JP6818257B2 - パンチの修正方法 - Google Patents

Description

本発明は、パンチの修正方法に関する。

従来、原料粉を圧縮成形して圧粉体を製造する場合、成形孔が形成されたダイと成形孔に挿入されるパンチとを備える粉末冶金用金型（以下、単に「金型」と呼ぶ）が取り付けられたプレス機が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。通常、金型には、ダイの上下に対向配置される上パンチ及び下パンチを備え、上下の各パンチがプレス機に設けられた各パンチホルダーにそれぞれ取り付けられる。また、パンチは、ダイの成形孔に挿入される頭部と、パンチホルダーに取り付けられる基部とを有する。パンチの取付方法としては、例えば、基部に形成されたフランジ部を押さえ治具によりパンチホルダーに押さえ付けて保持するようにして、パンチをパンチホルダーに固定することが挙げられる。

プレス機を用いて圧粉体を成形するときは、ダイとパンチとで形成される成形空間に原料粉を充填し、プレス機によって原料粉をパンチで上下から圧縮して成形している。具体的には、ダイの成形孔に下パンチを挿入してダイの所定の位置に下パンチをセットして、ダイと下パンチとで形成される成形空間に原料粉を充填した後、プレス機によって上パンチを下降させ、上下のパンチで原料粉を圧縮して圧粉体を成形する。その後、上パンチを上昇させると共に、ダイに対して下パンチを相対的に上昇させてダイから圧粉体を取り出した後、下パンチを下降させて所定の位置に戻す。これを繰り返すことによって圧粉体を連続して成形することが可能である。

特開２０００−１１７４９７号公報

原料粉の圧縮成形を繰り返すうちに、パンチの頭部の頂面が原料粉との摩擦によって摩耗してダレが生じることがある。パンチの頭部が摩耗すると、圧粉体にバリが発生したり、圧粉体の寸法精度の低下や表面性状の悪化を招く。そのため、パンチの頭部にダレが生じたときは、プレス機からパンチを取り外し、パンチの頂面を面修正することが行われている。修正したパンチは、プレス機に再度取り付けて使用する。

パンチの頂面を面修正した場合、その分パンチの長さが短くなり、ダイに対するパンチの頂面の位置が摩耗前の初期状態の位置と異なるため、圧粉体の寸法精度に影響を及ぼすことが懸念される。したがって、面修正した修正後のパンチを使用する場合は、パンチの高さを調整することにより、ダイとパンチとの位置関係を初期状態に近づけることが望まれる。

従来、パンチの高さを調整する方法として、例えば、パンチの基部の底面とパンチホルダーとの間にプレートを挟み込むことが挙げられる。これにより、見かけ上、プレートを合わせたパンチの長さを摩耗前の初期状態のパンチの長さと同じにすることが可能であり、ダイに対するパンチの頂面の位置を初期状態の位置に戻すことができる。しかしながら、この場合は、高さ調整量に応じた厚さのプレートを用意する必要がある。また、パンチの基部に形成されたフランジ部を押さえ治具でパンチホルダーに押さえ付ける場合、プレートの厚さ分、パンチホルダーの面からフランジ部の位置が高くなることから、押さえ治具により保持できるように、フランジ部を切削して薄くする必要がある。フランジ部を薄くすると、フランジ部の強度が低下するため、パンチの頭部をダイの成形孔から引き抜く方向に相対的に移動させたとき、ダイとの摩擦によってパンチに引っ張り方向の力が作用した場合にフランジ部に割れが発生するなど損傷する虞がある。

特許文献１には、下パンチの高さを調整する高さ調整機構（アジャストスクリュー）を備える成形装置が記載されている。しかしながら、成形装置に高さ調整機構を採用する場合は、装置の構成が複雑化したり大型化して装置コストが高くなるという問題がある。

