JPH06106290A

JPH06106290A - ダイス

Info

Publication number: JPH06106290A
Application number: JP25438792A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Akamatsu; 憲一赤松
Original assignee: AKAMATSU FUOOSHISU KK
Current assignee: AKAMATSU FUOOSHISU KK
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1994-04-19
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH0741352B2

Abstract

(57)【要約】【目的】寿命の長いダイスを提供する。【構成】型部材(３)を中間スリーブ(４)を介して補強
リング(５)に嵌め、該補強リング(５)を支持ケース(１)
に嵌めたダイスにおいて、補強リング(５)は炭素繊維、
アラミド繊維等の強度と剛性に優れた先進繊維を束ねた
ストランド(55)を内層側は一層強いテンション状態で巻
回して形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボルト、ナットその他
の機械部品の鍛造又は圧造に使用するダイスに関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】斯種ダイスは、図７に示
す如く、成形型孔(33)を有する型部材(３)を中間スリー
ブ(４)を介して補強リング(57)に嵌めて型ユニット(２)
を構成し、該型ユニット(２)を支持ケース(１)に収容し
ている。

【０００３】圧造時には、型孔(33)に加えられたパンチ
の衝撃により型部材(３)には半径方向及び接線方向に大
きな引張り応力が作用する。図１０に示す如く、半径方
向の応力σｒは、型孔(33)で最大値を持ち、外周に向か
って零に減少する。接線方向の引張り応力σｔは型孔(3
3)で最大値を持ち、周囲に向かって減少する。これら応
力から型部材(３)の破壊を防ぐために、型部材(３)を中
間スリーブ(４)に圧入或は焼き嵌めし、更にこれを補強
リング(57)に圧入することにより、半径方向の押圧力の
予圧下で型部材(３)を補強している。

【０００４】補強リング(57)は、一般にダイス鋼にて形
成された一重リングであるが、これを多重リング構造と
する方が、接線方向の引張り応力に対して一層優れた効
果のあることが判っている。そこで、図８に示す如く、
多重リングに代えて中間スリーブ(４)の外周に金属帯板
(59)をコイル状に巻いて補強リング(58)を形成し、中間
スリーブ(４)に型部材(３)を圧入して型部材の寿命延長
を画ることが提案されている(特開平２−１５１３３
８)。出願人は、この金属帯板(59)をコイル状に巻いて
補強リング(58)となしたダイス(以下、「コイル補強ダ
イス」とする)を研究した結果、次の結論を得た。

【０００５】コイル補強ダイスは、従前のダイス鋼
製補強リング(57)を用いたダイスに比べ寿命は２倍弱に
延びるが、価格は数十倍であり、総合的には大幅なコス
ト高を招来する。

【０００６】ダイス鋼製の補強リング(57)であれ
ば、中間スリーブ(４)に補強リング(57)を圧入或は焼嵌
めして、容易に半径方向の応力を付与できるが、金属帯
板(59)の場合、これを型部材(３)に巻いて、半径方向の
圧縮応力を付与することは容易ではない。応力を最大値
とすべき巻き始めに、強力なテンションを掛けて金属帯
板(59)を巻き締めることは不可能である。

【０００７】金属帯板(59)を一様テンションでコイ
ル状に巻くと、中間部で緩みが生じ、その緩み部分から
外側は中間スリーブ(４)を半径方向に加圧することに何
ら寄与しない。金属帯板(59)に限らず、帯材を一様テン
ションで巻くと中間部で緩みが生じる。これは、帯材を
巻回して帯材を重ねると、上層の帯材のテンションは下
層の帯板に中心側への押圧力として作用し、この上層か
らの押圧力に対して下層からは外向き半径方向に反力が
作用する。この反力は周方向に逆向きの力から生じ、こ
の結果、半径方向の押圧力が減じられるからであり、こ
の現象は、トイレットペーパの巻き状態を見れば、巻き
層の中間部のペーパが波打っている現象と同じである。

【０００８】金属帯板(59)の各巻き層毎に巻付けテ
ンションを変えることにより、上記の問題を解消し
て、図１０に示す圧造時にダイスに作用する応力分布に
対応してこれに抗し得る適正な応力分布を中間スリーブ
(４)に付与出来るが、金属帯板(59)をその幅方向に同一
条件で、しかも巻付けテンションを変えながら巻回する
ことは極めて困難であり実現性に乏しい。

