JP5994055B2

JP5994055B2 - 金属部品の製造方法および金属部品の製造装置

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Publication number: JP5994055B2
Application number: JP2014248642A
Authority: JP
Inventors: 泰造石崎; 徳章四宮; 信彦白川; 中本　貴之; 貴之中本
Original assignee: ISHIZAKI PRESS INDUSTRIAL CO., LTD.; Technology Research Institute of Osaka Prefecture
Current assignee: ISHIZAKI PRESS INDUSTRIAL CO., LTD.; Technology Research Institute of Osaka Prefecture
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: JP2016107319A

Description

本発明は、金属部品の製造方法および金属部品の製造装置に関し、特に、オーステナイト系ステンレス鋼を材料としてこれにプレス加工を行う金属部品の製造方法および金属部品の製造装置に関する。

ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼は、高強度、高耐食性などの優れた特性を有しているため、製品の高機能化に応える材料として特に川下分野に広範なニーズが有る。

しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は、高い引張強度を有し、また加工硬化性が大きい。そのため、金属材料（ワーク）としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いてプレス加工を行うと、金型磨耗の激化、プレス機能力の不足（加圧能力、エネルギー量の不足）、工程数の増加等が引き起こされる。

そのため、オーステナイト系ステンレス鋼を金属材料としてプレス加工により金属部品を製造する場合、金属材料を加熱して引張強度を低下させた状態で、当該金属材料に対してプレス加工を行う温間絞り加工法を適用することが検討されている（たとえば特開平８−１２０４１９号公報参照）。

特開平８−１２０４１９号公報

しかしながら、従来の温間絞り加工では、金属材料の加熱は、成形型の一方である金型（ダイス）にカートリッジヒーターを埋め込み、所定の温度範囲内（たとえば１００℃以上１５０℃以下程度）に金型やブランクホルダ（しわ押え）を加熱してその熱を金型に接する金属材料に伝えることで行われる。そのため、従来の温間絞り加工では、金型は被加工物である金属材料と同等以上の温度に加熱されるが、被加工物の引張強度を十分に低下することができる程度にまで加熱するには、ヒータの熱容量の観点から加熱時間を長くする必要があった。

これは、従来の温間絞り加工に用いられているヒータは上述のように金型に埋め込まれていることから、金型以上の大きさとすることができず、ヒータの熱容量を十分に増すことができなかったためである。

その結果、従来の温間絞り加工では加熱時間を短縮することが困難であり、金属部品の生産性を向上することが困難であった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、生産性を向上することができる金属部品の製造方法および金属部品の製造装置を提供することにある。

本発明に係る金属部品の製造方法は、金属板を５０℃以上１５０℃以下の温度に加熱する工程と、加熱する工程の後に、金型を用いて金属板をプレス加工する工程とを備え、金型においてプレス加工された前記金属板が接する金型部分を構成する材料の熱伝導率は、超硬合金およびＪＩＳ規格ＳＫＤ１１のうち熱伝導率が低い一方よりもさらに低い。金型部分は金型の上方端面と内周端面とを有している。本発明において、金型とは、たとえば鉛直方向などの任意の方向に相対的に移動可能に設けられており、プレス加工時に加工対象物をそれぞれ移動方向の上下から押圧する一対の部材のうち、移動方向の一方側（たとえば下方）に位置する雌型をいう。なお、本発明において、当該一対の部材のうち移動方向の他方（たとえば上方）に位置する雄型を押圧部という。また、本発明において、上記金型部分において金属板と接する表面は、たとえば焼き付き防止を図るための膜によりコーティングされていてもよい。

本発明によれば、生産性を向上することができる金属部品の製造方法および金属部品の製造装置を提供することができる。

実施の形態１に係る金属部品の製造装置を説明するための図である。図１中の領域ＩＩにおける断面図である。実施の形態１に係る金属部品の製造方法のフォローチャートである。実施の形態２に係る金属部品の製造装置を説明するための断面図である。実施の形態２に係る金属部品の製造装置を説明するための断面図である。実施の形態２に係る金属部品の製造装置を説明するための断面図である。実施の形態１または実施の形態２に係る金属部品の製造装置の変形例を説明するための図である。図７中の領域ＶＩＩＩにおける断面図である。実施の形態１または実施の形態２に係る金属部品の製造装置の変形例を説明するための図である。実施の形態１または実施の形態２に係る金属部品の製造装置の変形例を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、実施の形態１に係る金属部品の製造装置１００について説明する。実施の形態１に係る金属部品の製造装置１００は、加工材料（ワーク）である金属板１を加熱する予備加熱部１０と、金属板１をプレスするプレス加工部２０とを備える。

金属板１を構成する材料は、オーステナイト系ステンレス鋼であり、たとえばＳＵＳ３０４などである。金属板１は、たとえば長手方向と短手方向とを有しており金属部品の製造装置１００において長手方向に沿って搬送される。

