵＳ）等が挙げられる。
なお、「長尺状」とは、例えば、薄肉化された先端の直径に対して５倍以上、好ましくは１０倍以上の長さを有するものを意味する。
本発明は、特に、後述するダイカスト用金型に用いられるコアピンや、ダイカスト用金型を冷却するための冷却ブッシュの製造に好適である。

また、充填部材を挿入することにより、薄肉化工程時にワークの剛性が上がり、加工時にワークの変形を抑えることができ、さらなる薄肉化が可能となる。

さらに、ワークの一端側を延長する冶具をワークに固定し、この冶具を旋盤のチャックに取り付けることとしたので、旋盤によってワークの一端側の近傍まで加工することができる。これにより、材料を無駄なく使用することができる。

さらにまた、冶具の一端部には、縮径部が設けられているので、切削加工中に冶具の一端面が、例えば、スイス型自動旋盤のガイドブッシュにぶつかってワークおよび冶具を軸方向に送り出すことができなくなってしまうことを防止（回避）することができ、生産性を向上させることができる。

上記薄肉有底円筒金属部材の製造方法において、前記薄肉有底円筒金属部材が、ダイカスト用金型に用いられるコアピンとされているとさらに好適である。

コアピンに形成された有底穴は、水等の冷却材を供給して冷却するための冷却穴として使用することができる。本発明の製造方法によれば、コアピンの薄肉化が可能となるので、冷却効果が増大し、ダイカスト製品に生じる引け巣をコアピン位置から遠ざけることができ、ダイカスト製品の歩留まりを向上させることができる。

本発明によれば、切削加工中に冶具の一端面がスイス型自動旋盤のガイドブッシュにぶつかってワークおよび冶具を軸方向に送り出すことができなくなってしまうことを防止（回避）することができ、生産性を向上させることができるという効果を奏する。

コアピンをダイカスト用金型に取り付けた状態を示す側断面図である。 コアピンを示した側面図である。 本発明の一実施形態にかかるコアピンの製造方法を示した図である。 薄肉化工程の変形例を示した図である。 冶具およびワークを旋盤に取り付けた状態を示す側断面図である。 冶具とワークとの接続方法の変形例を示した図である。

本発明にかかる薄肉有底円筒金属部材の製造方法の参考実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態では、ダイカスト金型に用いるコアピン（中子ピン）を薄肉有底円筒金属部材の一例として、その製造方法について説明する。先ず、コアピンの使用形態およびコアピンの形状を説明した後に、コアピンの製造方法について説明する。

図１には、ダイカスト用金型３に固定されたコアピン１が示されている。コアピン１の先端部（図において右方）１ａ側は、金型３内に突出しており、ダイカスト製造時には浴湯に浸漬される。コアピン１の内部には、基端部（図において左方）１ｂからその中心軸線に沿って中心穴が形成されており、先端部１ａにて底部を有する有底穴とされた冷却穴１ｃが形成されている。この冷却穴１ｃ内には、コアピン１の中心軸線に沿って冷却水供給パイプ５が挿入されている。

冷却水供給パイプ５の先端部５ａから冷却穴１ｃの底部（すなわちコアピン１の先端部１ａ）に向かって冷却水が噴出するようになっている。冷却水供給パイプ５の他端は、冷却水供給配管７に接続されている。冷却水供給配管７の上流側には、図示しない冷却装置本体が設けられている。冷却水供給パイプ５の先端部５ａから噴出した冷却水は、冷却穴１ｃの底部に衝突した後に流れの向きを反転させ、冷却穴１ｃ内を基端部１ｂに向かって流れる。このように冷却水が流れる際に、コアピン１の壁部を介して伝達された熱を受け取ることによって、コアピン１を内部から冷却する。基端部１ｂへと向かって流れた冷却水は、コアピン１の基端部１ｂに接続された接続管９内へと流れ込み、冷却水戻り配管１１を介して図示しない冷却装置本体へと導かれる。

以上説明したように、コアピン１内に冷却水を供給しながらダイカスト製造工程を行うので、コアピン１の焼き付きを防止できるとともに、ダイカスト製品に生じる引け巣をコアピン１位置から遠ざけることができる。

図２には、コアピン１の形状が示されている。なお、同図に示したコアピンの形状はあくまでも一例であって、本発明はこの形状に限定されるものではない。
コアピン１は、基端部１ｂ側に位置する大径部１２と、先端部１ａ側に位置するとともに大径部１２よりも小径とされた小径テーパ部１４と、大径部１２と小径テーパ部１４との間に位置するとともに小径テーパ部１４に対して連続的に接続された小径直線部１６とを有している。