そこで、簡易且つ簡便な方法で、面修正したパンチのダイに対する頂面の位置を初期状態の位置に近づけることができるパンチの修正方法を提供することを目的の一つとする。

本開示に係るパンチの修正方法は、
原料粉の圧縮成形に用いられるプレス機に取り付けられ、ダイと共に成形空間を形成するパンチの修正方法であって、
前記パンチは、前記ダイの成形孔に挿入される頭部と、前記プレス機のパンチホルダーに取り付けられる基部とを有し、
摩耗した前記パンチに対して、前記頭部の頂面を加工して面修正すると共に、前記基部の底面に肉盛り部を形成するパンチ修正工程を備える。

上記パンチの修正方法は、簡易且つ簡便な方法で、面修正したパンチのダイに対する頂面の位置を初期状態の位置に近づけることができる。

パンチの一例を示す概略図である。 肉盛り部を形成した修正後のパンチの一例を示す概略図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列挙して説明する。

（１）本発明の一態様に係るパンチの修正方法は、
原料粉の圧縮成形に用いられるプレス機に取り付けられ、ダイと共に成形空間を形成するパンチの修正方法であって、
前記パンチは、前記ダイの成形孔に挿入される頭部と、前記プレス機のパンチホルダーに取り付けられる基部とを有し、
摩耗した前記パンチに対して、前記頭部の頂面を加工して面修正すると共に、前記基部の底面に肉盛り部を形成するパンチ修正工程を備える。

上記パンチの修正方法によれば、摩耗したパンチの基部の底面に肉盛り部を形成することで、面修正したパンチの長さを摩耗前の初期状態の長さに近づけることができる。したがって、従来のように、プレートを使用したり、プレス機に高さ調整機構を設けたりする必要がなく、簡易且つ簡便な方法で、面修正したパンチのダイに対する頂面の位置を初期状態の位置に近づけることができる。更に、形成する肉盛り部の厚さを調整することによって、面修正したパンチの長さを摩耗前の初期状態の長さと同じにすることが可能であり、ダイに対するパンチの頂面の位置を初期状態の位置に戻すことができる。また、パンチの底面に肉盛り部が一体に形成されることから、パンチの基部に形成されたフランジ部を押さえ治具でパンチホルダーに押さえ付ける場合、押さえ治具により保持できるようにフランジ部を切削しても、肉盛り部によってフランジ部の厚さは維持されることになる。そのため、肉盛り部によってフランジ部の強度低下を抑制でき、ダイとの摩擦によってパンチに引っ張り方向の力が作用した場合にフランジ部が損傷することを大幅に低減できる。

（２）上記パンチの修正方法の一態様として、前記パンチ修正工程において、前記肉盛り部を形成した修正後の前記パンチの剛性が初期状態の剛性と同じになるように、前記パンチの形状を加工することが挙げられる。

圧粉体の寸法精度に対する要求が年々厳しくなっている。本発明者が鋭意検討したところ、パンチの剛性が圧粉体の寸法精度に微妙な影響を与えるとの知見を得た。そして、パンチの形状によっては、肉盛り部を形成した修正後のパンチの剛性が初期状態から変わる場合があり、パンチの剛性が変わることによって圧粉体の寸法精度が変化することがある。そのため、修正後のパンチを使用した際に、圧粉体の寸法精度にずれが生じる場合がある。

肉盛り部を形成した修正後のパンチの剛性が初期状態の剛性と同じになるように、パンチの形状を加工することで、修正後のパンチを使用しても、初期状態と同じ寸法精度が得られるため、高い寸法精度を維持できる。

（３）上記パンチの修正方法の一態様として、前記肉盛り部は、前記基部の底面に鋼材の粉末を積層しながらレーザを照射して積層造形することにより形成することが挙げられる。

パンチの基部の底面に鋼材の粉末を積層しながらレーザを照射して積層造形することにより肉盛り部を形成することで、均一な厚さの肉盛り部を精度良く形成することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るパンチの修正方法の具体例を以下に説明する。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許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。

