JP6664629B1

JP6664629B1 - 金型のダイ

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Publication number: JP6664629B1
Application number: JP2019009665A
Authority: JP
Inventors: 近藤　大輔; 大輔近藤
Original assignee: 株式会社ハルツ
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: JP2020116606A

Abstract

【課題】抜き加工実行時における滓上がりの発生を抑えることのできる新規な金型のダイを提供する。【解決手段】パンチ（２４）の外周面に対してクリアランス（Ｃ）を有する抜き穴（４２）が、被加工材（Ｍ）の抜き方向に形成されているダイ本体（４１）と、前記抜き穴の上面よりも下方位置において、前記抜き方向と交差する方向に沿って前記ダイ本体の内部に嵌合されると共に、その先端部が前記パンチを抜き穴に進退させたときに抜き滓（Ｓ）の一部と接する位置にまで突出している細長の抵抗部材（４１）と、を備えた構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、金型のダイに関し、特に、抜き加工実行時における滓上がりの発生を抑える技術に関する。

金属板などの被加工材を所望の形状に加工する手法の一つに、抜き加工がある。抜き加工は、例えば円形や矩形などの抜く形状に対応するパンチ（Punch）とダイ（Die）を組み込んだ上下一組の金型を製作し、プレス機に取り付けた金型で被加工材を挟んでプレスすることによって行われる。

一般的に下金型に配置されるダイは、抜き穴の下方に、抜き穴よりも内周を拡張させた逃し穴を設けている。パンチを抜き穴に進退させたときに発生する抜き滓は、この逃し穴を通じてダイから落下して排出される。しかしながら、稀に、ダイから落下せずに浮き上がり、被加工材の表面に抜き滓が載ってしまう「滓上がり」が発生することがある。滓上がりが発生する理由は、一例として、パンチが上昇する際に抜き穴の内部空間が減圧されて上方に引っ張られる、パンチと抜き滓との間に磁気が作用して上方に引っ張られる、或いは塗布した加工油の張力によって引っ張られるなどが考えられる。

滓上がり対策として、突部を抜き穴の内周面に形成することが検討されている。しかしながら、抜き方向に沿って縦方向に突部を形成すると、パンチが最下点に至るまでに発生する摩擦が大きく、ダイの耐久性が懸念される。さらに、突部を一体的に形成する場合、ダイ自体の製作が難しくなる。また、抜き穴の内周面に全周に亘って板状の突部を形成すると、滓上がりの発生は抑えられたとしても、引っ掛りが大きくて抜き滓がダイ内に詰まる排出不良が懸念される。

実開昭５９−１９４３３０号公報実開昭５９−８１５３４号公報特開２００３−２２５７１９特開２０１５−１６６１０２号公報特開平５−１５４５７６号公報

すなわち、本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、抜き加工実行時における滓上がりの発生を抑えることのできる新規な金型のダイを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、滓上がりの発生を抑えつつ、ダイ内からの抜き滓の排出不良を抑えることにある。

本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）本発明の金型のダイは、パンチの外周面に対してクリアランスを有する抜き穴が、被加工材の抜き方向に形成されているダイ本体と、前記抜き穴の上面よりも下方位置において、前記抜き方向と交差する方向に沿って前記ダイ本体の内部に嵌合されると共に、その先端部が前記パンチを抜き穴に進退させたときに抜き滓の一部と接する位置にまで突出している細長の抵抗部材と、を備えたことを特徴とする。
（２）前記抵抗部材の好ましい一例は、棒状部材である。
（３）さらに好ましくは、前記抵抗部材は、円柱又は楕円柱の棒状部材である。
（４）前記抵抗部材は、好ましい他の例として、抜き滓の一部と接する位置まで突出した先端部と、この先端部を突出方向に付勢する弾性部材と、を備えたプランジャーである。

