JP5651353B2 - シェービング金型 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの被加工面にシェービング加工を施すためのシェービング金型に関する。

荒抜き工程後のワークの切口面には、だれや破断面やかえりなどの、凹凸が形成されている場合がある。シェービング加工は、このような凹凸を除去し平滑な仕上面を得るために行われる。

例えば、特許文献１には、パンチの先端形状を工夫したシェービング金型が開示されている。同文献記載のシェービング金型は、摺動方向断面において、直線状の面取部を有するパンチを備えている。同文献によると、面取部がパンチを押し込む際の荷重を分散させる。このため、ワークの延性を高めた状態でシェービング加工を行うことができる。したがって、だれや破断面の少ない平滑な加工面を得ることができる。

特開２００６−７２６８号公報

しかしながら、より平滑な加工面を得るためには、さらにパンチの先端形状を工夫する必要がある。特に、ワークの材質が硬い場合、シェービング加工の過程で、破断面などの凹凸が発生しやすく、平滑な加工面が得られにくい。

本発明のシェービング金型は、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、ワークの材質が硬い場合であっても、平滑な加工面を得やすいシェービング金型を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のシェービング金型は、ワークの被加工面に対して摺動することにより、該被加工面の凹凸を削り取り該被加工面よりも平滑な加工面を得るパンチを備えるシェービング金型であって、前記パンチの先端付近の摺動方向断面は、先端部と、該先端部の該摺動方向後側に配置され該摺動方向前側に向かって尖る直線状の傾斜部と、該先端部と該傾斜部との間に配置される曲線状の面取部と、を備えることを特徴とする。

本発明のシェービング金型によると、後述するシェービング加工実験からも明らかなように、ワークの材質が硬い場合であっても、平滑な加工面を得やすい。以下、その理由について説明する。

（ａ）本発明のシェービング金型のパンチの摺動方向断面は、先端部と傾斜部と面取部とを備えている。パンチが摺動する際、ワークにおける、傾斜部および面取部近傍の領域には、圧縮応力が作用する。このため、加工面に凹凸が形成される一因であるクラックが、ワークに形成されるのを、抑制することができると考えられる。

（ｂ）パンチが摺動する際、パンチの押し込み荷重は、パンチの摺動方向に作用する。ここで、傾斜部は、摺動方向前側に向かって尖る直線状を呈している。このため、傾斜部がワークの被加工面に摺接する際、傾斜部の傾斜により、押し込み荷重の分力が、直交方向（パンチの摺動方向に対して垂直に交差する方向）に作用する。したがって、傾斜部により、被加工面が直交方向から押圧される。当該押圧力により、被加工面にバニッシュ加工が施されると考えられる。

上記（ａ）、（ｂ）の現象は、パンチが摺動する際、同時並行的に進行する。このため、本発明のシェービング金型によると、ワークの材質が硬い場合であっても、平滑な加工面を得やすい。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記パンチの摺動方向に対して垂直に交差する方向を直交方向として、前記先端部と前記面取部との境界と、前記傾斜部の前記摺動方向後端と、の間の該直交方向距離は、０．００３ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下であり、該境界と該摺動方向後端との間の該摺動方向距離は、０．０４ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、該面取部の曲率半径は、０．００１ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下である構成とする方がよい。

先端部と面取部との境界と、傾斜部の摺動方向後端と、の間の直交方向距離を０．００３ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下としたのは、０．００３ｍｍ未満の場合、加工面全域に微小な破断が形成されやすいからである。また、０．０１ｍｍ超過の場合、加工面のシェービング加工終了部近傍に、大きな破断面が形成されやすいからである。

先端部と面取部との境界と、傾斜部の摺動方向後端と、の間の摺動方向距離を０．０４ｍｍ以上０．１ｍｍ以下としたのは、０．０４ｍｍ未満の場合、加工面全域に微小な破断が形成されやすいからである。また、０．１ｍｍ超過の場合、加工面のシェービング加工終了部近傍に、大きな破断面が形成されやすいからである。

