JP3694597B2 - 冷間鍛造用金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、冷間鍛造用金型に係り、より詳しくは据込み加工用金型としてより好適なダイクッション装置を備えた可動金型と、据込み加工する素材を固く把持するダイスを有する固定金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷間鍛造加工は、燐酸皮膜処理法を利用するようになって、熱間で鍛造加工していた圧縮加工や、成形にも冷間で加工されるようになった。これらの加工は、素材の形とは全く異なったものとなることが大きな特徴である。したがって、塑性変形に伴う残留応力、異方性、析出硬化、材質改善ができることも大きな特徴である。さらに、押出し、鍛造などは多くの場合高い圧縮力を一方向あるいは密閉した型で全面に与えるので、静水圧効果による延性増加があり、工具強度さえ充分であればきわめて高い加工度までの加工が可能である（「図解 プレス加工辞典」昭和４５年５月３０日初版 日刊工業新聞社発行 編者 宮川 松男 第１６２頁冷間鍛造の項抜粋）。
【０００３】
また、金型としては、「プレス型設計資料集」（昭和40年6月1日日本工業技術振興協会発行 発売元 株式会社オーム社書店 第6章 冷間圧縮圧造プレス型の設計資料 5．製品設計に対する考慮 第1９８頁参照）によれば、頭付き部品加工のための工程分割の例として、三度打ち、すなわち図7で示すようなビレット（以下、単に素材という）Ｓをダイス５１の孔Ｈに挿入し、ついでパンチ５２ａ、５２ｂ、５２ｃによってＰ方向に荒押し、中押し、仕上げ押しというように、据込み加工されることが開示されている。
【０００４】
図7の図示からも理解できるが、素材Ｓを孔Ｈに挿入する待機の工程、ついで荒押し、中押し、仕上げ押しの各工程でのダイス５１の据込み部５０は、仕上がり予定の臼のような半球形状になっていて、孔Ｈも一定の直径である。パンチ５２ａは荒押し、パンチ５２ｂは中押し、パンチ５２ｃは仕上げ押しと、その加工目的に応じて形状を変化させて、夫々は一方向（Ｐで示す方向）に圧縮据込み加工している。そして、その加工は、固定盤（ボルスター）側にダイス５１を等間隔に並列してロータリー式に回転させて、可動盤（スライド）側に設けた荒押し、中押し、仕上げ押しのパンチ５２ａ、５２ｂ、５３ｃで夫々を効率よく順次加工されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、素材Ｓを孔Ｈに挿入した後、該素材の一方向から孔Ｈの方向（Ｐ方向）へ、据込み部５０に向かってプレス押圧するから、据込まれる材料の一部は、該素材Ｓを挿入できる程度の隙間を孔Ｈに有しているので、その隙間にも据込むように材料が逃げ、軸Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃというように加工がすすむにつれて軸径が僅かながら太くなっていき、孔Ｈに対してぴったりと嵌め合わされるようになってくる。従って、製品とした後の放出のとき、ノックアウト装置に思いがけない押圧力を負荷することもあり、このようなときは、工程内のトラブルとしてあらわれてくる。そして、仕上がり時の軸Ｓｃの太さの精度を要求されるようなとき、前記材料の逃げは製品のムラとして表れ、品質管理上の安定性に欠ける。
【０００６】