本発明によれば、ダイ本体の内部に抜き方向と交差する方向に沿って嵌合させた細長の形状であって、その先端部が抜き穴にパンチを進退させたときに抜き滓の一部と接する位置まで突出している抵抗部材を備えたことにより、抜き加工実行時において抵抗部材の先端部を抜き滓に接触させることができ、その摩擦抵抗によって、上昇するパンチに引っ張られて抜き滓が浮き上がるのを抑えることができる。その一方で、細長の抵抗部材は抜き滓との接触面積が小さいことから、抜き滓がダイ本体の内部で詰まって動かなくなる排出不良を抑えることができる。さらに、ダイ本体の内部に抜き方向と交差する方向に沿って嵌合させているので、抵抗部材自体の耐久性を高めることができる。またダイ自体の製作がそれほど困難ではないという利点がある。

本発明の第１実施形態に従う金型の全体構成図である。上記金型のダイの平面図と縦断面図である。上記ダイとパンチで被加工材を穴抜き加工する様子を示す説明図である。本発明の第２実施形態に従う金型のダイの平面図と縦断面図である。上記ダイとパンチで被加工材を穴抜き加工する様子を示す説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態に従う金型のダイについて、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に従う金型１の全体を示している。実際の製品の加工では、複数組のパンチとダイを用いたり、絞りなどの他の加工を一つの金型で同時に行ったりする場合もあるが、発明を理解し易くするため、図１には一組のパンチとダイによって穴抜き加工（ピアス加工）をする典型的な金型１を例示している。

図１に示すように、金型１は、一組の上金型２と下金型３とにより構成されている。上金型２は、例えば不図示のフランジ型シャンクによってプレス機のスライドに取り付けられる。一方、下金型３は、プレス機のボルスタ上に取り付けられる。上金型２は、最上段位置にパンチホルダー２１が配置されており、その下面側にバッキングプレート２２とパンチプレート２３が配置されている。上金型２の中央部には、被加工材Ｍを円形に穴抜きするための円柱状のパンチ２４が、パンチプレート２３に固定されている。さらに、上金型２には、ストリッパープレート２５がストリッパーボルト２６によって吊り下げ支持されている。ストリッパーボルト２６は、軸方向に配置されているスプリング２６ａの伸長作用によってストリッパープレート２５を下方側に付勢している。

パンチプレート２３には、円柱状のストリッパーガイド２７が固定配置されている。ストリッパーガイド２７は、ストリッパープレート２５に形成されている円形穴を貫通して更に下方にまで延びており、抜き加工実行時には、後述するダイプレート３２に形成されている円筒状のガイドブッシュ３６に貫入するようになっている。さらに、パンチホルダー２１には、後述するダイホルダー３１に設けられている円柱状のガイドポスト３７が貫入される円筒状のガイドブッシュ２８が設けられている。

一方、下金型３は、最下段位置にダイホルダー３１が配置されており、その上面側にバッキングプレート３３とダイプレート３２が配置されている。下金型３の中央部には、パンチ２４と協働して被加工材Ｍの表面を円形に穴抜きするための円筒状のダイ３４が、ダイプレート３２に固定配置されている。さらにダイプレート３２の上面には、被加工材Ｍを位置決めするためのピン３５が設けられている。

ダイプレート３２とバッキングプレート３３には、プレス加工実行時に、上金型２のストリッパーガイド２７が貫入する円筒形のガイドブッシュ３６が設けられている。さらにダイホルダー３１には、上金型２に設けられている円筒形のガイドブッシュ２８に貫入する円柱状のガイドポスト３７が設けられている。

続いて図２（ａ）の平面図と図２（ｂ）の縦断面図を参照すると、ダイ３４は、円筒形に形成されたダイ本体４と、ダイ本体４の内部に固定配置された一対の細長の抵抗部材４１を備えている。ダイ本体４の中央部には、被加工材Ｍの抜き方向に沿って円形の抜き穴４２が形成されている。本例における抜き方向とは、パンチ２４の進退方向でもある。ダイ本体４にはさらに抜き穴４２よりも拡径した円形の逃し穴４３が、抜き穴４２の下方に連通するように形成されている。抜き穴４２の内周面は、パンチ２４の外周面に対して所定のクリアランスＣを有している。クリアランスＣは、例えば被加工材Ｍの厚みの５〜７％の範囲内に設定する。