＜パンチの修正方法＞
実施形態に係るパンチの修正方法は、原料粉の圧縮成形に用いられるプレス機に取り付けられ、ダイと共に成形空間を形成するパンチを修正する方法である。図１に示すように、パンチ１は、ダイ２の成形孔２０に挿入される頭部１１と、プレス機のパンチホルダー１００に取り付けられる基部１２とを有する。実施形態に係るパンチの修正方法の特徴の１つは、図２に示すように、摩耗したパンチ１に対して、頭部１１の頂面１１ｈを加工して面修正すると共に、基部１２の底面１２ｂに肉盛り部３を形成するパンチ修正工程を備える点にある。以下、図面を参照して、本実施形態のパンチの修正方法について詳しく説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。以下では、パンチ１の頭部１１側を上、基部１２側を下とし、パンチ１が下パンチである場合を例に挙げて説明する。図２では、分かり易くするため、肉盛り部３にハッチングを付している。

（パンチ）
図１に示すパンチ１は、摩耗前の初期状態を示しており、ダイ２の成形孔２０に挿入される頭部１１と、パンチホルダー１００に取り付けられる基部１２と、頭部１１から基部１２に向かって上下方向（軸方向）に延びる軸部１３とを有する。パンチ１の頭部１１は、ダイ２の成形孔２０に挿入されて原料粉を圧縮する部分であり、頂面１１ｈが成形空間を形成して原料粉を押圧する面となる。パンチ１の基部１２は、パンチホルダー１００上に配置され、底面１２ｂがパンチホルダー１００上面に接するように取り付けられる。この例では、基部１２が頭部１１よりも太く、軸部１３の下端部に基部１２側に向かって広がる傾斜部１３ｂを有しており、また、基部１２の底面１２ｂ側にフランジ部１２ｆが形成されている。パンチ１のパンチホルダー１００への取り付けは、フランジ部１２ｆを上側から押さえ治具１１０によりパンチホルダー１００に押さえ付けて保持するようにして、押さえ治具１１０をパンチホルダー１００にボルト１１１で締結することにより、パンチ１を固定している。

パンチ１は、高強度で耐摩耗性に優れる鋼材で形成され、代表的には高速度工具鋼（以下、「ハイス鋼」と呼ぶ）や合金工具鋼（以下、「ダイス鋼」と呼ぶ）などの工具鋼で形成されている。

（原料粉）
圧粉体の原料となる原料粉としては、例えば、鉄やアルミニウム、又はこれらの合金などの金属粉末、アルミナなどのセラミック粉末などを用いることが挙げられる。原料粉には、圧縮成形時の潤滑性を向上する目的で潤滑剤を添加してもよい。圧縮成形時の成形圧力は、圧粉体を高密度化する観点から、例えば５００ＭＰａ以上、更に６００ＭＰａ以上とすることが挙げられる。圧粉体の密度は、原料粉に純鉄粉又は鉄合金粉といった鉄基粉末を用いる場合、例えば６．５ｇ／ｃｍ^３以上７．２ｇ／ｃｍ^３以下とすることが挙げられる。

（パンチ修正工程）
パンチ修正工程では、図２に示すように、摩耗したパンチ１に対して、頭部１１の頂面１１ｈを面修正すると共に、基部１２の底面１２ｂに肉盛りを行う。図２では、パンチ１の初期状態の形状を二点鎖線で示している。

面修正は、摩耗したパンチ１の頭部１１の頂面１１ｈを加工して初期状態に戻す作業であり、例えば、フライス加工などの切削加工、ワイヤーカットなどの放電加工、平面研磨などの研削加工といった機械加工により行うことが挙げられる。面修正する量は、頭部１１の摩耗状態に応じて適宜決定する。面修正した場合、頭部１１の上端部を一部除去することになるため、頭部１１の長さが短くなる。

肉盛りは、パンチ１の基部１２の底面１２ｂに肉盛り部３を形成する作業であり、例えば、鋼材を肉盛りすることが挙げられる。パンチ１の底面１２ｂに肉盛り部３を一体に形成することで、面修正したパンチ１の長さを初期状態の長さに近づけ、ダイ２に対するパンチ１の頂面１１ｈの位置を初期状態の位置に近づけることができる。形成する肉盛り部３の厚さは、面修正したパンチの長さを初期状態の長さにできる限り近づける観点から、例えば、面修正した量と同じ厚さ以上とすることが挙げられる。本実施形態では、面修正したパンチ１の長さが初期状態の長さと同じになるように肉盛り部３の厚さを調整しており、ダイ２に対するパンチ１の頂面１１ｈの位置を初期状態の位置に戻すことができる。肉盛り部３を形成した修正後のパンチ１は、肉盛り部３の下面がパンチホルダー１００の上面に接するように取り付けられる。

