(57)【要約】【課題】プレス金型を用いて大量の被加工物をプレス加工する場合でも、耐久性と耐摩耗性に優れ、なおかつ安価なプレス金型用パンチおよびその製造方法を提供する。【解決手段】その本体を取り付けるための本体部を鋼材で構成し、被加工物の穴明けを行う先端部を超硬合金で構成して、プレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチにおいて、前記パンチの本体部と前記パンチの先端部の端面同士を溶着により接合した。【選択図】  図１
2004276033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その本体を取り付けるための本体部を鋼材で構成し、被加工物の穴明けを行う先端部を超硬合金で構成して、プレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチにおいて、前記パンチの本体部と前記パンチの先端部の端面同士を溶着により接合したことを特徴とするプレス金型用パンチ。
【請求項２】
その本体を取り付けるための本体部を鋼材で構成し、被加工物の穴明けを行う先端部を超硬合金で構成して、プレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチにおいて、前記パンチの本体部と前記パンチの先端部の端面同士を溶着性金属からなる中間部を介して溶着により接合したことを特徴とするプレス金型用パンチ。
【請求項３】
その本体を取り付けるための本体部と被加工物の穴明けを行う先端部とから構成されプレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチの製造方法において、超硬合金からなる棒材と鋼材からなる棒材との端面同士を合わせ両材を加圧しながら、前記超硬合金からなる棒材と前記鋼材からなる棒材の両部材を正逆回転させ、前記超硬合金からなる棒材と前記鋼材からなる棒材とを溶着接合して棒材を成形し、該棒材の超硬合金からなる部分が前記パンチの先端部となるように研削加工してなることを特徴とするプレス金型用パンチの製造方法。
【請求項４】
前記正回転する棒材の回転数は５００〜３５００ｒ．ｐ．ｍで、前記逆回転する棒材の回転数は３５００〜５００ｒ．ｐ．ｍであって、前記正回転する棒材と前記逆回転する棒材との接触する箇所の回転数は４０００ｒ．ｐ．ｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載のプレス金型用パンチの製造方法。
【請求項５】
その本体を取り付けるための本体部と被加工物の穴明けを行う先端部とから構成されプレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチの製造方法において、超硬合金からなる棒材と鋼材からなる棒材との端面同士を合わせいずれか一方を加圧しながら、前記超硬合金からなる棒材と前記鋼材からなる棒材のいずれか一方を回転させ他方を固定することによって前記超硬合金からなる棒材と前記鋼材からなる棒材とを溶着接合して棒材を成形し、該棒材の超硬合金からなる部分が前記パンチの先端部となるように研削加工してなることを特徴とするプレス金型用パンチの製造方法。
【請求項６】
前記超硬合金からなる棒材または前記鋼材からなる棒材のうち回転させる棒材の回転数は、４０００ｒ．ｐ．ｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載のプレス金型用パンチの製造方法。
【請求項７】
その本体を取り付けるための本体部と被加工物の穴明けを行う先端部とから構成されプレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチの製造方法において、
超硬合金からなる棒材と溶着性金属からなる棒材との端面同士を合わせ両材を加圧しながら、前記超硬合金からなる棒材と前記溶着性金属からなる棒材の両部材を正逆回転させ、前記超硬合金からなる棒材と前記溶着性金属からなる棒材とを接合する第一工程と、
前記超硬合金からなる棒材と接合した前記溶着性金属からなる棒材を適宜の位置で切断して端部が溶着性金属からなる棒材を成形する第二工程と、
前記第二工程で成形した棒材と鋼材からなる棒材との端面同士を合わせ両材を加圧しながら、前記端部が溶着性金属からなる棒材と前記鋼材からなる棒材の両部材を正逆回転させ、前記第二工程で成形した棒材と鋼材からなる棒材とを溶着接合して棒材を成形する第三工程と、
前記第三工程で成形した棒材の超硬合金からなる部分が前記パンチの先端部となるように研削加工する第四工程と、
を含むことを特徴とするプレス金型用パンチの製造方法。
【請求項８】
その本体を取り付けるための本体部と被加工物の穴明けを行う先端部とから構成されプレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチの製造方法において、
超硬合金からなる棒材と溶着性金属からなる棒材との端面同士を合わせいずれか一方を加圧しながら、前記超硬合金からなる棒材と前記溶着性金属からなる棒材のいずれか一方を回転させ他方を固定することによって前記超硬合金からなる棒材と前記溶着性金属からなる棒材とを溶着接合する第一工程と、
前記超硬合金からなる棒材と接合した前記溶着性金属からなる棒材を適宜の位置で切断して端部が溶着性金属からなる棒材を成形する第二工程と、
前記第二工程で成形した棒材と鋼材からなる棒材との端面同士を合わせいずれか一方を加圧しながら、前記端部が溶着性金属からなる棒材と前記鋼材からなる棒材のいずれか一方を回転させ他方を固定することによって前記第二工程で成形した棒材と鋼材からなる棒材とを溶着接合して棒材を成形する第三工程と、
前記第三工程で成形した棒材の超硬合金からなる部分が前記パンチの先端部となるように棒材を研削加工する第四工程と、
を含むことを特徴とするプレス金型用パンチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質で耐久性に優れたプレス金型用パンチと、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属等の材料を穴明けする際には、プレス金型を用いて材料に強い力を加えることにより材料を押圧して、成形加工をすることが通常となっている。このプレス金型による成形加工は、図８に示すようなプレス金型を用いて行われている。図において、プレス金型５０は、上型と下型とを有する構造となっている。
【０００３】
図８にはプレス金型５０の断面図が示されている。図において、プレス金型５０は、上型と下型とが離れた状態となっている。
図において、プレス金型５０の上型は、上側ダイセット５１、シャンク５２、バッキングプレート５３、パンチプレート５４、ストリッパプレート５５、パンチ５６を有する構造となっている。
【０００４】
上側ダイセット５１は、プレス機に取付けるためのプレートであって、この上側ダイセット５１の上面には、該上側ダイセット５１をプレス機に固定するためのシャンク５２が設けられている。また、この上側ダイセット５１の下面には、バッキングプレート５３とパンチプレート５４とが設けられている。このバッキングプレート５３は、パンチ底面の面圧が高い場合にその力が直接上型ダイセット５１に掛かるのを防ぐために取付けるプレートであって、前記上側ダイセット５１に並設されている。パンチプレート５４は、パンチ５６を取り付けるためのプレートであって、前記バッキングプレート５３と隣接して設けられている。
【０００５】