【０００９】図７のダイスの中間スリーブ(４)を省
略して型部材(３)に直接に補強リング(57)を圧入し、両
者の接合圧の高さ方向の分布及び型部材(３)の全高さ
と、補強リング(57)の全高さの関係を考察したところ、
型部材(３)の全高さに対してでなく、型部材(３)の上面
から型孔(33)深さまでの間を補強リング(57)によって半
径方向に押圧状態で包囲した場合が、最も応力集中が軽
減されること判っている。しかし、図８のコイル補強ダ
イスは、型部材(３)の全高さと同じ幅の金属帯板(59)を
巻き付けるものであって、型部材(３)の型孔(33)深さに
対応して部分的に補強することは出来ず、応力集中の面
で不利である。

【００１０】金属帯板(59)をテーパ面に巻き締める
ことは出来ないため、中間スリーブ(４)の外周は円筒面
とせねばなない。外周がテーパ面の中間スリーブ(４)に
対して、又は中間スリーブを省略して外周がテーパ面の
型部材(３)に直接に金属帯板を巻くことは出来ない。上
記結論に基づき、出願人は金属帯板(59)に代わるものを
模索し、コイル補強ダイスよりも優れたダイスを案出し
たものである。

【００１１】

【課題を解決する手段】本発明のダイスは、成形型孔(3
3)を有する型部材(３)に対して、半径方向の押圧力を予
圧作用させた状態に補強リング(５)を嵌め、該補強リン
グ(５)を支持ケース(１)に嵌めたダイスにおいて、補強
リング(５)は炭素繊維、アラミド繊維等の強度及び剛性
の優れた繊維(以下「先進繊維」という)を束ねたストラ
ンド(55)をテンション状態で多層に巻回して形成されて
いる。

【００１２】

【作用及び効果】先進繊維は、単位断面積当りの強度、
剛性は鋼よりも優れている。鋼は均質で一体化している
のに対し、先進繊維を束ねたストランドをテンション状
態で巻回しても繊維間に多少の隙間が存在するため、巻
回層の断面積に先進繊維の強度を乗じた数値よりも強度
の低下は免れないが、これらを考慮しても先進繊維は鋼
より強度は大である。然も、ストランド(55)は、金属帯
板に比べて扱い易く、巻き途上でのテンション調整が容
易であり、特に強力な補強が要求されるダイスの型孔周
辺には強く巻き、その他の箇所には弱く巻くことが簡単
にできる。従って、ストランドをテンション状態で巻回
して予圧を加え、型部材(３)を補強したダイスの耐久性
は、従来のダイス鋼製の補強リングで補強したダイス及
びコイル補強ダイスよりも優れている。従って、ダイス
を小径化することに寄与できる。又、ストランドの巻回
作業性は、金属帯板を巻回する場合に比べて遥かに良
い。

【００１３】

【実施例】図１は第１実施例を示している。図面は支持
ケース(１)及び付属の型台は、断面図ハッチングを省略
している。支持ケース(１)は、引張り強度の大なる軟質
硬度の焼入鋼にて筒状に形成され、軸芯に先端側から順
に型挿入孔(11)、押上げ台挿入孔(12)及び内ネジ孔(13)
を開設している。型挿入孔(11)及び押上げ台挿入孔(12)
は共にストレート孔であって、型挿入孔(11)の方が押上
げ台挿入孔(12)よりも大径である。

【００１４】支持ケース(１)の型挿入孔(11)に型ユニッ
ト(２)が圧入される。型ユニット(２)は、型部材(３)を
中間スリーブ(４)を介して補強リング(５)で補強して形
成される。型部材(３)は、超硬合金にて形成され、軸方
向に２分割された上型(31)と下型(32)とからなり、上型
(31)の軸心に型孔(33)を有し、下型(32)の上面に該型孔
(33)に連続する型穴(34)を形成している。下型(32)の軸
心には押上げ台(６)に貫通するノックアウトピンカイド
孔(35)が開設されている。上下型(31)(32)の外周面は上
型側が縮径するテーパ面となっている。下型(32)の周面
にエアー逃し用の複数の縦溝(36)が開設されている。

