JP6788896B2 - 加工工具の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理を施して耐摩耗性及び靭性を向上させた、加工機械に取り付けるための取付孔を有する鋼製の加工工具の製造方法に関し、特にＳＫＤ材、ＳＫＨ材を用いた鉄鋼用シャー刃、機械摺動部品、ダイセット、プレス型、パンチ、木材・パルプ用刃物等の耐摩耗性及び被削性に優れ剛性を必要とする、工具本体が全鋼製の加工工具の製造方法に関する。

工具本体が全鋼製の加工工具は、鍛接品、ロウ付け品に比べて剛性があるため、より剛性を必要とする用途として用いられる。また、加工工程が少なく製作リードタイムが短いことと、歪も少なく手離れが良い点も利点として挙がられる。しかし、工具本体が全鋼製の加工工具の中でも加工機械に取り付けるための取付孔を有する長尺な工具になる程、熱処理に伴う寸法の変化（以下、熱処理変寸と記載）は大きくなり、それに伴って、取付孔のピッチ間寸法の誤差が大きくなり、問題として避けて通れない。

その対策の一例として、特許文献１：特開平１１−０９２８７１に冷間工具鋼（ＳＫＤ材）の熱処理変寸に関する記載がある。それによると、冷間工具鋼の成分を限定することで、熱処理変寸を最小限にすることができるとしている。
実施例では、最も熱処理変寸した量を元の大きさで割ったものを最大変寸量（％）として、特許文献１の表１に請求項１を満たす最大変寸量として０．１１０％〜０．１２０％（試験１１及び試験１５〜１８）の記載がある。

また、別な対策の例として、特許文献２：特開Ｓ５０−１５００９７に全鋼刃物の熱処理に関する記載がある。それによると、熱処理後は孔あけ加工が困難なことから、孔あけ加工後熱処理するが、熱処理歪が生じ、定寸法に加工した取付孔のピッチ寸法が狂いを生じるため、その寸法誤差を吸収する構造を保持具に持たせている。

特開平１１−０９２８７１号公報 特開Ｓ５０−１５００９７号公報

ところが、特許文献１は、熱処理変寸を最小限にすることができるとしているが、その明細書に「この変寸は熱応力と変態応力によって起こり、その変寸量は冷却速度、弾性限、熱伝導率、残留オーステナイト量、炭化物、形状によって左右される。」と記載があるように、寸法にばらつきが有り、また完全になくすことはできない。例えば、２つの取付孔のピッチ寸法が４１００ｍｍあるとすると、前述の最小変寸量０．１１０％の場合に４１００×０．１１０÷１００＝４．５１ｍｍとなり、この範囲の中で寸法がばらつくことになり、より精密な寸法が要求される場合には使用できない。

また、特許文献２は、刃物そのものに対する対策ではないため、対応した保持具と一対でなければならないという制約がある。

また、上記以外に、熱処理後に放電加工等により孔開け加工を行うことも可能であるが、非常に高価であり、孔が多い場合はなおさらである。

本発明の目的は、上記の実情に鑑み、熱処理後でも容易に孔加工を行うことができて、熱処理変寸に影響されることなく、精度の高い取付孔のピッチ寸法を得ることができる、工具本体が全鋼製の加工工具の製造方法を提供することにある。

本発明は、前述の課題を解決するため以下のようにする。
まず、加工機械に取り付けるための取付孔を有し、工具本体が全鋼製の加工工具の製造方法であって、前記工具本体の少なくとも１箇所以上に通し孔を形成する工程と、前記通し孔に前記工具本体より硬度が低い軟鋼製の取付具を仮接合する工程と、仮接合後に熱処理を行い、熱処理と同時に熱処理の温度によって前記工具本体と前記取付具とを本接合する工程と、本接合後に前記取付具に取付孔を形成する工程と、を備える加工工具の製造方法とする。

これにより、熱処理後でも容易に取付孔の加工を行うことができて、熱処理変寸に影響されることなく、精度の高い取付孔のピッチ寸法を得ることができる。

また、加工機械に取り付けるための取付孔を有し、工具本体が全鋼製の加工工具の製造方法であって、前記工具本体の少なくとも１箇所以上に通し孔を形成する工程と、前記通し孔を形成後に前記工具本体の熱処理を行う工程と、熱処理後に前記通し孔に前記工具本体を固定するための前記工具本体より硬度が低い軟鋼製の取付具を仮接合する工程と、仮接合後に前記工具本体と前記取付具とを本接合する工程と、本接合後に前記取付具に取付孔を形成する工程と、を備える加工工具の製造方法とする。

