JP3853226B2

JP3853226B2 - 深孔穿孔パンチ

Info

Publication number: JP3853226B2
Application number: JP2002025873A
Authority: JP
Inventors: 邦雄武田; 優一長尾; 忠康三瓶
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP2003225730A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間後方押出しにより素材に孔明け加工を行う際、パンチの自己ガイド性を向上させ、パンチの長寿命化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷間後方押出し鍛造により素材に孔明け加工を行うような穿孔パンチとして、先端部から基端部まで均一な径のパンチや、先端部に１〜５ｍｍ程度の成形ランドを残し、それ以外の箇所を小径にして逃げ部にしたようなパンチが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、素材に深孔を穿設する場合、前者のように等径のパンチで加工すると、摩擦抵抗が大きくなりすぎるという問題があり、後者のように先端部の成形ランド以外の箇所を逃げ部にして素材に接触しないようにすると、自己ガイド性がなくなって加工時に孔の曲りが生じやすくなり、また、パンチが座屈しやすくなって早期破損を招き易くなるという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は、パンチにかかる摩擦抵抗を減らすとともに、精度の良い深孔を加工出来るようにし、また、パンチの長寿命化が図れるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、先端部に大径の成形ランドが形成され、基端側に成形ランドより小径の逃げ部が形成される冷間後方押出し用の深孔穿孔パンチにおいて、成形ランドと逃げ部の間に、成形ランドより小径で且つ逃げ部より大径のガイド部を形成するようにした。
【０００６】
このように成形ランドと逃げ部の間に、成形ランドより小径で逃げ部より大径のガイド部を設け、このガイド部を素材の成形孔に接触させることにより、パンチの先端部を支持するようにすれば、パンチの両端が支持された状態になり、自己ガイド性が向上して、孔の曲りやパンチの剛性低下による座屈等を避けることができる。
また、逃げ部ではパンチが素材に接触しないため、摩擦抵抗が増えすぎるような不具合がない。
【０００７】
また本発明では、パンチの成形ランドの直径をＤ（ｍｍ）、パンチの面圧をσ（ｋｇ／ｍｍ²）、パンチのヤング率をＥ（ｋｇ／ｍｍ²）、パンチのポアソン比をＭ、マージンをα（ｍｍ）とした場合に、ガイド部の半径を、成形ランドの半径より０．００５〜σＤＭ／２Ｅ（ｍｍ）小さい径にし、また、逃げ部の半径を、成形ランドの径よりσＤＭ／２Ｅ＋α（ｍｍ）小さい径にするようにした。
【０００８】
ここで、σＤＭ／２Ｅ（ｍｍ）という値は、パンチ先端面で素材を押圧しながら孔明けする際、パンチの半径が横に膨らむ量であり、理論上、ガイド部の半径が成形ランドの半径より丁度σＤＭ／２Ｅ小さくなるような値にすると、成形孔の径とガイド部の径が一致することになる。
このため、ガイド部の径は、σＤＭ／２Ｅ（ｍｍ）より小さく、また０．００５（ｍｍ）より大きい値とし、加工中、ガイド部が素材の成形孔に適度な力で接触するようにして、パンチの倒れ防止や方向性を持たせると同時に、大きな摩擦抵抗にならないようにする。ここで、０．００５（ｍｍ）という値は経験値であり、これ以下にすると、パンチのガイド性や方向性が損なわれるような値である。
また、逃げ部の径は、素材Ｗの成形孔に接触させないため、σＤＭ／２Ｅにマージン量を勘案して、σＤＭ／２Ｅ＋α（ｍｍ）小さくする。このαも経験値等により決定する。
