JPH08503892A - 成形工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ダイ（１；１ａ；１ｂ）と、このダイの周囲を取り囲むプレストレスされたリング（２）とを有する形成工具において、プレストレスされたリング（２）によりダイ（１；１ａ；１ｂ）に加えられる半径方向応力が、ダイの１８０度以下の内角を形成するように連続して形成された２つの内側面（４，５；８；５，８）の遷移部（３；９，１０）の領域において、遷移部に近接する領域よりも小さくなるように、プレストレスされたリング（２）が構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 成形工具 技術分野 本発明は、ダイとこのダイの周囲を取り囲むプレストレスされたリングとを有 する成形工具に関する。 この種の成形工具は、冷間押出し加工に用いることができる。このダイは、例 えば、鋼、特に焼結された硬い金属により構成されている。 背景技術 この種の成形工具は、例えば独国特許公報（DE 38 34 996 C2）に示されてい るように、冷間押出し加工に用いられ、ダイは、円柱形であり、さらに、プレス トレスされたリングにより加えられたプレストレスにより、内部からの過度の圧 力により生じるダイの可塑化、疲労又は破損を防止するようにしている。 ワークピースの押出し加工に用いられるダイは、断面及び軸方向において多角 形のものが多く、そのため、ダイは、１８０度より小さい角度を形成する２つの 内側面の遷移部を有する。 このように構成された従来の成形工具では、ダイの内側の遷移部の領域におい て、応力集中や、ダイ材料の降伏点を越える大きな引っ張り応力が周期的に作用 することが生じたり、クラックや疲労破壊が生じることもある。 このため、このような従来の成形工具の使用寿命は、短くなっている。このた め、米国特許第３，８１０，３８２号明細書には、ダイを取り囲むバンドにより ダイをプレストレスすると共に複数の部品によりダイを構成し、使用寿命を長く したものが開示されている。しかしながら、この米国特許明細書に開示されたも のは、高価であり、その点で問題である。 上記のクラックや疲労破壊は、ワークピースが低い値（通常はゼロ）から急激 に高い値に変形する際に、ダイの半径方向の力を受ける領域で生じることがある 。例えば、ダイ内にワークピースが位置し、このワークピースの押出機が作用す る 端面が、ダイの内側が円柱形の場合さえも、ダイの内側に接触しているので、こ のワークピースの端面のレベルが、このように急激に変化する。 発明の開示 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、一体形のダイ が用いられた場合に、ダイ内側の遷移部での比較的高い応力によりダイが破壊さ れることがない成形工具を提供することを目的としている。 上記の目的を達成するために本発明の成形工具は、プレストレスされたリング によりダイに加えられる半径方向応力が、１８０度以下の内角を形成するように 連続して形成されたダイの２つの内側面の遷移部の領域において、若しくはワー クピースがダイ上で半径方向に変形している際にこのワークピースにより加えら れる圧力が小さい値から大きい値へ突然に変化する遷移部の領域において、遷移 部に近接する領域よりも小さくなるように、プレストレスされたリングが構成さ れたことを特徴としている。 このように構成することにより、曲げプレストレスが遷移部に生じ、これによ り、クラックの形成が妨げられる。 ダイ又はプレストレスされたリングが円柱形の場合、これらの両者の結合は、 熱収縮により行われる。この場合、プレストレスされたリングが加熱されるか又 はダイが冷却され、その後、プレストレスされたリングがダイの周りに押し込ま れる。 プレストレスされたリングとダイとの係合面は、円柱形であることが好ましい 。これにより、両者の結合が軸方向の力により容易となり、圧力ばめが得られる 。 プレストレスされたリングとダイとの２つの係合面の少なくとも１面が、所望 の圧力分布に従って機械加工されることが好ましい。これに代えて、又はこれに 加えて、ダイ及び／又はプレストレスされたリングの材料特性が、所望の圧力分 布に従って選択される。これにより、遷移部の領域における半径方向の力が最適 となる。 従来の鋼のシュリンク・リングを用いた場合、半径方向のプレストレスの分布 を１０％−１５％より大きく修正することは、実際上不可能である。 しかしながら、プレストレスされたリングを、同軸を有する少なくとも２つの リングにより構成することにより、半径方向のプレストレスの分布を１０％−１ ５％より大きく修正することができる。