JPS6040944B2 - 冷間成形用金型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、袷間成型用金型、特に二重、三重隊の冷間成
型用金型に関するものである。

袷間鍛造は、常温もしくは材料の再結晶温度以下におい
て、金属材料に工具によって圧力を加え、工具形状にそ
って押出しまたは充満させて所定形状の器物をつくる加
工法であり、機械的性質が向上し、切削加工に匹敵する
製品精度で量産ができるなどの利点があるが、熱間鍛造
に比べて変形抵抗が大きく、加工機械の容量や型工具の
強度などに制約がある。

第１図は前方押出型の冷間成型用金型の構成を示すもの
で、１１および１２は、それぞれ、超硬鋼よりなる金属
部材の上型および下型であり、外周にはＳＫＤ（高合金
冷間ダイス鋼）−６１よりなる第一暁隊リング１３が暁
鉄され、さらに、その外周にＳＮＣＭ（構造用合金鋼）
−８よりなる第二暁豚リング１４が焼鼓されており、こ
の冷間成型用金型を用いて第２図ａに示すブランク１５
から同図ｂに示すような前方押出部品１６が得られる。
この前方押出型のように、大型で高応力の生じる型にお
いては、二重、三重隊を採用しないと内圧により蓬方向
に拡張するという問題があり、二重、三重隊が必要であ
ったが、一方、径の方向に圧力を増すことにより暁鉄リ
ングが軸の方向に伸びを生じる。

すなわち、第１図に示すように第一競隊リング１３に内
外から圧縮応力１７，１７が働く為、軸方向に伸び１８
を生じ、初期の競隊による熱収縮の鞠応力が緩和される
。鶴応力のうち、分割面１９における軸応力２０（びＡ
′）は特に小さくなるため、内圧が高い場合には分割面
１９が開くことになり、その部分にバリが入り、バＩＪ
が入ると、その隙間がさらに拡大し、製品にきずが大き
く生じ、作業が不可能となる。また、第３図は圧縮型の
袷間成型用金型の構成を示すもので、３１は超綾鋼より
なる金型部材、３２はＳＫＤ−１１よりなる金型固定部
材、３３はＳＫＤ−６１よりなる第一焼隊リング、３４
はＳＮＣＭ−８よりなる第二隣鉄リングで、これらは鱗
鉄、圧入により組立てられており、この袷間成型用金型
を用いて、第４図ａに示すブランク３５より、同図ｂに
示すような圧縮部品３６が得られる。

しかし、このように圧入、焼隊によって組立てられた冷
間成型用金型においては、作業時の引張応力（ＯＢｏ）
および競鯨圧縮応力（びＢ′）は第３図の３７および３
８で示すように分布し、作業時の引張応力りＢｏに最大
応力があり、開□部に最大の圧縮応力を発生させること
は不可能であったため、型が破損し易く、型寿命は短か
った。本発明は、これらの問題点を除去し、高精度で加
工可能で、長寿命の冷間成型用金型を提供することを目
的とし、金型部材外周に同心の円筒状部材を一重または
多重に圧入し、焼鉄した冷間成形用金型において、金型
部材と円筒状部材間または円筒状部材相互間に、金型部
材または円筒状部材の外側端部に形成された平坦な内周
緑を有する切欠部と、金型部材または円筒部材に暁鉄さ
れる円筒部材の切欠部に対向する位置に設けられた多重
溝よりなる切欠部とによってリング状の空隙部を形成し
、この空隙部にリング状の結合部材を挿入し、この結合
部材の塑性変形により金型部村と円筒部材または円筒部
材相互を結合してなることを特徴とするものである。本
件出願人は、先に、金型部材外周に同じの円筒状部材を
一重または多重に圧入し、競鼓する際、金型部材と円筒
状部材間または円筒状部材相互間を塑性結合法により結
合してなる冷間成型用金型について提案した。