面取部の曲率半径を０．００１ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下としたのは、０．００１ｍｍ未満の場合、加工面全域に微小な破断が形成されやすいからである。また、０．０１ｍｍ超過の場合、加工面のシェービング加工終了部近傍に、大きな破断面が形成されやすいからである。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、さらに、前記ワークが配置されるワーク配置面部と、該ワーク配置面部から前記摺動方向前側に延在する側面部と、を有するダイを備え、該ワークの前記被加工面と該側面部との間に設定される取り代は、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、該側面部と、前記傾斜部の前記摺動方向後端と、の間の前記直交方向距離は、０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下である構成とする方がよい。

取り代（シェービング加工代）を０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下としたのは、０．０５ｍｍ未満の場合、前工程の破断面が除去されず残ってしまうおそれがあるからである。また、０．２ｍｍ超過の場合、加工面のシェービング加工終了部近傍に、大きな破断面が形成されやすいからである。

側面部と、傾斜部の摺動方向後端と、の間の直交方向距離を０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下としたのは、０．０１ｍｍ未満の場合、加工面のシェービング加工終了部近傍に、大きなバリが形成されやすいからである。また、０．０５ｍｍ超過の場合、加工面のシェービング加工終了部近傍に、大きな破断面が形成されやすいからである。

本発明によると、ワークの材質が硬い場合であっても、平滑な加工面を得やすいシェービング金型を提供することができる。

本発明の一実施形態のシェービング金型の分解斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向断面に相当する同シェービング金型の断面図である。 図２の円ＩＩＩ内の拡大図である。 同シェービング金型のシェービング加工前段における部分拡大断面図である。 同シェービング金型のシェービング加工後段における部分拡大断面図である。 （ａ）は、その他の実施形態（その１）のシェービング金型のパンチの外観図である。（ｂ）は、その他の実施形態（その２）のシェービング金型のパンチの摺動方向断面図である。（ｃ）は、その他の実施形態（その３）のシェービング金型のパンチの摺動方向断面図である。 比較例１のパンチの部分拡大断面図である。 比較例２のパンチの部分拡大断面図である。 実施例１によるワークの加工面の写真である。 実施例２によるワークの加工面の写真である。 比較例１によるワークの加工面の写真である。 比較例２によるワークの加工面の写真である。

以下、本発明のシェービング金型の実施の形態について説明する。

＜シェービング金型の構成＞
まず、本実施形態のシェービング金型の構成について説明する。図１に、本発明の一実施形態のシェービング金型の分解斜視図を示す。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ方向断面に相当する同シェービング金型の断面図を示す。

本実施形態における上下方向は、本発明の摺動方向に対応する。本実施形態における上側は、本発明の摺動方向後側に対応する。本実施形態における下側は、本発明の摺動方向前側に対応する。本実施形態における左右方向は、本発明の直交方向に対応する。

図１、図２に示すように、シェービング金型１は、パンチ２Ｌ、２Ｒと、ダイ３と、を備えている。パンチ２Ｌ、２Ｒは、図示しない駆動装置により、上下方向に往復動可能である。パンチ２Ｌ、２Ｒの構成、動きは同じである。パンチ２Ｌとパンチ２Ｒとは、左右対称に配置されている。したがって、以下、パンチ２Ｒについてのみ説明する。

パンチ２Ｒは、工具鋼製であって、パンチ本体２０Ｒと、剪断部２１Ｒと、を備えている。パンチ本体２０Ｒは、直方体ブロック状を呈している。剪断部２１Ｒは、下方に突出する部分円板状を呈している。

