WO2006129575A1

WO2006129575A1 - 成形用金型とその使用方法

Info

Publication number: WO2006129575A1
Application number: PCT/JP2006/310579
Authority: WO
Inventors: Koki Minamoto; Kei Tokumoto; Shinji Goto; Makoto Funabiki
Original assignee: Nippon Tungsten Co., Ltd.
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2006-12-07
Also published as: GB0724780D0; GB2441476A; DE112006001396T5; US20090120155A1; KR20080011327A

Abstract

　成形用部材に十分な圧縮応力を与えることが可能で、硬質脆性材料を成形用部材に使用しても高い引張り応力がかからずに長寿命化が可能な金型とその使用方法を得る。　成形用部材１の周囲を囲むように与圧部材２を嵌合し、その周囲を囲むようにコレットチャック３を嵌合し、さらにその周囲を囲むようにケーシング４を嵌合した成形用金型である。与圧部材２には外周スリット２ａと内周スリット２ｂとを周方向に沿って交互に等間隔で設けた。コレットチャック３には、その上端部又は下端部に雄ねじ部３ａを形成する共に、外周に雄ねじ部３ａ側に向けて縮径するテーパー面３ｂを形成した。ケーシング４には、その内周にテーパー面３ｂと面合するテーパー面４ａ形成した。ケーシング４の上方又は下方に配置されたナット６を雄ねじ部３ａに締結することによりコレットチャック３を縮径させ、成形用部材１に圧縮応力を作用させる。

Description

明細書

成形用金型とその使用方法

技術分野

[0001] 本発明は、プレス加工、温間'熱間鍛造加工、その他高圧力下で使用し、耐摩耗性と強い締結力が要求される装置等に使用されるパンチやダイス等の成形用金型とその使用方法に関する。

背景技術

[0002] プレス加工、鍛造加工等の加圧によって金属素材を所定形状に成形する成形用金型にお、ては、その加圧時に加わる高い内部圧力により金型に円周方向の引張応力が生じ、その値が材料強度を超すと破壊する。こうした金型の破壊及び変形を防止するために、例えば特許文献 1には金型の外周に補強リングを嵌着して金型に圧縮応力を与えることが開示されている。し力しながら、このような構造にするだけでは、金型に効率的に十分な圧縮応力を与えて、十分な金型強度を得ることができなかった。

[0003] また、特許文献 2には、凸金型と凹金型を使用したプレスによる金属製の電極の製作方法が開示され、その実施例には、タングステンのような難塑性カ卩工材料をプレスにより塑性カ卩ェする場合にっ、ての記載がある。

[0004] このように難塑性カ卩工材料を塑性カ卩ェする場合、金型、特に成形キヤビティを有する成形用部材には、非常に高い圧力が加わる上、摩耗し易いので、耐摩耗性が要求される。そのため、一般的に超硬合金等の硬質脆性材料が使用されている。

[0005] しかしながら、硬質脆性材料は、性質上、特に引張り応力に対する破壊強度が鋼などの延性材料に比べて低ぐ高い加工圧力に耐えることができない。そのため、ノ、ィスゃ工具鋼等の比較的破壊強度が高い軟質延性材料を成形用部材に使用せざるを得ず、変形や摩耗が激しくなり、型寿命が短くなるという問題があった。

特許文献 1 :特開 2001—138002号公報

特許文献 2：特開 2003 - 59445号公報

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0006] 本発明は、前記従来の成形用金型の欠点を克服するために、成形用部材に十分な圧縮応力を与えることが可能で、硬質脆性材料を成形用部材に使用しても高い引張り応力がカゝからずに硬質脆性材料を破壊させず、その高い耐摩耗性を活用できることにより、成形キヤビティの長寿命化が可能な成形用金型とその使用方法を得ることを主目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明は、内部に成形キヤビティを有する円柱状の成形用部材に、使用時に圧縮応力を与える構造を採用することで、上記課題を解決した。

[0008] 即ち、本発明の第 1の態様は、内部に成形キヤビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、与圧部材には、上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられ、コレットチャックは、その上端部又は下端部に雄ねじ部を有すると共に、外周に雄ねじ部側に向けて縮径するテーパー面を有し、ケーシングは、その内周にコレットチャック外周のテーパ一面と面合するテーパー面を有し、ケーシングの上方又は下方に配置されたナットをコレットチャックの雄ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されてヽることを特徴とするちのである。

[0009] この本発明の第 1の態様において、ナットはヮッシャを介してケーシングの上方又は下方に配置することが好まし、。

[0010] そして、与圧部材の線熱膨張係数を Al、コレットチャックの線熱膨張係数を A2、ケ一シングの線熱膨張係数を A3、ナットの線熱膨張係数を A4、ヮッシャの線熱膨張係数を A5としたときに、 A1 >A2 A3 A4及び A5 >A2 A3 A4の関係を満たすようにすることが好ましい。

[0011] このような構成にすることで、先ず、室温時にナットを締めることにより、コレットチヤックにより、与圧部材を介して、その圧縮応力が成形用部材へ付与される。次に、温度を上げるに従、、線熱膨張係数の高、 (ヤング率も高、ほうが望ま、）与圧部材が熱応力（熱歪）を発生し、ケーシングのヤング率が高いほど (好ましくは 200GPa以上 )、その熱応力は成形用部材に高い圧縮応力として作用する。さらに、ヮッシャの線熱膨張係数を高くすることにより、温度上昇時のナットの緩みを防止するか、又は、更にコレットチャックを締める方向に、そのヮッシャの熱歪が作用し、今まで発生させることができな力つた高い圧縮応力を成形用部材へ作用させることが可能となる。

