JP3178588U - ドリルねじ成形ダイス - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造機の空打ち発生時に於けるドリルねじ成形ダイスの破損や損傷をより少なくすると共に、厚みが一定で切れ味の良い高品質な切刃を高能率で成形できるようにした成形ダイスを堤供する。
【解決手段】鍛造機のダイスホルダに一対の成形ダイスを挿着固定し、両成形ダイスによりねじ素材の先端部を圧縮変形させてドリル部及びバリ部を形成するようにしたドリルねじ成形ダイスに於いて、当該成形ダイスを、正面視に於いて、成形面の中央部上方に設けた縦方向のドリル部成形溝６と、当該ドリル部成形溝６の片側の外周縁の近傍に沿ってこれと平行に設けたバリ成形溝７と、成形面の上部両側に設けた平面状の上部当り面８ａ、８ｂと、成形面の下部両側に設けた平面状の下部当り面８ｃ、８ｄとから形成する。
【選択図】図３

Description

本考案は、ねじ部とドリル部を備えたドリルねじを製造する鍛造機の改良に関するものであり、特に、ねじ素材の軸部先端にドリル部とバリ部を一体的に形成するドリルねじ成形ダイス形状と、対向せしめた一対のドリルねじ成形ダイス組合せ形態に改良を加えることにより、均一な厚みの切刃縁を備えて優れた穿孔性能を有すると共に、ドリル振れの無いドリルねじの製造ができ、しかも鍛造加工時に於ける成形ダイスの変形や損傷を防止できるようにしたドリルねじ成形ダイスに関するものである。

従前から、鋼材等へ各種部材や機材を取付する場合に、図１１に示すような形態のドリルねじＡが多く利用されている。即ち、当該ドリルねじＡは、例えば棒状のねじ素材１にねじ頭部２とねじ部３とドリル部４とが一体的に形成されており、先端部に形成したドリル部４で鋼材等に孔を穿つと共に、この孔内へねじ部３を螺じ込みすることにより、各種部材や機材を鋼材へ固定するようにしている。

また、上記図１１のドリルねじＡのドリル部４は、先ず、図１２に示すような所謂一組のドリルねじ成形ダイスＢ、Ｂを、図１３に示した鍛造機（パンチ装置）ＣのダイスホルダＣ_１へ着脱自在に固定し、次に、図１４の如きねじ素材１の先端部を両成形ダイスＢ、Ｂの間へ挿入して成形ダイスＢ、Ｂを押圧することにより、ねじ素材１の先端部に、図１５に示す如き凹部４ａ、切刃縁４ｂ、カッティングエッジ４ｃ及びランド４ｄ等から成るドリル部４と、割れ目５ａと突部５ｂ等から成るバリ部５とを押出し形成したバリ付きねじ素材Ｄを製造する。

その後、当該バリ付きねじ素材Ｄを、図１６の如き一対のねじ転造ダイスＥにより転造加工し、ねじ切り部Ｅ_１によるねじ部３の形成と、バリ取り部Ｅ_２によるバリ部５の除去を行うことにより、ドリルねじＡが形成される。

尚、上記一対の成形ダイスＢには、図１７の（ａ）〜（ｄ）に示すように、成形凹部Ｂ_１、切欠凹部Ｂ_２、細幅凹溝Ｂ_３、テーパ面Ｂ_４（Ｂ４ａ〜Ｂ４ｄ）、凹段部Ｂ_５、補強部Ｂ_６等が設けられており、テーパ面Ｂ４ａ〜Ｂ４ｄに設けた細凹溝Ｂ_３により、後述する鍛造加工時にバリ部５の突部５ｂが両側へはみ出す際の滑りを止めることにより、ドリル部４の金属結晶粒子を緻密にして切刃縁４ｂの強度や剛性を増し、穿孔性を向上させるようにしている。

また、前記成形凹部Ｂ_１の上端部の両側に設けた切欠凹部Ｂ_２は，バリ部５に割れ目５ａを形成することにより、ねじ転造ダイスＥのバリ取り部Ｅ_２に於けるバリ部５の除去を容易にするためのものである。