図３に、図２の円ＩＩＩ内の拡大図を示す。図３に示すように、剪断部２１Ｒの下面には、先端部２１０Ｒが配置されている。剪断部２１Ｒの左面には、側面部２１１Ｒが配置されている。摺動方向断面において、先端部２１０Ｒは、左右方向に延在する直線状を呈している。摺動方向断面において、側面部２１１Ｒは、上下方向に延在する直線状を呈している。先端部２１０Ｒと側面部２１１Ｒとは、互いに直交している。先端部２１０Ｒと側面部２１１Ｒとの間には、面取部２１２Ｒと傾斜部２１３Ｒとが配置されている。摺動方向断面において、面取部２１２Ｒは、曲率半径一定の曲面状を呈している。面取部２１２Ｒの右端は先端部２１０Ｒの左端に連なっている。摺動方向断面において、傾斜部２１３Ｒは、右下−左上方向に延在する、直線状を呈している。傾斜部２１３Ｒは、面取部２１２Ｒの左上端と、側面部２１１Ｒの下端と、の間に配置されている。

図１、図２に示すように、ダイ３は、工具鋼製であって、直方体ブロック状を呈している。ダイ３は、パンチ２Ｌ、２Ｒの真下に配置されている。ダイ３は、上面部３１と側面部３０Ｒとを備えている。上面部３１は、本発明のワーク配置面部に含まれる。上面部３１は、上方に向かって緩やかに開口する、Ｃ字面状を呈している。側面部３０Ｒは、上下方向に延在する平面状を呈している。

ワーク９は、Ｓ４５Ｃ製であって、上方に向かって緩やかに開口する、Ｃ字板状を呈している。ワーク９は、ダイ３の上面部３１に配置されている。ワーク９は、左右一対の剪断部２１Ｌ、２１Ｒ間に配置される。ワーク９の左右両面には、被加工面９０Ｌ、９０Ｒが配置されている。図３に示すように、ワーク９の被加工面９０Ｒには、前工程（荒抜き工程）における剪断加工により、だれや破断面やかえりなどの、凹凸９００Ｒが形成されている。

＜シェービング金型の動き＞
次に、本実施形態のシェービング金型のシェービング加工時の動きについて説明する。本実施形態のシェービング金型１は、いわゆる順送型である。このため、パンチ２Ｌ、２Ｒとダイ３とのセットが、水平方向に等ピッチで合計３つ配置されている。シェービング加工は、これら３つのセットを用いて、合計３工程行われる。すなわち、ワーク９をピッチ分だけ移送して、セットごとに、順次、ワーク９にシェービング加工を施す。

セットごとに、パンチ２Ｌ、２Ｒ、ダイ３の寸法は異なっている。ただし、いずれのセットにおいても、図３に示すように、側面部３０Ｒと、側面部２１１Ｒ（図３の場合は、傾斜部２１３Ｒの上端（摺動方向後端）に等しい。）と、の間の左右方向距離（直交方向距離）Ｄ３は、０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の範囲に含まれている。並びに、被加工面９０Ｒとダイ３の側面部３０Ｒとの間に設定される取り代Ｄ４は、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の範囲に含まれている。

以下、１工程目の、パンチ２Ｌ、２Ｒとダイ３とのセットの動きについて説明する。図４に、本実施形態のシェービング金型のシェービング加工前段における部分拡大断面図を示す。図５に、同シェービング金型のシェービング加工後段における部分拡大断面図を示す。なお、図４、図５に示す部位は、図３に示す部位と対応している。

シェービング加工を行う際は、まず、図２に示すように、ワーク９をダイ３の上面部３１に固定する。次に、パンチ２Ｌ、２Ｒを下降させる。そして、図４に示すように、パンチ２Ｌ、２Ｒにより、被加工面９０Ｒの凹凸９００Ｒを削り落とす。言い換えると、図５に示すように、被加工面９０Ｒから、平面状の加工面９１Ｒを削り出す。それから、パンチ２Ｌ、２Ｒを上昇させる。

その後、２工程目のセット、３工程目のセットを用いて、順次、ワーク９にシェービング加工が施される。このように、合計３工程のシェービング加工を経て、ワーク９に最終仕上げ寸法の加工面９１Ｒが形成される。