また、この上側ダイセット５１の下面の両端には、ガイドブシュ５７が設けられている。このガイドブシュ５７の内部には貫通孔が設けられていて、プレス金型５０の下型に設けられたガイドポスト（後述する）を前記貫通孔に挿通できるようになっている。
【０００６】
また、前記上側ダイセット５１には、スプリング５８を有するストリッパボルト５９が設けられていて、このストリッパボルト５９によってストリッパプレート５５が吊下げられた状態となっている。このストリッパプレート５５は、前記バッキングプレート５３と平行に設置されていて、前記パンチ５６の先端を挿入可能な貫通孔が設けられている。
【０００７】
そして、前記パンチプレート５４にはパンチ５６が取り付けられている。このパンチ５６は、前記パンチプレート５４に対して垂直に取り付けられていて、パンチ５６の先端部分が前記ストリッパプレート５５の方向（下方向）を向いている。そして、このパンチプレート５４には、３本のパンチ５６が取り付けられていて、この各パンチ５６の各先端部分がストリッパプレート５５の３つの貫通孔にそれぞれ挿入されている。ここで、このパンチ５６の先端の端面は、ストリッパプレート５５の下端面よりも少し内側に入った状態となっている。
【０００８】
また、プレス金型５０の下型は、下側ダイセット６１と、この下側ダイセット６１の上面に載置されたダイプレート６２と、前記下側ダイセット６１の上面に突出するガイドポスト６３とを備えた構造となっている。このダイプレート６２の上部には、位置決めプレート６４が設けられていて、ダイプレート６２の上面に鉄板などの被加工物６５を載置し、この被加工物６５を位置決めプレート６４で保持するようになっている。また、前記下型ダイセット６１及び前記ダイプレート６２には、貫通孔６６が設けられている。この貫通孔６６は、パンチプレート５４に取り付けられた前記パンチ５６の先端の位置に合わせて設けられていて、この貫通孔６６に前記パンチ５６の先端を挿入することができるようになっている。
【０００９】
図９〜図１１には、このプレス金型５０を用いて被加工物を加工する工程が示されている。
【００１０】
まず、図９に示すようにプレス金型５０のガイドブシュ５７にガイドポスト６３を挿通させて、プレス金型５０の上型と下型とを連結させて、上型を下方向に下げていく。このプレス金型５０の上型と下型とは、図における矢印に示すように上型に圧力がかけられることで連結している。
【００１１】
このプレス金型５０は、上側ダイセット５１に矢印方向の圧力がかけられて、上型がガイドポスト６３に沿って下方向に下がっている。図において、この上型は、ストリッパプレート５５の下面が被加工物６５と接触する位置まで下げられていて、前記ストリッパプレート５５と下型のダイプレート６２とが、被加工物６５を挟んだ状態となっている。
【００１２】
そして、図１０に示すように、このプレス金型５０の上型は、上側ダイセット５１によって加圧されて、更に下型方向に下がった状態となる。図において、プレス金型５０の上型が更に下がると、上型のストリッパプレート５５が、下型のダイプレート６２に載置された被加工物６５を押え付けた状態となる。そして、上側ダイセット５１がプレス機からの力を受けて更に下方向に下がろうとする。すると、ストリッパプレート５５が被加工物６５を押圧した状態を保ったまま、ストリッパボルト５９の周囲に設けられたスプリング５８が圧縮されて、上側ダイセット５１が更に下方向に下がるようになっている。すると、被加工物６５を押圧するストリッパプレート５５と、パンチプレート５４との距離が短くなる。そして、ストリッパプレート５５下面の貫通孔からパンチ５６の先端が突出し、パンチ５６の先端の端面で被加工物６５を部分的に押圧する。このとき、パンチ５６には、プレス機からの圧力が前記バッキングプレート５３を通してパンチ５６の先端の端面に伝達しているので、このパンチ５６の押圧力によって、被加工物６５の一部分に穴が明き、くりぬかれた被加工物６５が、前記パンチ５６に押されて貫通孔６６に押し下げられている。
【００１３】
そして、このように被加工物６５に穴明けする作業が終わると、図１１に示すようにプレス金型５０の上側ダイセット５１が再び上方向に移動するようになっている。この上側ダイセット５１は、シャンク５２を介して固定されていて、シャンク５２が上方向に移動することで上側ダイセット５１も上方向に引き上げられ、穴明けを終えた被加工物６５を取出すことができるようになっている。そして、再び穴明け加工前の被加工物６５をダイプレート上に載置して、被加工物６５の加工が繰返し行われるようになっている。
【００１４】
この被加工物６５の穴明けに使用するパンチ５６は、鍔部の外径が例えば５ｍｍ〜３０ｍｍ、シャンク部の外径が例えば３ｍｍ〜２５ｍｍ、全長が例えば４０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の棒材状に形成されている。このパンチ５６は、プレス金型５０のパンチプレート５４に取付けられ、上側ダイセット５１を通してプレス機の圧力を受け、先端を被加工物６５に押しつけて被加工物６５の穴明け加工を行うものである。そして、このパンチ５６は、複数の被加工物６５を連続的に加工している。このような被加工物６５の穴明けを行うと、パンチ５６の先端は、被加工物６５との摩擦によって摩耗する。
【００１５】
このようなプレス金型用のパンチ５６には、例えばＳＫＤ１１等の鋼材が多く用いられている。このパンチ５６に用いられているＳＫＤ１１は、特に耐久性に優れた材質ではなかった。このため、摩耗が早く、パンチ５６を頻繁に交換することとなり、作業効率が悪いという問題を有していた。
【００１６】
そこで、パンチで大量の被加工物に穴明け加工をする際にも、パンチが摩擦により擦り減ってしまうのを防ぐために、パンチ全体の材質がタングステンカーバイトを主とする超硬合金（ＪＩＳ  Ｂ  ４０５３，Ｖ３０）で構成されているショルダーパンチ（例えば、パンチ工業株式会社製、超硬ショルダーパンチ、ＷＷＰＡＳ３−４０−Ｐ２．０００）が市販されている。このタングステンカーバイトを主とする超硬合金は、細紛を焼き固めて形成されているものであって、この超硬合金からなるパンチは、ＳＫＤやＳＫＨ等の鋼材からなるパンチと比べて硬度が非常に高くなっている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１７】
また、このようなプレス金型用パンチは、該パンチの先端部と被加工物との接触箇所が摩擦によって特に擦り減り易いことから、パンチの先端部だけを超硬合金で形成し、パンチの本体部をＳＫＤ等の鋼材で形成して、超硬合金と鋼材とをロウ付によって接合して先端部が硬質なパンチを形成し、パンチの先端部を擦り減り難くさせたものが考案されている。このパンチは、鋼材からなる本体部と超硬合金からなる先端部との間にロウ材を流し込み、鋼材と超硬合金とを加熱してロウ材を溶融させて、溶融したロウ材で前記鋼材と前記超硬合金とを接合したものである。そして、このロウ材で前記鋼材と前記超硬合金とを接合したパンチを徐々に冷却して、余分なロウ材を削って表面を仕上げ、先端部が超硬合金からなるパンチを形成させている。
【００１８】
ここで、このロウ材としては、例えば、銀ロウが用いられている。この銀ロウは、銀、銅、亜鉛を主成分とし、これにカドミウムやニッケル等を添加して作られるロウ材であって、鋼材や超硬合金よりも低い温度で溶融するものである。このような銀ロウを前記鋼材と前記超硬合金との間に挟んで、前記鋼材と前記超硬合金とを加熱することにより両材の間の銀ロウが溶融し、この溶融した銀ロウで前記鋼材と前記超硬合金とを接合して、先端部が超硬合金からなるパンチを形成することができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１９】
