JP2502388B2 - 成形型及びその製造方法 - Google Patents

成形型及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、成形キャビティを有するダイを備え、ダイ
が、半径方向の押圧力の下で、ダイに当接する内部リン
グと、半径方向の押圧力の下で、内部リングに当接する
外部リングとによって補強された成形型およびその製造
方法に関するものである。
（先行技術とその問題点） 成形型は、しばしば、高い内部作用圧力を受ける。現
在用いられている常温流れ成形技術では、1,000乃至2,5
00N/mm2の圧力が加わることがある。このことにより、
もし何らかの措置をとらないと、破壊を起こさせるよう
な接線方向の引張応力が生じる。
なお、前述の形式の成形型は米国特許第3,608,351号
明細書から知られていて、この特許では、ダイが圧縮応
力の下でコイル状ストリップを収縮し、または適用して
半径方向のプレストレシングを生じさせる１つ以上のリ
ングにより補強されている。このことは作動圧力に反作
用し、その結果、破損が高い制限圧力で予想される。
もしダイが回転対称に作られず、多角形状の断面、セ
レーション、または溝を持つ場合には、特に困難なこと
が起きる。この場合、ノッチ（切り欠き）効果により、
応力集中が高くなり、かなり低い作動圧力での材料の破
壊が生じる。このため、コイルストリップのプレストレ
シング状態の下で数個の部品からダイを製造することが
知られている（米国特許第3,810,382号明細書）。しか
し、この多数部品による解決は高価である。
（発明の目的） 本発明は、ダイの縦割れを防止しつつ、同一条件下
で、高い荷重を加えることのできる成形キャビティを有
するダイを備え、ダイが、半径方向の押圧力の下で、ダ
イに当接する内部リングと、半径方向の押圧力の下で、
内部リングに当接する外部リングとによって補強された
成形型およびその製造方法を提供することを目的とする
ものである。
（発明の構成および作用） 本発明のかかる目的は、内部リングの材料が、ダイ及
び外部リングの材料より高い横弾性率を有し、内部リン
グの表面が平滑であり、ダイがスチールよりなり、内部
リングが焼結カーバイトよりなる成形型および外部リン
グを、半径方向のプレストレシング状態で、内部リング
上に取り付け、こうして形成された外部リングおよび内
部リングからなる組立体を、ダイ上に収縮させる成形型
の製造方法によって、達成される。
内部リングの高い横弾性率により、ダイが作業中にわ
ずかしか変形しないことが保証される。低い横弾性率を
有する外部リングは、破損することなく、かなりの半径
方向のプレストレシングで内部リングをダイに対して当
接させる程度まで、内部リングをプレストレスする。こ
のようにして、成形型は高い作動圧力を受けることがで
きる。多くの場合、非回転対称のダイが１部品構成で作
ることができる。ダイの応力が低いと、寿命も長い結果
となる。
この結果は、ダイ材料の弾性率と比較して内部リング
の弾性率が高ければ高いほど、良くなる。このため、内
部リング材料の弾性率はダイ材料の弾性率の少なくとも
1.5倍であるべきである。実際には、２乃至３倍が望ま
しい。内部リングはダイに対する堅い境界面を形成する
が、それ自体はきわめて伸ばされ易い。しかし、外部リ
ングは伸びに反作用するプレストレシングを加えること
ができる。
また、外部リングが少なくとも２の層で作られ、特に
コイル状ストリップから成ることが有利である。収縮し
た１部品構成の外部リングに比較して、プレストレシン
グが50％乃至70％ほど高いものが得られる利点があり、
プレストレシングは再生可能であり、製造が安価であ
る。
また、内部リングの壁厚が全壁厚の少なくとも25％で
あり、好ましくは、30％乃至50％であることが推奨され
る。内部リングが厚ければ厚いほど、ダイの内周での接
線方向の力の減少が大きくなる。
外部リングを半径方向のプレストレシング状態で内部
リングに適用し、次に、このように形成したリングの組
み合わせをダイに対して収縮させるのが、製造方法とし
て望ましい。内部リングは、したがって、収縮中に既に
補強され、このため収縮力による影響を受けない。
外部リングも内部リングに対して収縮できる。外部リ
ングを内部リングにストリップを巻くことにより形成す
ることが一層望ましい。
（実施例） 以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例につき、
詳細に説明を加える。
第１図の成形型１は、成形キャビティ３、内部リング
４及び外部リング５を持つ円筒ダイ２を有する。ダイ２
はスチールから成り、内部リングは焼結金属カーバイド
から成り、外部リングはスチールから成る。このため、
内部リング４の材料はダイ２及び外部リング５の弾性率
より２乃至３倍大きな弾性率を持つ。
内部リング４はダイ２上に収縮させられている。外部
５はコイル状ストリップから成り、このコイル状ストリ
