JP5337364B2 - 薄肉有底円筒金属部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばダイカスト用金型に用いられるコアピン（中子ピン）等の薄肉有底円筒金属部材の製造方法に関するものである。

一般に、ダイカスト製品に対してボルト穴等の孔部を形成するために、ダイカスト用金型に固定されるコアピン（中子ピン）が用いられる。コアピンは、金属製の丸棒とされ、中心軸線に沿って冷却穴が形成されたものと、冷却穴が形成されていない中実のものがある。下記特許文献１には、冷却穴が形成されたコアピンが開示されている。

特開平９−１３１３号公報

冷却穴が形成されたコアピンを使用すれば、ダイカスト製品に生じる引け巣をコアピン位置から遠ざけることができるという点で有利とされている。

一方、コアピンの冷却穴に水等の冷却材を供給する際には、冷却穴にパイプを挿入することによって行うが、冷却穴の穴径が小さい場合には、パイプ径も小さくなり、パイプ詰まりが発生しやすくなってしまう。また、冷却穴とパイプ外周との間も狭くなり、詰まりが発生しやすくなってしまう。このような詰まりが発生すると、コアピンの冷却ができなくなり、焼き付き等が生じてダイカスト製品の不良率が上昇してしまう。したがって、冷却穴の穴径を大きくすることによってパイプ径を大きくし、パイプ詰まりを回避するとともに、冷却材流量を増大させることによって冷却効果を増大させることが好ましい。
しかし、従来では、冷却穴が形成されたコアピンの肉厚は、１ｍｍ以上とされており、薄肉化によって冷却穴の穴径を増大することについての検討が十分になされていなかった。なぜなら、コアピンは長尺状とされているため、肉厚が１ｍｍ未満の薄肉化の加工は困難であると考えられていたからである。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、薄肉化の加工が可能な薄肉有底円筒金属部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の薄肉有底円筒金属部材の製造方法は、基端部側に位置する大径部と、先端側に位置するとともに前記大径部よりも小径とされた小径部を有し、ダイカスト用金型に用いられるコアピンとされた薄肉有底円筒金属部材の製造方法であって、略一定の外径を有しかつ長尺状の金属製中実丸棒とされたワークの中心軸線に沿って切削加工により中心穴を冷却穴として形成し、該ワークの前記小径部の先端にて底部を有するように有底穴を形成する穴形成工程を行い、次に、前記穴形成工程にて形成した前記有底穴に充填部材を挿入することなく、前記ワークの先端側の前記小径部の全体にわたって外径が小さくなるように切削加工して１．５ｍｍ未満まで薄肉化する薄肉化工程を行うことにより、該薄肉化工程にて薄肉化された先端の直径に対して１０倍以上の長さとされた長尺状の薄肉有底円筒金属部材とすることを特徴とする。

ワークの先端側の外径が小さくなるように切削加工する薄肉化工程の前に、略一定の外径を有する中実丸棒に対して有底穴を形成することとしたので、高い剛性を有するワークに対して有底穴を精度良く形成することができる。また、高い剛性を有するワークに対して切削加工するので、加工熱による熱変形を小さくすることができ、有底穴を精度良く形成することができる。
薄肉化工程によって薄肉化される寸法は、ワーク長さが２００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度の場合には、例えば１．０ｍｍ未満、好ましくは０．７ｍｍ以下、ワーク長さが４００ｍｍ程度の場合には、例えば１．５ｍｍ未満、好ましくは１．３ｍｍ以下とされる。
薄肉有底円筒金属部材の材質としては、ＳＫＤ（例えばＳＫＤ６１）等の合金工具鋼、快削鋼、真鍮、銅、ステンレス（ＳＵＳ）等が挙げられる。
なお、「長尺状」とは、例えば、薄肉化された先端の直径に対して１０倍以上の長さを有するものを意味する。
本発明は、特に、後述するダイカスト用金型に用いられるコアピンの製造に用いられる。

さらに、参考例としての本発明の薄肉有底円筒金属部材の製造方法は、前記薄肉化工程の際に、前記穴形成工程にて形成した前記有底穴に充填部材を挿入することを特徴とする。

充填部材を挿入することにより、薄肉化工程時にワークの剛性が上がり、加工時にワークの変形を抑えることができ、さらなる薄肉化が可能となる。

さらに、本発明の薄肉有底円筒金属部材の製造方法によれば、前記薄肉有底円筒金属部材は、ダイカスト用金型に用いられるコアピンとされていることを特徴とする。

コアピンに形成された有底穴は、水等の冷却材を供給して冷却するための冷却穴として使用することができる。本発明の製造方法によれば、コアピンの薄肉化が可能となるので、冷却効果が増大し、ダイカスト製品に生じる引け巣をコアピン位置から遠ざけることができ、ダイカスト製品の歩留まりを向上させることができる。