このため、これらのプレストレスされた リングの少なくとも一方を補強バンドにより取り囲むように構成する。これによ り、プレストレスされたリングの使用寿命が長くなる。更に、全体的な補強が、 ５０％−７０％強化され、この結果、プレストレスの分布の修正量の増大が可能 となり、その最大値が、最少値の約７５％−１２５％となり得る。 このようにして、プレストレスされたリングと補強バンドとの２つの係合面の 少なくとも１面が、所望の圧力分布に従って機械加工されことが好ましい。 さらに、ダイとプレストレスされたリングとの間に配置された中間チューブの 内側又は外側、若しくはこの中間チューブに隣接するダイの外側を、所望の圧力 分布に従って機械加工することが可能である。この中間チューブにより、組み立 て時や押出加工時に生じる大きな圧力に起因する有害な影響を少なくすることが できる。 全ての場合において、係合面を、研磨等の超仕上げすることが可能である。こ れにより、所望のプレストレス分布を正確に合致させることができる。 プレストレスされたリングを、交互に材料特性の異なる領域を有するように構 成することも可能である。特に、プレストレスされたリングを、異なる材料剛性 及び／又は異なる半径方向寸法を有する複数のリングから構成することも可能で ある。このようにして、簡単に、所望のプレストレス分布を形成することが可能 となる。 図面の簡単な説明 図１乃至図３は、異なる内部形状を有するダイに適用された本発明の異なる実 施例の軸方向断面を示す斜視図である。 図４は、本発明の原理を説明するための成形工具の軸方向断面図である。 図５乃至図１３は、本発明の成形工具の異なる実施例を示す縦断面図である。 図１４乃至図１６は、本発明の成形工具のダイとプレストレス・リングとの異 なる係合面の展開図である。 発明を実施するための最良の形態 図１に示すように、成形工具は、プレストレスされたリング２（以下、プレス トレス・リング２という。）内にダイ１を含んでおり、これらのダイ１とプレス トレス・リング２の係合面は、円錐形である。ダイ１の内側には、第１の円柱形 の内側面４とこの第１の内側面４とこの第１の内側面４と連続する円錐形第２の 内側面５が形成され、これらの内側面４，５は、１８０度より小さい内角を形成 している。これらの第１の内側面４と第２の内側面５との間に、円周エッジの形 態で遷移部６が形成される。この円錐形の第２の内側面５は、更に、エッジ部６ で第３の円柱形の内側面７へと変化し、これらの２つの内側面５，６により、１ ８０度より大きい内角を形成する。ダイ１とプレストレス・リング２とは、補足 的なコーン角度を持つ円錐形の係合面を形成し、圧力ばねにより互いに保持され る。 このような成形工具は、円錐形状に段さのついたワークピースや内側面７の径 に対応する径を持つ円柱形のワークピースを冷間押出し加工により形成するため に使用され得る。 図２に示された成形工具は、図１に示されたものと以下の点が異なるのみであ る。即ち、ダイ１ａの内側形状が矩形であり、ダイ１ａの内側面８がエッジによ り形成された遷移部９で９０度の角度を持って集まるように形成されている。 丸いスラグ（slug）はその両端面からピストンにより圧縮されるが、このよう な丸いスラグが、このような成形工具のダイ１ａの中へ導入され得る。このよう にして、ネジが切られる多角形ナット部品を製造することができる。 図３に示された成形工具は、図１に示されたものと、図２のものと同様に、ダ イ１ａの内側形状が異なるのみである。即ち、ダイ１ａの内部形状の上部が６角 形であり、この工具の場合も、同様に、内側面は１８０度より小さい内角を形成 し、更に、エッジにより形成された遷移部９で６０度となっている。この遷移部 ９は、面取により丸く形成するようにしてもよい。この成形工具を使用して、部 分的に丸くまた部分的に６角形形状のワークピースを、冷間押出し加工により成 形することができる。 図４は、図１に示された成形工具における発明の基礎的原理を概略的に示した 図である。本発明によれば、プレストレス・リング２が、以下のように形成され ている。即ち、プレストレス・リング２によりダイ１に加えられる半径方向プレ ストレス（図４において平行な矢印で示されている）が、連続して形成された２ つの内側面４，５の遷移部３の領域において、この遷移部３に近接する領域より も小さくなるように、プレストレス・リング２が形成されている。