JP4512291B2 - 金型装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形用キャビティが設けられる金型部と、２以上に分割されて前記金型部の外側に配置され、該金型部を補強する補強部材とを備える金型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、鍛造等の塑性加工では、金型に対してワークを大きな力で押圧することにより、金型形状（キャビティ形状）に沿って金属部品や製品を成形する作業が広く行われている。その際、金型にはワークを介して大きな力が作用するため、割れや摩耗等を考慮して、耐摩耗性や強度の高い超硬、粉末ハイス、複合材あるいは傾斜複合材等が金型材料として使用されている。
【０００３】
ところが、上記の材料は、圧縮応力が高く、好適な耐摩耗性を有するものの、引張力が弱いという不具合があり、耐衝撃性にも問題がある。このため、金型外周をダイス鋼やハイス鋼からなる補強部材により囲繞し、圧縮応力を予め印加して耐破壊性を向上させるとともに、衝撃力を緩和し、より高応力下での使用や耐久性の向上を図る工夫がなされている。
【０００４】
例えば、図６に示すように、金型装置１は、成形用キャビティ２が設けられた、例えば、超硬製の円筒状金型部３を備えており、この金型部３の外周が、ダイス鋼（合金工具鋼）やハイス鋼（高速工具鋼）からなる補強部材４で囲繞されるとともに、前記金型部３の下部側には、ダイス鋼（例えば、ＳＫＤ−１１）５が配置されている。キャビティ２には、多段構造の棒体を塑性加工するためにテーパ部６ａ、６ｂおよび６ｃが設けられている。
【０００５】
この種の金型装置１では、例えば、加工速度を４０ｃｍ／ｍｉｎ、製造量を２万本／日として使用されている。その際、特に、テーパ部６ａ、６ｂおよび６ｃの摩耗が著しくなり、通常、２万ショットが金型部３の交換時期であると判断している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成では、金型部３と補強部材４とが強固に固定されているため、この金型部３の交換時期に至った際に、前記金型部３およびダイス鋼５を前記補強部材４から容易に取り外すことができない。これにより、該補強部材４を含めた新たな金型装置１の再構成が必要となっており、製造コストが高騰するという問題がある。しかも、補強部材４にダイス鋼５を挿入した後、金型部３を前記補強部材４に挿入する工程が必要であり、工程数が相当に増加してしまう。
【０００７】
一方、最近、少量多品種生産が主流となっており、略同一の寸法であっても細部形状の異なる製品を、塑性加工で成形することが望まれている。ところが、これらの種類の異なる製品の数に対応して複数の金型装置を用意しなければならず、非常に不経済であるという問題が指摘されている。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、補強部材の再利用を図ることができ、簡単な構成で、経済的に製作することが可能な金型装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る金型装置では、成形用キャビティが設けられる金型部と、２以上に分割されて前記金型部の外側に配置され、該金型部を補強する補強部材との間、または前記補強部材同士の間の少なくともいずれかに、前記補強部材よりも弾性率および／または硬度の高いスペーサ部材が取り外し可能に介装されている。
【００１０】
このように、補強部材は、スペーサ部材を介して金型部の外側に取り外し可能に配置されるため、金型部の交換時期（寿命）に至った際に、この金型部のみを容易に交換することができ、前記補強部材を再利用することが可能になる。これにより、金型装置全体の製造コストが有効に低減され、経済的なものになる。
【００１１】
さらに、スペーサ部材は、補強部材よりも弾性率が高い材料、例えば、アルミナ、窒化珪素またはジルコニアを含むセラミックスで構成されている。弾性率の高いスペーサ部材は、金型部から補強部材への応力伝達を容易にする機能を有しており、このスペーサ部材に応力を集中することを阻止するとともに、前記金型部における負荷応力を前記補強部材に容易に拡散することができる。しかも、熱間塑性加工では、金型部での温度が熱伝導によって補強部材に伝達されることを阻止し、前記補強部材による補強効果を有効に維持することが可能になる。
【００１２】
また、スペーサ部材は、補強部材よりも硬度の高い材料、例えば、鉄系材で構成されている。このため、押圧部材を介して補強部材に作用する圧力がスペーサ部材から金型部に確実に付与され、前記金型部に十分な圧縮力を与えることができる。さらに、金型部に生じる加工時の応力は、スペーサ部材を介して補強部材に確実に拡散され、前記金型部が大きな応力を受けることを阻止する。従って、金型部の耐久性を有効に向上させることが可能になる。
