JP4913112B2 - 切断プレス型の切刃加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、被プレス材の切断プレス加工を行う切刃の耐摩耗性を得るための切断プレス型の切刃加工方法に関する。

従来から、自動車の車体パネル等を所定形状に切断プレス加工する切断プレス型は例えば図３に示すように、上切刃２１が固定されたダイ２２を備え、このダイ２２の凹部２２ａにプレッシャパッド２３が上下方向へ移動可能に設けられた上型２と、プレッシャパッド２３の成形面に対応した成形面が形成され下切刃３１が固定されたポンチ３２を備えた下型３とから構成され、プレッシャパッド２３を常時、下方に向けて押圧する弾性体２４がダイ２２の凹部２２ａに組み込まれている。

この切断プレス型１は、被プレス材４を切断プレス加工するために上型２が下降すると、上型２のプレッシャパッド２３が下型３のポンチ３２と協働して被プレス材４を所定位置に固定し、さらに上型２が下降すると、プレッシャパッド２３は弾性体２４の弾性力に抗してダイ２２の凹部２２ａに入り込んでいくので、上型２の上切刃２１と下型３の下切刃３１で被プレス材４を所定形状に切断プレス加工することができる。

この上切刃２１及び下切刃３１は、連続長時間の切断プレス加工に対応させるために、焼き入れや溶接による肉盛りによって硬質化処理を施している（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特許文献１のパンチプレス用金型の製造方法は図２（Ａ）に示すように、上切刃２１及び下切刃３１の素材である工具鋼を粗加工して切刃の母材を形成し（加工ステップ２０１）、上切刃２１を上型２のダイ２２の所定位置に着脱自在に固定し、下切刃３１を下型３のポンチ３２の所定位置に着脱自在に固定して、切刃の所定形状に粗加工しておく（加工ステップ２０２）。この切刃の所定形状に粗加工された素材をダイ２２及びポンチ３２から取り外して焼き入れや焼き戻し等の熱処理を施して、上切刃２１及び下切刃３１の硬質化を施す（加工ステップ２０３）。この熱処理としては、耐摩耗性の要求度に応じて総焼き入れやフレームハード（火炎焼き入れ）が採用されている。熱処理の施された素材を再度、ダイ２２及びポンチ３２に固定して切刃の切断機能を発揮できるように仕上げ加工する（加工ステップ２０４）。最後に、プレス機械（ダイスポッティングプレス）に、この加工処理が施された切断プレス型１をセットして、切刃の刃合わせを行って新規製作が終了する（加工ステップ２０５）。

また、フレームハードを施された上切刃２１及び下切刃３１の刃先を修正する場合には図２（Ｂ）に示すように、ダイ２２に固定された上切刃２１及びポンチ３２に固定された下切刃３１の修正箇所に切肉部（開先部）を形成し、この切肉部を塞ぐようにして溶接により肉盛り５１を施す（加工ステップ３０１）。この肉盛り５１が施された箇所を切刃の切断機能を発揮できるように仕上げ加工して（加工ステップ２０４）、加工ステップ２０５に移行させている。

このように加工処理すると図２（Ｃ）に示すように、上切刃２１及び下切刃３１が硬質化されるので、耐摩耗性を得ることができ連続長時間の切断プレス加工に対応させることができる。なお、このようなパンチプレス用金型の製造方法では、刃合わせを行った後に熱処理を施す場合もある。

上述した加工ステップ２０１〜２０４、３０１、３０２においては、下型３のポンチ３２に固定される下切刃３１のみが記載されているが、上型２のダイ２２に固定される上切刃２１も同様の硬質化加工処理が施されるものである。また、加工ステップ２０５に示された下方向の矢印は、プレス方向を示している。

特開２０００−３４３１５１号公報 特開平６−２３４４８号公報

しかしながら、上述した背景技術では、熱処理が総焼き入れの場合、焼き入れ時に熱により歪が発生してしまうので、加工ステップ２０５における上下の切刃の刃合わせに時間がかかる難点があった。また、フレームハードの熱処理が施された上切刃２１及び下切刃３１を修正するために、溶接による肉盛りを施しているが、薄く肉盛りすることができず、肉盛り後の仕上げ加工の工数がかかる難点があった。また、溶接による肉盛りの場合、溶接割れや剥離等を防ぐために予熱処理を施さなければならないこともあり、加工工数が増えてしまう難点もあった。