大径部１２の直径は、例えば１３ｍｍとされており、小径直線部１６の直径は、例えば４．１ｍｍとされている。小径テーパ部１４は、基端部１ｂ側が４．１ｍｍとされ、先端にいくにしたがい先細り形状となるようなテーパ形状となっている。テーパ角は、例えば１°とされる。小径テーパ部１４の先端すなわちコアピン１の先端部１ａは、球面形状を有するように加工されている。
コアピン１の長さは、２５０ｍｍとされている。大径部１２の長さは２５ｍｍ、小径直線部１６の長さは２０３ｍｍ、小径テーパ部１４の長さは２２ｍｍとされている。

コアピン１には、基端部１ｂから先端部１ａの手前にかけて、中心軸線にそって冷却穴１ｃとしての中心穴が形成されている。冷却穴１ｃの先端部１ａ側は貫通しておらず、底部１ｄが設けられている。このように、冷却穴１ｃは有底穴となっている。冷却穴１ｃの直径は、２．０ｍｍとされている。冷却穴１ｃの基端部１ｂ側には、雌ねじ１８が形成されている。この雌ねじ１８によって、図１に示した接続管９の先端（図１において右方）がコアピン１に対して螺結される。
コアピン１の小径テーパ部１４の先端では直径が小さくなっているので、この位置における肉厚が最も薄くなる。図２に示したコアピンでは、０．７ｍｍ程度の肉厚となっている。

図３には、本実施形態にかかるコアピンの製造方法が示されている。
先ず、図３（ａ）に示すように、素材となる金属製中実丸棒から、製品となるコアピン１の長さに所定長さを加えた寸法だけ切断して、ワークＷを得る。切断寸法としては、例えば３００ｍｍ程度である。素材の材料としては、用途によって決まるが、例えば、ＳＫＤ（例えばＳＫＤ６１）等の合金工具鋼、快削鋼、真鍮、銅、ステンレス（ＳＵＳ）等が挙げられる。
次に、図３（ｂ）に示すように、ガンドリル（又はドリル）によって、基端部１ｂ側から切削加工を行い、先端部１ａに底部１ｄを残すように冷却穴１ｃの加工を行う（穴形成工程）。
次に、図３（ｃ）に示すように、図５に示すスイス型自動旋盤５０に図３（ｂ）のように加工したワークＷを設置し、ワークＷの外形状の切削加工を行う。具体的には、図２に示した小径直線部１６および小径テーパ部１４となるように、ワークＷの外形を加工する。これにより、先端部１ａ側の小径直線部１６および小径テーパ部１４に薄肉部が形成される（薄肉化工程）。
なお、図５中の符号５１は突切りバイト、符号５２はガイドブッシュ、符号５３はコレットチャック、符号５４は給材機フィンガーチャックである。

次に、上述したコアピンの製造方法の作用効果について説明する。
図３に示した本実施形態にかかる製造方法では、ワークＷの先端部１ａ側の外径が小さくなるように切削加工する薄肉化工程の前に、略一定の外径を有する中実丸棒とされたワークＷに対して冷却穴１ｃを形成することとしたので、高い剛性を有するワークＷに対して冷却穴１ｃを精度良く形成することができる。また、高い剛性を有するワークＷに対して切削加工するので、加工熱による熱変形を小さくすることができ、冷却穴１ｃを精度良く形成することができる。

また、図３に示した本実施形態にかかる製造方法では、薄肉化工程は穴形成工程の後に行うので、ワークＷの外形の曲がり検査が不要となる。剛性が高いワークＷに対して冷却穴を形成するので、殆どの加工品が規格内に収まる。仮に規格外となった加工品に対しては、後の薄肉化工程を行わないので、製造負荷を抑えることができる。
さらに、本実施形態にかかる製造方法によれば、高い精度で加工でき、外形：φ４×３５０，冷却穴寸法：φ３．１×３４７，肉厚：０．４５ｍｍ、冷却穴の振れ精度：０．０５の加工も可能であることを確認した。
さらにまた、超音波測定によって形状を測定して穴加工を行えば、肉厚０．２ｍｍの加工も可能である。

なお、薄肉化工程の際に、穴形成工程にて形成した冷却穴１ｃに丸棒（充填部材）を挿入し、この状態で薄肉化工程を行うこととしても良い。丸棒を冷却穴１ｃ内に挿入することにより、薄肉化工程時にワークＷの剛性が上がり、加工時にワークＷの変形を抑えることができ、さらなる薄肉化が可能となる。