ップは、内部リング４がダイ２上に収縮させられる前
に、内部リング４にプレストレシング（予め応力を与え
た）状態で巻かれたものである。外部リング５が内部リ
ング４にかける半径方向のプレストレシング（予めの応
力付与）は、内部リング４がダイ２にかける半径方向の
プレストレシングより高い。
図面で、 D0はダイ２の内径、 D1はダイ２の外径及び内部リング４の内径、 D2は内部リング４の外径及び外部リング５の内径、 D3は外部リング５の外径、である。
内部リング４の厚み（D2−D1）が成形型の全厚み（D3
−D0）の25％以上、好ましくは、30％より幾分上にある
関係に選ばれる。ダイ２の厚み（D1−D0）は全壁厚（D3
−D0）の５％及び20％の間、好ましくは、約10％であ
る。外部リング５の厚み（D3−D2）は、したがって、30
％及び50％の間にある。
比を良く理解するために、第２図乃至第４図を参照す
る。第２図は、実際上ダイ2aだけから成るワンピース
（１部品構成）成形型を示す。もし作用圧力piが成形キ
ャビティ内に存在するならば、外部に向かう半径方向の
応力σｒが発生し、成形キャビティ３で最大値を持ち、
外周に向かって零に減少する。このことはグラフの左半
分に示されている。右半分は接線方向の応力σｔを示
し、この応力は成形キャビティ３で最大値を持ち周囲に
向かって減少する。比較的大きな接線方向の力が生じ、
この結果、特に、工具鋼、高速度鋼、炭素鋼のような脆
性材料の場合、破損の危険性がある。
第３図は、ダイ2bとそのダイに収縮された単一のリン
グ4bとを持つ２部品構成の成形型1bに関連して生じる状
態を示す。左側の図面は、作動圧力が加えられていない
ときの半径方向の応力および接線方向の応力を示してい
る。半径方向の応力σｒはダイ2b及びリング4bの間の分
割ギャップで最大である。このギャップで、接線方向の
応力σｔの方向が反転する。この構成が作動圧力を受け
ると、第３図の右側の図面に示す状態が得られる。半径
方向の応力はダイの内周で最大値を持つ。接線方向の応
力はプレストレシングのため内周では小さく保たれてい
て、もはや問題とならない程度にしか生じない。
第４図は本発明の３部品構成の成形型1cの状態を示
す。
この成形型1cは、ダイ2c、内部リング4c及び外部リン
グ5cから成る。外部リング5cはコイル状ストリップ構造
である。
左側の図面は作動圧力が加えられていないときの接線
方向の応力及び半径方向の応力を示す。半径方向の応力
σｒは内部リング4c及び外部ストリップコイル5cの間の
分割ギャップで最大である。このギャップで、接線方向
の応力σｔの方向の変化がやはりある。なお、ダイと内
部リングとの間のギャップ圧力（−σｒに等しい）は内
部リングと外部ストリップコイルとの間のギャップ圧力
より低い。
この構成が作動圧力piを受けるとき、その状態が第４
図の右側の図面に示されている。半径方向の応力はダイ
の内周で最大値（−pi）を持つ。ダイ2cの接線方向の応
力は、プレストレシング及び本発明の３部品構成構造の
効果として、第３図の右側の構造より低く保たれてい
る。脆性の高いダイ材料を用いた場合には、引張応力が
低くなればなるほど、寿命が長くなる。内部リングと外
部ストリップコイルとの間の高い半径方向のプレストレ
シングのため、内部リング4c内の接線方向の応力は圧力
範囲内の内部圧力荷重より低く保たれ、極めて脆性高い
内部リングの破壊が避けられる。
第５図は、第３図の２部品構成の成形型に対する外径
D3対内径D0の比に対する接線方向の応力の大きさσｔ対
作動圧力piの比を示す。ここでは、ダイの内周での合計
接線応力に注意を向ける。曲線Ａは金属カーバイドHMの
ダイ及びスチールStのリングの状態を示し、曲線Ｂはス
チール製ダイ及びスチール製リングの状態を示し、曲線
Ｃは、スチール製ダイ及び金属カーバイド製リングの状
態を示す。すべての曲線から、比較的低い接線方向の引
張応力が直径比の増加に従って得られることが解る。実
際には、４乃至６のD3/D0の比が常温流れ成形型で用い
られる。
さらに、異なった接線方向の圧縮応力が材料の組成に
よって発生される。最も大きな応力は金属カーバイドの
ダイ及びプレストレスしたスチールのリングで得られ
る。良好な状態は、両方の部品がスチール製の場合に得
られる。最良の状態は、スチール製ダイが金属カーバイ
ド製リングと組み合わされたときである。この組み合わ
せは従来は提案されていなかった。また、脆性の金属カ
ーバイド自体が比較的低い接線方向の応力に耐えること
ができないので、この組み合わせを製造することもでき
なかった。
しかしながら、もし本発明の３部品構成の成形型を用
いて金属カーバイド製内部リングと半径方向のプレスト
レシング下で内部リングに当接させる外部リングとを組
み合わせると、金属カーバイド製リングは、低い接線方
向の引張応力だけが作業中に生じるように、プレストレ
スできる。このことにより、実際に第５図の曲線Ｃの好