[0012] 即ち、成形用部材への総圧縮応力は、「常温でのコレットチャックの締め力」 +「温度上昇時の与圧部材の熱応力」 +「ヮッシャの膨張によるコレットチャックの更なる締め付け又は緩み防止」となる。

[0013] また、特に与圧部材力受けるケーシングに対する引張り応力を緩和させるため、適度なヤング率を有する材料 (好ましくは 300GPa以下）を、コレットチャックに適用することにより、ケーシングに対する引張り応力を緩和し、ケーシングの破壊を防止することができる。

[0014] そして、上述のとおり各部材の線熱膨張係数力 A1 >A2 A3 A4となるようにすることにより、使用温度が高くなるに従い成形用部材に圧縮応力が働き、プレス等の加工圧力により金型全体に引張り応力が働いても、塑性加工により発生する引張り応力に対してそれを相殺して破壊しな！ヽようにする十分な圧縮応力を成形用部材に与えることができる。そのため、全体としては成形用部材には引張り降伏強度以下の引張り応力もしくは圧縮応力が働き、成形用部材に硬質脆性材料を用いても金型の破壊に至らず、耐摩耗性が向上し型寿命を飛躍的に向上させることができる。

[0015] また、ナットをヮッシャを介して締結する場合において、上述のとおり、各部材の線熱膨張係数が A5 >A2 A3 A4となるように材料を選択することにより、温度が高くなるに従、ヮッシャが膨張し、ナットがコレットチャックを引つ張る方向に応力が作用し、コレットチャックがさらに締められ、与圧部材を介して成形用部材に圧縮応力を与える。また、常温でもナットを締めることにより、ヮッシャ、ケーシング、コレットチャック及び与圧部材を介して成形用部材に大きな圧縮応力を与えることができる。

[0016] ここで、与圧部材を一体もののリング状に形成した場合、加工温度が上昇するに従い熱膨張により内径も大きくなり、成形用部材を圧縮する力が働きにくくなるが、本発明の第 1の態様では、上述のとおり、与圧部材に外周スリットと内周スリットとを周方向に沿って交互に設ければ、加工温度が上昇するに従い、ケーシングによる拘束力と与圧部材の内外周のスリットとの相乗効果により、与圧部材周方向への熱膨張が内外周のスリットによるクッション効果により抑制され、与圧部材外周並びに内周の径が拡張するのではなぐ成形用部材を圧縮する方向、つまり、半径方向へ熱応力（熱歪 )を伝達する効果を発揮するので、成形用部材に圧縮応力を効率的に与えることができるようになる。この場合、圧縮応力を成形用部材に均等に与えるために、外周スリットと内周スリットとは周方向に沿って交互に等間隔に設け、さらに外周スリットと内周スリットは、それぞれ与圧部材の半径方向に沿って、言い換えれば与圧部材の外周及び内周と直角に設けることが好ましい。

[0017] また、与圧部材を周方向に複数に分割し、それぞれの分割片を互いに接触することなく配置することによつても同様の効果を奏する。即ち、各分割片同士は膨張しても接触せず、成形用部材に圧縮応力を与えるだけである。この場合、圧縮応力を成形用部材に均等に与えるために、与圧部材は周方向に均等に (対称的に)分割することが好ましい。

[0018] この本発明の第 1の態様においては、ナットを使用する代わりにボルトを使用することができる。この場合は、ケーシングに、その内周の上端部又は下端部に雌ねじ部を形成すると共に、内周に雌ねじ部側に向けて拡径するテーパー面を形成し、更にコレットチャックの外周にケーシング内周のテーパー面と面合するテーパー面を形成し、コレットチャックの上方又は下方に配置されたボルトをケーシングの雌ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するようにする。また、与圧部材の線熱膨張係数を Al、コレットチャックの線熱膨張係数を A2、ケーシングの線熱膨張係数を A3、ボルトの線熱膨張係数を A6、ヮッシャの線熱膨張係数を A5としたとき、上述のナットを使用した場合と同じ理由から、 A1 >A2 A3 A6及び A5 >A2^A3 A6の関係を満たすようにすることが好ましい。このように、ボルトを使用した場合も、ナットを使用した場合と同様の作用効果を奏する。

[0019] 本発明の第 2の態様は、内部に成形キヤビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むように内周リングが嵌合され、さらにその周囲を囲むように外周リングが嵌合された成形用金型において、内周リングが与圧付与構造部材からなることを特徴とするものである。具体的には、本成形用金型もしくは内周リング (与圧付与構造部材)を加熱することにより、内周リングが成形キヤビティに与圧を付与する。

[0020] この本発明の第 2の態様において、与圧付与構造部材は、内周リングの上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、内周リングの上面力も下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿つて交互に設けられた構造を有するもの、又は内周リングを周方向に複数に分割し、それぞれが互いに接触することなく配置された構造を有するものとすることができる。この与圧付与構造部材の線熱膨張係数は、外周リングの線熱膨張係数以上であることが好ましい。また、外周リングのヤング率は、 200GPa以上であることが好ましい。

[0021] このように、本発明の第 2の態様では、内周リングを、本成形用金型もしくは内周リング (与圧付与構造部材)を加熱して、成形用部材に圧縮応力を付与するような構造を有する与圧付与構造部材とすることにより、成形用部材が硬質脆性材料であっても成形用部材は破壊せず、金型の寿命が飛躍的に向上する。そして、好ましくは、与圧付与構造部材の線熱膨張係数が外周リングの線熱膨張係数以上で、外周リングのヤング率が 200GPa以上となる材料を組み合わせることで、与圧付与構造部材の熱歪による応力（熱応力）を効率的に成形用部材へ伝達させることができ、与圧付与構造部材によって成形用部材に効率的に圧縮応力を与えることができる。