すなわち、孔Ｈに素材Ｓを挿入するための隙間があるため、製品精度に影響を与え、また、軸Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃと据込むに従い軸径が変化し、孔Ｈに対して嵌め合わされるように固く結合され、ノックアウト装置の能力も大きなものを必要とするだけでなく、固い結合は焼入れした硬い金型を破損させることもあるので、これらの問題を解決しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、可動金型側で、パンチを組み込み一体型としたパンチケースはピストンと連結され、スライドガイド及び上ホルダーに組み合わされて油圧室を形成させ、そして、パンチピンはピン受を介して取付板に上ホルダーとともに取付けられ、パンチケースはピン受と一体のパンチガイドを案内として、かつ、該パンチはパンチピンを案内として前記ピストンの摺動を可能に構成し、該パンチケース及びパンチはダイスと接触して押圧し、前記油圧室の設定圧力より大きな圧力が作用したとき該油圧室の作動油を逃し、前記パンチケース及びパンチの移動を停止し、前記パンチピンが素材端を押圧するようにしたことを第1の特徴としている。
【０００８】
また、固定金型におけるダイスは割型として、その割ダイスの相互の切断面をばねで連係して互いに向かい合った切断面に対向して付勢され、他方、割型としたダイスの一個の背面側の中心線上で一個のガイドピンを植立するとともに、截頭円錐形状の臼状としたガイドに前記ピンを案内するガイド溝を設け、前記ばね付勢した割ダイスをガイドピンとガイド溝を基準として上ガイドから組み込まれ、押えリングを固着することによって該割ダイスは拡開状態で押えリング側で停止でき、かつ、可動金型の下降に基づき割ダイスは前記ガイドのテーパー面に沿って縮小し、素材を把持面で挟持することを第2の特徴としている。
【０００９】
さらには、前記の可動金型内に設けた油圧室は、該可動金型がプレス下死点に達する前に、素材を固定金型の割ダイスが把持したとき、ダイクッション装置として据込み加工をし易くしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本実施例は、従来例で説明した頭付部品の荒押し工程の場合を例としている。図1はプレス機械の上死点（型開き）、図2はプレス機械の下死点（型締め）、図3はプレス機械が作動し始めた直後と下死点に達する直前を夫々半断面図で表したもので、本実施の形態は、主として図1及び図4、図5並びに図6を用いて説明する。また、図1ないし図3は、可動金型１及び固定金型２を夫々横型プレス機械に取付けた状態になっているが、実施にあたっては縦型のプレス機械を使用しているので、可動金型1（図面では左）側を上側、固定金型2（図面では右）側を下側と呼ぶことにする。
【００１１】
可動金型１は、パンチ３を一体に固着したパンチケース４は、ピストン6と連結され、上ホルダー８と補助ホルダー９を連結するとともに、上ホルダー８のピストン６との嵌合部１６，１７にＯリングまたはパッキングのようなシール部材を設置して、油圧室７を形成している。その油圧室には配管１１によって作動油を供給可能にしてあり、図示していないが、油圧回路にはリリーフ弁やサージタンク及びポンプなどを設置して、油圧室７に一定の作動油を供給し、一定圧以上の圧力がパンチ３またはパンチケース４に作用したときは、その作動油は戻されるように構成してある。また、パンチ３の中央は素材Ｓを案内する孔３ｈがあり、その下端側は大きく面取りしたような広くなった据込み部が形成され、パンチ３及びパンチケース４の外端面は面一に整えてある。さらに、孔３ｈに臨むようにパンチピン５がピン受１２のパンチガイド先端でカラー１４によって固着され、ピン受１２は上ホルダー８の中央になるよう取付板１０にボルト１８…１８によって固定されている。図中、１５はパンチケース４の摺動のためのストローク空間、４１は後述する固定金型２との嵌め合うための内径であり、１９はパンチケース４とピストン６とを連結するボルト（以下、連結、固定手段としてボルトを使用しているが、ボルトの説明は省略する）である。
【００１２】