予備加熱部１０は、金属板１の搬送経路において、プレス加工部２０よりも上流側に配置されている。つまり、金属部品の製造装置１００において、金属板１は、予備加熱部１０を経てプレス加工部２０に至る。好ましくは、予備加熱部１０とプレス加工部２０とは、金属板１の搬送経路において連続して配置されている。つまり、予備加熱部１０から排出された加熱後の金属板１を、時間を空けずにプレス加工部２０に搬送し処理可能に設けられている。

予備加熱部１０は、任意の加熱方法により金属板１を所定の温度に加熱可能に設けられていればよいが、たとえば抵抗加熱炉やランプアニール炉であってもよいし、高周波誘導加熱装置であってもよい。予備加熱部１０は、たとえば金属板１を５０℃以上１５０℃以下の温度に加熱可能に設けられている。予備加熱部１０による金属板１に対する加熱温度は、たとえばプレス加工の際に引張強度を十分に低下させることができる温度であればよく、好ましくは金属板１がマルテンサイト変態を引き起こさない温度（たとえば金属板１を構成する材料がＳＵＳ３０４の場合には通常９０℃以上）である。

プレス加工部２０は、たとえば鉛直方向において金属板１に対し上方に配置されたパンチ部３０と、鉛直方向において金属板１に対し下方に配置されたダイ部４０とを含む。

パンチ部３０は、保持具３１と、押圧部３２とを有する。ダイ部４０は、ベース部４１と、金型４２と、ガイド部４４とを含む。

保持具３１は、ガイド部４４によって金型４２および貫通孔４３上の所定の位置に搬送された金属板１に鉛直方向上方から接触し、金型４２との間で金属板１を挟持可能に設けられている。つまり、保持具３１は、鉛直方向においてダイ部４０に設けられている金型４２と少なくとも一部が重なるように設けられているとともに、保持具３１の鉛直方向下方に位置する端部が、金型４２上に配置されている金属板１と接触可能に設けられている。保持具３１は、プレス加工前の板状の金属板１に対し、鉛直方向上方から金型４２に対して押さえつけることができる。保持具３１は、たとえば円筒状に設けられており、その軸方向が鉛直方向に沿って延びている。保持具３１を構成する材料は、たとえば超硬合金（以下、単に超硬という）やＳＫＤ１１などの合金工具鋼であり、好ましくは超硬やＪＩＳ規格ＳＫＤ１１（以下、単にＳＫＤ１１という）などよりも低熱伝導率（たとえば１４．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度）の材料であり、たとえばサーメットである。

押圧部３２は、円筒状に設けられている保持具３１の中空部分において、保持具３１に対し鉛直方向において相対的に移動可能に設けられている。つまり、押圧部３２は、保持具３１に囲まれている。また、押圧部３２は、押圧部３２の鉛直方向下方側に位置する端部が、保持具３１の鉛直方向下方側に位置する端部よりも鉛直方向の下方に突出可能に設けられている。押圧部３２を構成する材料は、絞り加工後の金属部品２に大きな板厚減少や破断の発生を抑制する観点から、熱伝導率が高い材料であるのが好ましい。すなわち、金属板１は、予備加熱部１０により全体が加熱されて引張強度が低下した状態で押圧部３２により押圧されるため、金属板１（被加工材）において押圧部３２の角部に押圧される部分には、絞り加工の荷重（引張荷重、曲げ荷重等）が集中するため、大きな板厚減少や破断が起こり易い。押圧部３２が高い熱伝導率を有する材料で構成されていることにより、金属板１の熱を押圧部３２に放熱することができ、金属板１の引張強度を回復させることができる。その結果、上記のような板厚減少や破断の発生を抑制することができる。押圧部３２を構成する材料は、たとえば金型４２を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料であり、たとえば超硬やＳＫＤ１１などの合金工具鋼である。

ベース部４１は、ダイ部４０において金型４２の支持体として構成されている。ベース部４１を構成する材料は、たとえば一般的なプレス加工装置においてダイ部を構成する材料であればよく、たとえばＳ５５Ｃなどの炭素鋼である。ベース部４１を構成する材料は、金型４２を構成する材料と比べて熱伝導率が高い。

ベース部４１には、金型４２を内部に保持することができる溝部４１ａが形成されている。溝部４１ａは、たとえば鉛直方向および水平方向とに延びる端面を有しており、これらの端面が金型４２の外周端面および底面と面接触可能に形成されている。さらに、ベース部４１には、溝部４１ａに対して鉛直方向の下方に溝部４１ａと連なる溝部４１ｂが形成されている。ベース部４１には、冷却部４５が設けられているのが好ましい。冷却部４５は、冷却水を循環可能に設けられており、たとえばベース部４１の内部においてベース部４１から受け取った熱をベース部４１の外部において放熱可能に設けられている。