[0022] ここで、与圧付与構造部材を一体もののリング状に形成した場合、上記本発明の第 1の態様において与圧部材に関して説明したのと同様に、内周リング (与圧付与構造部材)が温度上昇するに従い熱膨張により内径も大きくなり、成形用部材を圧縮する力が働きに《なるが、本発明の第 2の態様では、与圧付与構造部材を、上述のとおり、内周リングの上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、内周リングの上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられた構造を有するもの、又は内周リングを周方向に複数に分割し、それぞれが互いに接触することなく配置された構造を有するものとすることで、本発明の第 1の態様における与圧部材の場合と同様に、成形用部材に圧縮応力を効率的に与えることができるようになる。 [0023] また、与圧付与構造部材の線熱膨張係数が外周リングの線熱膨張係数以上となるような材料を選択し、かつ、外周リングのヤング率をできるだけ大きくすると、本成形用金型もしくは内周リング (与圧付与構造部材)の温度を上昇させるに従い、成形用部材に働く主に与圧付与構造部材が発生させる熱応力による成形キヤビティへ作用する圧縮応力は、より一層増加するようになり、成形用部材が脱落したり、成形用部材に圧縮応力が働かなくなることはない。なお、与圧付与構造部材と外周リングの線熱膨張係数が同じ場合であっても、成形用部材は一般的に硬質脆性材料を使用するので線熱膨張係数は、与圧付与構造部材ゃ外周リングより小さいので、成形用部材には圧縮応力が作用し、温度を上げても、成形用部材が脱落したり、成形用部材に圧縮応力が働かなくなることはない。無論、与圧付与構造部材の線熱膨張係数は外周リングの線熱膨張係数より大きいことが好ましい。

[0024] ここで、外周リングのヤング率が小さ、と加熱雰囲気で与圧付与構造部材が膨張しても、外周リングも拡げられて成形用部材に圧縮応力が効率的に働かないので、外周リングのヤング率はできるだけ大きいことが好ましい。好ましくは 200GPa以上とする。

[0025] 以上説明した本発明の成形用金型にお!ヽては、成形用部材に硬質脆性材料を使用して、タングステンのような難塑性加工材の塑性加工など高い引張り応力が働くような環境下であっても、与圧部材が成形用部材の引張り降伏応力を下回る引張応力もしくは圧縮応力を維持するような圧縮応力を作用させるので、硬質脆性材料力ゝらなる成形用部材に高い加工圧力が加わっても、金型の破壊に至らず、耐摩耗性が向上し型寿命を飛躍的に向上させることができる。

[0026] この成形用部材に硬質脆性材料のハイスを用いると靭性が高、ので、高、引張応力が力かる使用状況下でも金型が破壊することはない。同様に成形用部材に超硬合金を用いると硬度と靭性を兼ね備えているので、摩耗しにくぐ引張応力がかかる使用状況下でも金型が破壊することはない。同様に成形用部材にサーメットを用いると超硬合金より靭性は劣るが、硬度が高いので耐摩耗性が超硬合金より大きい。更に、成形用部材にセラミックスを用いると、サーメットより靭性は劣るが、硬度が高いので耐摩耗性がサーメットより高い。また、成形用部材にダイヤモンドを用いると、硬度が天然鉱物中最も高いので耐摩耗性が高く成形物の表面が滑らかな状態となる。ダイャモンドについては、天然若しくは高温高圧合成のもの、又は Coや Ni等金属をバインダ一として焼結したいわゆる焼結ダイヤモンドが使用できる。

[0027] 本発明の成形用金型を使用する場合、使用温度が室温より高ければ高い程、与圧部材 (与圧付与構造部材)が熱膨張し成形用部材に、より高い圧縮応力を与えるので、常温より高温の条件での成形に適している。因みに、後述する図 12に示すような従来の成形用金型 (超硬合金の 2重焼き嵌め品）では、使用温度 400°Cでせ!/、ぜ、 0. 4GPa程度の圧縮応力し力成形用部材に力からな力つたが、本発明の成形用金型では、約 2GPa以上の圧縮応力が成形用部材に作用する。

[0028] このように高温で使用するほど成形用部材に、より大きな圧縮応力が働くので、タンダステンのような難塑性変形材料の成形体を得る場合等、高温でのプレス等の塑性加工に適している。

発明の効果

[0029] 本発明の成形用金型を用いると、タングステン等、難塑性カ卩工材料の塑性カ卩ェのように、成形用部材に高い引張応力が力かる環境下においても、成形用部材には全体として高い圧縮応力が働き、成形用部材が硬質脆性材料であっても成形用部材は破壊せず、金型の寿命が飛躍的に向上する。特に、成形用部材が硬質脆性材料の場合は、耐摩耗性が向上し金型の寿命は更に延びる。

発明を実施するための最良の形態

[0030] (第 1実施形態）

図 1は、本発明に係る成形用金型の第 1実施形態を示す分解斜視図、図 2はその組み立て状態を示す断面斜視図、図 3は、成形用金型の構成部材である与圧部材の平面図である。

[0031] 同図に示す成形用金型は、成形用部材 1と、与圧部材 2と、コレットチャック 3と、ケ一シング 4と、ヮッシャ 5と、ナット 6と、シム 7とからなる。