次に、図４を用いて、本発明の一実施形態にかかる薄肉化工程を説明する。
図４に示した薄肉化工程では、ワークＷの一端を延長する冶具２０を用いて加工を行う点が特徴となっている。
図４（ａ）に示すように、穴形成工程（図３（ｂ）参照）を終えたワークＷの一端に対して、雄ねじ部２２および嵌合部２４を形成する。これら雄ねじ部２２および嵌合部２４は、後にコアピンの基端部１ｂとなる側に形成される。
一方、冶具２０は、ワークＷと略同一の外形を有した丸棒形状とされている。冶具２０の一端（図において右方）には、ワークＷの雄ねじ部２２が螺合される雌ねじ部２６と、嵌合部２４が嵌合される嵌合穴２８が形成されている。また、図５に示すガイドブッシュ５２の最も狭いところ（最小径を有するところ）に挿通（挿入）される冶具２０の一端部には、縮径部２９（図４（ｂ）および図４（ｃ）参照）が設けられている。縮径部２９は、ワークＷと当接する冶具２０の一端面２０ａ（図４（ｂ）参照）から軸方向に沿って２０ｍｍ〜６０ｍｍの間に設けられており、その他の部分（縮径部２９以外の部分）および切削加工前のワークＷの外径よりもわずかに（０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度）小さい外径を有している。すなわち、縮径部２９は、切削加工前のワークＷの輪郭を冶具２０の方に延ばしていった時に、延ばされたワークＷの輪郭から縮径部２９の輪郭が外側にはみ出さないよう（突出しないよう）に形成されている。言い換えれば、縮径部２９は、切削加工前のワークＷを冶具２０が接続される側と反対側の端面から見た時に、ワークＷの輪郭から縮径部２９が突出しないように形成されている。

薄肉化工程時には、図４（ｂ）に示すように、ワークＷの雄ねじ部２２及び嵌合部２４を冶具の雌ねじ部２６及び嵌合穴２８に対して接続し、固定する。この状態で、冶具２０の他端部をスイス型自動旋盤５０の給材機フィンガーチャック５４（図５参照）に固定し、薄肉化工程を行う（図５（ｃ））。
薄肉化工程が終了した後は、例えば嵌合部２４の直近に位置するワークＷの大径部を切断することによって、ワークＷの雄ねじ部２２及び嵌合部２４を除去し、所定の加工を施して製品（コアピン）とする。

このように、ワークＷの一端側を延長する冶具２０をワークＷに固定し、この冶具２０をスイス型自動旋盤５０の給材機フィンガーチャック５４（図５参照）に取り付けることとしたので、旋盤によってワークＷの一端側の近傍まで切削加工することができる。これにより、材料を無駄なく使用することができる。
また、冶具２０の一端部には、縮径部２９が設けられているので、切削加工中に冶具２０の一端面２０ａがガイドブッシュ５２にぶつかってワークＷおよび冶具２０を軸方向に送り出すことができなくなってしまうことを防止（回避）することができ、生産性を向上させることができる。

なお、冶具２０とワークＷとの接続方法は、図４に示されたものに限定されるものではない。例えば、図６（ａ）に示したように、ワークＷの一端に嵌合部３０を形成し、冶具２０の一端に嵌合穴３２を形成し、これら端部同士を嵌合した後に、図６（ｂ）に示すようにノックピン用の穴３４を形成、この穴３４にノックピン３５（図６（ｃ）参照）を打ち込んで接続しても良い。

また、本実施形態では、コアピンを薄肉有底円筒金属部材の一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ダイカスト用金型を冷却するための冷却ブッシュの製造に用いることもできる。
また、絞りプレスによって量産される製品の試作品を製造する際に本発明を用いることができる。絞りプレスでは、金型を数台用いて製作することが一般とされ、試作のために金型を製作することはコストがかかり好ましくない。本発明の製造方法を用いれば、薄肉の有底円筒金属部材を切削加工にて製作できるので、少ない投資で試作品を製作し、製品確認をすることができる。また、絞りプレスでは製作が困難な材料であっても、本発明の製造方法は切削加工なので、材料に依存せずに製造することができるという有利点を有する。

１ コアピン
１ａ 先端部
１ｂ 基端部
１ｃ 冷却穴（中心穴）
２０ 冶具
２０ａ 一端面
２９ 縮径部
５０ スイス型自動旋盤
５４ 給材機フィンガーチャック
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 略一定の外径を有しかつ長尺状の金属製中実丸棒とされたワークの中心軸線に沿って切削加工により中心穴を形成し、該ワークの先端にて底部を有するように有底穴を形成する穴形成工程を行い、
   次に、前記ワークの先端側の外径が小さくなるように切削加工して、先端側を薄肉化する薄肉化工程を行い、
   前記薄肉化工程の際に、前記穴形成工程にて形成した前記有底穴に充填部材を挿入するとともに、前記ワークの一端側を延長し、かつ、前記ワークが接続される側の一端面から所定の距離にわたって縮径部が形成された冶具を前記ワークに対して固定し、該冶具を旋盤のチャックに取り付ける取付工程を有することを特徴とする薄肉有底円筒金属部材の製造方法。
2. 前記縮径部が、前記一端面から軸方向に沿って２０ｍｍ〜６０ｍｍの間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄肉有底円筒金属部材の製造方法。
3. 前記薄肉有底円筒金属部材は、ダイカスト用金型に用いられるコアピンとされていることを特徴とする請求項１または２に記載の薄肉有底円筒金属部材の製造方法。

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