固定金型２は、下ホルダー２４に上ガイド２２、下ガイド２３、受台２５が夫々嵌め合わされて一体化（上ガイド２２と下ガイド２３とを一体的に製作してもよい）固着され、下部にはノックアウトピン３１のガイドカラー２６と、素材Ｓを挿入保持するカラー２７が夫々同様に固着されている。ガイドカラー２６を別体としたのは、素材Ｓの長さが変わったとき、または、この部分で太さを大きくしたいときにカラー２７、場合によってはガイドカラー２６も設計変更に応じることができるようにしたもので、受台２５と一体に切削加工しても差し支えはない。そして、上ガイド２２と下ガイド２３の穴内面２２ａ、２３ａは截頭円錐形状のテーパーの臼状になっていて、その一箇所に一条のガイド溝２２ｂ、２３ｂを設けてある。また、下ガイド２２の最下位置で、その穴内面２３ａとぴったりと内接して一致する截頭円錐形に切削されたダイス２１を四等分に分割して割ダイス２１とし、その割ダイス２１の一個の背面側の中心線上にガイドピン２９を固く打ち込んで、さらに四等分にした切断面２１ａ、２１ｂの対称位置に一個のブロック状とした割ダイス２１の夫々に孔２１ｈ、２１ｈをせん孔してその相対向する孔２１ｈ、２１ｈにばね３０を合計八箇所に挿入し、前記したガイドピン２９をガイド溝２２ｂに嵌まり込むように位置合わせしながら臼状の穴内面２２ａに沿って、割ダイス２１の上面を押えリング２８で押え込み、その押えリングをボルト（図示せず）で固く締め付けて固定する。割ダイス２１，２１，２１，２１は、ばね３０が互いに切断面２１ａ、２１ｂを押圧するように付勢されているから、互いに反発しあってＸ、Ｘ方向に押すからＷ方向に上昇して、押えリング２８と密着した状態で上ガイド２３上方に位置している。四等分した割ダイス２１は縮小して切断面２１ａと２１ｂとが密着することで従来例で説明した据込み部５０と、その下方には把持面２１ｕによって孔Ｈが形成される。
【００１３】
上述可動金型１において、油圧室７を設け油圧を利用した理由は、油圧は回路調整によって空圧よりも設定圧力を幅広く選定できることにある。また、固定金型２におけるダイス２１を四つ割りとしたのは、ダイス２１の拡開手段としてばね３０によって相互に対向する切断面２１ａ、２１ｂに互いにその直角方向に付勢するようにしたこと、及び分割数が多くなるほど把持面２１ｕが幅狭くなるので破損や磨耗の原因になり易いので、四つ割り型としている。そして、ガイドピン２９を割ダイス２１の一箇所とし、ガイド溝２２ｂ、２３ｂの一条としたのは、割ダイス２１が互いにばね３０によって釣合いを保って摺動して縮小、または、拡開するからその作動を円滑にさせるようにしたものである。
【００１４】
【実施例】
図１は、固定金型２がボルスタープレート（図示していない）に、可動金型１はスライドプレート（図示していない）に夫々金型１，２の中心を位置合わせして取付けられ、その位置合わせは補助ホルダー9の内径４１と、上ガイド２２の外径４０とを噛み合わせて行えるようにしてあり、プレス機械における上死点（型開き）の状態を表している。代わって、図２では、プレス機械における下死点（型締め）の状態であって、この可動金型１及び固定金型２とで据込み部Ａを据込んだ様子が理解できるようにしたものである。この上死点から下死点（さらに、下死点から上死点）への１ストロークの作動を図３とともに詳述する。
【００１５】
まず、可動金型１の油圧室７には一定圧力とした作動油が供給されてピストン６を押し下げている。従って、その中心部でピン受１２の先端にあるパンチガイド１３に案内されるパンチケース４、パンチ３下端は補助ホルダー９よりも突出した状態になっている。そして、固定金型２は、割ダイス２１が切断面２１ａ、２１ｂ相互をばね３０，３０によって互いに連係して付勢されているので、ガイド溝２２ｂに案内されているガイドピン２９によって位置決めされ、上ガイド２２の上方に割ダイス２１の上面が押えリング２８の内面側に接触して停止した状態にある。その中央下部のカラー２７に素材Ｓが挿入される（図１）。
【００１６】
