JP2651047B2 - 成形工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ダイとこのダイの周囲を取り囲むプレスト
レスされたリングとを有する成形工具に関する。

この種の成形工具は、冷間押出し加工に用いることが
できる。このダイは、例えば、鋼、特に焼結された硬い
金属により構成されている。

背景技術 この種の成形工具は、例えば独国特許公報（DE 38 34
996 C2）に示されているように、冷間押出し加工に用
いられ、ダイは、円柱形であり、さらに、プレストレス
されたリングにより加えられたプレストレスにより、内
部からの過度の圧力により生じるダイの可塑化、疲労又
は破損を防止するようにしている。

ワークピースの押出し加工に用いられるダイは、断面
及び軸方向において多角形のものが多く、そのため、ダ
イは、180度より小さい角度を形成する２つの内側面の
遷移部を有する。

このように構成された従来の成形工具では、ダイの内
側の遷移部の領域において、応力集中や、ダイ材料の降
伏点を越える大きな引っ張り応力が周期的に作用するこ
とが生じたり、クラックや疲労破壊が生じることもあ
る。

このため、このような従来の成形工具の使用寿命は、
短くなっている。このため、米国特許第3,810,382号明
細書には、ダイを取り囲むバンドによりダイをプレスト
レスすると共に複数の部品によりダイを構成し、使用寿
命を長くしたものが開示されている。しかしながら、こ
の米国特許明細書に開示されたものは、高価であり、そ
の点で問題である。

上記のクラックや疲労破壊は、ワークピースが低い値
（通常はゼロ）から急激に高い値に変形する際に、ダイ
の半径方向の力を受ける領域で生じることがある。例え
ば、ダイ内にワークピースが位置し、このワークピース
の押出機が作用する端面が、ダイの内側が円柱形の場合
さえも、ダイの内側に接触しているので、このワークピ
ースの端面のレベルが、このように急激に変化する。

発明の開示 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
のであり、一体形のダイが用いられた場合に、ダイ内側
の遷移部での比較的高い応力によりダイが破壊されるこ
とがない成形工具を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明の成形工具は、プ
レストレスされたリングによりダイに加えられる半径方
向応力が、180度以下の内角を形成するように連続して
形成されたダイの２つの内側面の遷移部の領域におい
て、若しくはワークピースがダイ上で半径方向に変形し
ている際にこのワークピースにより加えられる圧力が小
さい値から大きい値へ突然に変化する遷移部の領域にお
いて、遷移部に接近する領域よりも小さくなるように、
プレストレスされたリングが構成されたことを特徴とし
ている。

このように構成することにより、曲げプレストレスが
遷移部に生じ、これにより、クラックの形成が妨げられ
る。

ダイ又はプレストレスされたリングが円柱形の場合、
これらの両者の結合は、熱収縮により行われる。この場
合、プレストレスされたリングが加熱されるか又はダイ
が冷却され、その後、プレストレスされたリングがダイ
の周りに押し込まれる。

プレストレスされたリングとダイとの係合面は、円柱
形であることが好ましい。これにより、両者の結合が軸
方向の力により容易となり、圧力ばめが得られる。

プレストレスされたリングとダイとの２つの係合面の
少なくとも１面が、所望の圧力分布に従って機械加工さ
れることが好ましい。これに代えて、又はこれに加え
て、ダイ及び／又はプレストレスされたリングの材料特
性が、所望の圧力分布に従って選択される。これによ
り、遷移部の領域における半径方向の力が最適となる。

従来の鋼のシュリンク・リングを用いた場合、半径方
向のプレストレスの分布を10％−15％より大きく修正す
ることは、実際上不可能である。

しかしながら、プレストレスされたリングを、同軸を
有する少なくとも２つのリングにより構成することによ
り、半径方向のプレストレスの分布を10％−15％より大
きく修正することができる。このため、これらのプレス
トレスされたリングの少なくとも一方を補強バンドによ
り取り囲むように構成する。これにより、プレストレス
されたリングの使用寿命が長くなる。更に、全体的な補
強が、50％−70％強化され、この結果、プレストレスの
分布の修正量の増大が可能となり、その最大値が、最小
値の約75％−125％となり得る。