ましい状態を利用できる。スチールが一般に金属カーバ
イドより摩耗抵抗が小さいという事実は欠点とはならな
い。その理由は、同一の条件の下でこの組み合わせの寿
命が金属カーバイド製ダイの成形型の寿命の何倍かにな
るからである。
第６図は、内部リングの壁厚（D2−D1）対成形型の壁
厚（D2−D0）の比に対する接線方向応力σｔ対作動圧力
piの比を示す。曲線Ｅは、３つの部品がスチールStから
成る成形型の比を示す。曲線Ｆは、内部リング４が金属
カーバイド製であり、ダイ２及び外部リングがスチール
製である本発明の成形型１の状態を示す。ダイ２の壁厚
（D1−D0）は成形型の壁厚（D3−D0）の10％である。外
径D3対内径D0の比は５である。同様な曲線が別の寸法に
対して得られる。したがって、本発明の構造はダイの内
周で接線方向の応力をかなり減少でき、高い作動圧力ま
たは複雑なダイの使用を可能にすることが明らかであ
る。
製造方法は、スチールバンドを張力下で内部リングに
巻くことで、内部リングを外部リングにより最初にプレ
ストレスするものである。次に、このリングの組み合わ
せをダイ２に収縮させるだけである。収縮力は、内部リ
ングがプレストレスされているので、無害である。作動
圧力が生じると、プレストレシング力は、内周での接線
方向の応力を十分小さく保つことを保証する。
収縮は、例えば、リングの組み合わせを加熱する等の
任意の所望の公知の方法で行うことができる。しかしな
がら、ダイ及びリングの組み合わせを接触面でわずかに
円錐状にし、軸線方向の押圧力を加えることにより互い
に押し付けることも可能である。
図示のストリップコイルの代わりに、外部リングはプ
レストレシング下で互いに配置した２つまたそれ以上の
個々のリングから成ってもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の成形型の縦断面図である。 第２図は、１部品構成の成形型の応力状態を示す。 第３図は、２部品構成の成形型の応力状態を示す。 第４図は、コイル状ストリップから成る外部リングを持
つ本発明の３部品構成の成形型の応力状態を示す。 第５図は、壁厚比に対する内部リングの接線方向の応力
の関係を示すグラフである。 第６図は、内部リングの壁厚対全体の壁厚の比に対する
接線方向の応力対内部圧力の比の関係を示すグラフであ
る。 １……成形型、 ２……ダイ、 ３……成形キャビティ、 ４……内部リング、 ５……外部リング。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】成形キャビティを有するダイを備え、該ダ
    イが、半径方向の押圧力の下で、前記ダイに当接する内
    部リングと、半径方向の押圧力の下で、前記内部リング
    に当接する外部リングとによって補強された成形型にお
    いて、前記内部リング（４）の材料が、前記ダイ（２）
    及び前記外部リング（５）の材料より高い横弾性率を有
    し、前記内部リング（４）の表面が平滑であり、前記ダ
    イ（２）がスチールよりなり、前記内部リング（４）が
    焼結カーバイトよりなることを特徴とする成形型。
  2. 【請求項２】前記内部リング（４）の材料の弾性率が前
    記ダイ（２）の材料の弾性率の少なくとも1.5倍である
    ことを特徴とする請求項１に記載の成形型。
  3. 【請求項３】前記外部リング（５）が少なくとも２つの
    層から形成されていることを特徴とする請求項１または
    ２に記載の成形型。
  4. 【請求項４】前記外部リング（５）がコイル状ストリッ
    プにより形成されていることを特徴とする請求項３に記
    載の成形型。
  5. 【請求項５】前記内部リング（４）の壁厚が、前記成形
    型全体の壁厚の少なくとも25％であることを特徴とする
    請求項１ないし４のいずれか１項に記載の成形型。
  6. 【請求項６】前記内部リング（４）の壁厚が、前記成形
    型全体の壁厚の30％ないし50％であることを特徴とする
    請求項５に記載の成形型。
  7. 【請求項７】前記外部リング（５）を、半径方向のプレ
    ストレシング状態で、前記内部リング（４）上に取り付
    け、こうして形成された前記外部リング（５）および前
    記内部リング（４）からなる組立体を、前記ダイ（２）
    上に収縮させることを特徴とする請求項１ないし６のい
    ずれか１項に記載の成形型の製造方法。
  8. 【請求項８】前記外部リング（５）を、前記内部リング
    （４）上に収縮させることを特徴とする請求項７に記載
    の成形型の製造方法。
  9. 【請求項９】前記外部リング（５）が、ストリップを、
    前記内部リング（４）上に巻くことにより製造されるこ
    とを特徴とする請求項７に記載の成形型の製造方法。
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