【００１３】
同様に、補強部材間にスペーサ部材が介装されることにより、前記補強部材同士の合わせ面に隙間が生じて応力が集中することがない。これにより、２以上の補強部材を介して金型部に対し効果的に圧縮力を付与することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る金型装置１０の縦断面説明図であり、図２は前記金型装置１０の平面図である。
【００１５】
金型装置１０は、成形用キャビティ１２が設けられる金型部１４と、２以上、例えば、３つに分割されて前記金型部１４の外側に配置され、該金型部１４を補強する補強部材１６と、前記補強部材１６を前記金型部１４側に押圧保持する締め付けジグ（押圧部材）１８と、前記金型部１４と前記補強部材１６との間に介装される筒状スペーサ部材２０と、前記補強部材１６同士の間に介装される板状スペーサ部材２２とを備える。
【００１６】
金型部１４は、超硬、粉末ハイス、複合材または傾斜複合材等から構成されており、円筒形状に設定されるとともに、その中央部には、軸方向に延在して多段棒状のキャビティ１２が形成されている。
【００１７】
金型部１４の下部側には、緩衝用のダイス鋼（ＳＫＤ−１１）２４が配置されるとともに、前記金型部１４および前記ダイス鋼２４の外周を囲繞して、筒状スペーサ部材２０が挿入される。筒状スペーサ部材２０は、補強部材１６よりも弾性率および硬度の高い材料で構成されており、前記補強部材１６がハイス鋼（ＳＫＨ５８、ＨＲＣ５２）であるのに対して、筒状スペーサ部材２０は、アルミナ、窒化珪素またはジルコニア等のセラミックスで構成されるとともに、前記筒状スペーサ部材２０の厚さが２ｍｍ以下に設定される。
【００１８】
補強部材１６は、断面略円弧形状に設定されており、この補強部材１６の軸方向外周両端には、それぞれ径方向外方に突出して突起部２６ａ、２６ｂが設けられる。補強部材１６の外周中央部には、ＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）製の係止板部２８が埋め込まれている。
【００１９】
補強部材１６の分割合わせ面に対応して配置される板状スペーサ部材２２は、鉄系材料、例えば、工具鋼やステンレス等により構成されている。板状スペーサ部材２２の硬さは、補強部材１６の硬さ（ＨＲＣ５２）よりも硬く（ＨＲＣ５２以上の硬さに）設定する必要があり、前記板状スペーサ部材２２としては、例えば、ステンレス箔やＳＫ材薄板等が好適に用いられる。なお、板状スペーサ部材２２として、銅、銅合金、チタン、あるいはチタニウム合金を用いてもよく、その際、厚さは０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以下に設定すればよい。
【００２０】
締め付けジグ１８は、例えば、焼き入れされたボルトを備え、複数に分割された断面略円弧状の取り付け板部３０にねじ込まれている。この締め付けジグ１８の先端には、押圧力が各補強部材１６に十分に付与されるようにボール３２が配設される。
【００２１】
取り付け板部３０の軸方向両端部には、ねじ穴３４ａ、３４ｂが所定の深さまで形成されており、前記ねじ穴３４ａ、３４ｂを介して固定リング３６ａ、３６ｂが配置される。この固定リング３６ａ、３６ｂには、所定間隔ずつ離間してボルト挿通用の孔部３８ａ、３８ｂが設けられる。孔部３８ａ、３８ｂに止めねじ４０ａ、４０ｂが挿入されて、それぞれの先端部がねじ穴３４ａ、３４ｂに螺合することにより、固定リング３６ａ、３６ｂを介して各補強部材１６が一体的に締め付け保持される。
【００２２】
金型装置１０が使用されている際には、塑性加工に伴って熱が発生し易くなるとともに、温間または熱間加工では、金型部１４自体が高温となり、補強部材１６の膨張や温度上昇によって締め付け力が低下するおそれがある。固定リング３６ａ、３６ｂは、この締め付け力の低下による緩みの発生を防止する機能を有している。
【００２３】
このように構成される金型装置１０の動作について、以下に説明する。
【００２４】
まず、図３に示すように、筒状スペーサ部材２０および板状スペーサ部材２２を用いない金型装置１０ａを用意し、この金型装置１０ａを介して所定の塑性加工を行った。この場合、補強部材１６同士の合わせ面に応力が集中してしまい、金型装置１０ａの寿命は、通常の２分の１程度（１万ショット）となってしまった。
【００２５】
そこで、各補強部材１６間に、板状スペーサ部材２２として鉄系材料を介装し、その硬度をＨＲＣ３０、３８、５２および６０に、順次、上げて塑性加工を行ったところ、金型装置１０ａの寿命は、１６０００ショット、１９０００ショット、２００００ショット以上および２００００ショット以上となり、所望の寿命を得ることができた。
【００２６】
さらに、金型部１４を囲繞してセラミックス製の筒状スペーサ部材２０を配置したところ、上記の全ての硬さの板状スペーサ部材２２において、２００００ショット以上の耐久性を確保することができた。
