JPS63220931A - 極低温せん断加工装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、極低温域で潤滑剤を使用せずに被加工金属板
を所定の形状に打抜くことのできる極低温せん断加工装
置に関する。

（従来の技術） 一般にせん断された金属材料の加工端面は、第３図に示
すように、次の４つの部分から成り立つでいる。すなわ
ち、上から順に ■　だれ（Ａ＞ 工具がくい込む際に圧下された自由表面の部分。

■　せん断面（Ｂ） 大きなせん断ひずみを受けており、かつ工具の側面でバ
ニシ加工されて光沢のある部分。

■　破断面（Ｃ） クラックを生じて破断した面で、結晶粒界が表面に微小
凹凸としてあられれている部分。

■　かえり（Ｄ） から構成されている。

そして、これら４つの部分が加工端面において占める割
合は被加工材料の種類やせん新条件、加工部位等によっ
て異なるが、通常鋼のような軟質で延性に富んだ金属材
料では、端面の大部分がぜん断面から構成され、だれや
かえりが大きくなっている。

一方、金属材料の力学的な性質は温度によって大きな影
響を受け、特に低温域では金属が脆化し、クラックの発
生およびその伝播速度が大きくなることが知られている
。この点に着目して、従来から、金属材料を低温域でい
ろいろな方法で加工あるいは成形することが行われてい
る。

このような観点から、軟質の金属材料をせん断加工する
場合にも極低温域でせん断加工して、だれやかえりの発
生を抑えることが考えられる。

しかしながら、従来の鉄（鋼）系の金属からなるダイス
とポンチのような工具で、低温域におけるぜん断加工を
行う場合には、工具を構成するベース金属である鉄は、
体心、立方晶構造を有するために、第４図に示すように
、降伏応力の温度依存性が大きく、低温で脆性的な力学
的挙動を示す。

従って、極低温域でのせん断加工では、工具刃先（被加
工材料との摩擦接触部）の脆性的破損が助長され、工具
の寿命が極端に短くなるという問題があった。また、通
常、せん断加工においては、工具を構成する金属と被加
工材を構成する金属との間の凝着現象に、起因する工具
刃先の摩耗を防ぐため、潤滑油を使用しこれらの表面に
潤滑油の保護膜を形成するが、極低温域ではこのような
潤滑油が凍結してしまい、機能を果たさなくなるという
問題もあった。ざらに、工具を構成する金属の線膨張率
が大きいため、温度の変化に伴う工具の寸法の変化が大
きい。また金属は熱伝導率も高いため、工具各部の温度
分布が不均一となり、各部の寸法を均一に保持すること
ができず、安定しだせん断加工が難しいという問題もお
った。　一方、近年切削加工に代わる厚板の聞密せ／υ
断加工法として、被加工材料に静水圧を加えなからせん
断し、クラックの発生と伝播を遅延させる方法が検討さ
れている。そしてこの方法では被加工材料を円滑に塑性
変形させる等の目的で、極圧添加剤を混入した潤滑油を
用いているが、このような潤滑油の使用には製品の特性
上次のような問題があった。

すなわち、厚い金属板を打抜き加工する場合には、工具
の刃先が約３００℃、被加工材料が約６００℃の温度に
達することが確認されている。このような高温では通常
の潤滑油に配合された金属石けんは分解してしまい、潤
滑機能を果たさなくなるため、これに代わり、塩素、リ
ン、イオウを含む極圧添加剤を混入した潤滑油を使用し
ている。しかしながら、これらの極圧添加剤は腐蝕作用
を有しており、被加工製品の表面を著しく汚損してしま
うという問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の工具を極低温域でのせん断加工に使用
する場合には、工具を構成する金属が脆性的な挙動を示
すばかりでなく、潤滑油が低温域で凍結し潤滑は能を果
たさなくなるという問題点があった。

また金属の線膨張率および熱伝導率が大きいため、工具
の寸法変化等が大きく、安定しだせん断加工ができない
という問題があった。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたもので
、極圧添加剤等の配合された潤滑油を使用することなく
、極低温域でだ詐やかえりの発生を抑えながら金属板を
せ／ν断加工することができる極低温ぜん前加工装置を
提供することを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明の極低温せん前加工装置は、ダイスとポンチとを
備え、極低温下においてこれらの相対的な直線運動によ
って間に配置された被加工金属板を所定の形状に打法く
極低温せん前加工装置において、前記ダイスとポンチの
少なくとも被加工金属板と接触する部分をセラミックス
で構成して成ることを特徴としている。

本発明に使用するセラミックスとしては、通常エンジニ
アリングセラミックスとして使用されている超硬合金に
相当する強度を有するものを使用することが望ましい。

このようなセラミックスとしては、例えば、ジルコニア
をアルミナで分散強化した後、静水圧熱処理（ＨＩＰ処
理）を施した材料を使用することができる。

本発明の装置は、特に銅のような軟質金属からなる板を
極低温域で打抜き、だれやかえりのほとんどないぜん断
加工を行う装置として好適している。

本発明の極低温ぜん面加工装置を行うための低温雰囲気
をつくり出す冷却媒体としては、例えば液体窒素や液体
空気を使用することができる。

被加工材料を極低温せん断加工するための冷却は、予め
被加工材料を製品の外形より大きめに切断したものを、
前記液体に浸漬するか、あるいはこれらの液体を被加工
材料に噴霧して表面を一１５０’Ｃ前後の温度にまで冷
却すればよい。本発明のせん面加工装置による加工は、
このようにして冷却した被加工材料を直ちに装置の所定
の位置にセットして所定の操作を加えることにより行わ
れる。

