JP3550492B2 - 鍛造加工用押込みポンチ - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、円柱状素材からカップ状部材を押出し加工により成形する工程において、前記素材の押出し側と反対側の面に浅い穴をあける加工に用いる鍛造加工用の押込みポンチに関する。
【0002】
【従来の技術】
円柱状素材からリング状部品を鍛造で製造する場合、通常図4に示すように、円柱状素材M(同図I)に押出し加工を施してカップ状部材A(同図II)に先ず成形し、次にこのカップ状部材Aの底部Bを打ち抜く(同図III )ことによりリング状部品C(同図IV)に成形している。
【0003】
そして、円柱状素材Mの前記押出し加工によって、図4(II)に示すようなカップ状部材Aに成形する際、次工程である同図(III )の底部Bを打ち抜く加工において、被打ち抜き部材A’の端面側にバリが発生しないようにするために、素材Mの押出し側とは反対側の面に浅い穴Dをあけている。
【0004】
この浅い穴Dをあける穴あけ加工には、従来図5に示すような押込みポンチ1が使用されている。すなわちこの押込みポンチ1は、前記リング状部材Cの外径とほゞ同じ径の大径部2と、その先端部に前記浅い穴Dと同じ径ならびに穴深さに対応した高さの凸部3を有する一体型のものである。
【0005】
この一体型の押込みポンチ1では、前記大径部2と円柱状素材Mに穴Dをあける前記凸部3とは、そのつなぎ部4が滑らかな円弧でつながっていること、更にはつなぎ部4に粗加工時に発生した切削条痕跡を残さない平滑な表面に仕上げることが必要である。もし、つなぎ部4が滑らかな円弧でつながっていないと、鍛造時に前記つなぎ部4で大きな応力の不連続が発生し(応力集中する)、早期に割れが発生することになり、また切削条痕跡が残留している場合にも凸部3が大径部2から欠け落ち、短寿命で且つ寿命が大きくばらつくことになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような欠点をなくすため、従来は前記つなぎ部4の加工には細心の注意が払われているが、加工上の種々の制約から前記条件を満たしていないのが現状である。すなわち、前記一体型の押込みポンチ1を製造するには、まず旋削で粗加工し、熱処理後研磨等の精密加工で所定の寸法に仕上げるとゝもに、粗加工でポンチ表面に発生した鋭利な切削条痕(切削の刃物で付いた溝)を取り除いて平滑な表面に仕上げるが、この表面仕上げ時において、大径部2と凸部3とのつなぎ部4は間口が狭く、かつ円弧状であるため研磨しにくい。その結果、切削条痕を取り残すことが多くなり、このつなぎ部4に残留した切削条痕の影響で先端部の凸部3が大径部2から欠け落ちる現象が発生し、短寿命で且つ寿命が大きくばらつく、といった問題点があった。
【0007】
また、上記のようなカップ状部材Aの成形には図6に示すような冷間鍛造装置を使用するが、この装置で使用する部材のうち磨耗が激しい工具は、鍛造中に素材Mと直接接触し且つ大きな負荷を受ける押込みポンチ1,ダイス5,押出しポンチ6であるが、通常ダイス5は押込みポンチ1や押出しポンチ6と比較してその寿命は遙かに長い。しかし、上述したような従来の一体型の押込みポンチ1では、その大径部2の断面積はダイス成形部の断面積とほぼ同じであり、また寿命向上のために耐圧強度の高い材質を用いているため、大径部2そのものの強度はかなり高い。
【0008】
そこで、押出しポンチ6が破壊したり、素材Mがダイス5の成形部内で押出しポンチ6またはダイス5と焼き付いた場合は、素材けりだしスリーブ7またはその下方に位置し素材けりだしスリーブ7を押し上げるピン8がうまく機能せず、素材Mのダイス5からのけりだし不良が発生するが、これが素材Mの自動搬送装置を使用した連続鍛造の場合には、ダイス5に素材Mが入ったままの状態で次の素材がダイスに運ばれてきて鍛造される、いわゆる素材Mが2個以上ダイス5に入った状態で鍛造されてしまうことになる。
【0009】
このような場合、図7に示すように、前記ダイス5と押込みポンチ1,押出しポンチ6等の金型間の隙間、つまり素材鍛造空間は素材1個分しかない。そのため、素材Mを2個以上同時に鍛造すると金型内で素材が過充満となり、素材変形部や圧力の逃げ場が無くなって鍛造荷重が設計荷重以上に急増し、高価なダイスとポンチが破損することになる。すなわち、素材2個を同時に鍛造しても、耐圧強度の高い材質で形成された押込みポンチ1はなかなか破損せず、突ききってしまうことが多い。