【非特許文献１】
パンチ工業株式会社発行，「プレス金型用部品」，１９９４年１０月，初版，ｐ．５１２−５１３
【００２０】
【特許文献１】
特公平２−４３５７９号公報（第１−２頁、第１−２図）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなプレス金型用パンチには次のような問題があった。
非特許文献１に記載のプレス金型用のパンチ５６は、パンチ全体を超硬合金であるタングステンカーバイトで形成させたので、パンチが硬質となり、プレス機からの大きな圧力を受けて、パンチ５６の先端の端面で被加工物６５に穴を明ける際にも、パンチ５６の先端の端面（被加工物６５との接触面）と被加工物６５との接触によってパンチ５６の先端が擦り減ってしまったり、形状が変わってしまうといった事態を回避することができたが、この超硬合金を構成するタングステンカーバイトは非常に高価であるため、このようなタングステンカーバイトを用いてパンチを製造すると、パンチの製造コストが増大してしまうという問題があった。
【００２２】
また、この超硬合金からなるパンチは、非常に硬質であるため加工性が悪く、パンチの内部に穴を明けてタップを設けたタップ付きパンチや、パンチ内部に貫通孔を設けてなるジェクタパンチを超硬合金で製造するのは非常に困難となっており、超硬合金からなるパンチには、形成できる形状に制限があった。
【００２３】
特許文献１に記載のプレス金型用のパンチは、ＳＫＤ等の鋼材とタングステンカーバイト等の超硬合金とをロウ付することで先端部が硬質なパンチを安価で製造することができるようになったが、この超硬合金と鋼材とのロウ付に使用するロウ材は、融点が低いため、ロウ材が溶融する温度に達しても超硬合金や鋼材は溶融せず、ロウ材が超硬合金や鋼材に溶け込まないので、超硬合金及び鋼材とロウ材との接着力が不十分であるという問題があった。従来から、プレス金型を用いて被加工物に穴明け加工をする際には、パンチで被加工物を穴明け加工した後、被加工物に明けた穴からパンチを引き抜いて元の位置に戻す際に、被加工物の穴の側面にパンチが食い付いて、被加工物に明けた穴にパンチが引っ掛ってしまうことがあったが、超硬合金と鋼材とをロウ付したパンチがこのような状態となった場合、パンチの先端部が被加工物に引っ掛った状態でパンチの本体部を引っ張ると、この力によってパンチの先端部と本体部との接合部分のロウ材が剥離してしまったり、ロウ材に亀裂が生じてしまうことがあり、先端部と本体部とをロウ付によって接合したパンチは、耐久性が良くないという問題があった。
【００２４】
本発明の目的は、プレス金型を用いて大量の被加工物をプレス加工する場合でも、耐久性と耐摩耗性に優れ、なおかつ安価なプレス金型用パンチおよびその製造方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のプレス金型用パンチは、その本体を取り付けるための本体部を鋼材で構成し、被加工物の穴明けを行う先端部を超硬合金で構成して、プレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチにおいて、前記パンチの本体部と前記パンチの先端部の端面同士を溶着により接合したものである。
このように構成することにより、請求項１に記載の発明によると、パンチの先端部を構成する超硬合金とパンチの本体部を構成する鋼材とを溶着により接合したので、超硬合金と鋼材との接合箇所に亀裂が生じたり、接合箇所が剥がれてしまうことがなく、プレス金型用パンチの耐久性を向上させることができるようになる。
【００２６】
上記目的を達成するために、請求項２に記載のプレス金型用パンチは、その本体を取り付けるための本体部を鋼材で構成し、被加工物の穴明けを行う先端部を超硬合金で構成して、プレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチにおいて、前記パンチの本体部と前記パンチの先端部の端面同士を溶着性金属からなる中間部を介して溶着により接合したものである。
このように構成することにより、請求項２に記載の発明によると、パンチの先端部を構成する超硬合金とパンチの本体部を構成する鋼材とを溶着性金属からなる中間部を介して接合したので、超硬合金と鋼材とを容易に溶着させることが可能となる。そして、超硬合金と鋼材とを溶着しているので、接合箇所の強度が強く、超硬合金と鋼材との接合箇所に亀裂が生じたり、接合箇所が剥がれてしまうことがなく、プレス金型用パンチの耐久性を向上させることができるようになる。
【００２７】
上記目的を達成するために、請求項３に記載のプレス金型用パンチの製造方法は、その本体を取り付けるための本体部と被加工物の穴明けを行う先端部とから構成されプレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチの製造方法において、超硬合金からなる棒材と鋼材からなる棒材との端面同士を合わせ両材を加圧しながら、前記超硬合金からなる棒材と前記鋼材からなる棒材の両部材を正逆回転させ、前記超硬合金からなる棒材と前記鋼材からなる棒材とを溶着接合して棒材を成形し、該棒材の超硬合金からなる部分が前記パンチの先端部となるように研削加工してなるものである。
このように構成することにより、請求項３に記載の発明によると、超硬合金と鋼材とを加圧しつつ互いに逆方向に回転させて、この両材の接触する面に摩擦熱を発生させてこの熱で両材を溶融させ、この溶融した両材が混ざり合って溶着するので、超硬合金と鋼材との接合箇所の強度が高く、被加工物の加工後に被加工物からパンチを引き抜く際にも、パンチの先端部と本体部とが接合箇所から剥離してしまうことがなく、耐久性に優れたプレス金型用パンチを製造することができる。
【００２８】
上記目的を達成させるために、請求項４に記載のプレス金型用パンチの製造方法は、前記正回転する棒材の回転数は５００〜３５００ｒ．ｐ．ｍで、前記逆回転する棒材の回転数は３５００〜５００ｒ．ｐ．ｍであって、前記正回転する棒材と前記逆回転する棒材との接触する箇所の回転数は４０００ｒ．ｐ．ｍ以上としている。
このように構成することにより、請求項４に記載の発明によると、棒材の端面に摩擦熱を発生させるために必要な回転数が４０００ｒ．ｐ．ｍである場合に、正回転する棒材の回転数を５００〜３５００ｒ．ｐ．ｍの範囲で回転させる。そして、これとは逆回転する棒材の回転数を３５００〜５００ｒ．ｐ．ｍの範囲で回転させて、この両材の接触する面の回転数が４０００ｒ．ｐ．ｍ以上となるようにしている。たとえば、前記正回転する棒材の回転数を１０００ｒ．ｐ．ｍの低速で回転させる場合、これと逆回転する棒材の回転数を３０００ｒ．ｐ．ｍ以上で回転させることで、この両材の接触する面における両材の回転数を４０００ｒ．ｐ．ｍ以上とすることができる。また、前記正回転する棒材の回転数を３０００ｒ．ｐ．ｍの高速で回転させる場合は、これと逆回転する棒材の回転数を１０００ｒ．ｐ．ｍ以上で回転させれば、この両材の接触する面における両材の回転数を４０００ｒ．ｐ．ｍ以上とすることができる。このように、超硬合金と鋼材とに適度な摩擦熱を発生させることができ、この熱によって両材を溶着して接合させることができるようになる。
【００２９】
上記目的を達成させるために、請求項５に記載のプレス金型用パンチの製造方法は、その本体を取り付けるための本体部と被加工物の穴明けを行う先端部とから構成されプレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチの製造方法において、超硬合金からなる棒材と鋼材からなる棒材との端面同士を合わせいずれか一方を加圧しながら、前記超硬合金からなる棒材と前記鋼材からなる棒材のいずれか一方を回転させ他方を固定することによって前記超硬合金からなる棒材と前記鋼材からなる棒材とを溶着接合して棒材を成形し、該棒材の超硬合金からなる部分が前記パンチの先端部となるように研削加工してなるものである。