これにより、 図４の矢印１１，１２で示すような曲げプレストレスが遷移部３の周りに生じ、 この結果、この曲げプレストレスが作用することにより、遷移部３と一致する面 内に生じる応力を軽減され、更に、この遷移部３の領域での応力集中によるクラ ックの形成が妨げられる。 このようなプレストレスの分布を変化させるための実施例が以下の図５乃至図 １３により示される。 図５に示された実施例においては、ダイ１の円錐形の外側面に接するプレスト レス・リング２の円錐形の内側面の遷移部３の領域に、例えば研削等の機械加工 により、円周方向溝１３が形成されている。この円周方向溝１３の半径方向の深 さは、遷移部３のレベル即ち遷移部３の半径方向面内で最大となり、軸方向にお いて連続的に減少する。プレストレス・リング２は、この溝１３の領域でダイ１ に対してより少ない半径方向応力を作用させることになり、これにより、ダイ１ に作用するプレストレスは、溝１３の領域で最少となり、溝１３の外部で最大と なる。プレストレス・リング２には、シート状の金属バンドである補強バンド１ ４がその周りを取り囲むようにして設けられている。これにより、プレストレス ・リング２の使用寿命が長くなる。このようにして、ダイ１の補強が５０％−７ ０％増大し、これは最大値が最少値の７５％−１２５％となる所望のプレストレ スの大きさに対応している。この補強バンド１４の周りには、アウター・リング １５が設けられており、ハウジングを形成している。 図６に示された実施例においては、図５に示されたものと、溝１３がプレスト レス・リング２ではなくダイ１の外側に形成された点が異なるのみである。 図７に示された実施例は、図６に示されたものと、以下の点においてのみ異な っている。即ち、中間チューブ１６が、ダイ１とプレストレス・リング２の間で ダイ１に対して収縮固定されている。ダイ１と中間チューブ１６との接触面は、 円柱形であり、中間チューブ１６の外側は、プレストレス・リング２との接触面 と補足的なコーン角度を持ち、溝１３が形成されている。従って、ダイ１は、肉 厚を薄くすることができる。 図８に示された実施例においては、図７に示されたものと、溝１３が中間チュ ーブ１６の外側ではなく内側に形成された点が異なるのみである。 図９に示された実施例においては、図７と図８に示されたものと、溝１３が、 中間チューブ１６の外側でも内側でもなく、ダイ１の外側に形成された点が異な るのみである。 全ての実施例において、溝１３の半径方向深さは、１ミリメートルの数１００ 分の１乃至数１０分の１にすぎず、図面においては誇張されて大きく描かれてい る。 図１０に示された実施例は、図５に示されたものと、以下の点においてのみ異 なっている。即ち、プレストレス・リング２は、３つの軸方向に接する領域１７ ，１８及び１９を有している。これらの各領域１７，１８及び１９は、交互に異 なる材料特性を有し、別々のリングとして形成される。ここで、アウター・リン グ１７，１８は、中間領域１８より大きな剛性又は硬さを有する。これにより、 プレストレスの分布は、図４に示されたものと同様となる。 図１１に示された実施例は、図５に示されたものと、以下の点においてのみ異 なっている。即ち、プレストレス・リング２は、半径方向内側領域２０と半径方 向外側領域２１を有し、これらの領域２０，２１は、異なる材料特性を有してい る。領域２０，２１は、リング形状であり、半径方向内側のリングが半径方向外 側リングより大きな剛性を有し、領域２０，２１の係合面は、断面台形状であり 、この台形の平行な２辺の長い方が半径方向外側に位置し、さらに台形は、等し く配置されている。 図１２に示された実施例は、図１０に示されたものと、以下の点においてのみ 異なっている。即ち、プレストレス・リング２の中間領域１８の外径が他の領域 １７，１９の外径よりそれらの厚みの半分だけ小さく形成されている。さらに、 補強バンド１４が、軸方向に接する３つの円周方向を取り囲むバンド２２，２３ 及び２４に分割されている。ここで、中間バンド２３は、外側のバンド２２， ３４より、その内径が小さくなっている。 図１３に示された実施例は、図１０に示されたものと、以下の点においてのみ 異なっている。即ち、プレストレス・リング２は、５つの軸方向組み合わせ領域 １７，１８，１９，２５及び２６を有し、これらの各領域は、交互に異なる材料 特性を有する。ここで、中間領域２５，２５は、軸方向外側の領域１７，１９の 間に設けられ、これらの中間領域２５，２６は、中間領域１８より剛性が大で硬 く、外側領域１７，１９より剛性が小である。 図１４は、図３に示された実施例におけるプレストレス・リング２の内側面の 展開図を直交座標で示したものである。