【０００９】
また本発明では、パンチにかかる側面荷重／下面荷重比をｎ、塑性変形に伴い素材に生じる抵抗面圧をσ₀（ｋｇ／ｍｍ²）とした場合に、パンチ先端からガイド部末端までの距離ＬをｎπσＤ／４σ₀（ｍｍ）に設定し、ｎを０．３〜１にするようにした。
ここでＬを長くし過ぎると、成形孔に接触するガイド部の接触領域が増えて摩擦抵抗が増大し、Ｌを短くし過ぎると、成形孔に接触するガイド部の接触領域が減って、パンチの横ずれや方向性等を正しく規制することができない。このため、上記式により適切な長さに設定する。
【００１０】
この際、パンチにかかる側面荷重／下面荷重比ｎが０．３〜１の範囲であると、加工中のパンチの自己ガイド性が適切に得られ、しかも摩擦力も軽減出来る。ここで、ｎ＝１は、パンチにかかる側面拘束荷重と下面荷重が同一であることを意味し、ｎが１であると、パンチを押し込む際にパンチの方向性を正しく規制できるものと思われるが、ｎを１以上にすると、パンチにかかる側面拘束荷重が下面荷重より大きくなって、パンチの自己ガイド性の点からは無駄が生じるようになるとともに、摩擦抵抗が増えすぎて好ましくない。
一方、ｎ＝０．３は、パンチにかかる側面拘束荷重が下面荷重の３割（約１／３）であることを意味し、ｎを０．３以下にすると、側面拘束荷重が不足してパンチの自己ガイド性が損なわれるようになる。
このため、ｎを０．３〜１の範囲に設定する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る深孔穿孔パンチが適用される鍛造型の一例を示す説明図で、左半分は加工前の状態図、右半分は加工後の状態図、図２はパンチの拡大図、図３はパンチ先端部の諸元等を説明するための拡大図、図４はパンチの座屈荷重を示す説明図である。
【００１２】
本発明に係る深孔穿孔パンチは、冷間後方押出しにより素材に深孔を形成する際、一回の工程で精度の良い深孔の穿孔が行われるようにしており、素材の成形孔によりパンチの先端部をガイドしながら、両端支持の状態で孔明け加工が出来るようにされている。
【００１３】
そこで、本発明に係る深孔穿孔パンチが適用される鍛造型１について説明すると、図１に示すように、下型２の受圧板３によって支持されるダイス４に対して、上型５の主ホルダ６に分割ホルダ７で保持されるパンチ８が上下動自在にされており、ダイス４の中央部には、素材Ｗを収容するためのダイス孔９が設けられ、このダイス孔９の上方の開口部１０には、ガイドブッシュ１１が挿入自在にされるとともに、ダイス孔９の下方の受圧板３には、カウンタノックアウトパンチ１２が設けられている。
【００１４】
そして、ガイドブッシュ１１には、パンチ８を挿通せしめてパンチ８外周部をガイドし得るようなガイド孔が形成され、素材Ｗに孔が明けられるまでの当初の間において、パンチ８の先端部をガイドして、パンチ８の座屈限界を高めるようにしている。
尚、上型５の主ホルダ６の周囲には、安全カバー１５が設けられている。
【００１５】
パンチ８は、図２に示すように、先端部に大径の成形ランドＡを備えており、この成形ランドＡに隣接して、成形ランドＡよりやや小径のガイド部Ｂが形成されるとともに、このガイド部Ｂに隣接して、ガイド部Ｂより小径の逃げ部Ｃが形成されている。
【００１６】
そして、前記ガイドブッシュ１１は、焼き嵌めによって逃げ部Ｃに嵌め込まれており、その内径は、逃げ部Ｃの径より若干大きい径で、且つ、少なくとも成形ランドＡの外径より小さい径とされている。このため、ガイドブッシュ１１は、逃げ部Ｃの外周部を摺動自在にされ、また、パンチ８を引上げる際には、ガイドブッシュ１１の内径が、ガイド部Ｂまたは成形ランドＡの端部に係合して、一緒に引上げられるようにしている。
【００１７】