ダイ本体４のサイズは、一例として、抜き穴４２の直径を１０ｍｍ、その外径を２２ｍｍ、抜き穴４２の深さを８ｍｍ、クリアランスＣを０．０５〜０．０７ｍｍにする。パンチ２４の直径は、クリアランスＣの分だけ抜き穴４２の直径よりも小径にする。さらにダイ本体４及びパンチ２４の材質は、典型的には金属である。金属の具体例はスチールである。勿論、サイズや材質が限定されることはなく、被加工材Ｍの厚みや材質，抜く形状などに応じて適宜変更され得る。

抵抗部材４１は、その先端部が抜き穴４２の内周面よりも内側に突出するようにして、ダイ本体４の内部に配置（例えば嵌合）されている。抵抗部材４１は、好ましくは円柱又は楕円柱の棒状部材であり、ダイ本体４の直径線上に沿って水平に配置している。楕円柱の場合、例えば楕円の長軸径が縦方向を向くように配置する。なお上面側が曲率を有する曲線形状であれば長円形や卵形など他の形状であってもよい。図２には、好ましい一例として、先端部同士が直径線上で相互に対向する２本の抵抗部材４１を配置することで、一対の抵抗部材４１を構成している。先端部を突出させる長さは、例えばパンチ外周面とのクリアランスＣの範囲内で選択される長さとし、これにより先端部が抜き滓の一部と接するようになる。好ましくは、クリアランスＣと同じ長さ、すなわち平面視でパンチ２４の外周面まで突出させる。なお、先端部の断面は、必ずしも垂直平面でなくともよく、傾斜面であってもよく、球状又はピン状といったように丸みを帯びていてもよい。或いは、パンチの外周面に相似するように内側に湾曲していてもよい。

抜き加工実行時におけるパンチ２４の最下点は、抜き穴４２の上面よりも下方位置に設定される。従って、抵抗部材４１は、好ましくはパンチ２４の最下点よりも下方位置となるように配置する。より具体的には、被加工材Ｍの厚みの範囲内で選択される高さでパンチ２４の最下点よりも下方に位置させる。一例として、抵抗部材４１が直径１．８ｍｍの円柱形、被加工材Ｍの厚みが１ｍｍ、パンチ２４の最下点が抜き穴４２の上面から１ｍｍ下がった位置に設定されるとき、円柱形の抵抗部材４１の中心線が抜き穴４２の上面から２．５ｍｍ下がった位置となるように配置する。これにより、抜き穴４２にパンチ２４を進退させたとき、パンチ２４に衝突しないで先端部が抜き滓と接するようになる。

抵抗部材４１の材質は、例えば金属である。被加工材Ｍよりも強度が高く、ダイ本体４よりも強度が低いか又は強度が同じ金属であることが好ましい。さらに好ましくは、被加工材Ｍ及び／又はダイ本体４よりも靱性が高い材質である。被加工材Ｍ及びダイ本体４にどのような材質を選ぶかにもよるが、ステンレス，真鍮，銅，銅合金などが一例として挙げられる。例えば銅や銅合金など靱性が比較的高い材質を選択すれば、後述する抜き加工実行時において抵抗部材４１が折れたり破損したりするのを抑える効果が向上される。また熱膨張率が高い材質であれば、たとえ先端が摩耗しても抜き加工実行時に発生する熱で膨張して摩耗した分を補うことが期待される。勿論、金属の種類は限定されず、また樹脂などの他の材質であってもよい。抵抗部材４１が複数の素材やパーツで構成される場合は、少なくとも先端部が上記条件を備えていればよい。

また、ダイ３４の製作は、一例として、ダイ本体４の一方の外周面から中心を通って他方の外周面に至るまで一直線に円筒形の孔を穿設し、穿設した孔に外周側から２本の円柱形の部材を嵌合させることによって行われる。すなわち抵抗部材４１の外形に対応する孔を形成して嵌合させる。２本ではなく、１本の円柱形の部材を一直線に嵌合させた後、中央部分を切断するようにしてもよい。このようにダイ本体４に孔を穿設し抵抗部材４１を外周面側から取り付ける構成にすると、ダイ３４の制作を比較的容易に行えるという利点がある。さらに抵抗部材４１を直径線上に沿って配置すると、ダイ本体４に孔を穿設し易い。