＜作用効果＞
次に、本実施形態のシェービング金型の作用効果について説明する。図４にクロスハッチングで示すように、パンチ２Ｌ、２Ｒが摺動する際、ワーク９における、傾斜部２１３Ｒおよび面取部２１２Ｒ近傍の領域Ａには、圧縮応力が作用する。このため、クラックがワーク９に形成されるのを、抑制することができると考えられる。また、図４に白抜き矢印で示すように、パンチ２Ｌ、２Ｒが摺動する際、パンチ２Ｌ、２Ｒの押し込み荷重は、上側から下側に向かって作用する。ここで、傾斜部２１３Ｒは、下側に向かって尖る直線状を呈している。このため、傾斜部２１３Ｒが被加工面９０Ｒに摺接する際、傾斜部２１３Ｒの傾斜により、押し込み荷重の分力が、水平方向に作用する。したがって、傾斜部２１３Ｒにより、被加工面９０Ｒが水平方向から押圧される。当該押圧力により、被加工面９０Ｒにバニッシュ加工が施されると考えられる。これらの現象は、パンチ２Ｌ、２Ｒが摺動する際、同時並行的に進行する。このため、本実施形態のシェービング金型１によると、ワーク９の材質が硬いにもかかわらず、平滑な加工面９１Ｒを得やすい。

ところで、ワーク９の加工面９１Ｒは、製品完成後に摺動面として用いられる。仮に、加工面９１Ｒに大量の凹凸９００Ｒが形成されている場合、製品の材質が硬いことと摺動面に大量の凹凸が形成されていることとが相俟って、相手側部材の摩耗が激しくなる。

この点、本実施形態のシェービング金型１を用いて加工された加工面９１Ｒには、凹凸９００Ｒが形成されにくい。すなわち、加工面９１Ｒは平滑面である。このため、加工面９１Ｒを摺動面として用いても、相手側部材が摩耗しにくい。

＜その他＞
以上、本発明のシェービング金型の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

パンチ２Ｌ、２Ｒの形状は特に限定しない。図６（ａ）に、その他の実施形態（その１）のシェービング金型のパンチの外観図を示す。図６（ｂ）に、その他の実施形態（その２）のシェービング金型のパンチの摺動方向断面図を示す。図６（ｃ）に、その他の実施形態（その３）のシェービング金型のパンチの摺動方向断面図を示す。

図６（ａ）に示すように、パンチ２を丸棒状としてもよい。そして、パンチ２の下面に先端部２１０を、外周面に面取部２１２および傾斜部２１３を、それぞれ配置してもよい。なお、パンチ２は、図１に示すように、ワーク９の孔９２の内周面のシェービング加工に用いられる。

図６（ｂ）に示すように、パンチ２を円筒状としてもよい。そして、パンチ２の下面に先端部２１０を、内周面に面取部２１２および傾斜部２１３を、それぞれ配置してもよい。なお、パンチ２は、丸棒状のワークの外周面のシェービング加工に用いられる。

図６（ｃ）に示すように、パンチ２を円筒状としてもよい。そして、パンチ２の下面に先端部２１０を、内外周面に、各々、面取部２１２および傾斜部２１３を、それぞれ配置してもよい。なお、この場合、摺動方向断面において、先端部２１０は点状になる。

また、上記実施形態においては、ワーク９の材質として、Ｓ４５Ｃを用いたが、ＳＫ８５、Ｓ６０Ｃなどの炭素鋼や、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３１などのステンレス鋼を用いてもよい。

また、上記実施形態においては、ダイ３を静止してパンチ２Ｌ、２Ｒを動かしたが、パンチ２Ｌ、２Ｒを静止してダイ３を動かしてもよい。また、シェービング加工時のパンチ２Ｌ、２Ｒの往復動の工程数も特に限定しない。また、シェービング加工の後に、加工面９１Ｒに別途仕上げ加工を施してもよい。また、側面部２１１Ｒは、摺動方向に平行でなくてもよい。例えば、図３において、傾斜部２１３Ｒの上端から、右上方向に延在していてもよい。