【００１５】中間スリーブ(４)は、ダイス鋼にて形成さ
れ、内面は型部材(３)の外周に対応するテーパ面に形成
され、外周は内周よりも少し緩やかなテーパ面となって
いる。上下型(31)(32)は圧入或は焼き嵌めによって、半
径方向の押圧力の下で予圧を受けて中間スリーブ(４)に
嵌まっている。

【００１６】補強リング(５)は、中間スリーブ(４)の外
周テーパ面に対応したテーパ状に形成された内リング部
材(51)の軸方向の両端に外向きフランジ(52)(53)を突設
し、フランジ(52)(53)間に形成される広幅の周溝部(50)
にストランド(55)を巻回し、フランジ(52)(53)に跨がっ
て円筒状の外リング部材(54)を嵌めて形成されている。

【００１７】実施例では、太さ１０μmの炭素繊維(55a)
の３０００本を束ねて１本のストランド(55)にしたもの
を内リング部材(51)上に巻いている。ストランド(55)の
巻き付けは、半径方向の内層側ほどテンションを強く、
外層に向かって双曲線状にテンションを弱めて、図１０
に示す圧造時のダイスに作用する半径方向の応力に対応
する予圧力を付与する。軸方向には下型(32)から上型(3
1)に向かうほどテンションを強くし、上型(31)に対応す
る部分の応力を大にしている。初期テンションの値は、
先進繊維個々の強度より少し小さく、又、巻き終りのテ
ンションは、後記する巻き装置の制御装置(83)で制御可
能な最小のテンションとする。

【００１８】更に実施例では、ストランド(55)にエポキ
シ樹脂を付着させながら巻回し、ストランド(55)をエポ
キシ樹脂(56)で固めている。エポキシ樹脂は固化した際
に収縮しない特性があり好都合であるが、必ずしもエポ
キシ樹脂には限らない。ストランド(55)の巻き終りは、
フリーにしても張力は緩まないが、上記樹脂にて接着止
めされる。

【００１９】図１の如く、押上げ台(６)を前記押上げ台
挿入孔(12)に摺動可能に挿入し、該台の先端面で型ユニ
ット(２)の底面を支え、内ネジ孔(13)に締め上げ台(７)
を螺合して、押上げ台(６)を抜け止めする。

【００２０】図９は、ストランド(55)を内リング部材(5
1)に巻回する装置の概略を示しており、内リング部材(5
1)をトルクモータ(８)に連繋して定位置にて回転自由に
支持する。ストランド(55)を巻いたドラム(図示せず)か
ら定位ローラ(81)及びダンシングローラ(82)を経由して
内リング部材(51)にストランド(55)の先端を巻き付け
る。

【００２１】トルクモータ(８)及びダンシングローラ移
動装置(84)は、制御装置(83)に連繋され、該制御装置(8
3)のコンピュータに予めプログラムされた通りに動作
し、前述した様に、内リング部材(51)に半径方向及び高
さ方向に、テンションを調節しながら巻回する。

【００２２】ストランド(55)の巻き始めは、図１に示す
様に内リング部材(51)の大径部の終端に細溝(50a)を開
設し、該細溝(50a)にストランド(55)の先端を手で巻き
付けておき、以後はトルクモータ(８)とダンシングロー
ラ(82)の連繋動作によって自動的に巻き付ける。

【００２３】然して、先進繊維は、単位断面積当りの強
度、剛性は鋼よりも優れており、従って、この先進繊維
を束ねたストランドをテンション状態で巻回して予圧を
加え型部材(３)を補強したダイスの耐久性は、従来のダ
イス鋼製の補強リングで補強したダイス及びコイル補強
ダイスよりも優れている。従って、ダイスを小径化する
ことに寄与できる。ストランド(55)は、金属帯板に比べ
て扱いが容易であり、巻回の作業性は、金属帯板を巻回
する場合に比べて遥かに良い。又、ストランドは巻き途
上でのテンション調整が容易であり、特に強力な補強が
要求されるダイスの型孔周辺には強く巻き、その他の箇
所には弱く巻くことが簡単にできる。

【００２４】又、熱間鍛造用、温間鍛造用のダイスは高
温下での強度維持が必要であり、従来のダイス鋼による
補強リングでは、熱間域、温間域での使用中に、ダイス
鋼の熱膨張率により締付け力が弱くなるが、炭素繊維で
はダイス鋼に比べて熱膨張率が小さいので、熱の影響を
受け難くい。