そのため、ダイス5は過大な内圧のために割れたり、押込みポンチ1が座屈して、ダイス5内にはめ合わされている大径部2の径がふくれ、その圧力によって高価なダイスに欠損が発生する、といった問題点がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するために成されたもので、素材の自動送り装置を用いた連続鍛造中に、通常の鍛造状態では従来と同等もしくはそれ以上の寿命が得られ、且つ不意のトラブルで素材2個打ち状態になったときに、まずポンチスリーブ部が破損することによって高価なダイスの破損を防止できるものを提供することを目的としたものであり、その要旨は、先端部の外径がダイス成形部の内径とほゞ同じ大きさのポンチスリーブ部と、素材に浅い穴をあける前記ポンチスリーブ部内に装着したインサートポンチ部とからなり、該インサートポンチ部の先端が前記ポンチスリーブ部の先端より前記浅い穴の深さと同じかもしくはそれ以上突出してなる構成とした一体型の押込みポンチであって、前記ポンチスリーブ部を前記ダイスよりも圧縮強度の低い材料で形成するとゝもに、前記インサートポンチ部を前記ポンチスリーブ部より耐圧強度の高い材料で形成したことを特徴とする鍛造加工用押込みポンチにある。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図1乃至図3に示す実施例及び前記図7により詳細に説明すると、発明者は、円柱状素材Mを前方押出し加工によってカップ状素材Aを成形する際、図7の鍛造初期に示すように、鍛造中の素材Mはまず押込みポンチ1の小径な凸部3と接触する。そしてこの状態で押込みポンチ1が更に所定位置まで下降することによりカップ状部材Aが成形されるとゝもに、素材Mの押出し側と反対側の面に浅い穴Dがあけられるが、同図の鍛造終了に示すように、先端の凸部3とつながる大径部2の端面部2Aとカップ状部材Aとは、鍛造終了時になっても部分的にしか接触していないことを見出した。
【0012】
すなわち、鍛造中の押込みポンチ1の先端表面にかかる負荷の大部分は、その先端部の凸部3に作用しており、該凸部3と円弧のつなぎ部4を介して連続する大径部2の端面部2Aには比較的小さな負荷しかからないことが、素材変形状態を詳細に観察した結果わかった。このことから、大径部2の端面部2A自体は凸部3ほど耐圧縮強度を必要としないことを見いだし、このような観察結果から本発明が成されたものである。
【0013】
そこで本発明では、図1及び図2に示すように、押込みポンチ11を、先端部の外径がダイス成形部の内径とほゞ同じ大きさとしたポンチスリーブ部12と、該ポンチスリーブ部12内に装着したこれとは別部材からなるインサートポンチ部13とから構成した。
【0014】
そして、このインサートポンチ部13の先端13Aは前記ポンチスリーブ部12の先端12Aより突出しており、突出したこの先端13Aで円柱状素材Mに前記浅い穴Dをあけるように形成した。したがって、先端13Aの前記ポンチスリーブ部12の先端12Aからの突出長さHは、素材Mにあける前記穴Dの深さと同じかもしくはそれ以上突出しており、また先端13Aの外径Rは前記穴Dの内径と同じ大きさとした構成のものである。
【0015】
そして更に、前記インサートポンチ部13の方がポンチスリーブ部12より耐圧強度の高い材料で形成されている。すなわち、インサートポンチ部13の材質は、鍛造中の経時変化による径の増加を最小限にするために高い降伏応力を持ち、かつヤング率の大きな材質であることが必要であり、例えば超硬合金等が望ましい。一方、前記ポンチスリーブ部12の材質は、不測のトラブルで素材Mが2個打ち状態になったときに、先ずポンチスリーブ部12が破損するようにすること、通常ダイス5が超硬合金製であること等から、それより圧縮強度の低い材料であることが必要であり、例えば高速度鋼等が望ましい。
【0016】
なお、種々制約で超硬合金が使えない場合や、金型費用の面からインサートポンチ部13やポンチスリーブ部12に高速度鋼を使用する場合にも、インサートポンチ部13はポンチスリーブ部12より耐圧強度の高い材料を用いる。この場合でもインサートポンチ部13の材質は高い降伏応力を持ち、かつヤング率の大きな材質のものであることが必要である。
【0017】
そこで、図6に示すような冷間鍛造装置に、従来の押込みポンチ1に代えて本発明に係る押込みポンチ11を使用した場合の作用について説明するに、ダイス5の成形部5Aに入れられた円柱状素材Mは下降する押込みポンチ11により圧縮力が加えられる。この際、図3の鍛造初期図に示すように、素材Mはインサートポンチ部13の先端13Aと接触し、前記ポンチスリーブ部12の先端12Aとは接触しない。
【0018】
この状態が維持されながら押込みポンチ11が更に所定位置まで下降すると、前記素材Mはダイス5の成形部5Aと押出しポンチ6の成形部6Aとの空間部に押し出されて、図3の鍛造終了に示すように、カップ状部材Aが成形されるとゝもに、素材Mの押出し側と反対側の面、すなわち底部Bの上面にはインサートポンチ部13の先端13Aにより浅い穴Dがあけられる。このとき、前記ポンチスリーブ部12の先端12Aと素材Mとは部分的にしか接触していない。
【0019】
この押出し加工時において、前記インサートポンチ部13は鍛造時に圧縮荷重を受けて長手方向に縮みかつ径が膨れる。このインサートポンチ部13の径の膨れによってポンチスリーブ部12が押されて内圧が発生することになり、前記ポンチスリーブ部12が破損するおそれがある。しかし、このインサートポンチ部13は鍛造中の経時変化による径の増加を最小限にするために高い降伏応力を持ち、かつヤング率の大きな材質で形成されているため、前述のような不測の事態の発生を防止することができる。