[0032] 成形用部材 1は、その内部上方に成形キヤビティ laを有し、その周囲を囲むようにリング状の与圧部材 2が嵌合される。与圧部材 2には、図 3に示すように外周スリット 2 aと内周スリット 2bとが周方向に沿って交互に等間隔で設けられている。外周スリット 2 aは、与圧部材 2の上面から下面に貫通して径方向に形成されており外周のみで開放している。一方、内周スリット 2bは、与圧部材 2の上面から下面に貫通して径方向に形成されており内周のみで開放して、る。

[0033] これらの成形用部材 1と与圧部材 2はシム 7上に載置され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャック 3が嵌合される。コレットチャック 3の下部には雄ねじ部 3aが形成され、外周には雄ねじ部 3a側に向けて（図面では下方に向けて)縮径するテーパー面 3bが形成されている。このテーパー面 3bは、コレットチャック 3の上端から中程にかけて形成されて、る。

[0034] そして、コレットチャック 3の周囲にはリング状のケーシング 4が嵌合される。このケーシング 4の内周には、コレットチャック 3外周のテーパー面 3bと面合するテーパー面 4 aが形成されている。即ち、テーパー面 4aはテーパー面 3bと同様に下方に向けて縮径するように形成されて、る。

[0035] ケーシング 4の下方にはヮッシャ 5が配置され、その下方からナット 6をコレットチヤック 3の雄ねじ部 3aに締結する。これによつて、コレットチャック 3が下方に引っ張られ、そのテーパー面 3bがケーシング 4のテーパー面 4aに沿って下方にスライドすることで、コレットチャック 3が縮径し、与圧部材 2を介して成形用部材 1に圧縮応力が与えられる。

[0036] また、与圧部材 2の線熱膨張係数を Al、コレットチャック 3の線熱膨張係数を A2、ケーシング 4の線熱膨張係数を A3、ナット 6の線熱膨張係数を A4、ヮッシャ 5の線熱膨張係数を A5としたときに、 A1 >A2 A3 A4及び A5 >A2 A3 A4の関係を満たすようにしており、これによつて、上述のとおり、使用温度が高くなるにつれて、成形用部材 1に、より高い圧縮応力を作用させることができる。

[0037] (第 2実施形態）

図 4は、本発明に係る成形用金型の第 2実施形態を示す断面斜視図である。同図に示す成形用金型は、第 1実施形態の成形用金型のヮッシャを省略したものである。その他の構成は第 1実施形態と同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

[0038] この実施形態においては、ヮッシャの熱膨張による圧縮応力を得ることはできない iS コレットチャック 3による締め力等を調整することにより、第 1実施形態と同様の圧縮応力を付与することができる。

[0039] (第 3実施形態）

図 5は、本発明に係る成形用金型の第 3実施形態を示す断面斜視図である。同図に示す成形用金型は、与圧部材 2を周方向に均等に複数に分割し、それぞれの分割片を互いに接触することなく配置したものである。その他の構成は第 1実施形態と同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

[0040] この実施形態においても、第 1実施形態と同様の作用効果を奏する。

[0041] (第 4実施形態）

図 6は、本発明に係る成形用金型の第 4実施形態を示す断面斜視図である。同図に示す成形用金型は、第 3実施形態の成形用金型のヮッシャを省略したものである。その他の構成は第 3実施形態を同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

[0042] この実施形態においても、第 2実施形態と同様の作用効果を奏する。

[0043] (第 5実施形態）

図 7は、本発明に係る成形用金型の第 5実施形態を示す断面斜視図である。上述の各実施形態では、コレットチャックを締めるためにナットを使用した力本実施形態ではボルト 8を使用している。なお、上述の各実施形態と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

[0044] 具体的には、ケーシング 4の内周上端部に雌ねじ部 4bを形成し、この雌ねじ部 4b に六角穴を有するボルト 8をヮッシャ 5を介してねじ込み締結する。また、ケーシング 4 の内周には、雌ねじ部 4b側に向けて拡大するテーパー面 4aが形成され、コレットチャック 3の外周にはケーシング 4のテーパー面 4aと面合するテーパー面 3bが形成されている。

[0045] したがって、ケーシング 4の雌ねじ部 4bにボルト 8をねじ込み締結することにより、コレットチャック 3が下方に押圧され、そのテーパー面 3bがケーシング 4のテーパー面 4 aに沿って下方にスライドすることで、コレットチャック 3が縮径し、与圧部材 2を介して成形用部材 1に圧縮応力が与えられる。 [0046] また、与圧部材 2の線熱膨張係数を Al、コレットチャック 3の線熱膨張係数を A2、ケーシング 4の線熱膨張係数を A3、ボルト 8の線熱膨張係数を A6、ヮッシャ 5の線熱膨張係数を A5としたときに、 A1 >A2=A3=A6及び A5 >A2=A3=A6の関係を満たすようにしており、これによつて、上述のとおり、使用温度が高くなるにつれて、成形用部材 1に、より高い圧縮応力を作用させることができる。

[0047] (第 6実施形態）

図 8は、本発明に係る成形用金型の第 6実施形態を示す斜視図である。同図に示す成形用金型は、成形用部材 11と、内周リングとしての与圧付与構造部材 12と、外周リング 13とからなる。