図１８を参照して、両成形ダイスＢを加圧・押圧することにより、塑性加工にて断面円形のねじ素材１の先端部が成形凹部Ｂ_１の断面形状に近い形に成形される。
次いで，テーパ面Ｂ_４に沿って両側へはみ出したバリ部５が、加圧鍛造により両成形ダイスの切刃成形箇所Ｐ_１，Ｓ_１が所定の距離に接近するまで押圧され、図１５に示すような形態のバリ付きねじ素材Ｄが形成される。

その後、前記ねじ転造ダイスＥによる当該バリ付きねじ素材Ｄのねじ部３の転造時に，前記バリ部５が除去されることにより，両成形ダイスの切刃形成点Ｐ_１，Ｓ_１間の間隔に対応する所定の厚さの切刃縁４ｂを有するドリル部４が形成される。

上記図１２及び図１７に記載の成形ダイスＢを用いたドリルねじＡの製造方法及び製造装置は、先に本願考案者によって開発され、実用化されてきたものであり（特公平−２１７号）、穿孔性能の良い高品質なドリルねじＡを高能率で製造することができると言う優れた効用を有するものである。

しかし、上記特公平−２１７号に係るドリルねじＡの製造装置にも未だ解決すべき問題が多く残されており、特に、イ．鍛造機Ｃ（パンチ装置）へのねじ素材１の供給の不具合により、成形ダイスＢの所謂空打ちが発生した場合に，成形ダイス自体に変形や損傷が生じ易く，これによって切刃４ｂの厚みや切れ味が大きく変化すること，ロ．鍛造機Ｃの初期圧造力がねじ素材１のドリル部４の成形部分に集中することにより、鍛造機Ｃのラム推進力の慣性により、ドリル部４の切刃４ｂの鍛造が完了する所謂ラム下孔点の位置が、微妙に変動することになり、結果として、切刃４ｂの刃縁厚みが変動して切れ味が低下し易いこと、及び、ハ．ねじ素材１が細径で且つ長目の場合には、ねじ部３とドリル部４の軸芯が一直線になり難く、所謂ドリル部振れ（ドリル部４の軸線がねじ部３の軸線に対して若干曲がった状態）のあるドリルねじＡが形成され易いこと，等の問題の解決が求められている。

特公平７−２１７号公報

本考案は，従前の鍛造機Ｃにより頭部とねじ部とドリル部とを一体的に形成するようにしたドリルねじの製造に於ける上述の如き問題、即ち、所謂空打ちの発生時にドリルねじ成形ダイスに変形や損傷が生じ易く、これにより、ドリル部の品質が低下すること、ドリル部４の切刃縁の厚みが変動し、ドリル部の切れ味が低下すること、及び、ドリルねじＡに所謂ドリル部振れが起生し易いこと等の問題を解決し、空打ちが生じた場合にも成形ダイスに変形や損傷が生ぜず、切刃縁の厚みが一定で穿孔性能に優れ、しかも、ドリル部の振れの無い高品質なドリルねじを高能率で製造できるようにした、ドリルねじ成形ダイスを提供することを考案の主目的とするものである。

請求項１の考案は、鍛造機のダイスホルダに一対の成形ダイスを挿着固定し、両成形ダイスによりねじ素材の先端部を圧縮変形させてドリル部及びバリ部を形成するようにしたドリルねじ成形ダイスに於いて、当該成形ダイスを、正面視に於いて、成形面の中央部上方に設けた縦方向のドリル部成形溝６と、当該ドリル部成形溝６の片側の外周縁の近傍に沿ってこれと平行に設けたバリ成形溝７と、成形面の上部両側に設けた平面状の上部当り面８ａ、８ｂと、成形面の下部両側に設けた平面状の下部当り面８ｃ、８ｄとを備えた構成としたことを特徴とするものである。

請求項２の考案は、請求項１の考案に於いて、バリ成形溝７を横断面形状が三角形で成形面側に開口した形態のバリ形成溝７としたものである。

請求項３の考案は、請求項１の考案に於いて、ドリル部成形溝６の下方先端部の他側の外周縁の近傍に、当該外周縁に沿ってこれと平行に細凹溝Ｂ_３を設けるようにしたものである。