このようにして、プレストレスされたリングと補強バ
ンドとの２つの係合面の少なくとも１面が、所望の圧力
分布に従って機械加工されことが好ましい。

さらに、ダイとプレストレスされたリングとの間に配
置された中間チューブの内側又は外側、若しくはこの中
間チューブに隣接するダイの外側を、所望の圧力分布に
従って機械加工することが可能である。この中間チュー
ブにより、組み立て時や押出加工時に生じる大きな圧力
に起因する有害な影響を少なくすることができる。

全ての場合において、係合面を、研磨等の超仕上げす
ることが可能である。これにより、所望のプレストレス
分布を正確に合致させることができる。

プレストレスされたリングを、交互に材料特性の異な
る領域を有するように構成することも可能である。特
に、プレストレスされたリングを、異なる材料剛性及び
／又は異なる半径方向寸法を有する複数のリングから構
成することも可能である。このようにして、簡単に、所
望のプレストレス分布を形成することが可能となる。

図面の簡単な説明 図１乃至図３は、異なる内部形状を有するダイに適用
された本発明の異なる実施例の軸方向断面を示す斜視図
である。

図４は、本発明の原理を説明するための成形工具の軸
方向断面図である。

図５乃至図13は、本発明の成形工具の異なる実施例を
示す縦断面図である。

図14乃至図16は、本発明の成形工具のダイとプレスト
レス・リングとの異なる係合面の展開図である。

発明を実施するための最良の形態 図１に示すように、成形工具は、プレストレスされた
リング２（以下、プレストレス・リング２という。）内
にダイ１を含んでおり、これらのダイ１とプレストレス
・リング２の係合面は、円錐形である。ダイ１の内側に
は、円柱形の第１の内側面４とこの第１の内側面４とこ
の第１の内側面４と連続する円錐形の第２の内側面５が
形成され、これらの内側面4,5は、180度より小さい内角
を形成している。これらの第１の内側面４と第２の内側
面５との間に、円周エッジの形態で遷移部３が形成され
る。この円錐形の第２の内側面５は、更に、エッジ部６
で円柱形の第３の内側面７へと変化し、これらの２つの
内側面5,6により、180度より大きい内角を形成する。ダ
イ１とプレストレス・リング２とは、補足的なコーン角
度を持つ円錐形の係合面を形成し、圧力ばねにより互い
に保持される。

このような成形工具は、円錐形状に段さのついたワー
クピースや内側面７の径に対応する径を持つ円柱形のワ
ークピースを冷間押出し加工により形成するために使用
され得る。

図２に示された成形工具は、図１に示されたものと以
下の点が異なるのみである。即ち、ダイ1aの内側形状が
矩形であり、ダイ1aの内側面８がエッジにより形成され
た遷移部９で90度の角度を持って集まるように形成され
ている。

丸いスラグ（slug）はその両端面からピストンにより
圧縮されるが、このような丸いスラグが、このような成
形工具のダイ1aの中へ導入され得る。このようにして、
ネジが切られる多角形ナット部品を製造することができ
る。

図３に示された成形工具は、図１に示されたものと、
図２のものと同様に、ダイ1bの内側形状が異なるのみで
ある。即ち、ダイ1bの内部形状の上部が６角形であり、
この工具の場合も、同様に、内側面は180度より小さい
内角を形成し、更に、エッジにより形成された遷移部９
で60度となっている。この遷移部９は、面取により丸く
形成するようにしてもよい。この成形工具を使用して、
部分的に丸くまた部分的に６角形形状のワークピース
を、冷間押出し加工により成形することができる。

図４は、図１に示された成形工具における発明の基礎
的原理を概略的に示した図である。本発明によれば、プ
レストレス・リング２が、以下のように形成されてい
る。即ち、プレストレス・リング２によりダイ１に加え
られる半径方向プレストレス（図４において平行な矢印
で示されている）が、連続して形成された２つの内側面
4,5の遷移部３の領域において、この遷移部３に近接す
る領域よりも小さくなるように、プレストレス・リング
２が形成されている。これにより、図４の矢印11,12で
示すような曲げプレストレスが遷移部３の周りに生じ、
この結果、この曲げプレストレスが作用することによ
り、遷移部３と一致する面内に生じる応力を軽減され、
更に、この遷移部３の領域での応力集中によるクラック
の形成が妨げられる。