このように構成することにより、請求項５に記載の発明によると、超硬合金もしくは鋼材のいずれか一方を回転させて、この両材の接触する面に摩擦熱を発生させ、この熱によって溶融した両材が混ざり合って溶着するので、超硬合金と鋼材との接合箇所の強度が高く、被加工物の加工後に被加工物からパンチを引き抜く際にも、パンチの先端部と本体部との接合箇所に亀裂が入ったり、剥離してしまうことがなく、耐久性に優れたプレス金型用パンチを製造することができる。
【００３０】
上記目的を達成させるために、請求項６に記載のプレス金型用パンチの製造方法は、前記超硬合金からなる棒材または前記鋼材からなる棒材のうち回転させる棒材の回転数は、４０００ｒ．ｐ．ｍ以上としている。
このように構成することにより、請求項６に記載の発明によると、棒材の端面に摩擦熱を発生させるために必要な回転数が４０００ｒ．ｐ．ｍである場合に、一方の棒材を固定し、他方の棒材を４０００ｒ．ｐ．ｍ以上で回転させることによって、この両材の接触する面の所望の回転数を満たすことができる。このように、超硬合金と鋼材とに適度な摩擦熱を発生させることができ、両材を溶着させて接合することができるようになる。
【００３１】
上記目的を達成するために、請求項７に記載のプレス金型用パンチの製造方法は、その本体を取り付けるための本体部と被加工物の穴明けを行う先端部とから構成されプレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチの製造方法において、超硬合金からなる棒材と溶着性金属からなる棒材との端面同士を合わせ両材を加圧しながら、前記超硬合金からなる棒材と前記溶着性金属からなる棒材の両部材を正逆回転させ、前記超硬合金からなる棒材と前記溶着性金属からなる棒材とを接合する第一工程と、前記超硬合金からなる棒材と接合した前記溶着性金属からなる棒材を適宜の位置で切断して端部が溶着性金属からなる棒材を成形する第二工程と、前記第二工程で成形した棒材と鋼材からなる棒材との端面同士を合わせ両材を加圧しながら、前記端部が溶着性金属からなる棒材と前記鋼材からなる棒材の両部材を正逆回転させ、前記第二工程で成形した棒材と鋼材からなる棒材とを溶着接合して棒材を成形する第三工程と、前記第三工程で成形した棒材の超硬合金からなる部分が前記パンチの先端部となるように研削加工する第四工程と、を含むものである。
このように構成することにより、請求項７に記載の発明によると、超硬合金と溶着性金属とを互いに逆方向に回転させて摩擦熱を発生させることで、超硬合金に含まれるニッケルやコバルトと前記溶着性金属とが溶着するので、超硬合金と溶着性金属とを少ない回転数で結合させることができる。そして、この溶着性金属と融点の近い鋼材とを互いに逆方向に回転させることで、両材を容易に溶着させることができるので、先端部が超硬合金からなり、耐摩耗性に優れたプレス金型用パンチを容易に製造することができる。また、この溶着性金属は、超硬合金および鋼材とそれぞれ混ざり合って結合するので、結合箇所の結合力が強く、超硬合金と鋼材との接合箇所に力が掛かっても、接合箇所に亀裂が生じたり、剥離したりすることがなく、耐久性に優れたプレス金型用パンチを効率よく、かつ容易に製造することができる。
【００３２】
上記目的を達成させるために、請求項８に記載のプレス金型用パンチの製造方法は、その本体を取り付けるための本体部と被加工物の穴明けを行う先端部とから構成されプレス金型に挿着して被加工物の穴明け加工を行うパンチの製造方法において、超硬合金からなる棒材と溶着性金属からなる棒材との端面同士を合わせいずれか一方を加圧しながら、前記超硬合金からなる棒材と前記溶着性金属からなる棒材のいずれか一方を回転させ他方を固定することによって前記超硬合金からなる棒材と前記溶着性金属からなる棒材とを溶着接合する第一工程と、前記超硬合金からなる棒材と接合した前記溶着性金属からなる棒材を適宜の位置で切断して端部が溶着性金属からなる棒材を成形する第二工程と、前記第二工程で成形した棒材と鋼材からなる棒材との端面同士を合わせいずれか一方を加圧しながら、前記端部が溶着性金属からなる棒材と前記鋼材からなる棒材のいずれか一方を回転させ他方を固定することによって前記第二工程で成形した棒材と鋼材からなる棒材とを溶着接合して棒材を成形する第三工程と、前記第三工程で成形した棒材の超硬合金からなる部分が前記パンチの先端部となるように棒材を研削加工する第四工程と、を含むものである。
このように構成することにより、請求項８に記載の発明によると、超硬合金と溶着性金属とのいずれか一方を回転させて両材の接触箇所に摩擦熱を発生させることで、超硬合金に含まれるニッケルやコバルトと前記溶着性金属とが溶着するので、超硬合金と溶着性金属とを少ない回転数で結合させることができる。そして、この溶着性金属と鋼材とのいずれか一方を回転させることによって、溶着性金属と鋼材の両材の端面に摩擦熱が生じ、この溶着性金属と融点の近い鋼材とを容易に溶着させることができ、先端部が超硬合金からなり、耐摩耗性に優れたプレス金型用パンチを容易に製造することができる。また、この溶着性金属は、超硬合金および鋼材とそれぞれ混ざり合って結合するので、結合箇所の結合力が強く、超硬合金と鋼材との接合箇所に力が掛かっても、接合箇所に亀裂が生じたり、剥離したりすることがなく、耐久性に優れたプレス金型用パンチを効率よく、かつ容易に製造することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るプレス金型に用いるパンチの第１の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１には、本発明に係るプレス金型用パンチの第１の実施の形態が示されている。
【００３４】
図１は、本発明に係るプレス金型用パンチを示す斜視図である。本実施の形態においては、穴抜き型のプレス金型に使用する先端が丸型のパンチを例に挙げて説明する。このパンチは、プレス金型に挿着して使用するものであって、このプレス金型は、前述したプレス金型と同様の構成となるため本実施の形態においては省略する。
【００３５】
図において、１０は、本発明に係るパンチであって、プレス金型にその本体を取り付けるための本体部と被加工物に穴明けを行うための先端部を有するものである。このパンチ１０は、鍔部１１とシャンク部１２とを有し、通常、鍔部１１の外径が５ｍｍ〜３０ｍｍ、シャンク部１２の外径が３ｍｍ〜２５ｍｍ程度であって、全長は４０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の大きさに形成されている。また、このパンチ１０は、先端部１３が超硬合金で形成されていて、本体部１４は鋼材で形成されていて、この超硬合金と鋼材とが溶着によって接合した状態となっている。また、本実施の形態において、この先端部１３にはＲ部分が形成されていて、本体部１４よりも外径が小さく加工されている。
【００３６】
ここで、図において、先端部１３と本体部１４の各接合箇所には仮想線が描かれているが、これは、本実施の形態の説明において、先端部１３と本体部１４とを説明するために便宜上描かれたものである。
【００３７】