請求項４の考案は、請求項１の考案に於いて、成形面の前記ドリル部成形溝６の外周辺部をテーパ面Ｂ_４としたものである。

請求項５の考案は、請求項１の考案に於いて、成形ダイスを、ドリル部４及びバリ部５の形成加工の完了時に、横断面視に於いて、一方の成形ダイスの切刃縁成形箇所Ｐ_１を、他方の成形ダイスのバリ形成溝７の開口の内側近傍に対向させ、一方の成形ダイスの切刃縁成形箇所Ｐ_１と他方の成形ダイスの切刃縁成形箇所Ｓ_１の対向位置にずれを持たせて、一対のダイスホルダに組付け固定するようにしたものである。

請求項６の考案は、請求項１の考案に於いて、成形ダイスを、ドリル部４及びバリ部５の形成加工完了直前に於ける鍛造機のラム機構の加圧推進力を、成形面の下方に設けた両下部当り面８ｃ、８ｄと、ドリル部成形溝６内のねじ素材１の中芯部の外周面（Ｑ）との３点により、分散支持するようにした成形ダイスとしたものである。

請求項７の考案は、請求項１の考案に於いて、鍛造機のダイスホルダに設けた同芯治具Ｃ_２により上方部を保持固定したねじ素材１の先端部を、圧縮変形させてドリル部及びバリ部を形成するようにしたものである。
また、請求項８に記載の考案は、請求項１の考案に於いて、上部当り面８ａ、８ｂを四角形の当り面に、また、下部当り面８ｃ、８ｄを長方形の当り面にし形成するようにしたものである。

本考案に係る成形ダイスでは、成形面８の四隅に平面状の当り面８ａ〜８ｄを設けると共に、バリ成形溝７を断面が三角形の広幅開口を有する溝とし、且つ両成形ダイスの成形面の対向する切刃縁成形箇所Ｓ_１、Ｐ_１の位置を、僅かにバリ成形溝７の内側方向へ予めづらせた状態の組合せとしている。その結果、空打ちが生じた場合でも、両成形面の切刃縁成形箇所Ｓ_１、Ｐ_１が直に衝突して損傷することが無くなると共に、前記衝突等により生ずる成形ダイスの歪みが防止されることにより、切刃縁成形箇所Ｓ_１、Ｐ_１の間隔が一定となり、厚みの一定な切れ味の良い高品質な切刃４ｂが形成される。

本考案のドリルねじ成形ダイスの概要を示す斜面図である。 ドリルねじ成形用ダイスを挿着した鍛造機（パンチ装置）の概要を示す斜面図である。 本考案に係るドリルねじ成形ダイスの正面図である。 組合せしたドリルねじ成形ダイスの図３のイ−イ視拡大断面図である。 一対のドリルねじ成形ダイス間で鍛造成形されたねじ素材の先端部の形状を示す正面図である。 ドリル部を形成した時点（ラム下死点位置）に於ける組合せしたねじ成形ダイスの要部拡大断面図である。 本考案に係るドリルねじ形成ダイスによるドリル部の鍛造加工説明図である。 除去されたバリ部の正面図である。 バリ部５を離脱除去後の切刃縁の破断面図である。 ドリル部振れの無いドリルねじの正面図（ａ）及び側面図(ｂ)である。 従前のドリルねじの正面図である。 一対の成形ダイスの斜面図である。 鍛造機（パンチ装置）の斜面図である。 ねじ素材の正面図である。 バリ付きねじ素材の正面図である。 ねじ転造ダイスの斜面図である。 成形ダイスの一例の概要を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は左側面図である。 図１７の成形ダイスを用いた鍛造機Ｃによるドリル部の形成時の断面概要図である。

以下、図面に基づいて本考案の実施形態を説明する。
尚、以下の図１〜図１０に於いて、前記図１１〜図１８と同一の部位、部材には、これと同じ参照番号を付すものとする。
図１は、本考案に係るドリルねじ成形ダイスＢの概要を示す斜面図であり，図２は当該ドリルねじ成形ダイスＢをダイスホルダＣ_１に挿着固定した鍛造機（パンチ装置）Ｃの概要を示す斜面図である。