このようなプレストレスの分布を変化させるための実
施例が以下の図５乃至図13により示される。

図５に示された実施例においては、ダイ１の円錐形の
外側面に接するプレストレス・リング２の円錐形の内側
面の遷移部３の領域に、例えば研削等の機械加工によ
り、円周方向溝13が形成されている。この円周方向溝13
の半径方向の深さは、遷移部３のレベル即ち遷移部３の
半径方向面内で最大となり、軸方向において連続的に減
少する。プレストレス・リング２は、この溝13の領域で
ダイ１に対してより少ない半径方向応力を作用させるこ
とになり、これにより、ダイ１に作用するプレストレス
は、溝13の領域で最少となり、溝13の外部で最大とな
る。プレストレス・リング２には、シート状の金属バン
ドである補強バンド14がその周りを取り囲むようにして
設けられている。これにより、プレストレス・リング２
の使用寿命が長くなる。このようにして、ダイ１の補強
が50％−70％増大し、これは最大値が最少値の75％−12
5％となる所望のプレストレスの大きさに対応してい
る。この補強バンド14の周りには、アクター・リング15
が設けられており、ハウジングを形成している。

図６に示された実施例においては、図５に示されたも
のと、溝13がプレストレス・リング２ではなくダイ１の
外側に形成された点が異なるのみである。

図７に示された実施例は、図６に示されたものと、以
下の点においてのみ異なっている。即ち、中間チューブ
16が、ダイ１とプレストレス・リング２の間でダイ１に
対して収縮固定されている。ダイ１と中間チューブ16と
の接触面は、円柱形であり、中間チューブ16の外側は、
プレストレス・リング２との接触面と補足的なコーン角
度を持ち、溝13が形成されている。従って、ダイ１は、
肉厚を薄くすることができる。

図８に示された実施例においては、図７に示されたも
のと、溝13が中間チューブ16の外側ではなく内側に形成
された点が異なるのみである。

図９に示された実施例においては、図７と図８に示さ
れたものと、溝13が、中間チューブ16の外側でも内側で
もなく、ダイ１の外側に形成された点が異なるのみであ
る。

全ての実施例において、溝13の半径方向深さは、１ミ
リメートルの数100分の１乃至数10分の１にすぎず、図
面においては誇張されて大きく描かれている。

図10に示された実施例は、図５に示されたものと、以
下の点においてのみ異なっている。即ち、プレストレス
・リング２は、３つの軸方向に接する領域17,18及び19
を有している。これらの各領域17,18及び19は、交互に
異なる材料特性を有し、別々のリングとして形成され
る。ここで、アウター・リング17,18は、中間領域18よ
り大きな剛性又は硬さを有する。これにより、プレスト
レスの分布は、図４に示されたものと同様となる。

図11に示された実施例は、図５に示されたものと、以
下の点においてのみ異なっている。即ち、プレストレス
・リング２は、半径方向内側領域20と半径方向外側領域
21を有し、これらの領域20,21は、異なる材料特性を有
している。領域20,21は、リング形状であり、半径方向
内側のリングが半径方向外側リングより大きな剛性を有
し、領域20,21の係合面は、断面台形状であり、この台
形の平行な２辺の長い方が半径方向外側に位置し、さら
に台形は、等しく配置されている。

図12に示された実施例は、図10に示されたものと、以
下の点においてのみ異なっている。即ち、プレストレス
・リング２の中間領域18の外径が他の領域17,19の外径
よりそれらの厚みの半分だけ小さく形成されている。さ
らに、補強バンド14が、軸方向に接する３つの円周方向
を取り囲むバンド22,23及び24に分割されている。ここ
で、中間バンド23は、外側のバンド22,34より、その内
径が小さくなっている。

図13に示された実施例は、図10に示されたものと、以
下の点においてのみ異なっている。即ち、プレストレス
・リング２は、５つの軸方向組み合わせ領域17,18,19,2
5及び26を有し、これらの各領域は、交互に異なる材料
特性を有する。ここで、中間領域25,25は、軸方向外側
の領域17,19の間に設けられ、これらの中間領域25,26
は、中間領域18より剛性が大で硬く、外側領域17,19よ
り剛性が小である。