ついで、プレス機械の操作盤のスイッチ（図示していない）が入れられ、スライド下降に伴って可動金型１は下降をし始めると、パンチケース４の下面と割ダイス２１の上面が接触（図３ 上半断面図参照）し、さらに、下降してパンチケース４が割ダイス２１を押圧するから、上ガイド２２、下ガイド２３のガイド溝２２ｂ、２３ｂにガイドピン２９が案内されて、臼状のテーパーとなった穴内面２２ａ、２２ａをばね３０，３０は圧縮されながら割ダイス２１は滑るようにスライドして中心方向Ｙ、Ｙ（図４）に縮小し、切断面２１ａ、２１ｂが相互に密着状態になり、従来例で説明した据込み部５０と孔Ｈを形成するようになっている。
【００１７】
すなわち、把持面２１ｕは、素材Ｓを相対向する把持面２１ｕ同士で中心となる該素材に向かって縮小し、かつ、素材Ｓはパンチ３の孔３ｈに誘い込まれるように進入するとともに、上ガイド２２の外径４０と補助ホルダー９の内径４１とが噛み合うように嵌合されて中心を維持しながら、素材Ｓを把持面２１ｕで挟持するから、素材Ｓは割ダイス２１によって固定される（型閉 図３下半断面図参照）。さらに、下降し、パンチ３、パンチケース４はピストン６に負荷を伝達することとなるから、油圧室７の設定圧力以上の圧力が伝達されるので作動油は戻され（逃がす）、ピン受け１２がパンチガイド１３とともにパンチケース４内を案内としてパンチピン５を押圧し、該パンチピンは素材Ｓの上端と接触・押圧して、該素材を据込み部Ａの位置（図２）に据込む（型締め）。このパンチピン５を作動のとき、上ホルダー８と補助ホルダー９とはともに下降して、その補助ホルダー９の内径４１と上ガイド２２の外径４０とが噛み合って嵌合状態になり、据込み部Ａの中心を保持するようにしている。
【００１８】
据込みが終了すると、前述の反対に作動することになるが、まず、図２のプレス下死点（型締め）から型閉状態になり、さらに上昇することによって、割ダイス２１上面とパンチ３、パンチケース４とが離れようとするが、割ダイス２１の切断面２１ａ、２１ｂに装着されたばね３０、３０により、穴内面２３ａ、２２ａに内接するＸ、Ｘ方向（図４、図５）に押圧するから、そのテーパーに摺動させられるようにＷ方向に上昇して、前記パンチ３、パンチケース４とともに追従するように割ダイス２１を拡開して、押えリング２８の内面に割ダイス２１上面が当接して停止され、パンチケース４との接触は断たれる。他方、上昇が開始されると、型締め、型閉の状態が一気に開放状態になるから、油圧室７の作動油は補充され、図１のように可動金型１は上死点（型開き）位置を保持して１ストロークは終了する。
【００１９】
本実施例は、従来例における荒押しを例としてパンチ３、パンチピン５を図示説明したが、パンチ３の先端の据込み形状及びパンチピン５の長さを据込みに必要な長さに設計変更することで、荒押しに続いて中押し及び仕上げ押しの加工もでき、また、固定金型２をロータリー式に回転できるようにして、例えば、（１）素材挿入、（２）荒押し、（３）中押し、（４）仕上げ押し、（５）製品取り出し、（６）待機（固定金型内清掃）→（１）へ、というような組み合わせ工程によって製造の効率化を図ることも可能である。
【００２０】
この固定金型２において、割ダイス２１をテーパーの穴内面２２ａ、２３ａを案内としているので、特に素材Ｓを把持面２１ｕで挟持したときは、素材Ｓに対して楔効果を発揮し、パンチ３、パンチケース４を通じてピストン６に荷重を伝達して可動金型内の油圧室７はダイクッション装置として作用する。そして加工が終了し可動金型１を上昇せしめたとき、成形された素材Ｓをノックアウト３１で僅かに押し上げると、挟持した把持面２１ｕが素材から離れていく（割ダイス２１が上昇）。または、カラー２６、２７を押上げて楔効果を解きほぐすように、一般的なプレス機械下部に装着されたダイクッション装置（図示していない）と連係させて、押し上げるようなことも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、可動金型に設けたパンチケースとパンチはピストンと連結され、該ピストンは上ホルダーとで油圧室を構成し、その油圧室に一定圧力の作動油を供給しているから、プレス作動によって可動金型が下降してダイスとパンチが接触、ダイス側からパンチ側へと供給している作動油の圧力以上の圧力が伝達されたとき、可動金型全体は下降を続けてはいるが、前記作動油は油圧室から戻されて、パンチケース、パンチの移動は停止され、代わってパンチピンがパンチケースを案内として下降し、素材上端とパンチピン先端が接触・押圧して据込みでき、プレス下死点での大きな力を有効に利用して、据込み力として得られる。
