(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部の外径がダイス成形部の内径とほゞ同じ大きさのポンチスリーブ部と、素材に浅い穴をあける前記ポンチスリーブ部内に装着したインサートポンチ部とからなり、該インサートポンチ部の先端が前記ポンチスリーブ部の先端より前記浅い穴の深さと同じかもしくはそれ以上突出してなる構成とした一体型の押込みポンチであって、前記ポンチスリーブ部を前記ダイスよりも圧縮強度の低い材料で形成するとゝもに、前記インサートポンチ部を前記ポンチスリーブ部より耐圧強度の高い材料で形成したことを特徴とする鍛造加工用押込みポンチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円柱状素材からカップ状部材を押出し加工により成形する工程において、前記素材の押出し側と反対側の面に浅い穴をあける加工に用いる鍛造加工用の押込みポンチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
円柱状素材からリング状部品を鍛造で製造する場合、通常図４に示すように、円柱状素材Ｍ（同図Ｉ）に押出し加工を施してカップ状部材Ａ（同図II）に先ず成形し、次にこのカップ状部材Ａの底部Ｂを打ち抜く（同図III ）ことによりリング状部品Ｃ（同図IV）に成形している。
【０００３】
そして、円柱状素材Ｍの前記押出し加工によって、図４（II）に示すようなカップ状部材Ａに成形する際、次工程である同図（III ）の底部Ｂを打ち抜く加工において、被打ち抜き部材Ａ’の端面側にバリが発生しないようにするために、素材Ｍの押出し側とは反対側の面に浅い穴Ｄをあけている。
【０００４】
この浅い穴Ｄをあける穴あけ加工には、従来図５に示すような押込みポンチ１が使用されている。すなわちこの押込みポンチ１は、前記リング状部材Ｃの外径とほゞ同じ径の大径部２と、その先端部に前記浅い穴Ｄと同じ径ならびに穴深さに対応した高さの凸部３を有する一体型のものである。
【０００５】
この一体型の押込みポンチ１では、前記大径部２と円柱状素材Ｍに穴Ｄをあける前記凸部３とは、そのつなぎ部４が滑らかな円弧でつながっていること、更にはつなぎ部４に粗加工時に発生した切削条痕跡を残さない平滑な表面に仕上げることが必要である。もし、つなぎ部４が滑らかな円弧でつながっていないと、鍛造時に前記つなぎ部４で大きな応力の不連続が発生し（応力集中する）、早期に割れが発生することになり、また切削条痕跡が残留している場合にも凸部３が大径部２から欠け落ち、短寿命で且つ寿命が大きくばらつくことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような欠点をなくすため、従来は前記つなぎ部４の加工には細心の注意が払われているが、加工上の種々の制約から前記条件を満たしていないのが現状である。すなわち、前記一体型の押込みポンチ１を製造するには、まず旋削で粗加工し、熱処理後研磨等の精密加工で所定の寸法に仕上げるとゝもに、粗加工でポンチ表面に発生した鋭利な切削条痕（切削の刃物で付いた溝）を取り除いて平滑な表面に仕上げるが、この表面仕上げ時において、大径部２と凸部３とのつなぎ部４は間口が狭く、かつ円弧状であるため研磨しにくい。その結果、切削条痕を取り残すことが多くなり、このつなぎ部４に残留した切削条痕の影響で先端部の凸部３が大径部２から欠け落ちる現象が発生し、短寿命で且つ寿命が大きくばらつく、といった問題点があった。
【０００７】
また、上記のようなカップ状部材Ａの成形には図６に示すような冷間鍛造装置を使用するが、この装置で使用する部材のうち磨耗が激しい工具は、鍛造中に素材Ｍと直接接触し且つ大きな負荷を受ける押込みポンチ１，ダイス５，押出しポンチ６であるが、通常ダイス５は押込みポンチ１や押出しポンチ６と比較してその寿命は遙かに長い。しかし、上述したような従来の一体型の押込みポンチ１では、その大径部２の断面積はダイス成形部の断面積とほぼ同じであり、また寿命向上のために耐圧強度の高い材質を用いているため、大径部２そのものの強度はかなり高い。