[0048] 成形用部材 11は、その内部上方に成形キヤビティ 11aを有し、その周囲にリング状の与圧付与構造部材 12が焼き嵌めにより嵌合され、さらにその周囲に外周リング 13 が焼き嵌めにより嵌合されている。与圧付与構造部材 12には、外周スリット 12aと内周スリット 12bとが周方向に沿って交互に等間隔で 8本ずつ設けられている。外周スリット 12aは、与圧付与構造部材 12の上面から下面に貫通して径方向に形成されており外周のみで開放している。一方、内周スリット 12bは、与圧付与構造部材 12の上面力も下面に貫通して径方向に形成されており内周のみで開放して!/、る。

[0049] この与圧付与構造部材 12は、その線熱膨張係数が、外周リング 13の線熱膨張係数より大きい材料で形成されている。これによつて、上述のとおり、使用温度が高くなるにつれて、成形用部材 11に、より高い圧縮応力を作用させることができる。すなわち、与圧付与構造部材 12の内部にシーズヒーター等のヒーターを挿入、又は金型全体を赤外線ランプ等で加熱し、温度を上げてプレスすると、難塑性加工材料の塑性カロェが容易になると同時に、その塑性カ卩ェ圧力により発生する成形用部材 11への引張り破壊力を打ち消すだけの十分な対抗力が発生する。

[0050] (第 7実施形態）

図 9は、本発明に係る成形用金型の第 7実施形態を示す斜視図である。同図に示す成形用金型は、与圧付与構造部材 12としてリング部材を周方向に均等に 8分割し、それぞれの分割片を互いに接触することなく成形用部材 11の外周に面して配置し、さらに与圧付与構造部材 12の周囲に外周リング 13を焼き嵌めにより嵌合したものである。その他の構成は第 6実施形態と同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

[0051] この実施形態においても、第 6実施形態と同様の作用効果を奏する。

[0052] 以下、上記第 1、第 3、第 6及び第 7実施形態に係る成形用金型の具体的な実施例を示す。

実施例 1

[0053] 上記第 1実施形態に係る成形用金型を用いて、図 10に示すように、直径 2. 5mm, 長さ 3. Ommの Mo製のチップを温間で鍛造してトーチ型のピンを製造することにより型寿命を評価した。また、比較のために、図 12に示す従来の成形用金型も使用した。この従来の成形用金型は、成形用部材 1の周囲を、単純に 2つのリング状部材 20, 40で囲んだ 2重焼き嵌め方式のもので、成形用部材 1とリング状部材 20の嵌め代を 0. 006mm,リング状咅材 20とリング状咅材 40の嵌め代を 0. 015mmとしたちのである。なお、以下の説明では、リング状部材 20, 40をそれぞれ本発明における与圧部材 2、ケーシング 4に対応する部材と見なして説明する。

[0054] ここで、成形用部材としては、硬質脆性材料のハイス、超硬合金、サーメット、セラミッタス、ダイヤモンドを用いた。具体的には、ハイスとしてはマトリックス系ハイス（日立金属 (株)製 YXR33、線熱膨張係数 Tc = 12. 1 X 10^_6Z°C (20〜400°C) )、超硬合金としては WC— Co系超硬合金（日本タングステン (株)製 G30、 Tc = 5. 7 X 10" 6 Z°C (20〜400°C) )と WC - Co系超微粒超硬合金 (日本タングステン (株)製 FN 10、Tc = 5. 1 X 10—6 /°C (20〜400°C) )、サーメットとしては Cr— Mo— Ni— W鉄基複硼化物 (東洋鋼板 (株)製 KH— V60、 Tc = 8. 8 X 10^_6Z°C (20〜400°C ；) )、セラミックスとしては Si N焼結体（日本タングステン (株)製 NPN— 3、Tc = 3. 6

3 4

X 10—6 Z°C (20〜400°C) )、ダイヤモンドとしては Coをバインダーとした焼結ダイヤモンド (Tc = 3. 1 X 10—6 Z°C (20〜400°C) )を用いた。

[0055] 与圧部材としては、本発明実施例では工具鋼の SKD— 61 CFIS規格、線熱膨張係数 Al = 12. 54 X 10^_6Z°C (20〜400°C)、ャング率Ep = 210GPa)を用ぃ、比較例では WC— Co系超硬合金（日本タングステン (株)製 G30、 Tc = 5. 7 X 10_⁶ /°C (20〜400°C) )を用いた。コレットチャックとしては、超耐熱合金 HRA929 (日立金属 (株)製、線熱膨張係数 A2 = 5.5X10^_6Z°C(400°Cの時)

時)）を用いた。ケーシングとしては、 WC— Co系超硬合金 (日本タングステン (株)製 G30、線熱膨張係数 A3 = 5.7X10"⁶ で^ 〜で；^又は^^じ—^系超硬合金（日本タングステン (株)製 NR— 8、 A3 = 5.7X10—6 Z°C(20〜400°C))を用いた。ナットとしては、超耐熱合金 HRA929(日立金属 (株)製、線熱膨張係数 A4 = 5.5X10^_6/°C(400°Cの時)/ 5.9X 10^_6(室温時)）を用いた。ヮッシャとしては、 SKD— 61(JIS規格、線熱膨張係数 A5 = 12.54X 10^_6Z°C(20〜400°C)) を用いた。

[0056] 加工条件は、プレス機を用いた 400°Cの温間鍛造 (シーズヒーターで本金型を加熱 )とし、成形用部材が破壊したか、もしくは、成形キヤビティの A部 45度方向（図 10参照）に対応する成形用部材の前方押し出しの小口部の摩耗量が 0.04mmとなった時点でのショット数を寿命として評価した。また、摩耗量は、成形キヤビティの前方押し出しの小口部を RO.2mmに設計し、成形品に転写されたその部分の形状の変化 ( =成形キヤビティの摩耗量)を投影器に投影させて読み取ることにより実施した。

