JPH02151338A - 成形型及びその製造方法 - Google Patents

成形型及びその製造方法

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JPH02151338A JP1267931A JP26793189A JPH02151338A JP H02151338 A JPH02151338 A JP H02151338A JP 1267931 A JP1267931 A JP 1267931A JP 26793189 A JP26793189 A JP 26793189A JP H02151338 A JPH02151338 A JP H02151338A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、成形キャビティを持つダイを有し、かつダイ
が半径方向の押圧力の下でダイに当接する内部リングと
半径方向の押圧力の下で内部リングに当接する外部リン
グとにより補強された成形型、及びその製造方法に関す
る。
成形型は、しばしば、高い内部作用圧力を受ける。現在
用いられている常温流れ成形技術では、1.000乃至
2.50ON/−の圧力に出会うことがある。このこと
により、もし何らかの措置をとらないと、破壊を起こさ
せるような接線方向の引張応力が生じる。
なお、前述の形式の成形型は米国特許筒3,608.3
51号明細書から知られていて、この特許では、ダイか
圧縮応力の下でコイル状ストリップを収縮し、または適
用して半径方向のプレストレシングを生じさせる1つ以
上のリングにより補強されている。このことは作動圧力
に反作用し、その結果、破損が高い制限圧力で予想され
る。
もしダイか回転対称に作られず、多角形状の断面、セレ
ーション、または溝を持つ場合には、特に困難なことが
起きる。この場合、ノツチ(切り欠き)効果により、応
力集中が高くなり、かなり低い作動圧力での材料の破壊
が生じる。このため、コイルストリップのプレストレシ
ング状態の下で数個の部品からダイを製造することが知
られている(米国特許筒3,810,382号明細書)
しかし、この多数部品による解決は高価である。
本発明は、ダイを破壊する危険なしに同一の条件下で高
い荷重を受けることができる前述の形式の成形型を提供
する課題に基づくものである。
内部リングの高い弾性率により、ダイが作業中わずかし
か変形しないこと保証される。低い弾性率を持つ外部リ
ングは、破損させることなく、かなりの半径方向のプレ
ストレシングで内部リングをダイに対して当接させる程
度まで、内部リングをプレストレスする。このようにし
て、成形型は高い作動圧力を受けることができる。多く
の場合、非回転対称のダイか1部品構成で作ることがで
きる。ダイの応力が低いと、寿命も長い結果となる。
この結果は、ダイ材料の弾性率と比較して内部リングの
弾性率が高ければ高いほど、良くなる。
このため、内部リング材料の弾性率はダイ材料の弾性率
の少なくとも1.5倍であるべきである。
実際には、2乃至3倍が望ましい。内部リングはダイに
対する堅い境界面を形成するが、それ自体はきわめて伸
ばされ易い。しかし、外部リングは伸びに反作用するプ
レストレシングを加えることができる。
ダイがスチール製であり、内部リングが焼結金属カーバ
イド製である場合が特に好ましい。
また、外部リングが少なくとも2の層で作られ、特にコ
イル状ストリップから成ることが有利である。収縮した
1部品構成の外部リングに比較して、プレストレシング
が50%乃至70%はど高いものが得られる利点があり
、プレストレシングは再生可能であり、製造が安価であ
る。
また、内部リングの壁厚が全壁厚の少なくとも25%で
あり、好ましくは、30%乃至50%であることが推奨
される。内部リングが厚ければ厚いほど、ダイの内周で
の接線方向の力の減少が大きくなる。
外部リングを半径方向のプレストレシング状態で内部リ
ングに適用し、次に、このように形成したリングの組み
合わせをダイに対して収縮させるのが、製造方法として
望ましい、内部リングは、したがって、収縮中に既に補
強され、このため収縮力による影響を受けない。
外部リングも内部リングに対して収縮できる。
外部リングを内部リングにストリップを巻くことにより
形成することが一層望ましい。
次に、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
第1図の成形型1は、成形キャビティ3、内部リング4
及び外部リング5を持つ円筒ダイ2を有する。ダイ2は
スチールから成り、内部リングは焼結金属カーバイドか
ら成り、外部リングはスチールから成る。このなめ、内
部リング4の材料はダイ2及び外部リング5の弾性率よ
り2乃至3倍大きな弾性率を持つ。
内部リング4はダイ2上に収縮させられている。
外部5はコイル状ストリップから成り、このコイル状ス