上記鍛造機Ｃとしては、ねじ成形ダイスＢを押圧する左右のラム機構（図示省略）及びバックラッシュが零の高速割出機構（図示省略）を備えた所謂高速ドリルポイント鍛造機が使用されており、後述するように、ねじ成形ダイスＢを押圧するラム機構の所謂下死点位置に於いて、ドリル部４の切刃４ｂが鍛造成形されることになる。

また、当該鍛造機Ｃには、長目のドリルねじＡを形成する場合に、ねじ部３とドリル部４の軸線が一直線のドリルねじＡを形成するために、同芯治具Ｃ_２が鍛造機Ｃに、キーＣ_３をキー溝Ｃ_３内へ挿入して固定ねじＣ_５を絞め込むことにより着脱自在に取り付けされる。

尚、ドリルねじＡを鍛造成形するこの種高速ドリルポイント鍛造機Ｃそのものは公知であるため、ここではその詳細な説明は省略する。

前記図１に示したドリルねじ成形ダイスＢは、図３に示すような正面形状を有しており、当該図３の如き正面形状を有する一対の成形ダイスＢの成形面８、８の間でねじ素材１の先端部を鍛造成形することにより、ねじ素材１の先端部に、図５に示す状態のドリル部４及びバリ部５が形成される。

図３を参照して、ドリルねじ成形ダイスＢは、図１に示す如く横断面が長方形の短柱状に形成されており、その長方形状の正面側の成形面８には、前記図１７等に示した従前の成形ダイスＢと同様に、ドリル部成形溝６（成形凹部Ｂ_１）、切欠凹部Ｂ_２、細幅凹溝Ｂ_３、テーパ面Ｂ_４（Ｂ_４ａ〜Ｂ_４ｄ）、凹段部Ｂ_５等が形成されている。

また、本考案の成形ダイスＢには、成形面８の上端部の両側（ボス部Ｂｏの上端両側）に四角形で平面状の上部当り面８ａ、８ｂが、また、下端部の両側に長方形で平面状の下部当り面８ｃ、８ｄが、夫々設けられており、更に、従前の細幅凹溝Ｂ_３に代えて、断面が三角形状の比較的広幅のバリ成形溝７が、ドリル部形成溝６の外周部の片側即ち、図３に示すように、外周線の左側の半分の部分に沿って設けられている。

尚、本考案に於いては、従前の細幅凹溝Ｂ_３に対応するバリ成形溝７が、三角型の横断面形状に形成されており、その前面側開口は、前記従前の細幅凹溝Ｂ_３よりも広幅に形成されている。

図４及び図５は、一対のドリルねじ成形ダイスＢ，Ｂにより、ドリル部４を鍛造成形した時点に於ける両成形ダイスＢ・Ｂの組合せ状態を示す横断面概要図であり、両成形ダイスＢ、Ｂは、両者の各当り各当り面８ａ〜８ｄが接当した時（即ち、鍛造機Ｃのラム機構が下死点に到達して、ドリル部４及びバリ部５が鍛造形成された時）に、各切刃縁成形箇所Ｓ_１、Ｐ_１が対向する成形ダイスＢのバリ成形溝７の前方開口の内側側部に位置するように、ダイスホルダＣ_１に組付け固定されている。

即ち、鍛造機Ｃの空打ちが発生し、衝撃により成形ダイスＢ、Ｂに若干の歪みが生じたとしても、各切刃縁成形箇所Ｓ_１・Ｐ_１が成形ダイスへ直に衝突することが皆無となる。

また、図６は、ねじ素材１の先端部にドリル部４及びバリ部５を鍛造成形したあと、一方の成形ダイスＢを除いた状態を示す正面図であり、バリ部５には割れ目５ａ及び突部５ｂが形成される。

次に、本考案に係るドリルねじ成形ダイスの作用について説明する。
図７は、ドリルねじ成形ダイスを用いたドリル部４及びバリ部５の鍛造成形の説明図であり、ねじ素材１としては、金属石鹸又は樹脂皮膜を形成した素材を使用するのが望ましい。
先ず、頭部２を形成した皮膜付きのねじ素材１を両ダイスＢ、Ｂ間に挿着し、鍛造機Ｃのラム機構を作動、推進させて所定の加圧力を加える（図（ａ））。