【０００８】
そこで、押出しポンチ６が破壊したり、素材Ｍがダイス５の成形部内で押出しポンチ６またはダイス５と焼き付いた場合は、素材けりだしスリーブ７またはその下方に位置し素材けりだしスリーブ７を押し上げるピン８がうまく機能せず、素材Ｍのダイス５からのけりだし不良が発生するが、これが素材Ｍの自動搬送装置を使用した連続鍛造の場合には、ダイス５に素材Ｍが入ったままの状態で次の素材がダイスに運ばれてきて鍛造される、いわゆる素材Ｍが２個以上ダイス５に入った状態で鍛造されてしまうことになる。
【０００９】
このような場合、図７に示すように、前記ダイス５と押込みポンチ１，押出しポンチ６等の金型間の隙間、つまり素材鍛造空間は素材１個分しかない。そのため、素材Ｍを２個以上同時に鍛造すると金型内で素材が過充満となり、素材変形部や圧力の逃げ場が無くなって鍛造荷重が設計荷重以上に急増し、高価なダイスとポンチが破損することになる。すなわち、素材２個を同時に鍛造しても、耐圧強度の高い材質で形成された押込みポンチ１はなかなか破損せず、突ききってしまうことが多い。そのため、ダイス５は過大な内圧のために割れたり、押込みポンチ１が座屈して、ダイス５内にはめ合わされている大径部２の径がふくれ、その圧力によって高価なダイスに欠損が発生する、といった問題点がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するために成されたもので、素材の自動送り装置を用いた連続鍛造中に、通常の鍛造状態では従来と同等もしくはそれ以上の寿命が得られ、且つ不意のトラブルで素材２個打ち状態になったときに、まずポンチスリーブ部が破損することによって高価なダイスの破損を防止できるものを提供することを目的としたものであり、その要旨は、先端部の外径がダイス成形部の内径とほゞ同じ大きさのポンチスリーブ部と、素材に浅い穴をあける前記ポンチスリーブ部内に装着したインサートポンチ部とからなり、該インサートポンチ部の先端が前記ポンチスリーブ部の先端より前記浅い穴の深さと同じかもしくはそれ以上突出してなる構成とした一体型の押込みポンチであって、前記ポンチスリーブ部を前記ダイスよりも圧縮強度の低い材料で形成するとゝもに、前記インサートポンチ部を前記ポンチスリーブ部より耐圧強度の高い材料で形成したことを特徴とする鍛造加工用押込みポンチにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１乃至図３に示す実施例及び前記図７により詳細に説明すると、発明者は、円柱状素材Ｍを前方押出し加工によってカップ状素材Ａを成形する際、図７の鍛造初期に示すように、鍛造中の素材Ｍはまず押込みポンチ１の小径な凸部３と接触する。そしてこの状態で押込みポンチ１が更に所定位置まで下降することによりカップ状部材Ａが成形されるとゝもに、素材Ｍの押出し側と反対側の面に浅い穴Ｄがあけられるが、同図の鍛造終了に示すように、先端の凸部３とつながる大径部２の端面部２Ａとカップ状部材Ａとは、鍛造終了時になっても部分的にしか接触していないことを見出した。
【００１２】
すなわち、鍛造中の押込みポンチ１の先端表面にかかる負荷の大部分は、その先端部の凸部３に作用しており、該凸部３と円弧のつなぎ部４を介して連続する大径部２の端面部２Ａには比較的小さな負荷しかからないことが、素材変形状態を詳細に観察した結果わかった。このことから、大径部２の端面部２Ａ自体は凸部３ほど耐圧縮強度を必要としないことを見いだし、このような観察結果から本発明が成されたものである。
【００１３】