これにより、熱処理後でも容易に取付孔の加工を行うことができて、熱処理変寸に影響されることなく、精度の高い取付孔のピッチ寸法を得ることができる。

また、取付孔はネジ孔とする。

熱処理変寸に影響されることがないので、精度の高い取付孔のピッチ寸法が要求されるネジ孔であっても、精度を得ることができる。

また、仮接合は溶接とする。

仮接合は溶接とすることで、本接合前の工具本体と取付具を確実に固定することができる。

また、前記本接合はロウ付けとする。

ロウ付けにより工具本体と取付具との接合強度を十分に得ることができるので、加工工具が重量物である場合であっても、取付孔につりボルト（アイボルト）等を通して加工工具を吊り上げることができる。

本発明によれば、加工機械に取り付けるための取付孔を有し、工具本体が全鋼製の加工工具において、熱処理後でも容易に孔加工を行うことができて、熱処理変寸に影響されることなく、精度の高い取付孔のピッチ寸法を得ることができる。

本発明に係る加工工具の取付孔寸法を説明するための図。 本発明に係る加工工具の工具本体と取付具の接合を説明するための図。 本発明に係る加工工具の工具本体と取付具の接合を説明するための図２のＡ−Ａ断面図。 本発明に係る加工工具の第１の実施例の製造工程を説明するための図。 本発明に係る加工工具の第２の実施例の製造工程を説明するための図。 本発明に係る加工工具の工具本体と取付具の接合を説明するための写真。

以下、本発明の第１の実施例について図１乃至図４を用いて説明してゆく。
まず、加工工具１は図１に示すように、仕上げ加工寸法を幅８０ｍｍ×高さ３０ｍｍ×長さ４１４０ｍｍとし、取付孔は４２個のＭ１０タップ孔３とし、加工工具１の左端側の取付孔３１と右端側の取付孔３２の最長ピッチ寸法をＬ＝４１００ｍｍとして、その指定公差を±２ｍｍ以内とした。

工具本体２は材質をＳＫＤ１１の全鋼製として、その素材寸法は、幅及び高さが仕上げ加工寸法に取りしろとしてそれぞれ約１ｍｍ加えた寸法とし、長さが熱処理後の最大縮み分を経験値として約４ｍｍを加えた寸法とした。

取付具４は、φ２０（公差：０、−０．１）ｍｍとして、熱処理を行っても硬度が上がることがない材質としてＳＳ４００の軟鋼とした。

本発明の第１の実施例の製造方法として、まず、図４に示すようにステップＳ１１として、工具本体２に取付具４を接合するためのφ２０（公差：＋０．１、＋０．０５）ｍｍの通し孔５を１００ｍｍの等ピッチ寸法で４２個形成した。

次に、ステップＳ１２として、工具本体２の通し孔５に取付具４を挿通して、工具本体２と取付具４とを仮接合した。その方法として、図２及び図３に示したように、本体上面２ａと本体下面２ｂに点付け溶接６を行った。

次に、ステップＳ１３として、加工工具１の熱処理と、工具本体２と取付具４との本接合を同時に実施した。その方法として、図２及び図３に示したように、まず、ロウ材７を取付具４の上面の中央付近に載せ、その状態で熱処理を行った。この場合、熱処理とロウ付けを同時に行うため、ロウ材７が熱処理温度内で溶け込むことができるように、ロウ材７はＣｕに合金（Ｍｎ及びＮｉ）を配合して融点を調整した。熱処理温度は１０５０℃で約１時間行い、その後窒素ガスにて空冷し、溶けたロウが凝固することで接着させた。
尚、ロウ材７は熱処理温度で溶けて、毛細管現象で工具本体２と取付具４とのスキマに流れ込むことができる大きさとした。

次に、ステップＳ１４として、工具本体２にロウ付けされた取付具４に１００ｍｍの等ピッチ寸法で４２個のＭ１０タップ孔３の取付孔加工を行った。

次に、ステップＳ１５として、研削盤により加工寸法を幅８０ｍｍ×高さ３０ｍｍ×長さ４１４０ｍｍに仕上げ加工を行った。
仕上げ加工を行った後の取付具４部分は、図６に示した写真のように、取付具４の外周全体にロウが溶け込んだ状態になる。尚、ロウの幅が広いのは、ステップＳ１１でφ２０ｍｍの通し孔５を加工する際に行った面取り部にロウが流れ込み、その面取り部が仕上げ加工後も残っているためである。