図14は、図３に示された実施例におけるプレストレス
・リング２の内側面の展開図を直交座標で示したもので
ある。この直交座標において、Δγは、半径方向外向き
の円柱形面の偏差を示し、ｚは、プレストレス・リング
２の軸方向を示し、φは、円周方向を示している。この
図14に示されているように、プレストレス・リング２に
は、その半径方向内側面に凹部27（Δγの方向により、
図14ではこの凹部27が隆起領域又はハンプ（humps）と
して示されている）が形成されている。この凹部27は、
遷移部９と10の交点におけるダイ1bのコーナーの１つに
対向するように形成されており、ダイ1bにおける合計８
個の凹部27のうち、２個のみが示されている。逆に言え
ば、凹部27の間の領域は、谷間として表され、ダイ1bの
遷移部９に対向している。

図15に展開図として示された表面は、図５に示された
実施例におけるプレストレス・リング２の半径方向内側
面に対応している。ここで、溝13は、Δγの符号によ
り、ハンプ（hump）として示されている。

図16に示されたプレストレス・リング２の内側面は、
図２のダイ1aの構成に対応している。各遷移部９は、ｚ
軸方向に延びる凹部28（波状のハンプ）を有している。
即ち、ダイ1aは矩形のソケットであるため、４つの凹部
28が存在するが、その内の２つのみ示されている。

図15に示された表面が、例えば、図６に示されたダイ
１に適用可能である。ただし、図15のΔγの方向は逆と
なる。

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイ（1;1a;1b）と、このダイの周囲を取
   り囲むプレストレスされたリング（２）とを有する成形
   工具において、 上記プレストレスされたリング（２）により上記ダイ
   （1;1a;1b）に加えられる半径方向応力が、（ａ）180度
   以下の内角を形成するように連続して形成されたダイの
   ２つの内側面（4,5;8;5,8）の遷移部（3;9,10）の領域
   において、若しくは（ｂ）ワークピースがダイ上で半径
   方向に変形している際にこのワークピースにより加えら
   れる圧力が小さい値から大きい値へ突然に変化する遷移
   部の領域において、上記遷移部に近傍する領域よりも小
   さくなるように、上記プレストレスされたリング（２）
   が構成されたことを特徴とする成形工具。
2. 【請求項２】上記プレストレスされたリング（２）とダ
   イ（1;1a;1b）とが複数の面により係合されており、こ
   れらの複数の係合面が、円錐形であることを特徴とする
   請求項１記載の成形工具。
3. 【請求項３】上記プレストレスされたリング（２）とダ
   イ（1;1a;1b）との２つの係合面の少なくとも１面が、
   所望の圧力分布に従って機械加工されていることを特徴
   とする請求項１又は請求項２記載の成形工具。
4. 【請求項４】上記プレストレスされたリング（２）の材
   料特性が、所望の圧力分布に従って選択されることを特
   徴とする請求項１又は請求項２に記載の成形工具。
5. 【請求項５】上記プレストレスされたリング（２）が、
   同軸を有する少なくとも２つのリングにより構成されて
   いることを特徴とする請求項１、請求項２及び請求項４
   のいずれか１項に記載の成形工具。
6. 【請求項６】上記プレストレスされたリング（２）が、
   補強バンド（14）により取り囲まれていることを特徴と
   する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の成形
   工具。
7. 【請求項７】上記プレストレスされたリング（２）と補
   強バンド（14）との２つの係合面の少なくとも１面が、
   所望の圧力分布に従って機械加工されていることを特徴
   とする請求項６記載の成形工具。
8. 【請求項８】上記ダイ（１）とプレストレスされたリン
   グ（２）との間に配置された中間チューブ（16）の内側
   又は外側、若しくはこの中間チューブ（16）に隣接する
   ダイ（１）の外側が、所望の圧力分布に従って機械加工
   されていることを特徴とする請求項１に記載の成形工
   具。
9. 【請求項９】上記プレストレスされたリング（２）が、
   交互に材料特性の異なる領域（17−19;20,21;17−19,2
   5,26）を有することを特徴とする請求項１請求項２及び
   請求項４乃至７の何れか１項に記載の成形工具。
10. 【請求項１０】上記プレストレスされたリング（２）
    が、異なる材料剛性及び／又は異なる半径方向寸法を有
    する複数のリング（17−19;20,21;17−19,25,26）から
    構成されていることを特徴とする請求項９記載の成形工
    具。