金型４２は、鉛直方向上方に位置する上方端面４２ｃを有しており、たとえば上方端面４２ｃが金属板１と面接触可能に設けられている。金型４２には、その内側に金属板１をプレス加工して得られる金属部品２の外形を規制するための貫通孔４３が形成されている。金型４２を構成する材料は、従来の温間プレス加工装置の金型を構成する材料である、超硬やＳＫＤ１１などと比べて、熱伝導率が低い。さらに、金型４２を構成する材料は、ベース部４１を構成する材料よりも熱伝導率が低い。

金型４２を構成する材料は、たとえば炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）または炭化チタン（ＴｉＣ）を主成分とするサーメット、および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）のうちの少なくともいずれか一方を含む材料である。なお、ＺｒＯ_２、ＴｉＣＮ基サーメット、ＴｉＣ基サーメットの熱伝導率は、超硬およびＳＫＤ１１のうち熱伝導率が低い一方よりもさらに低い。具体的には、従来の金型構成材料として一般的に用いられる超硬の常温時の熱伝導率は７１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるのに対し、ＴｉＣＮ基サーメットの常温時の熱伝導率は１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、ＺｉＯ_２の常温時の熱伝導率は３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。つまり、サーメットの熱伝導率は超硬の熱伝導率の５分の１程度である。異なる観点から言えば、金型４２を構成する材料の常温時の熱伝導率は、たとえば２７．２Ｗ／ｍ・Ｋ未満である。

貫通孔４３の内周端面４２ａは、鉛直方向に対して交差する方向に沿って形成されていてもよい。このとき、貫通孔４３の内周端面４２ａは、金型４２において金属板１と接触する上方端面４２ｃに対して鋭角となる傾斜角を有し、下方端面４２ｄに対して鈍角となる傾斜角を有していてもよい。

ガイド部４４は、金属板１がダイ部４０上に搬送される際に金属板１を金型４２上の所定の位置にガイド可能に設けられている。また、ガイド部４４は、金型４２をベース部４１と挟持可能に設けられていてもよい。ガイド部４４を構成する材料は、たとえば超硬やＳＫＤ１１などの合金工具鋼である。

次に、図１〜図３を参照して、実施の形態１に係る金属部品の製造方法について説明する。

はじめに、金属板１を加熱する（工程（Ｓ１０））。金属板１は、予備加熱部１０に搬送されて、たとえば５０℃以上１５０℃以下に加熱される。

次に、金属板１をプレス加工する（工程（Ｓ２０））。本工程（Ｓ２０）は、先の工程（Ｓ１０）と時間を空けずに連続して行われる。具体的には、先の工程（Ｓ１０）において予備加熱部１０で所定の温度に加熱されて予備加熱部１０から排出された金属板１は、速やかにプレス加工部２０に搬送され、パンチ部３０とダイ部４０との間に配置される。

図２（ａ）に示すように、まず抜きパンチを兼ね備えた保持具３１と、抜きダイを兼ね備えたガイド部４４とにより、金属板１からブランクが切り抜かれる。その後、ブランクがガイド部４４に導かれて金型４２上に配置される。

そして、金型４２の上に配置された金属板１は、保持具３１と金型４２とに挟持される。図２（ｂ）に示すように、その後、押圧部３２の下方端部が溝部４１ｂ内に達するように、押圧部３２を保持具３１に対して鉛直方向下方に相対的に移動させる。本工程（Ｓ２０）において、金属板１の温度は、プレス加工の際に引張強度を十分に低下させることができ、かつ加熱による成形性の低下が抑制されている温度範囲内（たとえば金属板１を構成する材料がＳＵＳ３０４の場合には５０℃以上１５０℃以下）とされている。好ましくは、金属板１の下限温度は、プレス加工直後においてマルテンサイト変態を引き起こさない温度（たとえば金属板１を構成する材料がＳＵＳ３０４の場合には９０℃以上）とされている。プレス加工前の金属板１の温度は、当該下限温度以下であってもよい。また、その他のプレス加工の条件（パンチスピードなど）は、従来のプレス加工と同等程度とすることができる。また、本工程（Ｓ２０）において、ベース部４１は、冷却部４５により冷却されているのが好ましい。

これにより、金属板１に対して抜き絞り加工が行われ、金属板１は金属部品２に成形される。金属部品２が形成された後、金属板１および金属部品２は下流側に送られ、これに伴い上流側から金属板１が金型４２上に搬送される。図１に示すように、金属板１および金属部品２を搬送しながら上記工程（Ｓ１０）〜工程（Ｓ２０）を連続して行うことにより、金属部品２を連続して製造することができる。なお、本工程（Ｓ２０）において、金属板１に対する加工は２段階に行われてもよい。すなわち、はじめにブランク抜き加工が実施された後、プレス加工がされてもよい。