この直交座標において、Δγは、半径方 向外向きの円柱形面の偏差を示し、ｚは、プレストレス・リング２の軸方向を示 し、ψは、円周方向を示している。この図１４に示されているように、プレスト レス・リング２には、その半径方向内側面に凹部２７（Δγの方向により、図１ ４ではこの凹部２７が隆起領域又はハンプ（humps）として示されている）が形 成されている。この凹部２７は、遷移部９と１０の交点におけるダイ１ｂのコー ナーの１つに対向するように形成されており、ダイ１ｂにおける合計８個の凹部 ２７のうち、２個のみが示されている。逆に言えば、凹部２７の間の領域は、谷 間として表され、ダイ１ｂの遷移部９に対向している。 図１５に展開図として示された表面は、図５に示された実施例におけるプレス トレス・リング２の半径方向内側面に対応している。ここで、溝１３は、Δγの 符号により、ハンプ（hump）として示されている。 図１６に示されたプレストレス・リング２の内側而は、図２のダイ１ａの構成 に対応している。各遷移部９は、ｚ軸方向に延びる凹部２８（波状のハンプ）を 有している。即ち、ダイ１ａは矩形のソケットであるため、４つの凹部２８が存 在するが、その内の２つのみ示されている。 図１５に示された表面が、例えば、図６に示されたダイ１に適用可能である。 ただし、図１５のΔγの方向は逆となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＵ，ＬＶ，ＮＬ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ダイ（１；１ａ；１ｂ）と、このダイの周囲を取り囲むプレストレスされた リング（２）とを有する成形工具において、 上記プレストレスされたリング（２）により上記ダイ（１；１ａ；１ｂ）に加 えられる半径方向応力が、（a）１８０度以下の内角を形成するように連続して 形成されたダイの２つの内側面（４，５；８；５，８）の遷移部（３；９，１０ ）の領域において、若しくは（b）ワークピースがダイ上で半径方向に変形して いる際にこのワークピースにより加えられる圧力が小さい値から大きい値へ突然 に変化する遷移部の領域において、上記遷移部に近接する領域よりも小さくなる ように、上記プレストレスされたリング（２）が構成されたことを特徴とする形 成工具。 ２．上記プレストレスされたリング（２）とダイ（１；１ａ；１ｂ）とが複数の 面により係合されており、これらの複数の係合面が、円錐形であることを特徴と する請求項１記載の成形工具。 ３．上記プレストレスされたリング（２）とダイ（１；１ａ；１ｂ）との２つの 係合面の少なくとも１面が、所望の圧力分布に従って機械加工されていることを 特徴とする請求項１又は請求項２記載の成形工具。 ４．上記ダイ（１；１ａ；１ｂ）及び／又はプレストレスされたリング（２）の 材料特性が、所望の圧力分布に従って選択されることを特徴とする請求項１乃至 請求項３のいずれか１項に記載の成形工具。 ５．上記プレストレスされたリング（２）が、同軸を有する少なくとも２つのリ ングにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１ 項に記載の成形工具。 ６．上記プレストレスされたリング（２）が、補強バンド（１４）により取り囲 まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の成形 工具。 ７．上記プレストレスされたリング（２）と補強バンド（１４）との２つの係合 面の少なくとも１面が、所望の圧力分布に従って機械加工されていることを特徴 とする請求項６記載の成形工具。 ８．上記ダイ（１）とプレストレスされたリング（２）との間に配置された中間 チューブ（１６）の内側又は外側、若しくはこの中間チューブ（１６）に隣接す るダイ（１）の外側が、所望の圧力分布に従って機械加工されていることを特徴 とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の成形工具。 ９．上記係合面が、超仕上げされていることを特徴とする請求項３、請求項７又 は請求項８の何れか１項に記載の成形工具。 10．上記プレストレスされたリング（２）が、交互に材料特性の異なる領域（１ ７−１８；２０，２１；１７−１８，２５，２６）を有することを特徴とする請 求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の成形工具。 11．上記プレストレスされたリング（２）が、異なる材料剛性及び／又は異なる 半径方向寸法を有する複数のリング（１７−１８）から構成されていることを特 徴とする請求項１０記載の成形工具。