本実施の形態において、パンチ１０の先端部１３を構成する超硬合金としては、タングステンカーバイトが使用されている。このタングステンカーバイトは、粉末状のものを焼き固めて形成されていて、硬度が約１５００ＨＶ（９０〜９２ＨＲＡ）程度となっている。また、この先端部１３の長さは、パンチ１０の先端部１３の太さや、使用用途などに合わせて、パンチ１０の全長に対して任意の長さに形成させることが可能となっていて、このパンチ１０の先端部１３の外径が特に細いものでない場合は、パンチ１０の全長に対して１割程度の長さとし、特に先端部１３の外径が細い構造のパンチにおいては、後述する回転圧接においても先端部１３と本体部１４とを接合し易くし、先端部１３の強度を保持させるために、図に示すように、先端部１３を長く形成させることができる。
【００３８】
本実施の形態における本体部１４を形成する素材としては、「ＳＫＤ１１」、「ＳＫＨ５１」等を用いることができる。
「ＳＫＤ１１」は、ＪＩＳ規格で定められており、Ｇ４４０４には、その組成が「Ｃ」１．４０〜１．６０％、「Ｓｉ」０．４０％以下、「Ｍｎ」０．６０％以下、「Ｐ」０．０３０％以下、「Ｓ」０．０３０％以下、「Ｃｒ」１１．００〜１３．００％、「Ｍｏ」０．８０〜１．２０％、「Ｖ」０．２０〜０．５０％であるとされている。そして、この「ＳＫＤ１１」の焼入れ焼戻しの熱処理後の硬度は、約６０ＨＲＣ〜６３ＨＲＣ（８１．２〜８２．８ＨＲＡ）程度と定められている。
【００３９】
「ＳＫＨ５１」は、ＪＩＳ規格で定められており、Ｇ４４０３には、その組成が「Ｃ」０．８０〜０．８８％、「Ｓｉ」０．４５％以下、「Ｍｎ」０．４０％以下、「Ｐ」０．０３０％以下、「Ｓ」０．０３０％以下、「Ｃｒ」３．８０〜４．５０％、「Ｍｏ」４．７０〜５．２０％、「Ｗ」５．９０〜６．７０％、「Ｖ」１．７０〜２．１０％であるとされている。そして、この「ＳＫＨ５１」の焼入れ焼戻しの熱処理をした後の硬度は、約５９〜６１ＨＲＣ（８０．７〜８１．８ＨＲＡ）程度と定められている。
【００４０】
このように、パンチ１０の先端部１３をタングステンカーバイトからなる超硬合金で構成して、本体部１４を前記ＳＫＤやＳＫＨの焼き入れ材などの鋼材で構成し、この超硬合金と鋼材とを溶着により接合することによって、先端の硬質なパンチを形成させることができ、大量の被加工物をプレス金型で穴明けする場合や、硬質な被加工物を穴明けする場合でも、パンチ１０の擦り減りを低減させることができる。
【００４１】
以下、本発明に係るプレス金型用パンチの第２の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００４２】
図２には、本発明に係るプレス金型用パンチの第２の実施の形態が示されている。
図２は、本発明に係るプレス金型用パンチを示す斜視図である。本実施の形態においては、本発明の第１の実施の形態と同様に、穴抜き型のプレス金型に使用する先端が丸型のパンチについて説明する。このパンチは、プレス金型に挿着して被加工物の穴明けに使用するものである。このプレス金型は、前述したものと同様の構成となるため本実施の形態においては省略する。本実施の形態に係るプレス金型用パンチが図１に示す本発明の第１の実施の形態のプレス金型用パンチと異なる点は、本実施の形態におけるプレス金型用パンチには、溶着性金属からなる中間部が設けられていて、パンチの本体部と先端部とが該中間部を介して溶着によって接合した状態となっている点である。また、本実施の形態におけるパンチは、図１に示す本発明の第１の実施の形態よりも先端部が短い構成となっている。
【００４３】
図において、１６は、本発明に係るパンチであって、プレス金型にその本体を取り付けるための本体部と被加工物に穴明けを行うための先端部を有するものである。このパンチ１６は、鍔部１７とシャンク部１８を有する構造となっている。このパンチ１６の外径の大きさや全長は、図１に示す本発明の第１の実施の形態におけるプレス金型用パンチと同様の大きさとなっているので省略する。このパンチ１６は、図に示すように、超硬合金で形成された先端部１９と溶着性金属で形成された中間部２０とが溶着していて、さらにこの溶着性金属からなる中間部２０と鋼材からなる本体部２１とが溶着した状態となっている。ここで、このパンチ１６にはＲ部分が設けられて先細になっており、先端部１９の外径は前記シャンク部１８の外径よりも細く形成されている。
【００４４】
なお、図において、先端部１９と中間部２０、中間部２０と本体部２１の各接合箇所には仮想線が描かれているが、これは、本実施の形態の説明において、先端部１９と中間部２０と本体部２１とを説明するために便宜上描かれたものである。
【００４５】
本実施の形態において、先端部１９を構成する超硬合金としては、タングステンカーバイトが使用されている。このタングステンカーバイトは、粉末状のものを焼き固めて形成されていて、硬度が約１５００ＨＶ（９０〜９２ＨＲＡ）程度となっている。また、この先端部１９の長さは、使用用途などに合わせて、パンチ１６の全長に対して任意の長さに形成させることが可能となっている。このパンチ１０の先端部１９の外径が特に細いものでない場合は、パンチ１６の全長に対して１割程度の長さとし、特に先端部１９の外径が細い構造のパンチにおいては、後述する回転圧接において先端部１９と本体部２１とを接合し易くし、先端部１９の強度を保持させるために、図に示すように、先端部１９を長く形成させることができる。
【００４６】
本実施の形態において、中間部２０は、溶着性金属で構成されている。溶着性金属は、摩擦などによる熱で表面が溶融し、溶融した表面を押圧することによって他の金属と接着することが可能な金属である。この溶着性金属としては、例えば、ニッケルやコバルトを主とする合金を挙げることができる。この溶着性金属からなる中間部２０は、一端が超硬合金と接合しており、他端が鋼材と接合した状態となっている。この溶着性金属からなる中間部２０と超硬合金とは、両材の接触面に摩擦などで熱を発生させ、この熱で超硬合金の一部の成分と溶着性金属とを溶融させて、この溶融した両材を混ぜ合わせて接合している。また、中間部２０と鋼材との接合も同様に、中間部２０と鋼材とを熱により溶融させて、溶融した両材を混ぜ合わせて接合している。このように、溶着性金属からなる中間部２０と超硬合金と鋼材とをそれぞれ溶着して接合することにより、超硬合金と鋼材とを溶着性金属を介して接合することができるようになっている。
【００４７】
また、この中間部２０の長さは、パンチ１６の全長に対して任意の長さに形成させることが可能だが、パンチ１６の強度を考慮して、通常、１〜２ｍｍ程度となっている。
【００４８】
また、本実施の形態における本体部２１を形成する鋼材としては、「ＳＫＤ１１」、「ＳＫＨ５１」等の焼入れ材を用いることができる。本実施の形態において、本体部２１を形成するこれらの「ＳＫＤ１１」、「ＳＫＨ５１」の規格は、前記本発明に係るプレス金型用パンチの第１の実施の形態で用いたものと同様であるので省略する。
【００４９】
このように、パンチ１６の先端部１９をタングステンカーバイトからなる超硬合金で形成して、中間部２０を溶着性金属で構成し、本体部２１を鋼材で形成することによって、超硬合金からなる先端部１９と鋼材からなる本体部２１とを溶着性金属を介して容易に溶着させることができるようになっている。また、このパンチ１６は、超硬合金と溶着性金属とを溶着して接合し、溶着性金属と鋼材とを溶着して接合しているので、接合箇所の強度が高く、単に超硬合金と鋼材とをロウ材を介してロウ付したものよりも耐久性に優れたパンチを形成することが可能となっている。
【００５０】
以下、本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。
図３〜図５には、本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法の第１の実施の形態が示されている。本実施の形態においては、特に、ショルダーパンチを回転圧接によって製造する方法を説明する。