加圧当初は、剪断箇所Ｓ_１による剪断変形にバリ部５の形成加工（剪断加工と呼ぶ）が行われ（図（ｂ）），バリ成形溝７内にバリ部５が充満された状態になると、剪断加工から鍛造加工に切り換り（図（ｃ））、鍛造加工によりバリ部５が更に張り出しした時点で，鍛造加工が完了する（図（ｄ））。

尚、図（ｅ）は、ねじ転造ダイスによるねじ切加工時にバリ部５が離脱された後のドリル部４の断面形状を示すものである。
また、図８は、ねじ転造加工時に、前記ねじ転造ダイスＥによりドリル部４から離脱、除去されたバリ部５の正面図である。

本考案に係るドリルねじ成形ダイスＢでは、成形ダイスのボス部Ｂｏに四角型で平面状の上部当り面８ａ、８ｂ及び長方形で平面状の下部当り面８ｃ、８ｄを夫々設けると共に、バリ成形溝７を断面が三角形の広幅開口を有するバリ成形溝とし、更に、鍛造加工時に、一方のバリ成形溝７と対向する他方の切刃縁成形箇所Ｐ_１をバリ成形溝７の開口内側縁近傍に位置させて、切刃縁成形箇所Ｓ_１と切刃縁成形箇所Ｐ_１とが直に衝突しないように、両成形ダイスＢ、Ｂを配設組合せするようにしている（図４、図５参照）。

その結果、万一空打ち等が生じた場合にも、両者の切刃縁成形箇所Ｐ_１、Ｓ_１が直に衝突して変形，破損をしたり、或いは、両刃縁成形箇所Ｐ_１、Ｓ_１間の間隔が成形ダイスの歪み等により大きく変化することがなく、結果として、切刃縁４ｂの厚さＷが揃った高品質で切れ味のよいドリル部４が形成される。

また、ドリルねじ成形ダイスＢの上下の四隅に四角形または長方形の当り面８ａ〜８ｄを設けることにより、鍛造機Ｃの圧造力が、ねじ素材１の先端部（ドリル部４及びバリ部５の形成部）のみに集中されずに、鍛造機Ｃのラム機構が下死点に到達する手前から、両方の下部当り面８ｃ、８ｄとねじ素材下部の外周面Ｑの３点に分散して受け止められることになり、結果として、ラム機構の推進力の慣性が減少してラム下死点位置が安定することになり、切刃縁４ｂの厚みが均一化されることになる。

更に、切刃縁成形箇所Ｓ_１、Ｐ_１による剪断加工と、切刃縁成形箇所Ｓ_１とＰ_１の間の鍛造加工とによって、ドリル部４及びバリ部５が形成されるため、剪断加工時にダイスＢに加わる加圧負荷が少なくなり、ダイスＢの変形の危険性が減少する。

その上、切刃縁の鍛造加工に至る迄はダイスＢに大負荷が掛からないため、鍛造機Ｃのラム機構の推進力が円滑に成形ダイスへ伝達されることになり、これにより厚みの均一な切刃縁４ｂが形成されることになる。

表１は、図３に示した成形ダイス（上部当り面８ａ、８ｂと下部当り面８ｃ、８ｄを設けた成形ダイス）と、下部当り面８ｃ、８ｄを設けていない成形ダイスを使用した場合との、切刃縁４ｂの厚みＷ（切刃縁の厚みＷ）を測定した結果を示すものである。

尚、使用したねじ素材１の径は３．３８ｍｍφであり、ドリルねじの呼び径ＳＴ４．２、ドリル径３．４０ｍｍφ、切刃縁厚みＷ０．０８ｍｍのドリルねじＡの製作を目的として試験をしたものである。
また、図９は、バリ部５を離脱させた後の切刃縁の破断面を示すものであり、一様な厚さＷの高品質な切刃４ｂを形成できることが判る。

図１０は鍛造機Ｃに前記同芯治具Ｃ_２を取付した場合には、ねじ素材１の長さ寸法が大きい場合でもねじ素材１の軸芯を垂直状に安定支持することができ、所謂ねじ振れの無いドリルねじＡを成形することができる。