ここで、塑性結合法とは、第一の被結合部材と第二の被
結合部材との結合部に、各被結合部材の結合部表面に設
けられた凹部を含む一定の高さ及び長さを有する空隙部
を形成し、一方、両被結合部材の材料より変形抵抗が小
さくかつ所定の機械的強度を有する材料からなり空隙部
の高さ及び長さと同等もしくは近似した高さ及び長さを
有する結合部村を形成し、次に、この結合部村を前述の
空隙部に挿入し、 Ａ都材の全体が実質的に両被結合部
村と金型で包囲された状態とし、金型凸部で、結合部材
を加圧し塑性流動させて前述の凹部に流入させ、結合部
材の瓢断力と緊迫力にて両被結合部材を結合する方法で
ある。本発明は、このような塑性結合法により結合して
なる袷間成形用金型の空隙部の形状に改良を加えること
によって、さらにこの種金型の長寿命化を可能にしたも
のである。以下、実施例について説明する。

第５図は、一実施例として、前方押出型に適用したもの
で、第１図と同一部分には同一符号が付してある。

この場合には、第一競隊リングが上りング２１および下
１′ング２２に分割されており、下りング２２と第二競
鉄リング１４が鋼よりなる結合部２３によって塑性結合
されている。第６図は塑性結合部の形成状態を示すもの
で、２２が下りング、１４が第二焼隊リングで、下りン
グ２２の下側端部には幅ｗが約１．５〜４側の平坦な内
周縁を有する切欠部が形成され、第二暁隊リング１４に
は、その下りング２２の外側端部に設けられている切欠
部に対向する位置に、全周にわたって設けられた二重溝
よりなる切欠部が設けられている。

切欠部には、二重溝の形成により環状の山が構成される
が、溝は深さ日が約０．３〜０．８職、外周部煩角Ｑが
４５ｏ、環状の山の頂角ａが１１００である。下りング
２２と第二糠隊リング１４との間の空隙部には幅がｗよ
り小なる結合部材を挿入し、空隙部幅より幅の小さい先
端面を有する押型２４の加圧凸部を用いて加圧し、結合
部材を塑性変形させて下りング２２および第二焼絞りン
グ１４の凹部内に流入させて結合部２３が構成される。

この際、結合部材は、押型２４に対応する部分を除き、
下りング２２および第二焼隊リング１４で包囲されてい
るため、加圧時、結合部材が空隙部外へ逃げることはほ
とんどない。また、結合部材の長さを空隙部長丸こ略等
しくしておけば、結合部村は効果的に凹部内へ挿入され
る。また、押型２４の端面と下りング２２および第二焼
隊リング１４の二重溝先端との距離１は約０．２〜２．
５肋に選ばれる。

このように選択すれば結合後、押型は容易に抜くことが
でき、また、押型の挿入方向と逆方向、すなわち、空隙
部外へ結合部材が流出することなく、かつ、挿入深さは
深いので、結合部材に大きな内部応力を発生させること
ができ、従って大きな結合力を得ることができる。しめ
代は約０．０５脚である。なお、ｗと１との間には、第
７図のような関係がある。

この図で、機軸には１が、ｗを単位としてとってあり、
縦軸にはトルク（ｋ９一肌）及び軸方向期断破壊力（ｋ
９）がとってあり、Ａがトルク、Ｂが軸方向敷断破壊力
を示しており、この結果は・は。〜葦Ｗの範囲が良いこ
とを示している。次に、溝形状の詳細について述べる。

第８図は溝部分の一例を示す拡大縦断面図である。

なお、結合部２３を構成する結合部材は矢印の方からリ
ング状の空隙部内へ流入してくるものとする。第二焼鉄
リング１４の溝１４１によって一個の山１４２が形成さ
れている。山１４２は断面が三角形で、溝１４１の全周
ににわたって伸びている。なお、山を二個以上設けても
よく、螺旋状に設けてもよい。第９図に山を二個設けた
例が示してある。溝の断面形状を決定する要素は、溝の
深さ日、溝（上端）の幅Ｂ、溝の加圧側の側面の額斜角
Ｑ、山の数ｎ、山の頂角０、山の高さｈ等であり、以下
これらの実用的な範囲について述べる。

まず、溝の深さ日は０．１〜１．仇舷、望ましくは０．
２〜０．６肌の範囲にするのがよい。浅すぎると軸線方
向に外力が作用した時、溝の側面が容易に塑性変形して
しまうため充分な数断強度が得られない。深すぎると、
溝内への材料の流入が不十分となり、溝内に空隙部を生
じる結果、結合強度が大きくならずに、逆に、空隙部の
存在が腐蝕の原因となる。次に、溝の幅Ｂは、結合部に
必要とされる雛断強度に応じて変えればよいがあまり幅
を大きくすると、結合する際、上型の先端から溝の下部
までの距離が長くなり、構内に流入すべき材料（結合部
材）の流動摩擦損失が大きくなる。