【００５１】
図３には、本実施の形態に係るプレス金型用パンチの製造方法における一実施の形態が示されている。
図において、２５は鋼材であって、本実施の形態においては「ＳＫＤ１１」（ＪＩＳ  Ｇ４４０４）が用いられている。そして、この鋼材２５は丸棒状に形成されている。
【００５２】
また、２６は、図１における先端部１３を構成する超硬合金材であって、この超硬合金材２６は、硬度１５００ＨＶ（９０〜９２ＨＲＡ）程度の丸棒状のタングステンカーバイトで形成されていて、本実施の形態においては前記鋼材２５と同一の軸径の丸棒状となるように形成されている。
【００５３】
そして、このような鋼材２５と超硬合金材２６とを回転圧接機２７にセットして、接合作業を行う。
【００５４】
図３において、この回転圧接機２７は、ベース２８上をスライド可能な２台のスライド台２９，３０を有していて、このスライド台２９，３０が平行に配置された構造となっている。このスライド台２９には、超硬合金材２６を把持することのできる把持部３１が設けられていて、スライド台３０には、鋼材２５を把持することのできる把持部３２が設けられている。この把持部３１，３２は、前記超硬合金材２６と前記鋼材２５とをそれぞれ把持した際に、芯出しされた状態となるように設置されている。
【００５５】
図３において、このスライド台２９の把持部３１は、超硬合金材２６を把持した状態で回転可能となっている。そして、この把持部３１は、前記スライド台２９の内部において、前記スライド台２９に隣接して設けられたモータ３３と接続されている。このモータ３３は、前記スライド台２９の内部において前記把持部３１と接続されていて、前記把持部３１に超硬合金材２６を把持させた状態で、前記把持部３１を矢印Ｘ方向に回転させることができるようになっている。
【００５６】
一方、スライド台３０の把持部３２は、鋼材２５を把持した状態で回転可能となっている。そして、この把持部３２は、前記スライド台３０の内部において、前記スライド台３０に隣接して設けられたモータ３４と接続されている。このモータ３４は、前記スライド台３０の内部において、前記把持部３２と接続されていて、前記把持部３２に鋼材２５を把持させた状態で、前記把持部３２を前記スライド台２９における把持部３１の回転方向とは逆方向の矢印Ｙ方向に回転させることができるようになっている。
【００５７】
このように、スライド台２９の把持部３１に把持された超硬合金材２６の回転方向Ｘと、これと向かい合うスライド台３０の把持部３２に把持された鋼材２５の回転方向Ｙとを逆方向に回転させるようになっている。本実施の形態においては、この超硬合金材２６と鋼材２５とが同じ回転数で回転している状態となっている。そして、超硬合金材２６と鋼材２５とがそれぞれ互いに逆方向に回転している状態で、前記スライド台２９を矢印Ａ方向にスライドさせ、前記スライド台３０を矢印Ｂ方向にスライドさせて、超硬合金材２６と鋼材２５との距離を近づけていく。
【００５８】
続いて、図４に示すように、この超硬合金材２６と鋼材２５とを互いに逆方向に、かつ同じ回転数で回転させた状態を保持したまま、前記スライド台２９，３０の距離を近づけていき、超硬合金材２６と鋼材２５との端面同士が接触する位置で前記スライド台２９，３０のスライドを停止させる。このとき、前記超硬合金材２６と前記鋼材２５とには、両材の接触端面方向に向かって一定の推力がかけられている。本実施の形態において、この推力は１２００ｋｇとなっている。すると、この鋼材２５と超硬合金材２６とに、互いに逆方向に回転した状態で端面同士を加圧しながら接触させることにより摩擦が生じて両材の端面に摩擦熱が発生する。本実施の形態において、この互いに逆回転する両材の回転数は、４０００ｒ．ｐ．ｍ以上となっている。すなわち、鋼材２５と超硬合金材２６とは、それぞれ２０００ｒ．ｐ．ｍで回転している状態となっている。
【００５９】
そして、前記鋼材２５と前記超硬合金材２６のそれぞれの端部が融点温度近傍にまで上昇して、前記鋼材２５および前記超硬合金材２６が溶融し始めた後に、前記モータ３３，３４の回転を急停止させる。すると、このモータ３３，３４によって互いに逆方向に回転していた超硬合金材２６と鋼材２５のそれぞれの回転が急停止する。そして、この回転を急停止させた直後に、超硬合金材２６と鋼材２５との端面同士の接合する箇所にさらに推力をかける。本実施の形態においては、このときの超硬合金材２６と鋼材２５との接合箇所に掛かる推力は１３００ｋｇとなっている。このように、摩擦による熱で端面が溶融した超硬合金材２６と鋼材２５とを合わせて推力をかけると、溶融した超硬合金材２６と鋼材２５とが混ざり合って溶着するようになっている。
【００６０】
しかる後、図５に示すように、前記スライド台２９，３０の両方（または一方）を、外側方向にスライドさせて、接合して形成された丸棒状の棒材１５を取り出し、回転圧接の工程が終了する。
【００６１】
このように、回転圧接機２７で形成された棒材１５は、図６に示すように、形成された棒材１５を任意の外径に一括して研削するなどの加工をして、鍔部やシャンク部を形成させることで、超硬合金と鋼材とを溶着したパンチ１０を形成させることができる。
【００６２】
ここで、この棒材１５は、先端部が超硬合金で構成され、先端部以外の部分が鋼材からなっているので、既存の鋼材からなるパンチと同様に、この棒材１５に鍔部やシャンク部を形成させることができ、図に示すようなパンチ１０の形状に加工することができるようになっている。また、このパンチ１０の超硬合金からなる先端部にＲ部分を設けたり、先端部の外径を小さくする際には、ダイヤモンドホイール等を用いて先端部を研削加工して、任意の大きさのＲ部分を設けることができる。以上のような製造方法で、本発明に係るプレス金型用パンチを製造することができるようになっている。
【００６３】
また、本発明のプレス金型用パンチの製造方法における回転圧接の他の方法としては、回転圧接機を用いて鋼材と超硬合金材をそれぞれ回転させて圧接させる工程において、鋼材と超硬合金材のいずれか一方を高速回転させて、他方をこれとは逆方向に低速回転させる方法がある。ここで、この方法における回転圧接機は、前記本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法の第１の実施の形態と同様に、図３ないし図５に記載のものを使用することができる。
【００６４】
これは、たとえば、鋼材２５と超硬合金材２６とを接触させ、摩擦熱を発生させるために必要な回転数が４０００ｒ．ｐ．ｍである場合、鋼材２５を５００〜３５００ｒ．ｐ．ｍの範囲内で回転させる。そして、これとは逆方向に超硬合金材２６を３５００〜５００ｒ．ｐ．ｍの範囲内で回転させて、この両材の接触する面における鋼材２５と超硬合金材２６との回転数が４０００ｒ．ｐ．ｍ以上となるようにするものである。たとえば鋼材２５を３０００ｒ．ｐ．ｍの高速で回転させる場合は、これと接触する超硬合金材２６を１０００ｒ．ｐ．ｍ以上で回転させて、この鋼材２５と超硬合金材２６との接触する面における両材の回転数を４０００ｒ．ｐ．ｍ以上とすることができる。また、鋼材２５を１０００ｒ．ｐ．ｍの低速で回転させる場合は、これと接触する超硬合金材２６を３０００ｒ．ｐ．ｍ以上で回転させれば、この鋼材２５と超硬合金材２６との接触する面の回転数を４０００ｒ．ｐ．ｍとすることができる。このように、鋼材２５または超硬合金材２６の一方を高速回転させて、他方を低速回転させて、両材の接触する面を所望の回転数である４０００ｒ．ｐ．ｍ以上とすることで、両材の接触する面に所望の摩擦熱を発生させることができる。
【００６５】