次に、実施の形態１に係る金属部品の製造装置１００および金属部品の製造方法の作用効果について説明する。

金属部品の製造装置１００は、金属板１を加熱する予備加熱部１０と、金属板１をプレスするプレス加工部２０とを備え、プレス加工部２０は、金型４２と、金属板１を金型４２と挟持可能に設けられている保持具３１と、金型４２と保持具３１とで挟持されている金属板１をプレスする押圧部３２とを含み、金型４２を構成する材料の常温時の熱伝導率は、従来金型材料として選定されるＳＫＤ１１や超硬の熱伝導率と比べて大きく低く、たとえば１４．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。

このようにすれば、プレス加工部２０に搬送される金属板１は、予備加熱部１０により所定の温度まで加熱されているため、金型４２上に配置されてから加熱される従来の金属部品の製造装置よりも短時間で所定温度まで加熱することができる。そのため、実施の形態１に係る金属部品の製造装置１００およびこれを用いる金属部品の製造方法によれば、従来の金属部品の製造装置および金属部品の製造方法と比べて、金属部品の生産性を向上することができる。

また、金型４２はヒータ等により加熱されないため、金型４２の熱膨張が抑制され、金型４２を用いて加工された加工品の加工寸法精度が低下することが抑制されている。つまり、金属部品の製造装置１００によれば、加工品の寸法精度を低下させることなく従来よりも加工速度を上げることができ、生産性を向上することができる。

さらに、従来の金属部品の製造方法によりオーステナイト系ステンレス鋼を絞り加工する場合には、金属板と金型との間での焼き付き（化学結合）が問題となっていた。焼き付きは、絞り加工のきつさ（絞り加工による形状変化の程度，加工度）や金型の表面状態などの加工条件によりたとえば常温下での冷間加工においても問題となるが、特に温間加工において金型がヒータ等により上記所定温度以上に加熱される場合には、金属板と金型との間で焼き付きが生じ易かった。これに対し、金属部品の製造装置１００によれば、金型４２はヒータ等により加熱されないため、従来の温間加工を行うための金属部品の製造装置と比べて金属板１と金型４２との間で焼き付きを抑制することができる。

また、従来の金属部品の製造装置では、金型が鋼で構成されるため、金属板にオーステナイト系ステンレス鋼を用いた場合に上記のような焼き付きが生じやすかった。

これに対し、金属部品の製造装置１００では、金型４２を構成する低熱伝導性材料として、非金属であるＺｒＯ_２や、鋼との親和性の低い炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）あるいは窒化チタン（ＴｉＣ）を主成分とするサーメットを用いることで、金属板と金型との間で焼き付きをより効果的に抑制することができる。

また、金型４２を構成する材料の常温時の熱伝導率は、超硬やＳＫＤ１１の熱伝導率よりも低く、たとえば１４.０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。異なる観点から言えば、金型４２を構成する材料は、ベース部４１を構成する材料と比べて熱伝導率が低い。そのため、プレス加工時の加工発熱により金属板１に生じた熱は、金型４２を介してベース部４１やガイド部４４などに放熱され難い。そのため、金属板１に生じた当該熱を、金属板１に蓄えられて金属板１の温度上昇および冷却防止（保温）に効果的に寄与させることができる。これにより、プレス加工直後の金属部品２の温度は、金属部品２（金属板１）を構成する材料の引張強度を十分に低下させることができる温度まで容易に上昇されるため、ヒータを使用する従来温間絞りにおいて必要とされる加熱時間よりも短い時間で加工荷重を低減することができ、成形限界を向上させることができる。また、工程（Ｓ１０）での加熱条件や工程（Ｓ２０）での加工条件を適宜制御することにより、プレス加工直後の金属部品２の温度を、金属部品２（金属板１）を構成する材料のマルテンサイト化が抑制される温度まで上昇させることができる。このようにすれば、プレス加工に伴って金属部品２（金属板１）を構成する材料がマルテンサイト変態することを抑制することができる。

本願発明者らは、ＳＵＳ３０４からなる金属板を、ＺｒＯ_２からなる金型を用いてプレス加工したときの加工発熱の程度を評価し、加工発熱により金属板の温度を十分に上昇させることができることを確認した。具体的には、金属板１として、厚みが１．０ｍｍ、直径８０．０ｍｍのＳＵＳ３０４からなる金属板を準備した。また、ＺｒＯ_２からなる金型４２と、ＳＫＤ１１からなる押圧部３２（パンチ）とを備える金属部品の製造装置１００を準備した。当該金属部品の製造装置１００を用いて、金属板１を予備加熱無しでプレス加工を実施した。プレス加工前の金属板の温度は２５℃であった。押圧部３２の移動距離（保持具３１に対する突出距離）である成形ストロークは３０ｍｍとし、パンチスピードを１．０ｍｍ／秒とした。なお、金属板の温度測定は、金属板の端部に溶着したＫ型熱電対により測定した。また、比較例として、一般的な金型材料であるＳＫＤ１１からなる同寸法の金型を準備し、上記と同様の金属板、プレス加工条件により加工発熱の程度を評価した。