以上により加工した本発明品と、比較例として取付具を用いずに熱処理前に工具本体に直接取付孔加工を行った従来品について取付孔の最長ピッチ寸法Ｌの測定を行った結果を表１に示す。

次に、本発明の第２の実施例について図１乃至図３及び図５を用いて説明してゆく。
図５に示すように、ステップＳ２１として、工具本体２に通し孔５を形成するところまでは、実施例１（図４のステップＳ１１）と同じなので省略する。実施例１と異なる点は、取付具４を工具本体２に仮接合する前に、ステップＳ２２として、熱処理を行い、その後、ステップＳ２３として、取付具４を仮接合（溶接）し、ステップＳ２４として、本接合（ロウ付け）と順次行うようにしたことである。

ステップＳ２２における熱処理温度は、実施例１と同様に１０５０℃で約１時間行い、その後窒素ガスにて空冷した。その後、ステップＳ２３として、工具本体２の通し孔５に取付具４を挿通して、工具本体２と取付具４とを仮接合した。その方法は、実施例１（図４のステップ１２）と同じなので省略する。

次に、ステップＳ２４として、工具本体２と取付具４との本接合を実施した。その方法として、図２及び図３に示したように、まず、ロウ材７を取付具４上面の中央付近に載せ、その後ロウ付けを行った。ロウ材７はＡｇ合金で加熱温度７５０℃とした。
尚、ロウ材７は加熱理温度で溶けて、毛細管現象で工具本体２と取付具４とのスキマに流れ込むことができる大きさとした。

次に、ステップＳ２５として、工具本体２にロウ付けされた取付具４に１００ｍｍの等ピッチ寸法で４２個のＭ１０タップ孔３の加工を行った。

次に、ステップＳ２６として、研削盤により加工寸法を幅８０ｍｍ×高さ３０ｍｍ×長さ４１４０ｍｍに仕上げ加工を行った。

以上により加工した本発明品について、取付孔の最長ピッチ寸法Ｌの誤差は実施例１と同様の範囲内での値となった。

尚、本実施例では、工具本体２は材質をＳＫＤ１１としたが、これに限るものではなく、その他のＳＫＤ材やＳＫＨ鋼等の熱処理変寸が生じる鋼材が含まれる。また、取付具４はＳＳ４００としたが、この場合もこれに限るものではなく、その他の一般構造用鋼等の軟鋼製のものであればよい。
また、本実施例では、ロウ材をＣｕ合金、Ａｇ合金としたが、これらに限るものではない。

１ 加工工具
２ 工具本体
２ａ 本体上面
２ｂ 本体下面
３ Ｍ１０タップ孔（取付孔）
４ 取付具
５ 通し孔
６ 点付け溶接
７ ロウ材
３１ 左端側の取付孔
３２ 右端側の取付孔
Ｌ 最長ピッチ寸法

Claims (5)

1. 加工機械に取り付けるための取付孔を有し、工具本体が全鋼製の加工工具の製造方法であって、
   前記工具本体の少なくとも１箇所以上に通し孔を形成する工程と、
   前記通し孔に前記工具本体より硬度が低い軟鋼製の取付具を仮接合する工程と、
   仮接合後に熱処理を行い、熱処理と同時に熱処理の温度によって前記工具本体と前記取付具とを本接合する工程と、
   本接合後に前記取付具に取付孔を形成する工程と、
   を備える加工工具の製造方法
2. 加工機械に取り付けるための取付孔を有し、工具本体が全鋼製の加工工具の製造方法であって、
   前記工具本体の少なくとも１箇所以上に通し孔を形成する工程と、
   前記通し孔を形成後に前記工具本体の熱処理を行う工程と、
   熱処理後に前記通し孔に前記工具本体を固定するための前記工具本体より硬度が低い軟鋼製の取付具を仮接合する工程と、
   仮接合後に前記工具本体と前記取付具とを本接合する工程と、
   本接合後に前記取付具に取付孔を形成する工程と、
   を備える加工工具の製造方法
3. 前記取付孔はネジ孔である請求項１または請求項２に記載の加工工具の製造方法
4. 前記仮接合は溶接である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の加工工具の製造方法
5. 前記本接合はロウ付けである請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の加工工具の製造方法