さらに、本発明の薄肉有底円筒金属部材の製造方法は、前記薄肉化工程の際に、前記ワークの一端側を延長する冶具を該ワークに対して固定し、該冶具を旋盤のチャックに取り付ける取付工程を有することを特徴とする。

ワークの一端側を延長する冶具をワークに固定し、この冶具を旋盤のチャックに取り付けることとしたので、旋盤によってワークの一端側の近傍まで加工することができる。これにより、材料を無駄なく使用することができる。

本発明によれば、精度良く有底穴を加工できるので、さらなる薄肉化が実現された薄肉有底円筒金属部材を製造することができる。

本発明にかかる薄肉有底円筒金属部材の製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態では、ダイカスト金型に用いるコアピン（中子ピン）を薄肉有底円筒金属部材の一例として、その製造方法について説明する。先ず、コアピンの使用形態およびコアピンの形状を説明した後に、コアピンの製造方法について説明する。

図１には、ダイカスト用金型３に固定されたコアピン１が示されている。コアピン１の先端部（図において右方）１ａ側は、金型３内に突出しており、ダイカスト製造時には浴湯に浸漬される。コアピン１の内部には、基端部（図において左方）１ｂからその中心軸線に沿って中心穴が形成されており、先端部１ａにて底部を有する有底穴とされた冷却穴１ｃが形成されている。この冷却穴１ｃ内には、コアピン１の中心軸線に沿って冷却水供給パイプ５が挿入されている。

冷却水供給パイプ５の先端部５ａから冷却穴１ｃの底部（すなわちコアピン１の先端部１ａ）に向かって冷却水が噴出するようになっている。冷却水供給パイプ５の他端は、冷却水供給配管７に接続されている。冷却水供給配管７の上流側には、図示しない冷却装置本体が設けられている。冷却水供給パイプ５の先端部５ａから噴出した冷却水は、冷却穴１ｃの底部に衝突した後に流れの向きを反転させ、冷却穴１ｃ内を基端部１ｂに向かって流れる。このように冷却水が流れる際に、コアピン１の壁部を介して伝達された熱を受け取ることによって、コアピン１を内部から冷却する。基端部１ｂへと向かって流れた冷却水は、コアピン１の基端部１ｂに接続された接続管９内へと流れ込み、冷却水戻り配管１１を介して図示しない冷却装置本体へと導かれる。

以上説明したように、コアピン１内に冷却水を供給しながらダイカスト製造工程を行うので、コアピン１の焼き付きを防止できるとともに、ダイカスト製品に生じる引け巣をコアピン１位置から遠ざけることができる。

図２には、コアピン１の形状が示されている。なお、同図に示したコアピンの形状はあくまでも一例であって、本発明はこの形状に限定されるものではない。
コアピン１は、基端部１ｂ側に位置する大径部１２と、先端部１ａ側に位置するとともに大径部１２よりも小径とされた小径テーパ部１４と、大径部１２と小径テーパ部１４との間に位置するとともに小径テーパ部１４に対して連続的に接続された小径直線部１６とを有している。

大径部１２の直径は、例えば１３ｍｍとされており、小径直線部１６の直径は、例えば４．１ｍｍとされている。小径テーパ部１４は、基端部１ｂ側が４．１ｍｍとされ、先端にいくにしたがい先細り形状となるようなテーパ形状となっている。テーパ角は、例えば１°とされる。小径テーパ部１４の先端すなわちコアピン１の先端部１ａは、球面形状を有するように加工されている。
コアピン１の長さは、２５０ｍｍとされている。大径部１２の長さは２５ｍｍ、小径直線部１６の長さは２０３ｍｍ、小径テーパ部１４の長さは２２ｍｍとされている。

コアピン１には、基端部１ｂから先端部１ａの手前にかけて、中心軸線にそって冷却穴１ｃとしての中心穴が形成されている。冷却穴１ｃの先端部１ａ側は貫通しておらず、底部１ｄが設けられている。このように、冷却穴１ｃは有底穴となっている。冷却穴１ｃの直径は、２．０ｍｍとされている。冷却穴１ｃの基端部１ｂ側には、雌ねじ１８が形成されている。この雌ねじ１８によって、図１に示した接続管９の先端（図１において右方）がコアピン１に対して螺結される。
コアピン１の小径テーパ部１４の先端では直径が小さくなっているので、この位置における肉厚が最も薄くなる。図２に示したコアピンでは、０．７ｍｍ程度の肉厚となっている。