本発明は、このような従来の難点を解消するためになされたもので、切刃の耐摩耗性を得ると共に、熱変形の影響がない切断プレス型の切刃加工方法を提供することを目的とする。また、本発明は、切刃の耐摩耗性を得ると共に、切刃の刃先の修正時における加工工数を減らすことができる切断プレス型の切刃加工方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成する本発明の第１の態様である切断プレス型の切刃加工方法は、被プレス材の切断プレス加工を行う上型及び下型と、上型及び下型に設けられ被プレス材を所定形状に切断する一対の切刃とを備えた切断プレス型の切刃加工方法であって、上型及び下型の切断プレス加工が可能な位置に固定される一対の切刃の刃先部となる部位を硬質粒子によって成膜するために、一対の切刃となる一対の母材の刃先部となる部位を所定の深さまで掘り込み加工する第１の加工ステップと、第１の加工ステップで掘り込み加工された刃先部となる部位に、硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して仕上げ代を加味した膜厚で皮膜を形成する第２の加工ステップと、第２の加工ステップで刃先部となる部位に成膜された皮膜を仕上げ加工する第３のステップとを有するものでる。

このような第１の態様である切断プレス型の切刃加工方法によれば、硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して皮膜を形成できるので、切刃の耐摩耗性を得ることができると共に、熱処理を施さないので歪による悪影響を防ぐことができる。また、コールドスプレーによる皮膜の膜厚は溶接の肉盛りのように厚くはならないので仕上げ加工の工数を減らすことができる。また、コールドスプレーは皮膜を薄膜に形成できることから、掘り込み量を少なくすることができる。

本発明の第２の態様は第１の態様である切断プレス型の切刃加工方法において、所定の深さは、一対の切刃の耐摩耗性を得ることができる皮膜の膜厚を確保する寸法である。また、本発明の第３の態様は第２の態様である切断プレス型の切刃加工方法において、所定の深さは０．１〜０．２ｍｍである。このような第２の態様及び第３の態様である切断プレス型の切刃加工方法によれば、コールドスプレーにより成膜した皮膜は薄膜でも耐摩耗性を得ることができるので、皮膜を形成後の仕上げ加工の工数を減らすことができる。

本発明の第４の態様は第１の態様乃至第３の態様のうち何れか１つの態様である切断プレス型の切刃加工方法において、硬質粒子は、超硬皮膜を形成できる金属又は合金である。このような第４の態様である切断プレス型の切刃加工方法によれば、皮膜を超硬被膜にすることができるので、従来の熱処理や溶接による硬質化処理よりも切刃の耐摩耗性を向上させることができる。

本発明の第５の態様は第１の態様乃至第４の態様のうち何れか１つの態様である切断プレス型の切刃加工方法において、第１の加工ステップの前に、一対の母材となる素材を所定形状に粗加工するステップと、粗加工された一対の母材をそれぞれ上型及び下型の切断プレス加工が可能な位置に固定するステップとを有するものである。このような第５の態様である切断プレス型の切刃加工方法によれば、プレス型の新規制作に適用可能となる。

本発明の切断プレス型の切刃加工方法によれば、切刃の耐摩耗性を得ることができると共に、熱処理を施さないので歪による悪影響を防ぐことができる。また、本発明の切断プレス型の切刃加工方法によれば、切刃の耐摩耗性を得ることができると共に切刃の刃先の修正時における加工工数を減らすことができる。

以下、本発明の切断プレス型の切刃加工方法を実施するための最良の形態例について図面に基き説明する。なお、本発明の切断プレス型の切刃加工方法が適用される切断プレス型は図３に示す切断プレス型１なので、同一要素には同一参照番号を付して説明を省略する。

本発明の切断プレス型の切刃加工方法は図１に示すように、切断プレス型の新規制作においては、一対の切刃となる上切刃２１、下切刃３１の素材である工具鋼（ＳＫＤ鋼等）を粗加工して一対の切刃の各母材を形成する。この素材から粗加工された一対の母材を、それぞれ上型２のダイ２２及び下型３のポンチ３２の切断プレス加工が可能な位置に着脱自在に固定する（加工ステップ１０１、１０２）。