そこで本発明では、図１及び図２に示すように、押込みポンチ１１を、先端部の外径がダイス成形部の内径とほゞ同じ大きさとしたポンチスリーブ部１２と、該ポンチスリーブ部１２内に装着したこれとは別部材からなるインサートポンチ部１３とから構成した。
【００１４】
そして、このインサートポンチ部１３の先端１３Ａは前記ポンチスリーブ部１２の先端１２Ａより突出しており、突出したこの先端１３Ａで円柱状素材Ｍに前記浅い穴Ｄをあけるように形成した。したがって、先端１３Ａの前記ポンチスリーブ部１２の先端１２Ａからの突出長さＨは、素材Ｍにあける前記穴Ｄの深さと同じかもしくはそれ以上突出しており、また先端１３Ａの外径Ｒは前記穴Ｄの内径と同じ大きさとした構成のものである。
【００１５】
そして更に、前記インサートポンチ部１３の方がポンチスリーブ部１２より耐圧強度の高い材料で形成されている。すなわち、インサートポンチ部１３の材質は、鍛造中の経時変化による径の増加を最小限にするために高い降伏応力を持ち、かつヤング率の大きな材質であることが必要であり、例えば超硬合金等が望ましい。一方、前記ポンチスリーブ部１２の材質は、不測のトラブルで素材Ｍが２個打ち状態になったときに、先ずポンチスリーブ部１２が破損するようにすること、通常ダイス５が超硬合金製であること等から、それより圧縮強度の低い材料であることが必要であり、例えば高速度鋼等が望ましい。
【００１６】
なお、種々制約で超硬合金が使えない場合や、金型費用の面からインサートポンチ部１３やポンチスリーブ部１２に高速度鋼を使用する場合にも、インサートポンチ部１３はポンチスリーブ部１２より耐圧強度の高い材料を用いる。この場合でもインサートポンチ部１３の材質は高い降伏応力を持ち、かつヤング率の大きな材質のものであることが必要である。
【００１７】
そこで、図６に示すような冷間鍛造装置に、従来の押込みポンチ１に代えて本発明に係る押込みポンチ１１を使用した場合の作用について説明するに、ダイス５の成形部５Ａに入れられた円柱状素材Ｍは下降する押込みポンチ１１により圧縮力が加えられる。この際、図３の鍛造初期図に示すように、素材Ｍはインサートポンチ部１３の先端１３Ａと接触し、前記ポンチスリーブ部１２の先端１２Ａとは接触しない。
【００１８】
この状態が維持されながら押込みポンチ１１が更に所定位置まで下降すると、前記素材Ｍはダイス５の成形部５Ａと押出しポンチ６の成形部６Ａとの空間部に押し出されて、図３の鍛造終了に示すように、カップ状部材Ａが成形されるとゝもに、素材Ｍの押出し側と反対側の面、すなわち底部Ｂの上面にはインサートポンチ部１３の先端１３Ａにより浅い穴Ｄがあけられる。このとき、前記ポンチスリーブ部１２の先端１２Ａと素材Ｍとは部分的にしか接触していない。
【００１９】
この押出し加工時において、前記インサートポンチ部１３は鍛造時に圧縮荷重を受けて長手方向に縮みかつ径が膨れる。このインサートポンチ部１３の径の膨れによってポンチスリーブ部１２が押されて内圧が発生することになり、前記ポンチスリーブ部１２が破損するおそれがある。しかし、このインサートポンチ部１３は鍛造中の経時変化による径の増加を最小限にするために高い降伏応力を持ち、かつヤング率の大きな材質で形成されているため、前述のような不測の事態の発生を防止することができる。
【００２０】
そして押出し成形後は、従来と同様に、前記押込みポンチ１１が上昇してダイス５の成形穴５Ａから引き出された後、前記カップ状部材Ａは前記けり出し部材７により前記ダイス５の成形部５Ａから外部に排出される。また、素材自動搬送装置を用いた連続鍛造中には、押出しポンチ６の破損やダイス５内で素材Ｍが焼付く現象等で、けり出し時にピン８が破損する等の事態で該素材Ｍをダイス５からけり出せない状態のまま次の素材がダイスに運ばれてきて鍛造される状態、いわゆる素材Ｍが２個以上ダイス５に入った状態で鍛造が行われる場合があるが、金型内には素材１個分の空間しかないので、ダイス内で素材は変形の逃げ場を失ってポンチスリーブ部１２に強く突き当たることになる。