図３には、本実施形態にかかるコアピンの製造方法が示されている。
先ず、図３（ａ）に示すように、素材となる金属製中実丸棒から、製品となるコアピン１の長さに所定長さを加えた寸法だけ切断して、ワークＷを得る。切断寸法としては、例えば３００ｍｍ程度である。素材の材料としては、用途によって決まるが、例えば、ＳＫＤ（例えばＳＫＤ６１）等の合金工具鋼、快削鋼、真鍮、銅、ステンレス（ＳＵＳ）等が挙げられる。
次に、図３（ｂ）に示すように、ガンドリル（又はドリル）によって、基端部１ｂ側から切削加工を行い、先端部１ａに底部１ｄを残すように冷却穴１ｃの加工を行う（穴形成工程）。
次に、図３（ｃ）に示すように、スイス型自動旋盤に図３（ｂ）のように加工したワークＷを設置し、ワークＷの外形状の切削加工を行う。具体的には、図２に示した小径直線部１６および小径テーパ部１４となるように、ワークＷの外形を加工する。これにより、先端部１ａ側の小径直線部１６および小径テーパ部１４に薄肉部が形成される（薄肉化工程）。

図４には、比較例としてのコアピンの製造方法が示されている。図４に示した製造方法では、図４（ａ）に示した工程は図３（ａ）の工程と同様であるが、図４（ｂ）及び（ｃ）の工程が、図３（ｂ）及び（ｃ）の工程と逆になっている。すなわち、図４に示した製造方法は、先にワークＷの外形を切削加工し（図４（ｂ））、その後に、冷却穴１ｃを形成するようになっている（図４（ｃ））。
冷却穴を有するコアピンよりも先に、冷却穴を有しないコアピンが多く流通していたため、図４に示したように、先ず冷却穴を有さないコアピンを形成し、その後に冷却穴を加工するのが一般的と考えられ、このように実施されてきた。今までコアピンの薄肉化の要請がなかったため、図４に示した製造方法で対処できてきたというのが実情である。

次に、上述したコアピンの製造方法の作用効果について説明する。
図４に示した比較例としての製造方法では、冷却穴１ｃを加工する前に小径部を形成してしまうので、冷却穴１ｃを加工するときにワークＷの剛性が小さくなり、精度良くガンドリル（又はドリル）にて切削加工することが困難となる。また、小径部では肉厚が薄いので、ガンドリル（又はドリル）によって加工する際に生じる加工熱によって容易に熱変形してしまい、精度良く加工することができない。
これに対して、図３に示した本実施形態にかかる製造方法では、ワークＷの先端部１ａ側の外径が小さくなるように切削加工する薄肉化工程の前に、略一定の外径を有する中実丸棒とされたワークＷに対して冷却穴１ｃを形成することとしたので、高い剛性を有するワークＷに対して冷却穴１ｃを精度良く形成することができる。また、高い剛性を有するワークＷに対して切削加工するので、加工熱による熱変形を小さくすることができ、冷却穴１ｃを精度良く形成することができる。

本実施形態の効果を確認する加工試験を以下のように実施した。
外径寸法： φ５．０×３５０
冷却穴寸法： φ３．１×３４７
肉厚： ０．９５ｍｍ
使用刃物： ガンドリルまたはドリル
振れ規格精度：０．３４７（１００ｍｍで０．１）
測定方法： 超音波測定
図４に示した比較例としての製造方法では、冷却穴を形成する前にワークＷの外形の曲がり確認が必要となり、曲がりがある場合には修正が必要となった。また、冷却穴を加工した際に、刃物がワークＷを突き破ってしまうこともあった。ワークＷを突き破らずに冷却穴を加工できた場合であっても、冷却穴の振れ精度が悪かった。具体的には、１０本加工して１〜３本が合格品となる程度だった。
これに対して、図３に示した本実施形態にかかる製造方法では、薄肉化工程は穴形成工程の後に行うので、比較例のようにワークＷの外形の曲がり検査が不要となる。剛性が高いワークＷに対して冷却穴を形成するので、殆どの加工品が規格内に収まる。仮に規格外となった加工品に対しては、後の薄肉化工程を行わないので、製造負荷を抑えることができる。
また、本発明の製造方法によれば、高い精度で加工でき、外形：φ４×３５０，冷却穴寸法：φ３．１×３４７，肉厚：０．４５ｍｍ、冷却穴の振れ精度：０．０５の加工も可能であることを確認した。さらに、超音波測定によって形状を測定して穴加工を行えば、肉厚０．２ｍｍの加工も可能である。

なお、参考例として、薄肉化工程の際に、穴形成工程にて形成した冷却穴１ｃに丸棒（充填部材）を挿入し、この状態で薄肉化工程を行うこととしても良い。丸棒を冷却穴１ｃ内に挿入することにより、薄肉化工程時にワークＷの剛性が上がり、加工時にワークＷの変形を抑えることができ、さらなる薄肉化が可能となる。