肉盛りは、例えば、溶射、プラズマ粉体肉盛り、レーザ粉体肉盛りなどの公知の方法により行うことが挙げられる。レーザ粉体肉盛りには、鋼材の粉末を順次積層しながらレーザを照射して積層造形する、所謂パウダー・ベッド・フュージョン方式と、鋼材の粉末を噴射しながらレーザを同時に照射して造形する、所謂レーザ・メタル・デポジション方式とがある。パウダー・ベッド・フュージョン方式の肉盛りは、市販の金属３Ｄプリンタ（一例として、株式会社ソディック製ＯＰＭ２５０Ｌ）を利用して実施できる。鋼材の粉末を積層しながらレーザを照射して肉盛り部３を積層造形した場合、均一な厚さの肉盛り部３を精度良く形成することができる。

肉盛りする鋼材は、パンチ１と同種の鋼材であってもよいし、異種の鋼材であってもよく、例えば、ハイス鋼やダイス鋼などの工具鋼の他、ステンレス鋼やマルエージング鋼などであってもよい。パンチ１と同じ鋼種の鋼材を肉盛りした場合、パンチ１と肉盛り部３との馴染みがよく、肉盛り部３を含むパンチ１全体を均質化することが可能である。

肉盛り部３の表面硬さをビッカース硬さ（ＨＶ）でパンチ１の表面硬さの９０％以上とすることが好ましい。この場合、肉盛りする鋼材として、パンチ１を形成する鋼材の９０％以上の硬度を有する鋼種を選択することが挙げられる。これにより、肉盛り部３がパンチ１と同等程度以上の硬度を有するため、初期状態のパンチ１と遜色のない耐変形性を確保できる。肉盛り部３の表面硬さは、パンチ１の表面硬さの９５％以上とすることがより好ましい。肉盛り部の表面硬さの上限は、特に限定されないが、鋼材は硬度が高いほど靭性が低下する傾向があることから、例えばパンチ１の表面硬さの１４０％以下、更に１２０％以下とすることが挙げられる。

肉盛り部３を形成した後、必要に応じて、肉盛り部３に仕上げ加工を行い、肉盛り部３の寸法誤差を補正してもよい。仕上げ加工は、例えば、フライス加工などの切削加工、ワイヤーカットなどの放電加工、平面研磨などの研削加工といった機械加工により行うことが挙げられる。

更に、肉盛り部３を形成したパンチ１を焼戻し処理する焼戻し工程を備えてもよい。肉盛り方法によっては、肉盛り部３の組織の全てがマルテンサイト組織にならず、一部にオーステナイト組織（残留オーステナイト）が残る場合がある。肉盛り部３の形成後、焼戻し処理することにより、炭化物を析出させたり、残留オーステナイトをマルテンサイト化させることで、肉盛り部３の硬度を向上できる。焼戻し処理の条件は、肉盛り部３を形成する鋼材の種類に応じて適宜設定する。例えば、ハイス鋼の場合、加熱温度を５３０℃以上６３０℃以下、保持時間を１時間以上４時間以下、好ましくは２時間以上とすることが挙げられ、ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）の場合、加熱温度を１５０℃以上２５０℃以下、保持時間を０．５時間以上２時間以下とすることが挙げられる。焼戻し処理する場合は、焼戻し処理後に必要に応じて、肉盛り部３に仕上げ加工を行うとよい。

本実施形態では、パンチ１の底面１２ｂに肉盛り部３が一体に形成され、肉盛り部３を含むフランジ部１２ｆが厚くなる。そこで、押さえ治具１１０により保持できるように、フランジ部１２ｆの上面を切削して、肉盛り部３を含むフランジ部１２ｆの厚さが初期状態でのフランジ部１２ｆの厚さと同じになるように加工している。つまり、修正の前後で、フランジ部１２ｆの厚さが維持されるようにしている。この場合、パンチ１の底面１２ｂに肉盛り部３が一体化され、一体化した肉盛り部３によってフランジ部１２ｆの厚さが維持されることになるため、フランジ部１２ｆの強度が低下することを抑制できる。