その結果、押型で大きな荷重を加えても溝の下部付近に
おける材料の内部応力は、塑性変形するに足りる程度に
高まらず、従って塑性変形量が少なくなり、構内への材
料の流入が十分でない。次に、溝１４１の加圧側の側面
すなわち、第８図において押型２４に近い側の側面の頭
斜角Ｑは、この構内への結合部材の流動に大きな影響を
及ぼす。

煩斜角Ｑが大きすぎると、溝内に生ずる空隙部が大きく
なり結合強度が低下する。一方、鏡斜角Ｑが小さすぎる
と溝１４１内への結合部材の流入はよくなるが、溝１４
１の側面と結合部材との係合力が低下し、軸方向敷断破
壊力は低下する。

実験によれば、額斜角Ｑは２０ｏ〜７００、望ましくは
３０ｏ〜６０ｏの範囲にするのがよい。

次に山の数ｎと結合強度の関係を求めた実験結果を第１
０図に示す。供試材料は、鋼（ＳＳ４１）よりなる二枚
の同Ｄをなす二枚のデスク状プレートを、鋼（ＯＦＣ−
１／２Ｈ）よりなり深さ０．４肋（溝幅一定）の溝を有
する結合リング（結合部材を結合させたもので、図の機
軸には山数ｎ、縦鞠には破壊強度（ｋ９一肌）および藤
方向勢断破壊力（■ｎ）がとってある。この図のＣで示
すトルク破壊強度、Ｄで示す鞠方向敷断破壊強度ともに
山の数ｎが２の時最大である。多くの実験の結果によれ
ば、山の数ｎは１〜３とするのがよい。これは、構内に
山がない、すなわち溝の底が平な場合よりも山のあるほ
うが、構内におけるデスク状プレートと結合リング間の
接触面積が増加し、逆に「溝内に挿入すべき結合リング
の体積が減少するためで、従って同じ荷重で結合リング
を加圧した場合、山を設けたもののほうが、構内への結
合リングの流入がよくなりかつ結合リングとデスク状プ
レートのそれぞれとの間の密着度が高まるため結合強度
が増大する。

溝幅Ｂには前述したように、実用上とりうる範囲があり
、この範囲内で山の数ｎを多くすると、後述する山の頂
角８が小さくなるため、構内への結合部材の流入が不十
分となる。

流入状況は、加圧側すなわち押型２４に近い側から離れ
るに従って急激に悪化し、加圧側から離れた山と山の間
はほとんど全部空隙部として結合後も残存するようにな
る。第１１図は山の頂角８と結合強度（藤方向期断破壊
力）の関係を示す（溝深さＨ＝０．４帆、山の高さｈ＝
０．３側、山の数ｎ＝１）。

頂角８＝１１００付近で強度最大で、実用上は８＝８０
０〜１３００の範囲がよい。頂角８が小さい場合は、例
えば６０ｏ では第１２図に示すように、山の頂部Ｐが
矢印の方向すなち押型による加圧方向を反対の側へ変形
し（Ｐ′）、その背面に空隙部ｇが形成され、また、山
の後方の溝底付近にも同様に空隙部ｇが形成され、従っ
て、結合強度が低下する。

次に、山の高さｈについても望ましい範囲がある。

高さｈが高いと材料が溝内特に山の背面へ，入する際の
流動抵抗が大きくなり、逆に小さすぎると、山を設ける
意義が失なわれ、結合強度の増加に寄与しない。溝の深
さ日は前述したように実用上とりうる一定の範囲がある
ので、山の高さｈの実用的な範囲は、溝の深さ日と関係
を持たせて求めることができる。第１３図は、山の高さ
ｈと溝の深さ日の比と結合強度（車由方向外力に対する
鱗断強度）の関係を求めた一例を示すものである。