この一対の母材における切刃の刃先部となる部位を、硬質粒子を成膜するために所定の深さまで掘り込む粗加工を行う（加工ステップ１０３）。この所定の深さは０．１〜０．２ｍｍが好ましい。アーク溶接による肉盛りの場合には、隙間無く盛るためには５ｍｍ程度の開先が必要であるが、後述する硬質粒子によって成膜するためのコールドスプレー法では皮膜の厚さを数μｍの薄膜から数十ｍｍ程度の厚膜までの作製が可能なので、切刃の耐摩耗性を得ることができる膜厚を確保するためには掘り込み深さは０．１〜０．２ｍｍでよい。したがって、コールドスプレーにより成膜した皮膜６は薄膜でも耐摩耗性を得ることができるので、皮膜６を形成後の仕上げ加工の工数を減らすことができる。

皮膜用の掘り込み加工が終了したダイ２２の切刃の母材及びポンチ３２の切刃の母材は、予熱処理や溶接処理を施すことなく硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して仕上げ代を加味した膜厚で皮膜６を形成する（加工ステップ１０４）。このコールドスプレー法は、硬質粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度のガスを先細末広がり形状のラバルノズルにより超音速流にして、その超音速流のガス中に硬質粒子を投入して加速させ、固相状態のまま基材に高速で衝突させて皮膜を形成する技術である。

このようなコールドスプレー法は、硬質粒子を溶融させることなく基材に衝突させるために、硬質粒子供給部、ガス供給部、ガス加熱部、ラバルノズルを具備したスプレーガン部から構成されたコールドスプレー装置（図示せず。）によって行われる。

このコールドスプレー装置は、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスを作動ガスとしてガス供給部から高圧で硬質粒子供給部及びガス加熱部に供給し、硬質粒子供給部では作動ガスと共に硬質粒子をスプレーガン部に供給し、ガス加熱部では作動ガスを硬質粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度に加熱してスプレーガン部に供給する。この際、ガス加熱部による加熱温度は硬質粒子の材質に応じて３００〜５００℃とする。この硬質粒子としては、超硬皮膜を形成できる粒径が５〜５０μｍの金属又は合金が好ましく、例えば、ＷＣ−ＣｏやＴｉＣ等のサーメット系材料の使用が効果的である。コールドスプレーにより形成されるＷＣ−Ｃｏ皮膜は、焼入れ鋼と同等あるいはそれ以上の硬さがあり、耐摩耗性にも優れていることが本発明者の実験により明らかとなっている。また、コールドスプレー技術は合金成分をそのまま成膜できる特徴も有しているためＳＫＤ（ダイス鋼）やＦｅ−Ｃｒ合金等の使用も可能である。このような金属又は合金を、超硬皮膜を形成できる硬質粒子として採用すれば、従来の熱処理や溶接による硬質化処理よりも切刃の耐摩耗性を向上させることができる。なお、スプレーガン部から超音速流で噴出された時に５μｍより小さいと、基材付近に生じる衝撃波によって粒子の慣性力が小さくなり付着率が低下し、また原料粉末の安定供給が困難なため、切刃の耐摩耗性が必要な皮膜としては好ましくないので、コールドスプレー用粉末としては適切ではない。また、ガス加熱部による硬質粒子の加熱温度は、硬質粒子の材質、粒径及び衝突速度に応じて設定される。

加熱された作動ガス及び硬質粒子が供給されたスプレーガン部は、作動ガスを超音速流で噴き出させることにより硬質粒子を作動ガス流で基材に高速で衝突させ、そのエネルギにより基材と硬質粒子に塑性変形を生じさせて硬質化された皮膜を成膜する。したがって、皮膜は、緻密で密度が高く酸化皮膜を生成しない接合強度の高い皮膜を形成することができる。