因みに、このガイドブッシュ１１が配設される箇所は、図１に示すように、後方押出し加工の際に、素材Ｗがせり上げる量を見越して、加工前の素材Ｗの上端面より若干上方の位置とし、この実施例では、最終的に素材Ｗの後方押出し部分に押されてガイドブッシュ１１が僅かに持ち上げられるような位置としている。尚、このガイドブッシュ１１の位置は、最終的な素材Ｗの後方押出し部分に接触するような位置でなく、クリアランスをもって近接するような位置であっても良い。
【００１８】
また、ガイドブッシュ１１が挿入される開口部１０の内壁は、２〜１０度程度の範囲で傾斜する外開きの傾斜面としており、ガイドブッシュ１１を引き抜く際にも、円滑に引き抜くことが出来るようにするとともに、摩擦力によって開口部１０に位置決めすることが出来るようにしている。
【００１９】
ここで、パンチ８先端部の形状の細部について、図３に基づき説明する。
前記成形ランドＡは、素材Ｗにパンチ８を押し込んで孔明け加工を行う際、最初に素材Ｗに当接して直接加工に携わる部分であり、通常、先端面からの距離ａが１〜５ｍｍ程度に設定されるが、本実施例の場合、２ｍｍとしている。
また、この成形ランドＡの直径Ｄは、本実施例の場合、２６（ｍｍ）程度としている。
【００２０】
そして、この成形ランドＡの隣には、テーパ部ｔ₁を介してガイド部Ｂが連なっており、このガイド部Ｂは、素材Ｗに孔明け加工を行う際、成形孔に接触してパンチ８をガイドする機能を持たせ、またガイドする際、過大な抵抗にならないようにしている。
このため、ガイド部Ｂの径は、成形ランドの直径をＤ（ｍｍ）、パンチ８の面圧をσ（ｋｇ／ｍｍ²）、パンチ８のヤング率をＥ（ｋｇ／ｍｍ²）、パンチ８のポアソン比をＭとした場合、成形ランドＡの径に較べて、片側でδ₁＝０．００５〜σＤＭ／２Ｅ（ｍｍ）小さい径にしている。
また、パンチ先端面からガイド部Ｂ基端側までの距離Ｌ（ｍｍ）は、パンチにかかる側面荷重／下面荷重比をｎ、塑性変形に伴い素材Ｗに生じる抵抗面圧をσ₀（ｋｇ／ｍｍ²）とした場合に、Ｌ＝ｎπσＤ／４σ₀（ｍｍ）の位置に設定し、ｎを０．３〜１にしている。
【００２１】
ここで、前述のように、σＤＭ／２Ｅ（ｍｍ）という値は、パンチに軸方向荷重が加わった際、パンチが径方向に膨らむ量であり、δ₁をこれより少なくすることにより、加工中、ガイド部Ｂの外周部が素材Ｗの成形孔に対して、適度の力で接触するようにし、またガイド部Ｂの接触面積に関与するＬの長さを上記値に設定することで、パンチの自己ガイド性を向上させるようにしている。
因みに、本実施例では、δ₁を０．０５（ｍｍ）程度とし、Ｌを３０（ｍｍ）程度としている。
【００２２】
このようなガイド部Ｂの隣には、テーパ部ｔ₂を介して逃げ部Ｃが連なっており、この逃げ部Ｃでは、外周部が素材Ｗの成形孔に接触しないようにすることで、パンチ８の摩擦抵抗を減少させるようにしている。
そしてこの逃げ部Ｃの径は、ガイド部Ｂの径よりも小さくなるようにし、成形ランドＡの径に較べて、片側でδ₂＝σＤＭ／２Ｅ＋α（ｍｍ）小さい径にしている。
因みに、本実施例では、δ₂を０．１（ｍｍ）程度にすることにより、逃げ部Ｃの径を２５．８（ｍｍ）程度にしている。
【００２３】
以上のような鍛造型１による深孔穿孔方法について説明する。
上型５を上昇させた状態で、ダイス４のダイス孔９に素材Ｗを投入し、ガイドブッシュ１１をダイス孔９入口の開口部１０に挿入する。
そして、パンチ８の先端が素材Ｗ上面に達して加工が開始される時点では、ガイドブッシュ１１によりパンチ８の先端部付近が支持されるようにしており、パンチ８の両端を支持した状態で座屈限界を高めた状態で加工が開始されるようにしている。
【００２４】
次いで、パンチ８を降下させて素材Ｗに穿設加工するが、パンチ８の先端部が素材Ｗに明けられた成形孔の内部に入り込むようになると、パンチ８の先端部はガイド部Ｂによって素材Ｗにガイドされるようになり、両端支持の状態が継続し、パンチ８の座屈限界は低下せず、深孔を穿設することができる。