なお、山の数ｎ＝１、６＝１１００、Ｈ＝０．４側であ
る。山の高さには３／母Ｈ〜日、望ましくは１／２Ｈ〜
７／知日とするのがよい。以上述べた溝の断面形状を決
定する要素にもとついて、定めた望ましい溝全体の形状
の一例を示すと次のとおりである。

山数が一個のもの（第８図参照）。

溝の幅Ｂ＝２．０柳、溝深さＨ＝０．４肋、加圧側溝側
面の傾斜角Ｑ＝４５０、山の高さｈ＝０．３側、山の頂
角８＝１１０ｏ、溝底の幅ｂ＝１．２側。山数が二個の
もの（第９図参照）。

Ｂ＝２．８肋、Ｈニ〇，４肋、ｈニ〇，３柵、Ｑニ４５
０ ・ｈ！〇，３肋、８＝１１００ 、ｂ＝２．仇咳、
ｂ２＝１．８帆。なお、山の断面形状は、正三角形ある
いは二等辺三角形である必要はなく、材料の流れを考慮
して、材料を加圧する側の頂角８，が遠い側の頂角８２
（８，十８２ ＝ａ）より若干大きくとるようにしても
よい。同様な観点から、山が複数個ある場合、材料を加
圧する側に近い方の山の高さｈ，を、遠い方の山の高さ
ｈ２よりも高くなるようにしてもよい。ざらに山の断面
形状を、三角形に近似した形状すなわち、略三角形では
あるが、底辺付近が末広がりとなる形状、あるいは、比
較的短い上辺を有する台形状としてもよい。

この場合でも、溝形状を決定する要素はすでにのべた実
用上とりうる範囲内にあることが必要である。なお、こ
れらの要素の実用的な範囲は、結合部材の材料や、下リ
ングと第二競鉄リングの材料が変っても妥当するもので
ある。すなわち、この冷間成型用金型は、上型の金部材
１１、第一の暁隣りング２１、第二の擬俵リング１４を
組立てた後、下型の金型部材１２および下型の策−暁競
りング２２を最終的に圧入し、第一燐酸リング２２と第
二競鉄リング１４との借を結合部２３によって塑性結合
する。

この塑合により、塑性結合に必要な応力ＯＢｏ（１５０
〜２３０ｋ９／地）に近い値で分割面１９に応力。＾″
がじ、その状態で塑性結合が完了するので、このｃ力。
＾″が保持されたままで型組みができる。従って、金型
に作業時に高い内圧が生じても、分割面１９は開くこと
はなく作業ができ、バリの発生は起らないため、長寿命
な型が得られ、従来、型寿命が２５０の固であったのを
１９００００個に延長することが可能になった。また、
上部の金型部材においても、下部の金型部材はゆるい圧
入であるため、競鼓効果が従来より約２０％程度増加し
、蚤方向、鞠方向共に強度的に十分耐え得る袷間成型用
金型を得ることができる。また、塑性結合によって組立
てられるので、熱を加える必要がなく、従来は、精度を
金型部材、第一および第二暁鉄リングの寸法精度で制御
していたのに対して、塑性結合を用いる場合には、各部
材の寸法精度は従釆の１／３〜１／４でもよく、圧力管
理だけで応力制御ができるため、型の製作は簡単であり
、さらに、下部の金型部材が破損、摩耗した場合には塑
性結合部を削り取ることにより下部型ののみ交換するこ
ともできる。

また、この塑性結合部は、金型部材側の切欠部は平坦な
内周緑を有し、円筒状部材側の切欠部は多重溝よりなっ
ているため、先に本件出願人の提案した冷間成型用金型
に対し、塑性変形して結合部を構成する量が減少するた
め、信頼性が高くなり、また、結合すべき部分に設けた
溝内にさらに環状の山を設けることにより、溝内に挿入
すべき金属材料の体積を減少させると共に結合部におけ
る接触面積が増加し、ばらつき少なく、安定になり、寿
命が６割程度上昇した。

第１４図は、他の実施例として、圧縮型の冷間成型用金
型に適用した例を示す。

第３図と同一の部分には同一の符号が付してあり、この
金型は、超硬鋼よりなる金型部材３１、ＳＫＤ−１１よ
りなる第一焼隊リング４０、第二競鉄リング３４より構
成され、第一暁蘇りング４０と第二競競りング３４との
間を結合部４１によって塑性結合されている。結合部４
１は第５図の実施例の場合と同様にして形成される。こ
のような構造の冷間成型用金型においては、作業時の引
張応力ＯＢｏ および焼鉄圧縮応力ひ８〆が第１４図の
３７および４２で示すように分布し、ＯＢ０≠ＯＢ″と
することができる。