なお、皮膜を成膜する技術として、プラズマ溶射法、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法等が実施されているが、何れも高温プロセスのため、成膜時における原料粉末の酸化や分解を引き起こす可能性が高く、また溶融凝固に伴う体積収縮に起因し、皮膜内に気孔が発生し、緻密な皮膜を形成することが困難なことから、切刃２１、３１には適さない。

そして加工ステップ１０４で皮膜６が成膜されたダイ２２の上切刃２１及びポンチ３２の下切刃３１を、仕上げ加工する（ステップ１０５）。仕上げ加工は、皮膜６が溶接による硬質化処理に比べて薄膜にできるので、従来の溶接による硬質化処理方法より仕上げ工数を減らすことができる。この仕上げ加工法は、皮膜６の硬度により研削や切削等が適宜選択される。

最後にプレス機械（ダイスポッティングプレス）に、加工ステップ１０２〜１０５による加工処理が施された切断プレス型１をセットして、金型の最終調整を行って製作が終了する（加工ステップ１０６）。

このように、本発明の切断プレス型の切刃加工方法によれば、硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して皮膜６を形成できるので、切刃２１、３１の耐摩耗性を得ることができると共に、熱処理を施さないので歪による悪影響を防ぐことができる。また、コールドスプレーは皮膜６を薄膜に形成できることから、掘り込み量を少なくすることができる。

なお、加工ステップ１０１〜１０５においては、下型３のポンチ３２に固定される下切刃３１のみが記載されているが、上型２のダイ２２に固定される上切刃２１も同様の硬質化加工処理が施されるものである。また、加工ステップ１０６に示された下方向の矢印は、プレス方向を示している。

また、切刃２１、３１を修正する場合においても、加工ステップ１０３〜１０６を実行することにより、コールドスプレーによる皮膜６の膜厚は溶接の肉盛りのように厚くはならなので仕上げ加工の工数を減らすことができる。また、コールドスプレーは皮膜６を薄膜に形成できることから、掘り込み量を少なくすることができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

本発明の切断プレス型の切刃加工方法の好ましい実施の形態例を示す説明図である。 従来の切断プレス型の切刃加工方法を示す説明図である。 本発明の切断プレス型の切刃加工方法及び従来の切断プレス型の切刃加工方法に適用される切断プレス型を示す全体断面図である。

符号の説明

１……切断プレス型
２……上型
２１……上切刃
３……下型
３１……下切刃
６……皮膜

１０１……加工ステップ
１０２……加工ステップ
１０３……加工ステップ（第１の加工ステップ）
１０４……加工ステップ（第２の加工ステップ）
１０５……加工ステップ（第３の加工ステップ）
１０６……加工ステップ

Claims (5)

1. 被プレス材の切断プレス加工を行う上型及び下型と、前記上型及び前記下型に設けられ前記被プレス材を所定形状に切断する一対の切刃とを備えた切断プレス型の切刃加工方法であって、
   前記上型及び前記下型の切断プレス加工が可能な位置に固定される一対の切刃の刃先部となる部位を硬質粒子によって成膜するために、前記一対の切刃となる一対の母材の前記刃先部となる部位を所定の深さまで掘り込み加工する第１の加工ステップと、
   前記第１の加工ステップで掘り込み加工された前記刃先部となる部位に、前記硬質粒子をコールドスプレーにより成膜して仕上げ代を加味した膜厚で皮膜を形成する第２の加工ステップと、
   前記第２の加工ステップで前記刃先部となる部位に成膜された前記皮膜を仕上げ加工する第３のステップとを有することを特徴とする切断プレス型の切刃加工方法。
2. 前記所定の深さは、前記一対の切刃の耐摩耗性を得ることができる前記皮膜の前記膜厚を確保する寸法であることを特徴とする請求項１記載の切断プレス型の切刃加工方法。
3. 前記所定の深さは、０．１〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の切断プレス型の切刃加工方法。
4. 前記硬質粒子は、超硬皮膜を形成できる金属又は合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の切断プレス型の切刃加工方法。
5. 前記第１の加工ステップの前に、前記一対の母材となる素材を所定形状に粗加工するステップと、粗加工された前記一対の母材をそれぞれ前記上型及び前記下型の切断プレス加工が可能な位置に固定するステップとを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の切断プレス型の切刃加工方法。

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