[0057] 試験結果を表 1に示す。

[表 1]

[0058] 表 1からゎカゝるように、本発明によれば、耐摩耗性、耐破損性が高く長寿命な成形用金型を得ることができた。

[0059] これに対して、従来の成形用金型 (比較例)では、加工時の加工圧力による金型へ作用する引張応力に耐用できず、短時間で破損し実用に必要な寿命が得られなかつた o

実施例 2

[0060] 上記第 3実施形態に係る成形用金型を用いて、上記実施例 1と同じ試験を行った。

成形用金型の各部材にも実施例 1と同じものを用いた。

[0061] 試験結果を表 2に示す。

[表 2]

[0062] 表 2からゎカゝるように、本実施例においても、耐摩耗性、耐破損性が高く長寿命な成形用金型を得ることができた。

実施例 3

[0063] 実施例 1と同様の条件で、コレットチャックに直に貼り付け式等のヒーターを装着又は挿入、あるいは、金型全体を赤外線等で約 200〜800°Cに加熱することにより、温度を上げてプレスすると、難塑性カ卩ェ物も加工し易くプレス速度を上げることができ、実施例 1より成形用部材に約 1. 2〜1. 5倍の圧縮応力がかかり、 W材のような難塑性加工物を塑性加工する際に高い加工圧力がカゝかっても、金型は破損せず、 W材ょり加工のし易い Mo材の加工の場合と同等の金型の寿命となった。

実施例 4

[0064] 上記第 6実施形態に係る成形用金型を用いて、図 11に示すように、直径 2. 2mm, 長さ 2. 4mmの Mo製のチップを温間でプレスしてトーチ型のピンを製造することにより型寿命を評価した。プレスは、与圧付与構造部材 12の内部にシーズヒーターで約 400°Cに加熱して行った。また、比較のために、先に説明した図 12に示す従来の成形用金型も使用した。なお、以下の説明では、図 12に示した従来の成形用金型におけるリング状部材 20, 40をそれぞれ本発明における与圧付与構造部材 12 (内周リング)、外周リング 13に対応する部材と見なして説明する。

[0065] ここで、成形用部材としては、硬質脆性材料のハイス、超硬合金、サーメット、セラミッタス、ダイヤモンドを用いた。具体的には、ハイスとしてはマトリックス系ハイス（日立金属 (株)製 YXR33、線熱膨張係数 Tc = 12. 1 X 10^_6Z°C (200〜400°C) )、超硬合金としては WC— Co系超硬合金（日本タングステン (株)製 G30、 Tc = 5. 7 X 1 0"⁶ Z°C (20〜400°C) )と WC— Co系超微粒超硬合金 (日本タングステン (株)製 F N— 10、 Tc = 5. 1 X 10—6 /°C (20〜400°C) )、サーメットとしては Cr Mo— Ni— W鉄基複硼化物 (東洋鋼板 (株)製 KH— V60、 Tc = 8. 8 X 10^_6Z°C (20〜400°C ；) )、セラミックスとしては Si N焼結体（日本タングステン (株)製 NPN— 3、Tc = 3. 6

3 4

X 10—6 Z°C (20〜400°C) )、ダイヤモンドとしては Coをバインダーとした焼結ダイヤモンド (Tc = 3. 1 X 10^_6 Z°C (20〜400°C) )を用いた。与圧付与構造部材（内周リング）としては、工具ま岡の SKD—61 (JIS規格、 Tc= 12. 54 X 10"V°C (20~400 °C)、ヤング率 Ep = 210GPa)を用いた。外周リングとしては、 WC— Co系超硬合金（日本タングステン (株）製 G30 Tc = 5. 7 X 10_⁶ Z°C (20 400°C)、ヤング率 Ep = 550GPa)又は WC— Ni系超硬合金 (日本タングステン (株）製 NR— 8 Tc = 5. 7 X 10"⁶ Z°C (20 400°C)、ヤング率 Ep = 530GPa)を用いた。

[0066] 試験結果を表 3に示す。

[0067] 金型寿命は、成形用部材が破壊した力、もしくは、成形キヤビティの B部 45度方向（図 11参照）に対応する成形用部材の前方押し出しの小口部の摩耗量が 0. 04mmとなった時点でのショット数で評価した。また、摩耗量は、成形キヤビティの前方押し出しの小口部を RO. 2mmに設計し、成形品に転写されたその部分の形状の変化（= 成形キヤビティの摩耗量)を投影器に投影させて読み取ることにより実施した。

[表 3]

[0068] 表 3からゎカゝるように、本発明によれば、耐摩耗性、耐破損性が高く長寿命な成形用金型を得ることができた。

[0069] 表 3におヽて本発明の実施例としては、成形用部材として、硬質脆性材料のマトリツタス系ハイス、 WC— Co系超硬合金、 WC— Co系超微粒超硬合金、 Cr—Mo—Ni W鉄基複硼化物、 Si N焼結体、 Coをバインダーとした焼結ダイヤモンドを用い、

3 4

与圧付与構造部材（内周リング）として、工具鋼の SKD— 61を用い、外周リングとして、 WC— Co系超硬合金又は WC— Ni系超硬合金を用いた場合を示した力成形用部材としてほかのノ、イス、超硬合金、サーメット、セラミックス、ダイヤモンドを用いても同様の結果となった。

