JP2017047460A - 粉末成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】粉末成形用金型のパンチの基端部外周に設けられた固定リング係止用膨出部の保護が簡単な処理で確実になされるようにすることを目的とする。【解決手段】基端部の外周に径方向の膨出部を有し、その膨出部を固定リングで押さえつけてパンチプレートに固定されるパンチを、パンチプレートに支えられる底面の外周部に、前記膨出部に対応した箇所の底面をパンチプレートから離反させる逃がし部を有するものにした。【選択図】図１

Description

本発明は、焼結部品の製造に利用される粉末成形機用の金型、詳しくは、基端部（底面のある側を基端と考える）の外周に径方向に突出した固定リング係止用の膨出部を有し、その膨出部を固定リングで押さえつけてパンチプレートに固定されるパンチ、中でも、金型が多段化されるときに顕著な効果を期待できるパンチに関する。

首記の粉末成形機の中に、下記特許文献１に示されるように、下パンチや上パンチを複数個設け、各パンチを独立したパンチプレートで個別に支持したものがある。

下パンチや上パンチの設置数は、部品の下面（下パンチで成形する側をここでは下面と考える）や上面の形状に左右され、その下面や上面の形状によっては、下記特許文献２のように多くの下パンチ、上パンチが利用される。

互いに独立したパンチの各々は、高さ位置を変えて配置されたパンチプレートによって個別に支持される。

そのパンチプレートによるパンチの支持は、通常、パンチの基端部の外周に径方向膨出部（フランジが一般的）を設け、その膨出部を固定リングで押さえつける方法でなされる。固定リングは、膨出部を取り巻く周壁の一端に内フランジを形成したものであって、膨出部の外周に装着されてパンチプレートにボルトで固定される。

特開２００７−２１５２０号公報 特開平１０−２４４３９８号公報

近年、焼結部品は複雑な形状を持つものが製造されるようになってきている。その複雑形状の部品は、多段化された金型を用いて成形されるが、金型が多段化される（下パンチや上パンチの組み合わせ数が増加する）と、スペース面での制約によりパンチプレートの厚みを薄くせざるを得なくなる。

その厚みの薄いパンチプレートは、大きな成形圧を受けると凹形（中央が凹む形状）に撓む。それが引き金となってパンチの固定リングに押さえつけられた膨出部の根元（つけ根）に亀裂が生じ、膨出部が折損するトラブルが発生した。

そのトラブルの発生理由を、下パンチの支持部を例に挙げて説明する。図４に示すようにパンチ１（ここでのそれは下パンチ）を支えたパンチプレート１０が、成形圧によって撓むと、膨出部３（図のそれはフランジ）の外周に圧力が集中し、膨出部３に図４に矢印で示す方向の曲げ応力が加わる。

その曲げ応力によって膨出部３の根元３ａ（上側のつけ根）が圧縮され、パンチによる加圧が終了するとその圧縮が開放される。また、成形体を金型から取り出す際には前記根元３ａに若干の引っ張り応力が作用し、部品を１個成形する毎にその圧縮、圧縮の開放、若干の引っ張り応力の印加が繰り返される。

パンチは、パンチプレートを構成する機械構造用合金鋼材（ＳＮＣＭ材など）に比べて硬くて脆くて曲げの繰り返しによる疲労強度の低下が著しい高速度鋼や超硬合金等で形成される。量産品の製造では、特に、そのパンチの膨出部に曲げ応力が繰り返し印加されることから膨出部の根元３ａが疲労し、そこに亀裂が生じて膨出部３が折れるのである。

本発明は、パンチの基端部外周に設けられた固定リング係止用膨出部の保護が簡単な処理で確実になされるようにすることを目的とする。

この発明の一態様にかかる粉末成形用金型は、基端部の外周に径方向の膨出部を有し、その膨出部を固定リングで押さえつけてパンチプレートに固定されるパンチであって、パンチプレートに支えられる底面の外周部に、前記膨出部に対応した箇所の底面をパンチプレートから離反させる逃がし部を有する。

本発明の粉末成形機用金型によれば、パンチの使用が繰り返えされても、そのパンチの基部外周の膨出部の根元に亀裂ができず、亀裂を発端とする膨出部の折損が効果的に防止される。

この発明の一態様に係る粉末成形機用金型（パンチ）の要部を示す断面図である。 試作パンチの概要を示す断面図である。 パンチの底面の外周部に設けた逃がし部の働きを誇張して示す解説図である。 パンチの基端部外周の膨出部に曲げ応力が加わる状況を誇張して示す解説図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様にかかる粉末成形機用金型を以下に挙げる。この発明を適用する金型は、ダイ（図示せず）の成形孔に入り込ませるパンチである。そのパンチは、径方向外側に突出したフランジなどの膨出部を基端部の外周に有する。

このパンチは、パンチプレートに支えられる底面の外周部に、その外周部をパンチプレートから離反させる逃がし部を有する。その逃がし部のパンチ径方向内端は、膨出部の根元の直下、もしくは直下付近にある。

その逃がし部は、パンチの底面に、その底面に対して所定の傾斜角を持つ面取り部を施すことで簡単に作り出すことができる。

面取り部の傾斜角は５°程度あれば十分であるが、その傾斜角は５°に限定されるものではない。

前記逃がし部は、パンチの底面に対して段差を生じたものであってもよく、その逃がし部の面を斜面にすること自体も必須ではない。

前記逃がし部の内端が前記膨出部の根元の真下にあると、パンチプレートが成形圧で撓んでも膨出部には全く曲げ応力が加わらない。

従って、逃がし部の内端は、膨出部の根元の真下にあるのが理想的であるが、その内端は、根元の真下からパンチ径方向外側又はパンチ径方向内側に若干移動した位置にあってもよい。