次に、図５を用いて、薄肉化工程の変形例を説明する。
図５に示した薄肉化工程では、ワークＷの一端を延長する冶具２０を用いて加工を行う点が特徴となっている。
図５（ａ）に示すように、穴形成工程（図３（ｂ）参照）を終えたワークＷの一端に対して、雄ねじ部２２および嵌合部２４を形成する。これら雄ねじ部２２および嵌合部２４は、後にコアピンの基端部１ｂとなる側に形成される。
一方、冶具２０は、ワークＷと略同一の外形を有した丸棒形状とされている。冶具２０の一端（図において右方）には、ワークＷの雄ねじ部２２が螺合される雌ねじ部２６と、嵌合部２４が嵌合される嵌合穴２８が形成されている。

薄肉化工程時には、図５（ｂ）に示すように、ワークＷの雄ねじ部２２及び嵌合部２４を冶具の雌ねじ部２６及び嵌合穴２８に対して接続し、固定する。この状態で、冶具２０を旋盤のチャックに固定し、薄肉化工程を行う（図５（ｃ））。
薄肉化工程が終了した後は、例えば嵌合部２４の直近に位置するワークＷの大径部を切断することによって、ワークＷの雄ねじ部２２及び嵌合部２４を除去し、所定の加工を施して製品（コアピン）とする。

このように、ワークＷの一端側を延長する冶具をワークＷに固定し、この冶具を旋盤のチャックに取り付けることとしたので、旋盤によってワークＷの一端側の近傍まで加工することができる。これにより、材料を無駄なく使用することができる。

なお、冶具２０とワークＷとの接続方法は、図５に示されたものに限定されるものではない。例えば、図６に示したように、ワークＷの一端に嵌合部３０を形成し、冶具２０の一端に嵌合穴３２を形成し、これら端部同士を嵌合した後に、図６（ｂ）に示すようにノックピン用の穴３４を形成、この穴３４にノックピン３５（図６（ｃ）参照）を打ち込んで接続しても良い。
あるいは、図７に示すように、ワークＷについては接続のための加工を行わずに、冶具２０の一端に設けた締め付けナット３６によって締め付け固定することとしても良い。

また、本実施形態では、コアピンを薄肉有底円筒金属部材の一例として説明したが、本発明の参考例として、例えば、ダイカスト用金型を冷却するための冷却ブッシュの製造に用いることもできる。
また、絞りプレスによって量産される製品の試作品を製造する際に本発明の参考例として用いることができる。絞りプレスでは、金型を数台用いて製作することが一般とされ、試作のために金型を製作することはコストがかかり好ましくない。本発明の製造方法を用いれば、薄肉の有底円筒金属部材を切削加工にて製作できるので、少ない投資で試作品を製作し、製品確認をすることができる。また、絞りプレスでは製作が困難な材料であっても、本発明の製造方法は切削加工なので、材料に依存せずに製造することができるという有利点を有する。

コアピンをダイカスト用金型に取り付けた状態を示す側断面図である。 コアピンを示した側面図である。 本発明の一実施形態にかかるコアピンの製造方法を示した図である。 比較例としてのコアピンの製造方法を示した図である。 薄肉化工程の変形例を示した図である。 冶具とワークとの接続方法の変形例を示した図である。 冶具とワークとの接続方法の変形例を示した図である。

符号の説明

１ コアピン
１ａ 先端部
１ｂ 基端部
１ｃ 冷却穴
２０ 冶具

Claims (2)

1. 基端部側に位置する大径部と、先端側に位置するとともに前記大径部よりも小径とされた小径部を有し、ダイカスト用金型に用いられるコアピンとされた薄肉有底円筒金属部材の製造方法であって、
   略一定の外径を有しかつ長尺状の金属製中実丸棒とされたワークの中心軸線に沿って切削加工により中心穴を冷却穴として形成し、該ワークの前記小径部の先端にて底部を有するように有底穴を形成する穴形成工程を行い、
   次に、前記穴形成工程にて形成した前記有底穴に充填部材を挿入することなく、前記ワークの先端側の前記小径部の全体にわたって外径が小さくなるように切削加工して１．５ｍｍ未満まで薄肉化する薄肉化工程を行うことにより、該薄肉化工程にて薄肉化された先端の直径に対して１０倍以上の長さとされた長尺状の薄肉有底円筒金属部材とすることを特徴とする薄肉有底円筒金属部材の製造方法。
2. 前記薄肉化工程の際に、前記ワークの一端側を延長する冶具を該ワークに対して固定し、該冶具を旋盤のチャックに取り付ける取付工程を有することを特徴とする請求項１に記載の薄肉有底円筒金属部材の製造方法。

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