[0070] これに対して、従来の成形用金型 (比較例）では、加工時の加工圧力により金型へ作用する引張応力に耐用できず、短時間で破損し実用に必要な寿命が得られなかつた o

実施例 5

[0071] 上記実施例 4と同様の条件で、与圧付与構造部材の内部にシーズヒーター等のヒ一ターを挿入、又は金型全体を赤外線ランプ等で約 600°Cに加熱することにより、実施例 4より温度を約 200°C上げてプレスした。その結果、難塑性加工物の塑性加工が容易になると同時に、その塑性加工力により発生する成形用部材への引張り破壊力を打ち消すだけの対抗力が実施例 4よりも増加し、加工し易くプレス速度を上げることができた。具体的には、実施例 4より成形用部材に約 1. 2から 1. 5倍の圧縮応力がかかり、 W材のような難塑性加工物を塑性加工する際に高い加工圧力が力かっても、金型は破損せず、 W材より加工のし易い Mo材の加工の場合と同様の金型の寿命となった。

実施例 6

[0072] 上記実施例 4と同様の条件で、与圧付与構造部材と外周リングとを WC— Co系超硬合金で製造したものを用いて線熱膨張係数が同じになるように形成しプレスした。上述のように一般的に使用される成形用部材は硬質脆性材料であるので、線熱膨張係数は、与圧付与構造部材および外周リングより小さく成形用部材には圧縮応力が作用するので、難塑性加工材料を加工する場合に加工圧力が高くなり成形用部材に引張応力が作用しても、それを打ち消すだけの圧縮応力が作用するので、成形用部材は破壊することなく Moだけでなぐ Wのようなより難塑性カ卩ェ物の塑性カ卩工も延性脆性遷移温度以上に加熱することにより可能であった。

実施例 7

[0073] 上記第 7実施形態に係る成形用金型を用いて、上記実施例 4と同じ試験を行った。

成形用金型の各部材にも実施例 4と同じものを用いた。

[0074] 試験結果を表 4に示す。 [表 4]

[0075] 表 4からゎカゝるように、本発明によれば、耐摩耗性、耐破損性が高く長寿命な成形用金型を得ることができた。

[0076] 表 4におヽて本発明の実施例としては、成形用部材として、硬質脆性材料のマトリツタス系ハイス、 WC— Co系超硬合金、 WC— Co系超微粒超硬合金、 Cr-Mo-Ni W鉄基複硼化物、 Si N焼結体、 Coをバインダーとした焼結ダイヤモンドを用レ、、

3 4

与圧付与構造部材（内周リング）として、工具鋼の SKD— 61を用い、外周リングとして、 WC— Co系超硬合金又は WC— Ni系超硬合金を用いた場合を示した力成形用部材としてほかのハイス、超硬合金、サーメット、セラミックス、ダイヤモンドを用いても同様の結果となった。

[0077] これに対して、従来の成形用金型 (比較例）では、加工時の加工圧力により金型へ作用する引張応力に耐用できず、短時間で破損し実用に必要な寿命が得られなかつた o

実施例 8

[0078] 上記実施例 7と同様の条件で、与圧付与構造部材の内部にシーズヒーター等のヒ一ターを挿入、又は金型全体を赤外線ランプ等で約 600°Cに加熱することにより、実施例 6より温度を約 200°C上げてプレスした。その結果、難塑性加工物の塑性加工が容易になると同時に、その塑性加工力により発生する成形用部材への引張り破壊力を打ち消すだけの対抗力が実施例 6よりも増加し、加工し易くプレス速度を上げることができた。具体的には、実施例 6より成形用部材に約 1. 2から 1. 5倍の圧縮応力がかかり、 W材のような難塑性カ卩ェ物の塑性カ卩ェする際に高いカ卩工圧力が力かっても、金型は破損せず、 W材より加工のし易い Mo材の加工の場合と同様の金型の寿命となった。

実施例 9

[0079] 上記実施例 7と同様の条件で、与圧付与構造部材と外周リングとを WC— Co系超硬合金で製造したものを用いて線熱膨張係数が同じになるように形成しプレスした。上述のように一般的に使用される成形用部材は硬質脆性材料であるので、線熱膨張係数は、与圧付与構造部材および外周リングより小さく成形用部材には圧縮応力が作用するので、難塑性加工材料を加工する場合に加工圧力が高くなり成形用部材に引張応力が作用しても、それを打ち消すだけの圧縮応力が作用するので、成形用部材は破壊することなく Moだけでなぐ Wのようなより難塑性カ卩ェ物の塑性カ卩工も延性脆性遷移温度以上に加熱することにより可能であった。

産業上の利用可能性

[0080] 本発明の成形用金型によれば、 Mo、 W、 Ta、 Nbのように高融点で塑性カ卩ェが難しい金属でも特定形状を形成するための型を作製すれば所望形状の成形体を得ることができ、例えば、放電灯用電極の製造に利用できる。また本発明の成形用金型では、加工温度が上昇するにつれ、金型により大きい圧縮応力が働くので、 Mo、 W 、 Ta、 Nbのような高融点で塑性加工が難しぐ加工圧力が大きい金属の加工に特に適している。

[0081] 更には、高い寸法精度を要求され、強い保持力並びにその保持部に対摩耗性が必要な用途 (例えばエンドミル等の回転工具の精密チャック）にも適用することができる。