この結果、ＳＫＤ１１からなる金型を用いたプレス加工では、加工後のＳＵＳ３０４の温度は４０℃であったのに対し、ＺｒＯ_２からなる金型を用いたプレス加工では、加工後のＳＵＳ３０４の温度は６０℃であった。これにより、金型を構成する材料として、ＳＫＤ１１よりも熱伝導率が低いＺｒＯ_２を採用することにより、加工発熱により生じた熱量を金属板（ワーク）の温度上昇により効果的に寄与させることができることを確認した。

また、金属部品の製造装置１００では、ベース部４１がヒータ等により加熱されないため、ベース部４１の内部に冷却水を流通可能な冷却部４５を設けることができる。さらに、金型４２は金属板１と接触可能に設けられている内周端面４２ａと反対側に位置する外周端面４２ｂがベース部４１と接続されており、ベース部４１を構成する材料は、金型４２を構成する材料よりも高熱伝導率を有する材料とすることができる。そのため、金型４２が予備加熱された金属板１との接触により、あるいはプレス加工時の加工発熱した金属板１との接触により加熱されても、金属板１から金型４２に伝えられた熱はベース部４１を介して冷却部４５に伝わることにより効果的に放熱され得る。そのため、金型４２に上記熱が蓄えられることを防止することができ、金型４２の熱膨張を抑制することができる。

また、金属部品の製造装置１００は、金属板１を構成する材料がオーステナイト系ステンレス鋼である場合に特に有利である。つまり、金属部品の製造装置１００は、上記のような構成を備えるため、高い引張強度を有するとともに加工硬化性が大きく、また加工温度に依っては加工に伴いマルテンサイト化するオーステナイト系ステンレス鋼をワークとしたときに、従来の金属部品の製造装置と比べてより顕著に加工品の寸法精度を低下させることなく生産性を向上することができる。

金属部品２の製造方法は、金属板１を加熱する工程（Ｓ１０）と、加熱する工程（Ｓ１０）の後に、金属板１をプレス加工する工程（Ｓ２０）とを備え、プレス加工する工程（Ｓ２０）は、金型４２に対して金属板１を固定する工程（Ｓ２１）と、固定する工程（Ｓ２１）の後に金型４２に対して金属板１をプレスする工程（Ｓ２２）とを含み、金型４２を構成する材料の熱伝導率は、超硬およびＳＫＤ１１のうち熱伝導率が低い一方よりもさらに低い。異なる観点から言えば、金型４２を構成する材料の常温時の熱伝導率は、たとえば２７．２Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、金型４２を構成する材料はベース部４１を構成する材料よりも熱伝導率が低い。

オーステナイト系ステンレス鋼からなる金属板をプレス加工する場合、加工に伴うマルテンサイト変態を抑制するためには金属板の温度を所定の下限温度（たとえば金属板１を構成する材料がＳＵＳ３０４の場合には９０℃）以上の温度とすることが有効であるが、従来の金属部品の製造方法では金型を介して金属板を加熱するためそれ以上の加熱温度でヒータを作動させる必要があった。これに対し、実施の形態１に係る金属部品２の製造方法では、プレス加工する工程（Ｓ２０）の前に加熱する工程（Ｓ１０）が実施されるため、従来の金属部品の製造方法のようにプレス加工時に金型４２を介して金属板１を加熱する必要がない。そのため、金属板１の引張強度を十分に低下することができる温度にまで金属部品１を効率よく加熱することができ、加熱時間を短縮することができることから金属部品２の生産性を向上することができる。

また、実施の形態１に係る金属部品２の製造方法において、金型４２はヒータによって加熱されることがないため金型４２の熱膨張は抑制されている。その結果、実施の形態１に係る金属部品２の製造方法によれば、従来の金属部品の製造方法と比べて、高い寸法精度で金属部品２を製造することができる。

さらに、プレス加工する工程（Ｓ２０）において用いられる金型４２は、従来の金型材料と比べて熱伝導率が低い材料で構成されているため、プレス加工の際の加工発熱を金属板１の温度上昇により効果的に寄与させることができる。つまり、実施の形態１に係る金属部品２の製造方法によれば、金属板１を上記温度まで加熱するのに必要な加熱時間を短縮することができ、金属部品２の製造方法におけるスループットを向上させることができる。また、加熱する工程（Ｓ１０）における予備加熱部１０の加熱温度は、加工発熱に伴う金属板１の温度上昇を考慮することにより、プレス加工に伴うマルテンサイト変態を抑制するために必要な温度以下に設定することも可能である。

また、プレス加工する工程（Ｓ２０）において、金型４２は金属板１と接触可能に設けられている内周端面４２ａと反対側に位置する外周端面４２ｂがベース部４１と接続されており、金型４２を構成する材料の熱伝導率は、ベース部４１を構成する材料の熱伝導率よりも低い。