【0020】
そして押出し成形後は、従来と同様に、前記押込みポンチ11が上昇してダイス5の成形穴5Aから引き出された後、前記カップ状部材Aは前記けり出し部材7により前記ダイス5の成形部5Aから外部に排出される。また、素材自動搬送装置を用いた連続鍛造中には、押出しポンチ6の破損やダイス5内で素材Mが焼付く現象等で、けり出し時にピン8が破損する等の事態で該素材Mをダイス5からけり出せない状態のまま次の素材がダイスに運ばれてきて鍛造される状態、いわゆる素材Mが2個以上ダイス5に入った状態で鍛造が行われる場合があるが、金型内には素材1個分の空間しかないので、ダイス内で素材は変形の逃げ場を失ってポンチスリーブ部12に強く突き当たることになる。
【0021】
このような事態が発生した時、上記したように、前記ポンチスリーブ部12はインサートポンチ部13の圧縮強度より低い材料で形成されており、またダイス5は十分な補強がなされているため、前記ポンチスリーブ部12が他の金型より先に破損して、その破片がポンチスリーブ部12の周囲の広い空間に落下して、インサートポンチ部13とダイス5との間に隙間ができる。従って、インサートポンチ部13が前進しても、素材Mは前記ダイス5とインサートポンチ部13との間にできた隙間へ押し出されるため鍛造荷重が極端に上昇せず、ダイス5およびインサートポンチ部13は破損しない。
【0022】
上記のように、押込みポンチ11をインサートポンチ部13とポンチスリーブ部12との2部材で構成することによって、長寿命となり、また、不測に発生したトラブルで素材2個打ち状態となった場合でも、最初にポンチスリーブ部12が破損して高価なダイス5の破損を防止することができる。なお、前記従来の一体型押込みポンチ1では、寿命が凸部3の欠落により2万個から5万個程度であったものが、本発明に係る押込みポンチ11では、ポンチスリーブ部12は割れで5万個程度の寿命となり、またインサートポンチ部13は摩耗により20万個程度以上の長寿命となった。
【0023】
【発明の効果】
本発明に係る鍛造加工用押込みポンチは、上記のように、先端部の外径がダイス成形部の内径とほゞ同じ大きさのポンチスリーブ部と、素材に浅い穴をあける前記ポンチスリーブ部内に装着したインサートポンチ部とからなり、該インサートポンチ部の先端が前記ポンチスリーブ部の先端より前記浅い穴の深さと同じかもしくはそれ以上突出してなる構成とした一体型の押込みポンチであって、前記ポンチスリーブ部を前記ダイスよりも圧縮強度の低い材料で形成するとゝもに、前記インサートポンチ部を前記ポンチスリーブ部より耐圧強度の高い材料で形成したものであるから、従来例のように凸部と大径部とのつなぎ部に残留した切削条痕の影響により、前記凸部が大径部から欠け落ちる現象が発生せず、寿命が安定して長寿命となる。また前記ポンチスリーブ部の耐圧強度がインサートポンチ部より低く設定されていることによって、素材自動搬送装置を用いた連続鍛造中に不意のトラブルで素材2個打ち状態となった場合でも、まずポンチスリーブ部が破損して金型内に素材の余肉部を逃す隙間が生じるため、金型内の内圧が上がらず高価なダイスの破損を防止することができる、といった諸効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る鍛造加工用押込みポンチの斜視図である。
【図2】同押込みポンチの半裁縦断面図である。
【図3】鍛造加工初期と鍛造加工終了時の断面図である。
【図4】リング状部品の加工工程説明図である。
【図5】従来の鍛造加工用押込みポンチの半裁縦断面拡大部分図である。
【図6】鍛造装置の要部説明正面図である。
【図7】従来の押込みポンチによる鍛造加工初期と鍛造加工終了時の断面図である。
【符号の説明】
5 ダイス
5A 同成形部
6 押出しポンチ
6A 同成形部
7 素材けりだしスリーブ
8 ピン
11 押込みポンチ
12 ポンチスリーブ部
12A 同先端
13 インサートポンチ部
13A 同先端
A カップ状部材
B 同底部
C リング状部材
D 穴
H 突出長さ
R 外径
Claims (1)
- 先端部の外径がダイス成形部の内径とほゞ同じ大きさのポンチスリーブ部と、素材に浅い穴をあける前記ポンチスリーブ部内に装着したインサートポンチ部とからなり、該インサートポンチ部の先端が前記ポンチスリーブ部の先端より前記浅い穴の深さと同じかもしくはそれ以上突出してなる構成とした一体型の押込みポンチであって、前記ポンチスリーブ部を前記ダイスよりも圧縮強度の低い材料で形成するとゝもに、前記インサートポンチ部を前記ポンチスリーブ部より耐圧強度の高い材料で形成したことを特徴とする鍛造加工用押込みポンチ。
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