トリップは、内部リング4がダイ2上に収縮させられる
前に、内部リング4にプレストレシング(予め応力を与
えた)状態で巻がれなものである。外部リング5が内部
リング4にかける半径方向のプレストレシング(予めの
応力付与)は、内部リング4がダイ2にがける半径方向
のプレストレシングより高い。
図面で、 Doはダイ2の内径、 Dlはダイ2の外径及び内部リング4の内径、Dlは内
部リング4の外径及び外部リング5の内径、 D3は外部リング5の外径、である。
内部リング4の厚み(Dl  DI)が成形型の全厚み
(D3  Do)の25%以上、好ましくは、30%よ
り幾分上にある関係に選ばれる。ダイ2の厚み(I)+
  Do)は全壁厚(D3  Do)(’)5%及び2
0%の間、好ましくは、約10%である。外部リング5
の厚み(D3  Dl)は、したがって、30%及び5
0%の間にある。
比を良く理解するために、第2図乃至第4図を参照する
。第2図は、実際上ダイ2aだけから成るワンピース(
1部品構成)成形型を示す、もし作用圧力p、が成形キ
ャビティ内に存在するならば、外部に向かう半径方向の
応力σ、が発生し、成形キャビティ3で最大値を持ち、
外周に向かって零に減少する。このことはグラフの左半
分に示されている。右半分は接線方向の応力σtを示し
、この応力は成形キャビティ3で最大値を持ち周囲に向
かって減少する。比較的大きな接線方向の力が生じ、こ
の結果、特に、工具鋼、高速度鋼、炭素鋼のような脆性
材料の場合、破損の危険性がある。
第3図は、ダイ2bとそのダイに収縮された単一のリン
グ4bとを持つ2部品構成の成形型1bに関連して生じ
る状態を示す、その結果、左側の図面で示すように、半
径方向の応力及び接線方向の応力は静止状態にある。半
径方向の応力σ、はダイ2b及びリング4bの間の分割
ギャップで最大である。このギャップで、接線方向の応
力σ。
の方向の反転がある。この構成が作動圧力を受けると、
第3図の右側の図面に示す状態が得られる。
半径方向の応力はダイの内周で最大値を持つ。接線方向
の応力はプレストレシングのため内周では小さく保たれ
ていて、もはや問題とならない程度にしか生じない。
第4図は本発明の3部品構成の成形型1cの状態を示す
この成形型1cは、ダイ2c、内部リング4c及び外部
リング5cから成る。外部リング5cはコイル状ストリ
ップ構造である。
図面の右側部分は静止状態にある接線方向の応力及び半
径方向の応力を示す、半径方向の応力σ1は内部リング
4c及び外部ストリップコイル5Cの間の分割ギャップ
で最大である。このギャップで、接線方向の応力σ、の
方向の変化がやはりある。なお、ダイと内部リングとの
間のギャップ圧力(−σ、に等しい)は内部リングと外
部ストリップコイルとの間のギャップ圧力より低いこと
である。
この構成が作動圧力pIを受けるとき、その状態が第4
図の右側の図面に示されている。半径方向の応力はダイ
の内周で最大値(p+)を持つ。
ダイ2Cの接線方向の応力は、プレストレシング及び本
発明の3部品構成構造の効果として、第3図の右側の構
造より低く保たれている。脆性のダイ材料では、引張応
力が低くなればなるほど、寿命が長くなる。内部リング
と外部ストリップコイルとの間の高い半径方向のプレス
トレシングのため、内部リング4C内の接線方向の応力
は圧力範囲内の内部圧力荷重より低く保たれ、極めて脆
性である内部リングの破壊が避けられる。
第5図は、第3図の2部品構成の成形型に対する外径D
3対内径り、の比に対する接線方向の応力の大きさσを
対作動圧力p1の比を示す、ここでは、ダイの内周での
合計接線応力に注意を向ける0曲線Aは金属カーバイド
HMのダイ及びスチールStのリングの状態を示し、曲
線Bはスチール製ダイ及びスチール製リングの状態を示
し、曲線Cは、スチール製ダイ及び金属カーバイド製リ
ングの状態を示す、すべての曲線から、比較的低い接線
方向の引張応力が直径比の増加に従って得られることが
解る。実際には、4乃至6のDs/D、の比が常温流れ
成形型で用いられる。
さらに、異なった接線方向の圧縮応力が材料の組成によ
って発生される。最も大きな応力は金属カーバイドのダ
イ及びプレストレスしたスチールのリングで得られる。
良好な状態は、両方の部品がスチール製の場合に得られ
る。最良の状態は、スチール製ダイか金属カーバイド製
リングと組み合わされたときである。この組み合わせは
従来は提案されていなかった。また、脆性の金属カーバ
イド自体が比較的低い接線方向の応力に耐えることがで
きないので、この組み合わせを製造することもできなか
った。
しかしながら、もし本発明の3部品構成の成形型を用い
て金属カーバイド製内部リングと半径方向のプレストレ
シング下で内部リングに当接させる外部リングとを組み
合わせると、金属カーバイド製リングは、低い接線方向
の引張応力だけが作業中に生じるように、プレストレス
できる。このことにより、実際に第5図の曲線Cの好ま