このようにすれば、上述のように、金型４２が予備加熱された金属板１との接触により、あるいはプレス加工時の加工発熱した金属板１との接触により加熱されても、加工発熱により生じた熱は金型４２からベース部４１に伝えられる。ベース部４１に伝えられた熱は、冷却部４５によりベース部４１の外部に効果的に排出される。そのため、金型４２に上記熱が蓄えられることを防止することができ、金型４２の熱膨張を抑制することができる。

（実施の形態２）
次に、図１、および図４〜図６を参照して、実施の形態２に係る金属部品の製造装置１００および金属部品の製造方法について説明する。なお、図５および図６中の矢印は、熱の経路を示している。実施の形態２に係る金属部品の製造装置１００は、基本的には実施の形態１に係る金属部品の製造装置１００と同様の構成を備えるが、保持具３１を構成する材料が押圧部３２よりも熱伝導率の低い材料で構成されている点で異なる。また、実施の形態２に係る金属部品の製造方法は、基本的には実施の形態１に係る金属部品の製造方法と同様の構成を備えるが、固定する工程（Ｓ２１）において、金属板１を金型４２に対して固定する保持具３１を構成する材料の熱伝導率が超硬およびＳＫＤ１１のうち熱伝導率が低い一方よりもさらに低い点で異なる。異なる観点から言えば、保持具３１を構成する材料の常温時の熱伝導率がたとえば２７．２Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、保持具３１を構成する材料は押圧部３２を構成する材料よりも熱伝導率が低い。

保持具３１は、ガイド部４４によって金型４２および貫通孔４３上の所定の位置に搬送された金属板１に鉛直方向上方から接触し、金型４２との間で金属板１を挟持可能に設けられている。保持具３１は、好ましくは金属板１と面接触可能に設けられている。

保持具３１を構成する材料は、押圧部３２よりも熱伝導率の低い任意の材料であり、たとえば炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）または炭化チタン（ＴｉＣ）を主成分とするサーメット、および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）のうちの少なくともいずれか一方を含む材料である。

この場合、図４を参照して、固定する工程（Ｓ２１）において、金属板１は保持具３１と金型４２とにより挟持され、押圧部３２、金型４２、および貫通孔４３に対して位置決めされる。

次に、図５および図６を参照して、プレスする工程（Ｓ２２）において、金属板１は保持具３１と金型４２とにより挟持された状態で押圧部３２により押圧される。押圧を受けて金属板１が変形することにより金属板１は発熱する。発熱量は、金属板１を構成する材料の引張強度が高く、加工度（加工による変形の割合の程度）が大きいほど増加する。そのため、金属板１では押圧により変形する領域Ａで発熱量が大きくなる。

このとき、金属板１において当該領域Ａは保持具３１と金型４２との間に挟持されている部分に近接しており、金属板１に生じた熱は金属板１と接触している保持具３１および金型４２に伝わるが、保持具３１および金型４２はいずれも熱伝導率が低いためこれらによる放熱量は小さい。その結果、実施の形態２に係る金属部品の製造装置１００および金属部品の製造方法によれば、金属板１の加工発熱により生じた熱を金属板１の温度上昇により効果的に利用することができる。

なお、ガイド部４４を構成する材料も、金型４２や保持具３１と同様に熱伝導率の低い材料であってもよい。

なお、実施の形態１および実施の形態２に係る金属部品の製造装置１００は、トランスファープレスを使用する金属部品の製造装置に適用することができる。具体的には、図７〜図９を参照して、金属部品の製造装置１００は、金属板１の送り方向Ａに対して交差する金属部品２の搬送方向Ｂにおいてプレス加工部２０に隣接する別のプレス加工部２１を複数備えていてもよい。

プレス加工部２１は、プレス加工部２０と同様に、たとえば鉛直方向において金属板１に対し上方に配置されたパンチ部５０と、鉛直方向において金属板１に対し下方に配置されたダイ部６０とを含む。

パンチ部５０は、押圧部５１を有する。ダイ部６０は、ベース部６１と、金型６２と、ノックアウト６３と、ノックアウトガイド部６４と、ダイホルダ６５とを含む。

押圧部５１は、プレス加工部２０における押圧部３２と形状または寸法などは異なるが、その他は基本的に同様の構成を有していればよい。押圧部５１を構成する材料は、上述した押圧部３２と同様に、金属板１（被加工材）において押圧部５１の角部に押圧され荷重が集中する部分の大きな板厚減少や破断を抑制する観点から、高い熱伝導率を有する材料で構成されている。押圧部３２を構成する材料は、たとえば金型６２を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料であり、たとえば超硬やＳＫＤ１１などの合金工具鋼である。

ベース部６１を構成する材料は、金型６２を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料であり、たとえばクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）である。金型６２を構成する材料は、加工発熱の放熱を抑制して金属部品２の温度上昇に効果的に利用できる熱伝導率の低い材料であり、たとえばサーメットである。ベース部６１と金型６２とは、焼嵌めにより接合されている。