逃がし部の内端が膨出部の根元の真下からパンチ径方向外側に偏ると、粉末の成形時に膨出部３に曲げ応力が加わるが、その偏り量が小さければ膨出部に加わる曲げ応力は極端には大きくならない。

このため、逃がし部の内端は、膨出部のパンチ基部からの径方向突出量の０．５％程度ならば、膨出部の根元の真下からパンチ径方向外側へ偏っていてもよい。

また、逃がし部の内端が膨出部の根元の真下からパンチ径方向内側に偏ると、パンチの上面にかかる面圧よりも高い面圧がパンチ基端部へかかる。従って、逃がし部の内端の膨出部の根元の真下からのパンチ径方向内側への偏り量も、パンチ基部の直径の０．５％程度に抑えるのがよい。

なお、この発明の適用対象は、粉末成形用金型の下パンチと上パンチあるいはコア、特に段付きコア等、ダイ荷重がかかる金型にも適用される。上パンチも、複数に分割されて多段に配置されると固定リングに締めつけられる後端部外周の膨出部について下パンチと同様の問題が生じる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の一態様にかかる粉末成形用金型の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれ等の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１に、粉末成形機のダイ（図示せず）の成形孔に入り込ませるパンチを示す。このパンチ１は、下パンチだけでなく、上パンチとしても使用できるものである。

このパンチ１は、図示していない前記パンチ１とは異なるパンチやコアロッドなどを通す貫通穴２を中心部に有する。また、基端部の外周に径方向外側に突出した膨出部（図のそれはフランジ）３を有する。

このパンチ１は、パンチプレート１０（図２、図３参照）で支える底面４の外周部に、その外周部をパンチプレート１０から離反させる逃がし部５を有する。その逃がし部５のパンチ径方向内端は、膨出部３の根元３ａの直下付近にある。

図の逃がし部５は、パンチ１の底面４に、その底面に対してθの傾斜角を持つ面取り部を加工して作り出されている。

面取り部の傾斜角θは５°に設定されているが、５°に限定されない。この傾斜角θは、小さ過ぎても大き過ぎても膨出部保護の効果が薄れるので、３°以上、１０°以下程度に設定するのがよい。１０°より大きいと膨出部が薄くなって応力がかかり、３°より小さいと、撓み量にもよるが、パンチの３ａ部に応力が集中するからである。

傾斜角θが小さ過ぎると、パンチプレート１０が撓んだときに逃がし部の面がパンチプレート１０に強く押しつけられて膨出部３にこれをパンチプレート１０から引き離す方向の曲げ応力が加わる可能性がある。

また、傾斜角θが大き過ぎると、固定リングからの押圧力で膨出部３がパンチプレート１０側に押し曲げられる懸念が大きくなる。

図示のパンチ１に設けた逃がし部５は、内端５ａが膨出部３の根元３ａの真下にある。そのため、パンチプレート１０が成形圧で撓んでも膨出部３には全く曲げ応力が加わらない。

図２に示す形状の高速度鋼（ＳＫＤ１１）製のパンチ１を試作した。そのパンチ１は、底面の外周部に既述の逃がし部５を有する。試作したパンチは、表１に示す寸法諸元の１１種類である。

各試作パンチは、底面４の外周部に、底面に対して傾斜角θ＝５°の面取りを施して逃がし部５を形成し、その逃がし部５の径方向内端を膨出部の根元３ａの直下（Ａ＝Ｃの位置）に配置した。

比較のために、逃がし部５が無く、他は試作品と同一諸元のパンチを準備した。そして、これ等のパンチをＳＮＣＭ材で形成された厚み３０ｍｍ、φ２２５ｍｍ（パンチプレートは円柱の上にφ２５ｍｍの蓋をした形状）の円盤状のパンチプレート１０上に固定リング１１を用いて取り付け、このパンチ１を使用して粉末の成形を行った。固定リング１１はボルト（図示せず）でパンチプレート１０に固定した。

その結果、逃がし部を有するものはいずれも、７ｔｏｎ／ｃｍ^２のプレス圧での成形を５×１０^６回繰り返しても、パンチの基端部外周の膨出部３の根元の亀裂、破損は発生しなかった。

パンチプレート１０が図３に示すように撓んでも、逃がし部５の面がパンチプレート１０から離れる方向に逃げているため、膨出部３にそれを押し曲げようとする力が全く加わらず（逃がし部５の逃げの状況によっては曲げ力が若干加わることが考えられる）、膨出部３が効果的に保護されたからである。

これに対し、逃がし部の無いパンチは、約５×１０^５回の成形で膨出部の根元３ａに亀裂が生じた。

１ パンチ
２ 貫通穴
３ 膨出部
３ａ 根元
４ 底面
５ 逃がし部
５ａ 内端
１０ パンチプレート
１１ 固定リング
θ 逃がし部の面の傾斜角

Claims (4)

1. 基端部の外周に径方向の膨出部を有し、その膨出部を固定リングで押さえつけてパンチプレートに固定される粉末成形用金型のパンチであって、
   パンチプレートで支える底面の外周部に、前記膨出部に対応した箇所の底面をパンチプレートから離反させる逃がし部を有するパンチ。
2. 前記逃がし部のパンチ径方向内端が、前記膨出部の根元の直下付近にある請求項１に記載のパンチ。
3. 前記逃がし部が、パンチの底面にその底面に対して所定の傾斜角を持つ面取り部を施して作り出されている請求項１又は請求項２に記載のパンチ。
4. 前記面取り部のパンチの底面に対する傾斜角が３°以上、１０°以下に設定された請求項３に記載のパンチ。

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