しい状態を利用できる。スチールが一般に金属カーバイ
ドより摩耗抵抗が小さいという事実は欠点とはならない
、その理由は、同一の条件の下でこの組み合わせの寿命
が金属カーバイド製ダイの成形型の寿命の何倍かになる
からである。
第6図は、内部リングの壁厚(D2−Dt )対成形型
の壁厚(Dz  Do)の比に対する接線方向応力σを
対作動圧力pIの比を示す0曲線Eは、3つの部品がス
チールStから成る成形型の比を示す0曲線Fは、内部
リング4が金属カーバイド製であり、ダイ2及び外部リ
ングがスチール製である本発明の成形型1の状態を示す
、ダイ2の壁厚(Ds  Do)は成形型の壁厚(Ds
  Do)の10%である。外径D3対内径DOの比は
5である。同様な曲線が別の寸法に対して得られる。
したがって、本発明の構造はダイの内周で接線方向の応
力をかなり減少でき、高い作動圧力または複雑なダイの
使用を可能にすることが明らかである。
製造方法は、スチールバンドを張力下で内部リングに巻
くことで、内部リングを外部リングにより最初にプレス
トレスするものである0次に、このリングの組み合わせ
をダイ2に収縮させるだけである。収縮力は、内部リン
グがプレストレスされているので、無害である0作動圧
力が生じると、プレストレシング力は、内周での接線方
向の応力を十分小さく保つことを保証する。
収縮は、例えば、リングの組み合わせを加熱する等の任
意の所望の公知の方法で行うことができる。しかしなが
ら、ダイ及びリングの組み合わせを接触面でわずかに円
錐状にし、軸線方向の押圧力を加えることにより互いに
押し付けることも可能である。
図示のストリップコイルの代わりに、外部リングはプレ
ストレシング下で互いに配置した2つまたそれ以上の個
々のリングから成ってもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の成形型の縦断面図である。 第2図は、1部品構成の成形型の応力状態を示す。 第3図は、2部品構成の成形型の応力状態を示す。 第4図は、コイル状ストリップから成る外部リングを持
つ本発明の3部品構成の成形型の応力状態を示す。 第5図は、壁厚比に対する内部リングの接線方向の応力
の関係を示すグラフである。 第6図は、内部リングの壁厚対全体の壁厚の比に対する
接線方向の応力対内部圧力の比の関係を示すグラフであ
る。 1・・・成形型、 2・・・ダイ、 3・・・成形キャビティ、 4・・・内部リング、 5・・・外部リング。 、−1凶だヒー ηず−r 4e5′

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)成形キャビティを持つダイを有し、かつダイが半
    径方向の押圧力の下でダイに当接する内部リングと半径
    方向の押圧力の下で内部リングに当接する外部リングと
    により補強された成形型において、内部リング(4)の
    材料がダイ(2)の材料及び外部リング(5)の材料よ
    り高い弾性率を持つ、ことを特徴とする成形型。
  2. (2)請求項1記載の成形型において、内部リングの材
    料の弾性率がダイの材料の弾性率の少なくとも1.5倍
    である、ことを特徴とする成形型。
  3. (3)請求項1または2のいずれか1つに記載の成形型
    において、ダイ(2)がスチール製であり、内部リング
    (4)が焼結金属カーバイド製である、ことを特徴とす
    る成形型。
  4. (4)請求項1乃至3のいずれか1つに記載の成形型に
    おいて、外部リング(5)が少なくとも2つの層から成
    る、ことを特徴とする成形型。
  5. (5)請求項4記載の成形型において、外部リング(5
    )がコイル状ストリップから成る、ことを特徴とする成
    形型。
  6. (6)請求項1乃至5のいずれか1つに記載の成形型に
    おいて、内部リング(4)の壁厚が全体の壁厚の少なく
    とも25%である、ことを特徴とする成形型。
  7. (7)請求項6記載の成形型において、内部リング(4
    )の壁厚が全体の壁厚の30%乃至50%である、こと
    を特徴とする成形型。
  8. (8)請求項1乃至7のいずれか1つに記載の成形型を
    製造する方法において、外部リングを半径方向のプレス
    トレシング状態で内部リングに適用し、次に形成したこ
    のリングの組み合わせをダイに対して収縮させる、こと
    を特徴とする方法。
  9. (9)請求項8記載の方法において、外部リングを内部
    リングに収縮させる、ことを特徴とする方法。
  10. (10)請求項8記載の方法において、外部リングを内
    部リングにストリップを巻くことにより製造する、こと
    を特徴とする方法。
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