ノックアウト６３を構成する材料は、上述した押圧部３２や押圧部５１と同様に、金属板１（被加工材）の大きな板厚減少や破断を抑制する観点から、高い熱伝導率を有する材料で構成されている。ノックアウト６３を構成する材料は、たとえば金型６２を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料であり、たとえば超硬である。ノックアウトガイド部６４を構成する材料は、たとえばＳＫＤ１１などの合金工具鋼である。ノックアウトガイド部６４には、冷却部６６が形成されているのが好ましい。

ダイホルダ６５は、ベース部６１およびノックアウトガイド部６４を保持している。ダイホルダ６５を構成する材料は、たとえばＳ５５Ｃなどの機械構造用炭素鋼である。

このようなトランスファープレスを使用した金属部品の製造方法は、基本的には実施の形態１に係る金属部品の製造方法と同様の構成を備えるが、金属部品２をプレス加工する工程をさらに備える点で異なる。

金属部品２をプレス加工する工程は、金属板１をプレス加工する工程（Ｓ２０）に引き続いて連続して実施される。金属板１をプレス加工する工程（Ｓ２０）において、金属板１を加熱する工程（Ｓ１０）で予備加熱された金属板１は加工発熱を受けてさらに加熱されている。そのため、金属部品２をプレス加工する工程において、プレス加工直後の金属部品３の温度は金属部品３（金属板１）を構成する材料の引張強度を十分に低下させることができる温度まで上昇されるため、ヒータを使用する従来温間絞りにおいて必要とされる加熱時間よりも短い時間で加工荷重を低減することができ、成形限界を向上させることができる。

つまり、トランスファー機構を備えたプレス機器として設けられている金属部品の製造装置１００においては、複数のプレス加工部の各金型が（たとえばそれぞれのベース部よりも）熱伝導率が低い材料で構成されていることにより、各プレス加工部での加工発熱により生じた熱をより効果的に被加工材の温度上昇に利用することができる。そのため、たとえば被加工材（金属部品２など）の搬送中における放熱量が大きく各プレス加工部において引張強度を低下させるためには再加熱が必要な場合にも、加工発熱を効果的に利用することができ、金属部品３の寸法精度を低下させること無くその生産性を向上することができる。

また、工程（Ｓ１０）での加熱条件や工程（Ｓ２０）での加工条件を適宜制御することにより、金属部品２をプレス加工する工程でのプレス加工直後の金属部品３の温度を、金属部品３（金属板１）を構成する材料のマルテンサイト化が抑制される温度まで上昇させることができる。このようにすれば、プレス加工に伴って金属部品３（金属板１）を構成する材料がマルテンサイト変態することを抑制することができる。

なお、トランスファー機構を備えたプレス機器として設けられている金属部品の製造装置１００は、たとえば被加工材の引張強度を十分に低下させることを目的とした温間絞りが２段目以降（プレス加工部２１以降）の加工において不要な場合には、少なくともプレス加工部２０の金型４２のみがベース部４１よりも熱伝導率が低い材料で構成されていてもよい。

図９を参照して、金属部品２をプレス加工するプレス加工部２１の金型６２が、ベース部６１よりも熱伝導率が低い材料で構成されていてもよい。金型６２を構成する材料は、たとえば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）および炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）基サーメットのうち少なくともいずれか一方を含む材料であってもよい。

金属部品２をプレス加工する工程では、押圧部５１とノックアウト６３とに挟持された金属部品２が金型６２の貫通孔内に押し込まれることにより金属部品３に加工される。この加工の際、金属部品２は、押圧部５１、ノックアウト６３および金型６２と接触した状態であり、加工発熱により生じた熱は押圧部５１、ノックアウト６３、および金型６２に伝えられる。そのため、金型６２を構成する材料がサーメットのような低熱伝導率であれば、金属部品２をプレス加工する工程においても、先の工程（Ｓ２０）と同様に、加工発熱により生じた熱を効果的に利用して金属部品３を所定の温度まで加熱することができる。

さらに、実施の形態１および実施の形態２に係る金属部品２の製造方法では、加工速度が速い方が加工発熱をより有効に利用することができる。すなわち、加工速度が速くなる程、被加工材である金属板１または金属部品２が金型４２，６２と接触している時間が短くなる。そのため、加工によって発生した熱が金型４２，６２を通じて拡散して行ける時間は短くなり、加工発熱により生じた熱量の多くは被加工材およびその近傍に留まることになり、当該熱を被加工材の加熱により有効に利用することができる。