このように、本考案に係るドリルねじ成形ダイスは優れた実用的効用を奏するものである。

本考案は、リーマ付きドリルねじ等の特殊な形態のドリルねじの製作にも使用できるものである。

Ａ ドリルねじ
Ｂ ドリルねじ成形ダイス
Ｂ_０ ボス部
Ｂ_１ 成形凹部
Ｂ_２ 切欠凹部
Ｂ_３ 細幅凹部
Ｂ_４（Ｂ４ａ〜Ｂ４ｄ） テーパ面
Ｂ_５ 凹段部
Ｂ_６ 補強部
Ｃ 鍛造機（パンチ装置）
Ｃ_１ ダイスホルダ
Ｃ_２ 同芯治具
Ｃ_３ キー溝
Ｃ_４ キー
Ｃ_５ 固定ねじ
Ｄ バリ付きねじ素材
Ｅ ねじ転造ダイス
Ｅ_１ ねじ切り部
Ｅ_２ バリ取り部
１ ねじ素材
２ 頭部
３ ねじ部
４ ドリル部
４ａ 凹所（フルート部）
４ｂ 切刃縁
４ｃ カッティングエッジ
４ｄ ランド
５ バリ部
５ａ 割れ目
５ｂ 突部
６ ドリル部成形溝（Ｂ１）
７ バリ成形溝
８ 成形面
８ａ〜８ｂ 上部当り面
８ｃ〜８ｄ 下部当り面
Ｓ_１ 切刃縁成形箇所（剪断・鍛造箇所）
Ｐ_１ 切刃縁成形箇所Ｓ１と対向する切刃縁成形箇所
Ｑ ねじ素材下端部の中芯点

Claims (8)

1. 鍛造機のダイスホルダに一対のドリルねじ成形ダイスを挿着固定し、両成形ダイスによりねじ素材の先端部を圧縮変形させてドリル部及びバリ部を形成するようにしたドリルねじ成形ダイスに於いて、当該成形ダイスを、正面視に於いて成形面の中央部上方に設けた縦方向のドリル部成形溝（６）と、当該ドリル部成形溝（６）の片側の外周縁の近傍に沿ってこれと平行に設けたバリ成形溝（７）と、成形面の上部両側に設けた平面状の上部当り面（８ａ）、（８ｂ）と、成形面の下部両側に設けた平面状の下部当り面（８ｃ）、（８ｄ）と、を備えた構成としたことを特徴とする成形ダイス。
2. バリ成形溝（７）を、横断面形状が三角形であって成形面側に開口したバリ形成溝（７）とした請求項１に記載の成形ダイス。
3. ドリル部成形溝（６）の下方先端部の他側の外周縁の近傍に、当該外周縁に沿ってこれと平行に細凹溝Ｂ_３を設けるようにした請求項１に記載の成形ダイス。
4. 成形面の前記ドリル部成形溝（６）の外周辺部をテーパ面（Ｂ_４）とした請求項１に記載の成形ダイス。
5. 成形ダイスを、ドリル部（４）及びバリ部（５）の形成加工の完了時に、横断面視に於いて、一方の成形ダイスの切刃縁成形箇所Ｐ_１を他方の成形ダイスのバリ形成溝（７）の開口の内側近傍に対向させ、一方の成形ダイスの切刃縁成形箇所Ｐ_１と他方の成形ダイスの切刃縁成形箇所Ｓ_１の対向位置にずれを持たせて、一対のダイスホルダに組付け固定するようにした請求項１に記載の成形ダイス。
6. 成形ダイスを、ドリル部（４）及びバリ部（５）の形成加工の完了直前に於ける鍛造機ラム機構の加圧推進力を、成形面に設けた下部当り面（８ｃ）、（８ｄ）とドリル部成形溝（６）内のねじ素材（１）の下部の外周面（Ｑ）の３点により分散支持するようにした成形ダイスとした請求項１に記載の成形ダイス。
7. 鍛造機のダイスホルダに設けた同芯治具（Ｃ_２）により上方部を保持固定したねじ素材１の先端部を、圧縮変形させてドリル部及びバリ部を形成するようにした請求項１に記載の成形ダイス。
8. 上部当り面（８ａ）、（８ｂ）を四角形の当り面に、また、下部当り面（８ｃ）、（８ｄ）を長方形の当り面にした請求項１に記載の成形ダイス。

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