【００２７】
これにより、第１の実施形態に係る金型装置１０を用いることによって、金型部１４が所望の寿命を維持するとともに、前記金型部１４のみを容易かつ確実に交換して、補強部材１６を再利用することが可能になり、極めて経済的なものとなる効果が得られる。
【００２８】
また、使用後に金型装置１０を分解し、再度組み立てた後に塑性加工作業を行うテストを繰り返した結果、第８回目のテストにおいて金型寿命が１６０００ショットに低下した。これは、筒状スペーサ部材２０や板状スペーサ部材２２に変形が生じ、補強部材１６の締め付け状態が変化したことに起因している。従って、例えば、第６回目の組み立て後に、筒状スペーサ部材２０や板状スペーサ部材２２を新たな部材に交換することにより、補強部材１６の再利用を図るとともに、所望の塑性加工作業が確実に遂行されることになる。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る金型装置６０の縦断面説明図である。
【００３０】
なお、第１の実施形態に係る金型装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
金型装置６０は、金型部１４の外周に２以上、例えば４つに分割された補強部材６２を備えるとともに、前記補強部材６２の下部側にハイス鋼（またはダイス鋼）６４が配置される。ハイス鋼６４は略リング状を有しており、その内周面および補強部材６２の内周面と、金型部１４の外周面およびダイス鋼２４の外周面との間に、筒状スペーサ部材２０が介装される。
【００３２】
各補強部材６２の分割合わせ面には、それぞれ板状スペーサ部材２２が介装されている。補強部材６２の外周一端側には、半径内方向に切り欠いて凹部６６が形成され、この凹部６６には固定リング６８が一体的に配置される。固定リング６８は、凹部６６側に突出する突起７０を有しており、この突起７０を前記凹部６６に嵌合させることによって、４分割されている補強部材６２が一体的に締め付け保持されている。
【００３３】
このように構成される第２の実施形態では、補強部材６２が４分割されるとともに、各補強部材６２同士の間に板状スペーサ部材２２が介装され、かつ前記補強部材６２と金型部１４との間に筒状スペーサ部材２０が介装されている。
【００３４】
このため、金型部１４の寿命に際しては、この金型部１４のみを容易に交換することが可能になり、前記補強部材６２を再利用することができる。これにより、金型装置６０全体の製造コストが有効に削減される等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る金型装置では、補強部材がスペーサ部材を介して金型部の外側に取り外し可能に配置されるため、前記金型部の寿命に際して該金型部のみを交換することによって、前記補強部材を再利用することができる。これにより、所望の金型寿命を維持しつつ、金型装置全体の製造コストを有効に削減することが可能になり、経済的なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る金型装置の縦断面説明図である。
【図２】前記金型装置の平面図である。
【図３】筒状スペーサ部材および板状スペーサ部材を用いない金型装置の縦断面説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る金型装置の縦断面説明図である。
【図５】前記金型装置の平面図である。
【図６】従来技術に係る金型装置の縦断面説明図である。
【符号の説明】
１０、６０…金型装置 １２…キャビティ
１４…金型部 １６…補強部材
１８…締め付けジグ ２０…筒状スペーサ
２２…板状スペーサ部材 ２６ａ、２６ｂ…突起部
２８…係止板部 ３０…取り付け板部
３６ａ、３６ｂ、６８…固定リング ４０ａ、４０ｂ…止めねじ
６２…補強部材 ６６…凹部
７０…突起

Claims (3)

1. 成形用キャビティが設けられる金型部と、
   ２以上に分割されて前記金型部の外側に配置され、該金型部を補強する補強部材と、
   前記補強部材を前記金型部側に押圧保持する押圧部材と、
   前記金型部と前記補強部材との間、または該補強部材同士の間の少なくともいずれかに取り外し可能に介装されるとともに、前記補強部材よりも弾性率および／または硬度の高いスペーサ部材と、
   を備えることを特徴とする金型装置。
2. 請求項１記載の金型装置において、前記スペーサ部材は、アルミナ、窒化珪素またはジルコニアを含むセラミックスで構成されることを特徴とする金型装置。
3. 請求項１記載の金型装置において、前記スペーサ部材は、鉄系材で構成されることを特徴とする金型装置。

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