【００２２】
そして、固定金型におけるダイスは、四つ割型としたので、その切断面に対向するようにばね付勢することによって、上ガイド、下ガイドに接触させてスライドでき、素材を中心として把持面で挟みつけるように該素材を隙間なく押し付け把持するから、据込んだ素材を把持面で形成される孔内に材料の一部を逃したりすることなく、パンチ及びパンチケースが上昇するのに追従して、割ダイスは上昇・拡開しながら素材と割ダイスは分離する。
【００２３】
さらには、前記可動金型内に設けた油圧室は、素材が割ダイスの把持面で固く保持されたとき、その締付け力の上昇に従って、油圧室の作動油供給回路中に設定した圧力よりも上昇し、該作動油を逃がすようにしているので、前記の油圧室はダイクッション装置として作用する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可動金型及び固定金型のプレス上死点における断面図。
【図２】プレス下死点における可動金型及び固定金型の断面図。
【図３】プレス作動１ストローク途中の可動金型及び固定金型の関係を示す断面図。
【図４】本発明の割ダイスを説明する正面図。
【図５】割ダイスの半断面側面図。
【図６】下スライドの上面図。
【図７】従来例の据込み金型と工程図。
【符号の説明】
１ 可動金型
２ 固定金型
３ パンチ
４ パンチケース
５ パンチピン
６ ピストン
７ 油圧室
８ 上ホルダー
９ 補助ホルダー
１０ 取付板
１２ ピン受
１３ パンチガイド
２１ （割）ダイス
２１ａ，２１ｂ 切断面
２１ｕ 把持面
２２ （上）ガイド
２２ｂ ガイド溝
２３ （下）ガイド
２３ｂ ガイド溝
２８ 押えリング
２９ ガイドピン
３０ ばね
Ｓ 素材
Ａ 据込み部

Claims (2)

1. 可動金型にはパンチピンとパンチとを有し、固定金型にはダイスを備えて、前記可動金型が該固定金型と圧接するプレス下死点で、前記パンチ及びダイスの夫々の端部で形成される据込み隙間に、前記パンチピンで素材端部を押圧して該素材を据込み加工する冷間鍛造用金型において、
   前記パンチを一体に固定したパンチケースはピストンと連結され、該ピストンは上ホルダーと組み合わされて油圧室を形成して組立てられ、
   前記パンチはピン受を介して上ホルダーとともに取付板に固定され、上記パンチケースは前記ピン受と一体のパンチガイドを案内として、かつ、前記パンチはパンチピンを案内として上記ピストンの摺動を可能に構成し、上記パンチケース及びパンチはダイスと接触して押圧し、前記油圧室に設定した圧力よりも大きな圧力が伝達されたとき作動油を逃がし、前記パンチケース及びパンチの移動を停止して、前記パンチピンが素材端を押圧することを特徴とする冷間鍛造用金型。
2. 固定金型のダイスは四つ割型として、その相互の切断面をばねで連係して互いの切断面に対向して付勢され、四つ割としたダイスの一つの背面の中心線上で一個のガイドピンを植立するとともに、截頭円錐形状の臼状としたガイドに前記ピンを案内するがイド溝を設け、前記ばねによって連係した割ダイスを前記ガイド溝に前記ガイドピンを案内として組み込み、押えリングを固着することによって該割ダイスは拡開状態で該押えリング側で停止でき、かつ、可動金型の下降に基づき前記割ダイスは前記ガイドのテーパーに沿って縮小して把持面で素材を挟持することを特徴とする請求項１記載の冷間鍛造用金型。

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