また、逃げ部Ｃでは、その外周部が素材Ｗの成形孔に接触せず、摩擦抵抗が増大するような不具合はない。
【００２５】
ところで、図４は、パンチ８の座屈荷重を、オイラーの座屈応力の計算式と、材料自体の限界応力の組み合わせから求めたものである。
すなわち、孔径をＤ、孔の深さをＬとした場合、Ｌ／Ｄ＝３、５、７の各孔を穿設するため、片持ちのパンチで穿設する場合と、両端支持のパンチで穿設する場合の構造上（片持ち式、または両端支持式）の座屈応力（σ_cr）と、材料自体の座屈応力（σ_cr）を組合せると、例えば、高速度鋼の片持ち式のパンチでＬ／Ｄ＝３の孔を穿設する場合、構造上の座屈応力が３１０ｋｇ／ｍｍ²で、材料自体の座屈応力が３００ｋｇ／ｍｍ²であるため、低い値の３００ｋｇ／ｍｍ²が限界値となり、高速度鋼の片持ち式のパンチでＬ／Ｄ＝７の孔を穿設する場合、構造上の座屈応力が５７ｋｇ／ｍｍ²で、材料自体の座屈応力が３００ｋｇ／ｍｍ²であるため、低い値の５７ｋｇ／ｍｍ²が限界値となる。
【００２６】
これに対し、高速度鋼の両端支持式のパンチでＬ／Ｄ＝７の孔を穿設する場合、構造上の座屈応力が３９０ｋｇ／ｍｍ²で、材料自体の座屈応力が３００ｋｇ／ｍｍ²であるため、低い値の３００ｋｇ／ｍｍ²が限界値となる。
また、超硬の両端支持式のパンチでＬ／Ｄ＝７の孔を穿設する場合、構造上の座屈応力が７９０ｋｇ／ｍｍ²で、材料自体の座屈応力が５００ｋｇ／ｍｍ²であるため、低い値の５００ｋｇ／ｍｍ²が限界値になる。
すなわち、高速度鋼、超硬いずれのパンチの場合も、Ｌ／Ｄ＝７程度までの深さの孔であれば、両端支持式のパンチにより、材料自体の座屈応力まで高めることが出来る。
【００２７】
このことからも、パンチの両端支持によって座屈限界の向上や、パンチの長寿命化が図れることが明らかであり、また、自己ガイド性の向上によって、加工精度の向上も図れる。
【００２８】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る深孔穿孔パンチは、パンチの成形ランドと逃げ部との間に、成形ランドより小径で且つ逃げ部より大径のガイド部を形成するようにしたため、素材に孔明け加工を実施中、パンチの両端が支持された状態になり、孔の曲りやパンチの剛性低下による座屈等の不具合を避けることができる。
この際、ガイド部の径と逃げ部の径を所定範囲にすることにより、摩擦抵抗を増大させることなく、しかも適切にガイドされるようになる。
また、ガイド部の長さを所定の範囲に設定するので、より好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る深孔穿孔パンチが適用される鍛造型の一例を示す説明図で、左半分は加工前の状態図、右半分は加工後の状態図
【図２】パンチの説明図
【図３】パンチ先端部の拡大図
【図４】パンチの座屈荷重を示す説明図
【符号の説明】
１…鍛造型、８…パンチ、Ａ…成形ランド、Ｂ…ガイド部、Ｃ…逃げ部。

Claims

先端部に大径の成形ランドが形成され、基端側に成形ランドより小径の逃げ部が形成される冷間後方押出し用の深孔穿孔パンチであって、前記成形ランドと逃げ部の間に、成形ランドより小径で且つ逃げ部より大径のガイド部が形成され、パンチの成形ランドの直径をＤ（ｍｍ）、パンチの面圧をσ（ｋｇ／ｍｍ ² ）、パンチのヤング率をＥ（ｋｇ／ｍｍ ² ）、パンチのポアソン比をＭ、マージンをα（ｍｍ）とした場合に、前記ガイド部の半径を、成形ランドの半径より０．００５〜σＤＭ／２Ｅ（ｍｍ）小さい径にし、また、前記逃げ部の半径を、成形ランドの径よりσＤＭ／２Ｅ＋α（ｍｍ）小さい径にしたことを特徴とする深孔穿孔パンチ。
パンチにかかる側面荷重／下面荷重比をｎ、塑性変形に伴い素材に生じる抵抗面圧をσ₀（ｋｇ／ｍｍ²）とした場合に、パンチ先端からガイド部末端までの距離ＬをｎπσＤ／４σ₀（ｍｍ）に設定し、ｎを０．３〜１にすることを特徴とする請求項１に記載の深孔穿孔パンチ。