以下、上記実施形態のシェービング金型１を用いて行ったシェービング加工実験について、図１〜図３を援用しながら、説明する。

＜ワーク＞
実験に用いたワーク９は、図１に示すものと同様である。また、被加工面９０Ｒ、９０Ｌも同様である。ワーク９の上下方向肉厚は、３ｍｍである。

＜パンチ＞
本発明のシェービング金型のパンチとして、先端形状の異なる二種類のパンチ２Ｌ、２Ｒを用意した。これらを実施例１、２とした。また、従来のシェービング金型のパンチとして、先端形状の異なる二種類のパンチ２Ｌ、２Ｒを用意した。これらを比較例１、２とした。

実施例１のパンチ２Ｌ、２Ｒについて説明する。図３において、先端部２１０Ｒと面取部２１２Ｒとの境界と、傾斜部２１３Ｒの上端（摺動方向後端）と、の間の左右方向距離（直交方向距離）Ｄ１は、０．００５ｍｍである。先端部２１０Ｒと面取部２１２Ｒとの境界と、傾斜部２１３Ｒの上端（摺動方向後端）と、の間の上下方向距離（摺動方向距離）Ｄ２は、０．０７ｍｍ〜０．０９ｍｍである。面取部２１２Ｒの曲率半径Ｒは、０．００５ｍｍである。

実施例２のパンチ２Ｌ、２Ｒについて説明する。図３において、先端部２１０Ｒと面取部２１２Ｒとの境界と、傾斜部２１３Ｒの上端（摺動方向後端）と、の間の左右方向距離（直交方向距離）Ｄ１は、０．００５ｍｍである。先端部２１０Ｒと面取部２１２Ｒとの境界と、傾斜部２１３Ｒの上端（摺動方向後端）と、の間の上下方向距離（摺動方向距離）Ｄ２は、０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍである。面取部２１２Ｒの曲率半径Ｒは、０．００５ｍｍである。

比較例１のパンチについて説明する。図７に、比較例１のパンチの部分拡大断面図を示す。なお、図７に示す部位は、図３に示す部位と対応している。比較例１のパンチは、先端部２１０Ｒと側面部２１１Ｒとが直交して連なっている。すなわち、比較例１のパンチには、面取部２１２Ｒ、傾斜部２１３Ｒが配置されていない。

比較例２のパンチについて説明する。図８に、比較例２のパンチの部分拡大断面図を示す。なお、図８に示す部位は、図３に示す部位と対応している。比較例２のパンチは、先端部２１０Ｒと側面部２１１Ｒとが面取部２１２Ｒを介して連なっている。すなわち、比較例１のパンチには、傾斜部２１３Ｒが配置されていない。面取部２１２Ｒの曲率半径Ｒは、０．０１５ｍｍである。

＜実験条件＞
パンチ２Ｌ、２Ｒの押し込み荷重は、約７０ｋＮである。パンチ２Ｌ、２Ｒの押し込み速度は、約４００ｍｍ／ｓである。実験時のシェービング加工温度は、２５℃である。

図３、図７、図８に示すように、被加工面９０Ｒとダイ３の側面部３０Ｒとの間に設定される取り代Ｄ４は、０．１ｍｍである。また、側面部３０Ｒと、側面部２１１Ｒ（図３の場合は、傾斜部２１３Ｒの上端（摺動方向後端）に等しい。）と、の間の左右方向距離（直交方向距離）Ｄ３は、０．０３ｍｍである。

＜実験結果＞
図９に、実施例１によるワークの加工面の写真を示す。図１０に、実施例２によるワークの加工面の写真を示す。図１１に、比較例１によるワークの加工面の写真を示す。図１２に、比較例２によるワークの加工面の写真を示す。