【００２１】
このような事態が発生した時、上記したように、前記ポンチスリーブ部１２はインサートポンチ部１３の圧縮強度より低い材料で形成されており、またダイス５は十分な補強がなされているため、前記ポンチスリーブ部１２が他の金型より先に破損して、その破片がポンチスリーブ部１２の周囲の広い空間に落下して、インサートポンチ部１３とダイス５との間に隙間ができる。従って、インサートポンチ部１３が前進しても、素材Ｍは前記ダイス５とインサートポンチ部１３との間にできた隙間へ押し出されるため鍛造荷重が極端に上昇せず、ダイス５およびインサートポンチ部１３は破損しない。
【００２２】
上記のように、押込みポンチ１１をインサートポンチ部１３とポンチスリーブ部１２との２部材で構成することによって、長寿命となり、また、不測に発生したトラブルで素材２個打ち状態となった場合でも、最初にポンチスリーブ部１２が破損して高価なダイス５の破損を防止することができる。なお、前記従来の一体型押込みポンチ１では、寿命が凸部３の欠落により２万個から５万個程度であったものが、本発明に係る押込みポンチ１１では、ポンチスリーブ部１２は割れで５万個程度の寿命となり、またインサートポンチ部１３は摩耗により２０万個程度以上の長寿命となった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る鍛造加工用押込みポンチは、上記のように、先端部の外径がダイス成形部の内径とほゞ同じ大きさのポンチスリーブ部と、素材に浅い穴をあける前記ポンチスリーブ部内に装着したインサートポンチ部とからなり、該インサートポンチ部の先端が前記ポンチスリーブ部の先端より前記浅い穴の深さと同じかもしくはそれ以上突出してなる構成とした一体型の押込みポンチであって、前記ポンチスリーブ部を前記ダイスよりも圧縮強度の低い材料で形成するとゝもに、前記インサートポンチ部を前記ポンチスリーブ部より耐圧強度の高い材料で形成したものであるから、従来例のように凸部と大径部とのつなぎ部に残留した切削条痕の影響により、前記凸部が大径部から欠け落ちる現象が発生せず、寿命が安定して長寿命となる。また前記ポンチスリーブ部の耐圧強度がインサートポンチ部より低く設定されていることによって、素材自動搬送装置を用いた連続鍛造中に不意のトラブルで素材２個打ち状態となった場合でも、まずポンチスリーブ部が破損して金型内に素材の余肉部を逃す隙間が生じるため、金型内の内圧が上がらず高価なダイスの破損を防止することができる、といった諸効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鍛造加工用押込みポンチの斜視図である。
【図２】同押込みポンチの半裁縦断面図である。
【図３】鍛造加工初期と鍛造加工終了時の断面図である。
【図４】リング状部品の加工工程説明図である。
【図５】従来の鍛造加工用押込みポンチの半裁縦断面拡大部分図である。
【図６】鍛造装置の要部説明正面図である。
【図７】従来の押込みポンチによる鍛造加工初期と鍛造加工終了時の断面図である。
【符号の説明】
５  ダイス
５Ａ  同成形部
６  押出しポンチ
６Ａ  同成形部
７  素材けりだしスリーブ
８  ピン
１１  押込みポンチ
１２  ポンチスリーブ部
１２Ａ  同先端
１３  インサートポンチ部
１３Ａ  同先端
Ａ  カップ状部材
Ｂ  同底部
Ｃ  リング状部材
Ｄ  穴
Ｈ  突出長さ
Ｒ  外径
【図１】
0003550492.tif 000002
【図２】
0003550492.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003550492.tif 000005
【図５】
0003550492.tif 000006
【図６】
0003550492.tif 000007
【図７】
0003550492.tif 000008