続いて、上述のパンチ２４とダイ３４で被加工材Ｍを穴抜きする様子について、図３を参照しながら説明する。なお図３は、図１の金型全体図からパンチ２４，ダイ３４及び被加工材Ｍを抜粋して記載したものである。穴抜き加工は、図３（ａ）のようにダイ３４の上面に被加工材Ｍを載せ、パンチ２４を下降させることによって行われる。そしてパンチ２４が最下点に至ると、図３（ｂ）の縦断面図及び図３（ｃ）の平面図に示すように、抵抗部材４１の先端部が抜き滓Ｓの外周の部分に当接する。抜き滓Ｓの外周の部分は、例えばせん断面，破断面，バリ，ダレなどが形成されるが、抵抗部材４１の方が強度が高いので先端部が抜き滓Ｓに食い込むようになる。よって、図３（ｄ）のようにパンチ２４が上昇したときに上方に引っ張られる作用が働いたとしても、抜き滓Ｓは、抵抗部材４１の先端部との摩擦抵抗によってその位置に保持され、浮き上がらない。この抜き滓Ｓは、例えば次の被加工材Ｍを抜いたときに発生する抜き滓Ｓとパンチ２４によって押し下げられ、逃し穴４３から落下する。再びパンチ２４を下げ、さらに加工時の最下点よりも下げて抜き滓Ｓを落下させるようにしてもよい。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に従うダイ３４について、図４を参照しながら説明する。なお、第２実施形態に従うダイ３４は、抵抗部材４１の構成が異なることを除けば第１実施形態のダイと同じである。従って、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。

第２実施形態では、図４に示すように、棒状部材に代えてプランジャー５によって細長の抵抗部材４１を構成する。プランジャー５は、本体部であるケーシング５１、ケーシング５１の一端側の開口に進退自在に設けられた先端部５２、及び先端部５２を付勢する弾性部材５３を備える。ケーシング５１は、一端側が開口し他端側が有底の概ね円筒形の部材であり、その外周面が螺旋状のネジとなっている。ケーシング５１の材質は、例えば樹脂又は金属である。

先端部５２は、好ましい一例として、その先端が丸みを帯びた例えば球状又はピン状になっており、この部分が抜き穴４２の内周面よりも内側に突出している（図では球状に記載している）。すなわち、上面側が曲率を有する曲線形状である。どのくらい突出させるかについては第１実施形態と同様であり、例えばクリアランスＣの範囲内で選択される長さに突出させる。また、抵抗部材４１の配置高さも第１実施形態と同様であり、好ましくはパンチ２４の最下点よりも下方位置となるように配置する。一例として、先端部５２が直径２ｍｍの球状、被加工材Ｍの厚みが１ｍｍ、パンチ２４の最下点が抜き穴４２の上面から２ｍｍ下がった位置に設定されるとき、先端部５２の中心線が抜き穴４２の上面から３ｍｍ下がった位置となるように配置する。なお、変形例として、先端部５２を垂直面としてもよく、傾斜面としてもよく、パンチ２４の外周面に相似するように内側に湾曲させてもよい。先端部５２の材質は、第１実施形態と同様であり、ステンレス，真鍮，銅，銅合金などが一例として挙げられる。

弾性部材５３は、先端部５２がケーシング５１の長さ方向に進退自在なように先端部５２を付勢している。すなわち、先端部５２を突出方向に付勢している。弾性部材５３は、例えばケーシング５１の長さ方向に伸縮するバネである。先端部５２は、抜き加工実行時に外圧がかかると弾性部材５３の付勢力によって対抗する。但し、弾性部材５３の付勢力よりも大きい外圧がかかると先端部５２が後退し、先端部５２の損傷が抑えられる。

プランジャー５を取り付ける方法としては、一例として、ケーシング５１の外周面のネジに対応するねじ切りをダイ本体４に対して外周面側から行い、プランジャー５のネジを外周面側からネジ穴に螺合させることによってダイ本体４に嵌合させる。