【００２５】型ユニット(２)に作用する内圧の内、半径
方向の圧力及び接線方向の引張力は上型(31)に加わり、
軸方向の圧力は下型(32)に作用するため、補強リング
(５)には下型(32)よりも上型(31)に対する補強効果が要
求される。この要求に対しては、ストランド(55)を下型
(32)側より上型(31)側を強いテンションで巻くことによ
って実現でき、又、実施例の様に、補強リング(５)の内
リング部材(51)をテーパ状とし、上型(31)側の巻回量を
下型(32)側よりも増やすことによっても実現できる。

【００２６】本発明の実施に於て、ストランド(55)の巻
層の内層をアラミド繊維、外層を炭素繊維の如く、繊維
の種類を変え、或は同じ炭素繊維でも内層は特に剛性の
高いもの、外層は特に強度の高いもの等、特性、価格等
を考慮して選択できる。

【００２７】図２は中間スリーブを省略し、型部材(３)
を補強リング(５)に直接に圧入した第２実施例を示して
いる。又、押上げ台(６)は支持ケース(１)に焼き嵌めさ
れており、締め上げ台も省略されている。

【００２８】図３は、上下一体型の型部材(３)を補強リ
ング(５)に直接に圧入した第３実施例を示している。

【００２９】図４は、テーパ状リング部材(51a)の外周
面に幅広溝(50b)を形成し、該溝にストランド(55)を巻
いて補強リング(５)を形成した第４実施例を示してい
る。幅広溝(50b)は、型孔(33)の底部近傍から押上げ台
(６)側に浅く形成されている。支持ケース(１)のテーパ
孔(11a)に補強リング(５)を圧入し、この状態で補強部
材(５)に型部材(３)を圧入又は焼き嵌めする。

【００３０】図５は、テーパ状リング部材(51)の上部の
フランジの肉厚を薄くした第５実施例を示している。

【００３１】図６はテーパ状リング部材(51)の上部フラ
ンジを省略した第６実施例を示している。フランジを省
略しても、内リング部材(81)の外面を階段状に形成する
ことによっり巻層の端面が平面状になる様にストランド
(55)を巻ことができるのは確認済みである。本発明は上
記実施例に限定されることはなく、特許請求の範囲に記
載の範囲で種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の断面図である。

【図２】第２実施例の断面図である。

【図３】第３実施例の断面図である。

【図４】第４実施例の断面図である。

【図５】第５実施例の断面図である。

【図６】第６実施例の断面図である。

【図７】ダイス鋼製の補強リングを用いた従来のダイス
の断面図である。

【図８】コイル補強ダイスの断面図である。

【図９】巻き装置の概略図である。

【図１０】圧造時に作用する応力分布図である。

【符号の説明】

(１) 支持ケース (２) 型ユニット (３) 型部材 (４) 中間スリーブ (５) 補強リング (55) 先進繊維

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形型孔(33)を有する型部材(３)に対し
て半径方向の押圧力を作用させた状態に補強リング(５)
を嵌め、該補強リング(５)を支持ケース(１)に嵌めたダ
イスにおいて、補強リング(５)は炭素繊維、アラミド繊
維等の強度及び剛性の優れた先進繊維を束ねたストラン
ド(55)をテンション状態で多層に巻回して形成されてい
るダイス。
【請求項２】補強リング(５)は、内リング部材(51)に
ストランド(55)を巻回し、ストランド巻層の外面に外リ
ング部材(54)を嵌めて構成されている請求項１に記載の
ダイス。
【請求項３】巻回したストランド(55)の繊維間の隙間
にはエポキシ樹脂等の合成樹脂が充填されて形状保持が
なされている請求項１又は２に記載のダイス。
【請求項４】型部材(３)と補強リング(５)との間に中
間スリーブ(４)が介在している請求項１乃至３の何れか
に記載のダイス。
【請求項５】ストランド(55)は、内層ほど、又、型部
材(３)の型孔(33)側ほどテンションを強めて巻かれてい
る請求項１乃至４の何れかに記載のダイス。
【請求項６】ストランド(55)の巻層は、内層と外層で
は先進繊維の種類或は特性が異なる請求項１乃至５の何
れかに記載のダイス。