図面の簡単な説明

[0082] [図 1]本発明に係る成形用金型の第 1実施形態を示す分解斜視図である。

[図 2]図 1に示す成形用金型の組み立て状態を示す断面斜視図である。 [図 3]成形用金型の構成部材である与圧部材の平面図である。

[図 4]本発明に係る成形用金型の第 2実施形態を示す断面斜視図である。

[図 5]本発明に係る成形用金型の第 3実施形態を示す断面斜視図である。

[図 6]本発明に係る成形用金型の第 4実施形態を示す断面斜視図である。

[図 7]本発明に係る成形用金型の第 5実施形態を示す断面斜視図である。

[図 8]本発明に係る成形用金型の第 6実施形態を示す斜視図である。

[図 9]本発明に係る成形用金型の第 7実施形態を示す斜視図である。

[図 10]成形品の温間鍛造による形状変化を示す。

[図 11]成形品のプレスによる形状変化を示す。

[図 12]従来の成形用金型を示す断面斜視図である。

符号の説明

1, 11 成形用部材

la, 11a 成形キヤビティ

2 与圧部材

2a 外周スリット

2b 内周スリット

3 コレットチャック

3a 雄ねじ部

00 丁 ~~ハ' ~~面

4 ケーシング

4a y ~~ハ' ~~ ¾

4b 雌ねじ部

5 ヮッシャ

6 ナット

7 シム

8 ボルト

12 与圧付与構造部材

12a 外周スリット b 内周スリット外周リング、 40 リング状部材

Claims

請求の範囲

[1] 内部に成形キヤビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において与圧部材には、上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられ、

コレットチャックは、その上端部又は下端部に雄ねじ部を有すると共に、外周に雄ねじ部側に向けて縮径するテーパー面を有し、

ケーシングは、その内周にコレットチャック外周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、

ケーシングの上方又は下方に配置されたナットをコレットチャックの雄ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。

[2] 内部に成形キヤビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において与圧部材は、周方向に複数に分割され、それぞれが互いに接触することなく配置され、コレットチャックは、その上端部又は下端部に雄ねじ部を有すると共に、外周に雄ねじ部側に向けて縮径するテーパー面を有し、

[3] 与圧部材の線熱膨張係数を Al、コレットチャックの線熱膨張係数を A2、ケーシングの線熱膨張係数を A3、ナットの線熱膨張係数を A4としたときに、 A1 >A2=A3 の関係を満たす請求項 1又は 2に記載の成形用金型。

[4] ナットがヮッシャを介してケーシングの上方又は下方に配置されおり、コレットチヤックの線熱膨張係数を A2、ケーシングの線熱膨張係数を A3、ナットの線熱膨張係数を A4、ヮッシャの線熱膨張係数を A5としたときに、 A5 >A2^A3 A4の関係を満たす請求項 1〜3のいずれかに記載の成形用金型。

[5] 内部に成形キヤビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において与圧部材には、上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられ、

ケーシングは、その内周の上端部又は下端部に雌ねじ部を有すると共に、内周に雌ねじ部側に向けて拡径するテーパー面を有し、

コレットチャックは、その外周にケーシング内周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、

コレットチャックの上方又は下方に配置されたボルトをケーシングの雌ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。

[6] 内部に成形キヤビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において与圧部材は、周方向に複数に分割され、それぞれが互いに接触することなく配置され、ケーシングは、その内周の上端部又は下端部に雌ねじ部を有すると共に、内周に雌ねじ部側に向けて拡径するテーパー面を有し、

[7] 与圧部材の線熱膨張係数を Al、コレットチャックの線熱膨張係数を A2、ケーシングの線熱膨張係数を A3、ボルトの線熱膨張係数を A6としたときに、 A1 >A2=A3 の関係を満たす請求項 5又は 6に記載の成形用金型。

[8] ボルトがヮッシャを介してコレットチャックの上方又は下方に配置されおり、コレットチャックの線熱膨張係数を A2、ケーシングの線熱膨張係数を A3、ボルトの線熱膨張係数を A6、ヮッシャの線熱膨張係数を A5としたときに、 A5 >A2^A3^A6の関係を満たす請求項 5〜7のいずれかに記載の成形用金型。

[9] ケーシングのヤング率が 200GPa以上である請求項 1〜8のいずれかに記載の成形用金型。

[10] コレットチャックのヤング率が 300GPa以下である請求項 1〜9のいずれかに記載の成形用金型。

[11] 内部に成形キヤビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むように内周リングが嵌合され、さらにその周囲を囲むように外周リングが嵌合された成形用金型において、内周リングが与圧付与構造部材からなることを特徴とする成形用金型。

[12] 与圧付与構造部材が、内周リングの上面力下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、内周リングの上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられた構造を有する請求項 11に記載の成形用金型。

[13] 与圧付与構造部材が、内周リングを周方向に複数に分割し、それぞれが互いに接触することなく配置された構造を有する請求項 11に記載の成形用金型。

[14] 与圧付与構造部材の線熱膨張係数が、外周リングの線熱膨張係数以上である請求項 11〜13のいずれかに記載の成形用金型。

[15] 外周リングのヤング率力 200GPa以上である請求項 11〜14のいずれかに記載の成形用金型。

[16] 成形用部材が硬質脆性材料からなる請求項 1〜15のいずれかに記載の成形用金型。

[17] 硬質脆性材料がハイス、超硬合金、サーメット、セラミックス又はダイヤモンドである請求項 16に記載の成形用金型。

[18] 請求項 1〜17のいずれかに記載の成形用金型を室温より高い温度で使用することを特徴とする成用型金型の使用方法。

[19] 金属を塑性加工する際に成形用金型を使用する請求項 18に記載の成形用金型の使用方法。