続いて、上述のパンチ２４とダイ３４で被加工材Ｍを穴抜きする様子について、図５を参照しながら説明する。穴抜き加工は、図５（ａ）のようにダイ３４の上面に被加工材Ｍを載せ、パンチ２４を下降させることによって行われる。そしてパンチ２４が最下点に至ると、図５（ｂ）の縦断面図及び図５（ｃ）の平面図に示すように、プランジャー５の先端部５２が抜き滓Ｓの外周の部分に接する。このとき、先端部５２は抜き滓Ｓからの外圧を受けるが、弾性部材５３の付勢力によって対抗する。よって、図５（ｄ）のようにパンチ２４が上昇して上方に引っ張られる作用が働いたとしても、抜き滓Ｓは、抵抗部材４１の先端部との摩擦抵抗によってその位置に保持され、浮き上がらない。この抜き滓Ｓは、例えば次の被加工材Ｍを抜いたときに発生する抜き滓Ｓとパンチ２４によって押し下げられ、逃し穴４３から落下する。再びパンチ２４を下げ、さらに加工時の最下点よりも下げて抜き滓Ｓを落下させるようにしてもよい。

以上の説明の通り、本発明の好ましい第１及び第２実施形態に従う金型１のダイ３４によれば、抜き加工実行時における滓上がりの発生を抑えることが可能である。圧縮試験によって図３（ｂ）の状態における最大荷重を測定したところ、ステンレス製の円柱の部材では１．２５［ｋＮ］、真鍮製の円柱の部材では０．３６［ｋＮ］の最大荷重に耐えられることが分かっており、十分に抜き滓Ｓの浮き上がりを抑えること可能である。実際に抜き加工を繰り返し行い、滓上がりが発生しなかったことを確認している。

以上、好ましい実施形態の一例について説明したが、抜き加工は、円形の穴抜き加工（ピアス加工）に限定されることはない。楕円，四角形，矩形の他にも種々の形状の抜き加工に用いられるダイ３４に抵抗部材４１を設けることによって、同様の効果を得ることができる。さらに、抵抗部材４１の設置数も２本に限らず少なくとも１本以上であればよい。また、抵抗部材４１は、既述したように円形など上面が曲率を有する形状であることが好ましいが、角を有する矩形の棒状部材であってもよい。抵抗部材４１は、溶接や接着などの固定処理を追加してもよい。さらに、中心から外周に向かって多層構造であってもよく、ダイ本体４１との間に他の部材を介在して嵌合されていてもよい。

また、抵抗部材４１は、必ずしも直径線上に沿って水平方向に設置しなくともよい。例えば、円筒形のダイ３４であれば、６０度間隔、９０度間隔などに設定してもよい。水平方向に代えて、上方又は下方に傾斜を持たせて配置してもよい。さらに、細長の抵抗部材４１は、必ずしも一直線状でなくともよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１金型
２上金型
２４パンチ
３下金型
３４ダイ
４ダイ本体
４１抵抗部材
４２抜き穴
５プランジャー

Claims

パンチの外周面に対してクリアランスを有する抜き穴が、被加工材の抜き方向に形成されているダイ本体と、
抜き加工実行時の前記パンチの最下点よりも下方位置に配置され、前記ダイ本体の外周側から前記抜き方向と交差する方向に沿って直線状に形成した前記ダイ本体の内部の孔に前記外周側から嵌合されると共に、前記パンチを抜き穴に進退させて前記最下点に至ったときに抜き滓の一部と接して該抜き滓を保持する位置にまで、前記被加工材よりも強度が高い先端部が突出している細長の抵抗部材と、を備えたことを特徴とする金型のダイ。
前記抵抗部材は、棒状部材であることを特徴とする請求項１に記載の金型のダイ。
前記抵抗部材は、円柱又は楕円柱の棒状部材であることを特徴とする請求項２に記載の金型のダイ。
前記抵抗部材は、前記抜き滓の一部と接する位置にまで突出した先端部と、前記先端部を突出方向に付勢する弾性部材と、を備えたプランジャーであることを特徴とする請求項１に記載の金型のダイ。