なお、実施の形態１および実施の形態２に係る金属部品の製造方法および金属部品の製造装置において、金属板１を構成する材料はオーステナイト系ステンレス鋼であるが、これに限られるものではない。金属板１を構成する材料は、熱伝導率が低い任意の材料であってもよい。金属板１は、たとえば熱伝導率が低い材料で構成されかつその寸法が大きく引張強度を低下させるには十分な加熱時間が必要とされるため、従来の金属部品の製造方法および製造装置では加工寸法精度を低下させることなく生産性を向上することが困難であった金属板とすることができる。実施の形態１および実施の形態２に係る金属部品の製造方法および金属部品の製造装置によれば、このような金属板１を被加工材としても、金属部品２，３の生産性を向上することができる。

また、実施の形態１および実施の形態２に係る金属部品の製造方法において、金属板１を加熱する工程（Ｓ１０）と金属板１をプレス加工する工程（Ｓ２０）との間には、たとえば工程（Ｓ２０）において押圧部３２の角部（Ｒ部）と接触して押圧される金属板１の一部分を局所的に冷却する工程をさらに備えていている。すなわち、図１０を参照して、金属部品の製造装置１００は、予備加熱部１０とプレス加工部２０との間には、金属板１の当該一部分を局所的に冷却する局所冷却部７０をさらに備えていている。金属板１は、予備加熱部１０において全体が加熱される。このため、金属板１をプレス加工する工程（Ｓ２０）における加工度が高い場合や当該工程（Ｓ２０）における加熱温度（たとえば金属板１を構成する材料の引張強度を十分に低下させるための加熱温度）が高い場合、プレス加工時において荷重が集中する押圧部３２の角部（Ｒ部）に押圧される金属板１の当該一部分において、板厚が大きく減少したり割れなどが生じるリスクが高まる。これに対し、プレス加工前に当該一部分を局所冷却部７０により局所的に冷却することにより、当該一部分を金属板１が上記リスクを回避可能な程度までその引張強度を回復することができる温度にまで冷却して上記リスクを回避することができる。

局所冷却部７０は、金属板１の当該一部分を上記温度まで局所的に冷却可能な限りにおいて任意の構造を有していればよいが、たとえば当該一部分と接触可能に設けられており、好ましくは上記温度よりも低温に保持されている。

なお、実施の形態１および実施の形態２に係る金属部品の製造方法および金属部品の製造装置において、押圧部３２，５１は従来と同様の冷却機構を有しているのが好ましい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼にプレス加工を行う金属部品の製造方法および金属部品の製造装置に特に有利に適用される。

１金属板、２金属部品、１０予備加熱部、２０，２１プレス加工部、３０，５０パンチ部、３１保持具、３２，５１押圧部、４０，６０ダイ部、４１，６１ベース部、４１ａ，４１ｂ溝部、４２，６２金型、４２ａ内周端面、４２ｃ上方端面、４２ｄ下方端面、４３貫通孔、４４ガイド部、４５，６６冷却部、６３ノックアウト、６４ノックアウトガイド部、６５ダイホルダ、７０局所冷却部、１００製造装置。

Claims

金属板を５０℃以上１５０℃以下の温度に加熱する工程と、
前記加熱する工程の後に、金型を用いて前記金属板をプレス加工する工程とを備え、
前記金型においてプレス加工される前記金属板が接する金型部分を構成する材料の熱伝導率は、超硬合金およびＪＩＳ規格ＳＫＤ１１のうち熱伝導率が低い一方よりもさらに低く、
前記金型部分は前記金型の上方端面と内周端面とを有している、金属部品の製造方法。
前記プレス加工する工程において、前記金型は前記金属板と接触可能に設けられている前記内周端面と反対側に位置する外周端面がベース部と接続されており、
前記金型部分を構成する材料の熱伝導率は、前記ベース部を構成する材料の熱伝導率よりも低い、請求項１に記載の金属部品の製造方法。
前記プレス加工する工程において、前記金属板は、前記金型と保持具との間で挟持されることにより前記金型に対して固定されており、
前記保持具において前記金属板と接触する部分を構成する材料の熱伝導率は、超硬合金およびＪＩＳ規格ＳＫＤ１１のうち熱伝導率が低い一方よりもさらに低い、請求項１または請求項２に記載の金属部品の製造方法。
前記金属板を構成する材料はオーステナイト系ステンレス鋼である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の金属部品の製造方法。
前記金型部分を構成する材料は、炭窒化チタンまたは炭化チタンを主成分とするサーメット、および酸化ジルコニウムのうちの少なくともいずれか一方を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の金属部品の製造方法。
金属板を５０℃以上１５０℃以下の温度に加熱する予備加熱部と、
前記金属板をプレスするプレス加工部とを備え、
前記プレス加工部は、金型と、前記金型に対して前記金属板をプレスする押圧部とを含み、
前記金型においてプレス加工される前記金属板が接する金型部分を構成する材料の熱伝導率は、超硬合金およびＪＩＳ規格ＳＫＤ１１のうち熱伝導率が低い一方よりもさらに低く、
前記金型部分は前記金型の上方端面と内周端面とを有している、金属部品の製造装置。