（作用） 本発明の極低温せん面加工装置に使用されるセラミック
スは、低温域、極低温域で力学的に安定である。またセ
ラミックスは金属結合を有しないため、加工される金属
との間に凝着現象が起りにくく、ざらに硬度が高く焼付
きが生じにくい。

またセラミックスは金属に比べて熱伝導率が約１７１０
と低く、線膨張率も非常に低いため、温度変化に伴う寸
法変化および各部寸法の不均一化が起こりにくい。

従ってこの極低温往ん面加工装置によれば、製品を汚染
するおそれのある潤滑油を使用することなく、極低温域
で金属板の安定しだせん断加工を行い、だれやかえりが
なく後処理を必要としない加工品を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の極低温せん面加工装置の一実施例を示
す断面図である。

同図において、符号１は円環状のセラミックス製のダイ
スを示しており、このダイス１の内側の円柱状の空隙部
にはこの空隙部に嵌合するセラミックス製のリング状の
ポンチ２と、このポンチ２の中空部に嵌合するセラミッ
クス製の丸棒状の小ポンチ３とが、上下に対向して配置
されている。

そしてこれらのポンチ２と小ポンチ３とは、それぞれ図
示を省略した昇降駆動装置に連結され、上昇および下降
できるように構成されている。

またポンチ２の下方のダイス１の空隙部には、打抜かれ
た製品を持上げて取出すための、セラミックス製のノッ
クアウト４が配設され、小ポンチ３の上方のポンチ２の
中空部内には、セラミックス製のエゼクタ５が設置され
ている。ざらにダイス１の上方には、セラミックス製の
仮押え６が昇降自在に配置されている。

このように構成される実施例の極低温せん面加工装置に
よって、例えば純銅製の板を打抜き、電子管内材料とし
て用いられるリング状銅板を製作するには、まず液体窒
素に浸漬する等の方法で表面近傍が一１５０’Ｃ程度の
温度に冷却された被加工材料７を、ダイス１の上面に供
給配置し、仮押え６を降ろして押圧固定する。次いで、
ポンチ２を下降させると同時に小ポンチ３を上昇させ、
被加工材料７の外形をダイス１の内周面とポンチ２の外
周面との接触部を切刃として打抜き、同時に穴の外形を
、ポンチ２の内周面と小ポンチ３の外周面との接触部を
切刃として打抜く。

この装置においては、被加工材料７と接触するダイス１
やポンチ２等の部材が全てセラミックスで構成されてい
るので、部材の脆性的な挙動を心配することなく、−１
５０℃という極低温域で銅のような軟質金属の極低温せ
ん断加工を行うことができ、加工の際のだれやかえりを
抑制することができる。

すなわち、銅のような面心立方晶構造を有する延性の高
い金属は、第２図のグラフに示すように、降伏応力の温
度依存性が小さく、低温域でもかなり大きな延性を有す
るが、引張り強さは温度が下がるにつれて上昇し、極低
温域では圧延鋼板に似た力学的挙動を示し、非常にせん
断しやすくなる。

また、セラミックスは金属との間で凝着現象を起こすこ
とがなく、これに起因する摩耗が生じない。従って潤滑
油を使用することなく、クリーンな状態で極低温せん断
加工を行うことができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の極低温せん面
加工装置によれば、金属板のけん断加■を極低温域で行
い、加工端面でのだれやかえりの発生を抑えることがで
きる。そして、銅のような面心立方晶構造を有する軟質
金属の極低温せん断加工においては、だれやかえりが少
なく、しかも結晶の粒内破壊に起因する平滑な端面を提
供することができる。

また、潤滑油を使用することなくクリーンな状態でせん
断加工を行うことができ、製品の汚染を防ぎ洗浄等の後
処理工程を省くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の極低温ぜん断加工装置の一実施例の要
部を示す断面図、第２図は面心立方晶構造を有する金属
の降伏応力および引張り強さの温度依存性を示すグラフ
、第３図はせん断された金属の加工端面を示す側面図、
第４図は体心立方品構造の金属の降伏応力の温度依存性
を示すグラフである。 １・・・・・・・・・・・・・・・ダイス２・・・・・
・・・・・・・・・・ポンチ３・・・・・・・・・・・
・・・・小ポンチ４・・・・・・・・・・・・・・・ノ
ックアウト５・・・・・・・・・・・・・・・エゼクタ
７・・・・・・・・・・・・・・・被加工材料出願人　
　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第１図 ｆｆ［Ｋ） 第２図 第３図 湿度 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイスとポンチとを備え、極低温下においてこれ
   らの相対的な直線運動によって間に配置された被加工金
   属板を所定の形状に打抜く極低温せん断加工装置におい
   て、前記ダイスとポンチの少なくとも被加工金属板と接
   触する部分をセラミックスで構成して成ることを特徴と
   する極低温せん断加工装置。