図９に示すように、実施例１によるワークの加工面には、ほぼ全面的に、平滑面（白く見える部分、縦筋が入っている部分）が確認された。実施例２によるワークの加工面には、若干の凹凸が確認された。凹部の深さは、最大で１５〜２０μｍ程度であった。比較例１によるワークの加工面には、大量の凹凸が確認された。凹部の深さは、最大で３５〜４０μｍ程度であった。比較例２によるワークの加工面には、広範囲の平滑面が確認された。しかしながら、図１２に矢印で示すように、最大で３０〜３５μｍ程度の深い凹部が確認された。

実験の結果、最も平滑な加工面を有するのは実施例１による加工面であり、次に平滑な加工面を有するのは実施例２による加工面であり、次に平滑な加工面を有するのは比較例２による加工面であり、凹凸が最も多くかつ凹部の深さが深いのが比較例１による加工面であることが判った。

１：シェービング金型、２：パンチ、２Ｌ：パンチ、２Ｒ：パンチ、３：ダイ、９：ワーク。
２０Ｒ：パンチ本体、２１Ｌ：剪断部、２１Ｒ：剪断部、３０Ｒ：側面部、３１：上面部（ワーク配置面部）、９０Ｌ：被加工面、９０Ｒ：被加工面、９１Ｒ：加工面、９２：孔。
２１０：先端部、２１０Ｒ：先端部、２１１Ｒ：側面部、２１２：面取部、２１２Ｒ：面取部、２１３：傾斜部、２１３Ｒ：傾斜部、９００Ｒ：凹凸。

Claims (3)

1. 剪断加工が施された被加工面を備えるワークの、該被加工面に対して摺動することにより、該被加工面の凹凸を削り取り該被加工面よりも平滑な加工面を得るパンチを備えるシェービング金型であって、
   前記パンチの先端付近の摺動方向断面は、先端部と、該先端部の該摺動方向後側に配置され該摺動方向前側に向かって尖る直線状の傾斜部と、該先端部と該傾斜部との間に配置される曲線状の面取部と、を備え、
   前記パンチの摺動方向に対して垂直に交差する方向を直交方向として、
   前記先端部と前記面取部との境界と、前記傾斜部の前記摺動方向後端と、の間の該直交方向距離は、０．００５ｍｍであり、
   該境界と該摺動方向後端との間の該摺動方向距離は、０．０７ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下であり、
   該面取部の曲率半径は、０．００５ｍｍであることを特徴とするシェービング金型。
2. 剪断加工が施された被加工面を備えるワークの、該被加工面に対して摺動することにより、該被加工面の凹凸を削り取り該被加工面よりも平滑な加工面を得るパンチを備えるシェービング金型であって、
   前記パンチの先端付近の摺動方向断面は、先端部と、該先端部の該摺動方向後側に配置され該摺動方向前側に向かって尖る直線状の傾斜部と、該先端部と該傾斜部との間に配置される曲線状の面取部と、を備え、
   前記パンチの摺動方向に対して垂直に交差する方向を直交方向として、
   前記先端部と前記面取部との境界と、前記傾斜部の前記摺動方向後端と、の間の該直交方向距離は、０．００５ｍｍであり、
   該境界と該摺動方向後端との間の該摺動方向距離は、０．０１ｍｍ以上０．０２ｍｍ以下であり、
   該面取部の曲率半径は、０．００５ｍｍであることを特徴とするシェービング金型。
3. さらに、前記ワークが配置されるワーク配置面部と、該ワーク配置面部から前記摺動方向前側に延在する側面部と、を有するダイを備え、
   該ワークの前記被加工面と該側面部との間に設定される取り代は、０．１ｍｍであり、
   該側面部と、前記傾斜部の前記摺動方向後端と、の間の前記直交方向距離は、０．０３ｍｍである請求項１または請求項２に記載のシェービング金型。