また、このとき、前記鋼材２５と前記超硬合金材２６とには、両材の接触端面方向に向かって一定の推力がかけられている。本実施の形態において、この推力は１２００ｋｇとなっている。そして、この鋼材２５と超硬合金材２６とを加圧しながら互いに逆方向に回転させることで、両材の端面に摩擦が生じ、摩擦熱を発生させることができるようになっている。
【００６６】
そして、前記鋼材２５と超硬合金材２６との接触面の摩擦熱が融点温度近傍にまで上昇して、前記鋼材２５および前記超硬合金材２６が溶融し始めた後に、これら両材を回転させているモータ３３，３４の回転を急停止させる。そして、これらの両材の回転を停止させた後に、鋼材２５と超硬合金材２６との端面同士の接合する箇所にさらに推力をかける。本実施の形態においては、このときの鋼材２５と超硬合金材２６との接合箇所に係る推力は１３００ｋｇとなっていて、端面が溶融した鋼材２５と超硬合金材２６とに推力をかけることで、溶融した鋼材２５と超硬合金材２６との両材が混ざり合い、両材を接合することができるようになっている。
【００６７】
なお、本実施の形態においては、鋼材２５を高速回転させて、超硬合金材２６をこれとは逆方向に低速回転させた例を挙げたが、これに限るものではなく、鋼材２５を低速回転させて、超硬合金材２６を高速回転させても本実施の形態と同様の効果を得ることができるものとする。
【００６８】
さらに、本発明のプレス金型用パンチの製造方法における回転圧接の他の方法としては、回転圧接機を用いて鋼材２５と超硬合金材２６とを圧接させる工程において、該回転圧接機にセットされた鋼材２５もしくは超硬合金材２６のいずれか一方だけを回転させる方法がある。
【００６９】
これは、回転圧接機の各把持部に鋼材２５および超硬合金材２６をセットして、この鋼材２５と超硬合金材２６とのどちらか一方の部材だけを回転させ、他方の部材は固定した状態で所望の摩擦熱を発生させて圧接加工するものである。ここで、この方法における回転圧接機は、前記本発明の第１の実施の形態と同様に、図３ないし図５に記載のものを使用することができる。
【００７０】
本実施の形態において、鋼材２５と超硬合金材２６との接触面に摩擦熱を発生させるための所望の回転数がたとえば４０００ｒ．ｐ．ｍ以上であった場合、いずれか一方の部材を４０００ｒ．ｐ．ｍで回転させ、他方の部材を固定することによって、この鋼材２５と超硬合金材２６との接触面に摩擦熱を発生させることができるようになっている。
【００７１】
たとえば、超硬合金材２６を回転させ、鋼材２５を固定するとすれば、把持部３１で把持された超硬合金材２６をモータ３３の動力によって４０００ｒ．ｐ．ｍで回転させる。そして、この回転する超硬合金材２６の端面と、把持部３２に把持され、固定した状態の鋼材２５の端面のいずれか一方を加圧しながら超硬合金材２６の端面と鋼材２５の端面とを接触させることによって、両材の端面に摩擦熱が生じるようになっている。そして、超硬合金材２６を４０００ｒ．ｐ．ｍで回転させ続けて、この超硬合金材２６と鋼材２５との摩擦熱を融点温度近傍にまで上昇させる。そして、両材が溶融し始めた後に、前記超硬合金材２６の回転を急停止させる。さらに、この回転を停止させた直後に、鋼材２５と超硬合金材２６との端面同士の接合する箇所にさらに推力をかける。すると、溶融した鋼材２５と超硬合金材２６とが混ざり合って、前記鋼材２５と前記超硬合金材２６とを接合することができるようになっている。
【００７２】
以下、本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法の第２の実施の形態について図面を用いて説明する。
図７には、本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法の第２の実施の形態が示されている。
【００７３】
図７（Ａ）において、３５は、図２における先端部１９を構成する超硬合金材であって、この超硬合金材３５は、硬度１５００ＨＶ（９０〜９２ＨＲＡ）程度の丸棒状のタングステンカーバイトで形成されている。また、３６は、中間金属であって、後に図２における中間部２０を構成する部分となるものである。この中間金属３６は、溶着性金属で形成されている。本実施の形態において、この中間金属３６を形成する溶着性金属としては、ニッケルを主とする合金が用いられている。また、この中間金属３６は、丸棒状に形成されていて、前記超硬合金材３５と同一の軸径となっている。そして、この超硬合金材３５と中間金属３６との端面同士を近づけていき、接合する。
【００７４】
このような超硬合金材３５と中間金属３６の接合は、前記本発明の第１の実施の形態で用いた図３〜図５に示す回転圧接機を使用することができる。
【００７５】
図３において、この回転圧接機２７は、スライド台２９の把持部３１で超硬合金材３５を把持し、該超硬合金材３５を回転方向Ｘに回転させ、これと向かい合うスライド台３０の把持部３２で中間金属３６を把持し、該中間金属３６を前記超硬合金材３５の回転方向Ｘとは逆方向の回転方向Ｙに回転させるようになっている。本実施の形態においては、この超硬合金材３５と中間金属３６とが同じ回転数で回転している状態となっている。そして、超硬合金材３５と中間金属３６とがそれぞれ互いに逆方向に回転している状態で、前記スライド台２９を矢印Ａ方向にスライドさせ、前記スライド台３０を矢印Ｂ方向にスライドさせて、超硬合金材３５と中間金属３６との距離を近づけていく。
【００７６】
そして、図４に示すように、この超硬合金材３５と中間金属３６とを互いに逆方向に、かつ同じ回転数で回転させた状態を保持したまま、前記スライド台２９，３０の距離を近づけていき、超硬合金材３５と中間金属３６との端面同士が接触する位置で前記スライド台２９，３０のスライドを停止させる。このとき、前記超硬合金材３５と前記中間金属３６とには、両材の接触端面方向に向かって一定の推力がかけられている。すると、この超硬合金材３５と中間金属３６とは、互いに逆方向に回転した状態で端面同士を加圧しながら接触させることにより摩擦が生じて両材の端面に摩擦熱が発生する。
【００７７】
そして、前記超硬合金材３５と中間金属３６とのそれぞれの端部の摩擦熱が１５００℃程度にまで上昇して、前記中間金属３６が溶融し始めた後に、前記モータ３３，３４の回転を急停止させる。すると、このモータ３３，３４によって互いに逆方向に回転していた超硬合金材３５と中間金属３６のそれぞれの回転が急停止する。そして、この回転を停止させた直後に、前記超硬合金材３５と前記中間金属３６との端面同士の接合する箇所にさらに推力をかけて圧接する。
【００７８】
ここで、超硬合金材３５の溶融温度は、中間金属３６の溶融温度よりも高い温度となっているので、中間金属３６が溶融温度に達しても超硬合金材３５は溶融温度に達しない。しかし、この超硬合金材３５は、粉末状のタングステンカーバイトの結合材としてニッケルを含有しているので、超硬合金材３５と中間金属３６とを回転圧接させることで、この超硬合金材３５に含まれるニッケルと、ニッケルを主とする合金からなる中間金属３６とが溶融温度に達して溶融し、この溶融した両材が混ざり合って溶着するので、前記超硬合金材３５と前記中間金属３６とを接合できるようになっている。
【００７９】
このように前記超硬合金材３５と前記中間金属３６とを回転圧接させることで、図７（Ｂ）に示すような超硬合金材３５と中間金属３６とが接合された１本の棒材４５が形成される。そして、この棒材４５の中間金属３６を図におけるＣ−Ｃ’の位置で切断する。ここで、中間金属３６を切断する位置は、棒材４５の端部に中間金属３６が１〜２ｍｍ残る位置となっている。
【００８０】