すなわち、第一暁隊リング４０と第二鱗俄リング３４と
の間にリング状の結合部材を挿入し、この結合部材を加
圧してその材料を溝に流動させることにより、結合部４
１が構成され、応力の解除後も、内部に残る応力により
、特に開□部に隆方向の圧縮残留応力を生じさせる。

また、加圧力ｐを調整することにより、焼隊の圧縮応力
の値を自由に制御することができ、実際に加工する材質
、加工率により加圧力ｐの値を変化させ、最適な圧縮応
力を生ぜしめることができる。また、血。〒〇Ｂ″であ
るため、型破損は殆んど皆無となり、従来の型寿命が６
００００個であったのに対して、２３０００の固‘こ延
長させることができる。さらに、圧縮部分の型が破損、
摩耗した場合、塑性結合部を削り取ることにより、容易
に分解することができ、外側リングは再使用でき、圧縮
部分のみの型を作りかえるのみで、新しい型と同様に使
用できる。以上の実施例においては、円筒部材相互を塑
性結合による結合部で結合した例を示したが、金型部材
と円筒部材とを塑性結合で結合する場合にも同様の効果
を得ることができる。

以上の如く、本発明は、高精度で加工可能で、長寿命の
冷間成型用金型を提供するもので、産業上の効果の大な
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の前方押出型の冷間成型用金型の断面図
、第２図ａおよびｂは、それぞれ、前方押出加工の際の
ブランクおよび加工品の斜視図、第３図は、従来の圧縮
型の冷間成型用金型の断面図、第４図ａおよびｂは、そ
れぞれ、圧縮加工の際のブランクおよび加工品の斜視図
、第５図は、本発明の冷間成型用金型を前方押出型に適
用した一実施例の断面図、第６図は、同じく塑性結合部
の形成工程を示す断面図、第７図は、塑性結合の条件を
説明する線図、第８図および第９図は本発明の冷間成型
用金型のそれぞれ異なる一実施例の要部の縦断面図、第
１０〜第１３図は本発明の冷間成型用金型の溝形状と結
合強度との関係を示す説明図、第１４図は、本発明の冷
間成型用金型を圧縮型に適用した一実施例の断面図であ
る。 １１，１２・・…・金型部材、２１，２２・・・・・・
第一焼鉄リング、１４・・・・・・第二焼鉄リング、２
３…・・・結合部、３１…・・・金型部材、４０・・・
・・・第一競舷ＩＪング、３４・・…・第二暁鉄リング
、４１・・…・結合部。 多′図 多２図 多３図 多４図 多ク図 多ふ図 お ／２ 図 多７頭 多ａ図 多了図 多ゆ図 多 ／／ 図 多′３ 図 多〆図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金型部材外周に同心の円筒状部材を一重または多重
   に圧入し、焼嵌した冷間成型用金型において、前記金型
   部材と前記円筒状部材間または前記円筒状部材相互間に
   、前記金型部材または前記円筒状部材の外側端部に形成
   された平坦な内周縁を有する切欠部と、前記金型部材ま
   たは前記円筒状部材に焼嵌される円筒状部材の前記切欠
   部に対向する位置に設けられた多重溝よりなる切欠部と
   によつてリング状の空隙部を形成し該空隙部にリング状
   の結合部材を挿入し、該結合部材の塑性変形により前記
   金型部材と前記円筒部材または前記円筒部材相互を結合
   してなることを特徴とする冷間成形用金型。 ２ 前記金型部材が上型および下型よりなる前方押出型
   部材で、前記下型に対応する円筒状部材とその外周に圧
   入された円筒状部材とを結合部材の塑性変形により結合
   すると共に前記下型を軸方向に拘束する特許請求の範囲
   第１項記載の冷間成型用金型。 ３ 前記金型部材が圧縮型部材で、該金型部材が結合部
   材の塑性変形により圧縮方向に拘束されている特許請求
   の範囲第１項記載の冷間成型用金型。