また、修正後のパンチ１の形状は、初期状態に比べて、面修正により頭部１１が短くなると共に、一体化した肉盛り部３によって基部１２が長くなる。本実施形態では、パンチ１は基部１２が頭部１１よりも太い形状であるため、肉盛り部３を形成した修正後のパンチ１を軸方向に亘って見たとき、頭部１１が短くなる分、細い区間が減る一方、肉盛り部３の厚さ分、基部１２が長くなり、太い区間が増えることになる。そのため、修正後のパンチ１の形状が初期状態とは変わってしまい、修正後のパンチ１の剛性が初期状態から変わることがある。そこで、本実施形態では、図２に示すように、軸部１３と基部１２とをつなぐ傾斜部１３ｂの外周面を切削して、修正後のパンチ１の剛性が初期状態の剛性と同じになるように、パンチの形状を加工している。具体的には、肉盛り部３を合わせた基部１２の長さが初期状態での基部１２の長さと同じになるように加工している。パンチ１の剛性は、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析により求めることが可能である。

｛パンチの修正方法の効果｝
上述した実施形態に係るパンチの修正方法は、次の効果を奏する。

摩耗したパンチ１の底面１２ｂに肉盛り部３を形成することで、面修正したパンチ１の長さを摩耗前の初期状態の長さに近づけることができる。したがって、従来のように、プレートを使用したり、プレス機に高さ調整機構を設けたりする必要がなく、簡易且つ簡便な方法で、面修正したパンチ１のダイ２に対する頂面１１ｈの位置を初期状態の位置に近づけることができる。特に、面修正したパンチ１の長さが初期状態の長さと同じになるように肉盛り部３を形成した場合は、ダイ２に対するパンチ１の頂面１１ｈの位置を初期状態の位置に戻すことができる。また、パンチ１の底面１２ｂに肉盛り部３が一体に形成され、肉盛り部３によってフランジ部１２ｆの厚さが維持されることになるため、フランジ部１２ｆの強度低下を抑制できる。よって、ダイ２との摩擦によってパンチ１に引っ張り方向の力が作用した場合にフランジ部１２ｆが損傷することを大幅に低減できる。

更に、修正後のパンチ１の剛性が初期状態の剛性と同じになるように、パンチ１の形状を加工することで、修正後のパンチ１を使用しても、初期状態と同じ寸法精度が得られるため、高い寸法精度を維持できる。

｛パンチの修正方法の用途｝
実施形態に係るパンチの修正方法は、原料粉の圧縮成形に用いられるプレス機に取り付けられるパンチの修正に利用できる。

１ パンチ
１１ 頭部
１１ｈ 頂面
１２ 基部
１２ｂ 底面
１２ｆ フランジ部
１３ 軸部
１３ｂ 傾斜部
２ ダイ
２０ 成形孔
３ 肉盛り部
１００ パンチホルダー
１１０ 押さえ治具
１１１ ボルト

Claims (3)

1. 原料粉の圧縮成形に用いられるプレス機に取り付けられ、ダイと共に成形空間を形成するパンチの修正方法であって、
   前記パンチは、前記ダイの成形孔に挿入される頭部と、前記プレス機のパンチホルダーに取り付けられる基部とを有し、
   摩耗した前記パンチに対して、前記頭部の頂面を加工して面修正すると共に、前記基部の底面に肉盛り部を形成するパンチ修正工程を備えるパンチの修正方法。
2. 前記パンチ修正工程において、前記肉盛り部を形成した修正後の前記パンチの剛性が初期状態の剛性と同じになるように、前記パンチの形状を加工する請求項１に記載のパンチの修正方法。
3. 前記肉盛り部は、前記基部の底面に鋼材の粉末を積層しながらレーザを照射して積層造形することにより形成する請求項１又は請求項２に記載のパンチの修正方法。

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