続いて、このように形成された棒材４５に鋼材４６を接合する。この鋼材４６は前記棒材４５と同一の軸径の丸棒状となるように形成された鋼材であって、本実施の形態においては、「ＳＫＤ１１」（ＪＩＳ  Ｇ４４０４）が用いられている。そして、図７（Ｃ）に示すように、棒材４５と鋼材４６との接合は、端部に中間金属３６が接合された棒材４５と鋼材４６との端部同士を近づけていき圧接する。
【００８１】
このような棒材４５と鋼材４６との接合作業には、図３〜図５に示す前記回転圧接機２７を使用して、前記超硬合金材３５と前記中間金属３６との接合と同様に、前記棒材４５と前記鋼材４６とを回転圧接機２７にセットする。そして、図７（Ｄ）に示すように、棒材４５を回転方向Ｘに回転させ、鋼材４６を回転方向Ｙに回転させながら、前記棒材４５の端部の中間金属３６と前記鋼材４６との端部とを推力をかけた状態で接触させる。すると、この棒材４５と鋼材４６とは、互いに逆方向に回転した状態で端面同士が接触した状態となり、両材の端面に摩擦により熱が発生する。
【００８２】
ここで、前記鋼材４６を形成する「ＳＫＤ１１」の融点は、約１５００℃程度となっていて、ニッケルを主とする合金である前記中間金属３６の融点とほぼ同様となっている。すなわち、上記のように棒材４５の中間金属３６の部分と、「ＳＫＤ１１」からなる鋼材４６との端面同士を加圧しながら互いに逆方向に回転させることで発生する摩擦熱によって、この両材はほぼ同一の温度で溶融する。
【００８３】
そして、前記棒材４５と前記鋼材４６とのそれぞれの端部の摩擦熱が１５００℃程度にまで上昇して、前記棒材４５および前記鋼材４６が溶融し始めた後に、前記モータ３３，３４（図３〜図５参照）によって互いに逆回転していた棒材４５と鋼材４６のそれぞれの回転を急停止させる。そして、この回転を急停止させた直後に、棒材４５と鋼材４６との端面同士の接合する箇所にさらに推力をかける。このようにして、溶融した棒材４５と鋼材４６の両材の端面が混ざり合って溶着し、棒材４５と鋼材４６とを接合させることが可能となっている。
【００８４】
しかる後、図５に示すように、前記スライド台２９，３０の両方（または一方）を、外側方向にスライドさせて、図７（Ｅ）に示すような棒材４５と鋼材４６とが中間金属３６で接合された棒材４７を取出して、回転圧接の工程が終了する。
【００８５】
そして、回転圧接機２７で形成された棒材４７は、図６に示すように、形成された棒材４７を任意の外径に一括して研削するなどの加工をして、鍔部やシャンク部を形成させることで、パンチ１６を形成させることができる。
【００８６】
ここで、この棒材４７は、先端部が超硬合金、本体部が鋼材からなっており、この超硬合金と鋼材とを溶着性金属を介して接合しているので、鋼材からなる既存のパンチと同様に、この棒材１５に鍔部やシャンク部を形成させることができ、図に示すようなパンチ１６の形状に加工することができるようになっている。また、このパンチ１６の超硬合金からなる先端部にＲ部分を設けたり、先端部の外径を小さくする際には、ダイヤモンドホイール等を用いて先端部を研削加工して、任意の大きさのＲ部分を設けることができる。以上のような製造方法で、本発明に係るプレス金型用パンチを製造することができるようになっている。
【００８７】
また、本発明のプレス金型用パンチの製造方法における回転圧接の他の方法としては、回転圧接機を用いて棒材と鋼材を加圧しながらそれぞれ回転させて圧接させる工程において、棒材と鋼材のいずれか一方を高速回転させ、他方をこれとは逆方向に低速回転させる方法がある。ここで、この方法における回転圧接機は、前記本発明の第１の実施の形態と同様に、図３ないし図５に記載のものを使用することができる。
【００８８】
これは、たとえば、棒材４５と鋼材４６とを接触させ、摩擦熱を発生させるために必要な回転数が４０００ｒ．ｐ．ｍである場合、棒材４５を５００〜３５００ｒ．ｐ．ｍの範囲内で回転させる。そして、これとは逆方向に鋼材４６を３５００〜５００ｒ．ｐ．ｍの範囲内で回転させて、この両材の接触する面の回転数が４０００ｒ．ｐ．ｍ以上となるようにするものである。たとえば、棒材４５を３０００ｒ．ｐ．ｍの高速で回転させる場合、これと接触する鋼材４６を１０００ｒ．ｐ．ｍ以上で回転させて、この棒材４５と鋼材４６との接触する面における両材の回転数を４０００ｒ．ｐ．ｍ以上とすることができる。また、棒材４５を１０００ｒ．ｐ．ｍの低速で回転させる場合は、これと接触する鋼材４６を３０００ｒ．ｐ．ｍ以上で回転させれば、この棒材４５と鋼材４６との接触する面の回転数を４０００ｒ．ｐ．ｍ以上とすることができる。このように、鋼材４５または超硬合金材４６のいずれか一方を高速回転させて、他方を低速回転させて、両材の接触する面を所望の回転数である４０００ｒ．ｐ．ｍ以上とすることで、両材の接触する面に所望の摩擦熱を発生させることができる。
【００８９】
そして、前記棒材４５と前記鋼材４６との接触面の摩擦熱が１５００℃程度にまで上昇して、前記棒材４５および前記鋼材４６の各端部が溶融し始めた後に、これら両材を回転させているモータ３３，３４の回転を急停止させる。そして、これらの両材の回転を停止させた後に、前記棒材４５と前記鋼材４６との端面同士の接合する箇所にさらに推力をかける。このように、端面同士が溶融した状態で推力をかけると、溶融した前記棒材４５と前記鋼材４６の両材が混ざり合って溶着し、前記棒材４５と前記鋼材４６とを接合することができるようになっている。
【００９０】
さらに、本発明のプレス金型用パンチの製造方法の回転圧接の他の方法としては、回転圧接機を用いて棒材４５と鋼材４６とを圧接させる工程において、該回転圧接機にセットされた棒材４５もしくは鋼材４６のいずれか一方を回転させ、他方を固定する方法がある。
【００９１】
これは、回転圧接機の各把持部に棒材４５および鋼材４６をセットして、この棒材４５と鋼材４６とのどちらか一方を回転させ、他方を固定して所望の摩擦熱を発生させて圧接加工するものである。ここで、この方法における回転圧接機は、前記本発明の第１の実施の形態と同様に、図３ないし図５に記載のものを使用することができる。
【００９２】
本実施の形態において、棒材４５と鋼材４６との接触面に摩擦熱を発生させるための所望の回転数がたとえば４０００ｒ．ｐ．ｍであった場合、棒材４５または鋼材４６のいずれか一方を４０００ｒ．ｐ．ｍで回転させ、他方を固定することによって、この棒材４５と鋼材４６との接触面に摩擦熱を発生させることができるようになっている。
【００９３】
たとえば、棒材４５を回転させ、鋼材４６を固定するとすれば、把持部３１で把持された棒材４５をモータ３３の動力によって４０００ｒ．ｐ．ｍで回転させる。そして、この回転する棒材４５の端面と、把持部３２に把持されていて、固定した状態の鋼材４６の端面とのいずれか一方を加圧しながら棒材４５の端面と鋼材４６の端面とを接触させることによって、両材の端面に摩擦熱が生じるようになっている。そして、棒材４５を４０００ｒ．ｐ．ｍで回転させ続けて、この棒材４５と鋼材４６との摩擦熱を１５００℃程度にまで上昇させる。そして、前記棒材４５および前記鋼材４６の端部が溶融し始めた後に、前記棒材４５の回転を急停止させる。さらに、この回転を停止させた直後に、棒材４５と鋼材４６との端面同士の接合する箇所にさらに推力をかける。このように、端面同士が溶融した状態で推力をかけると、溶融した前記棒材４５と前記鋼材４６の両材が混ざり合って溶着し、前記棒材４５と前記鋼材４６とを接合することができるようになっている。
【００９４】
このように、本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法の第２の実施の形態によると、本体部を形成する鋼材と先端部を形成する超硬合金との間に溶着性金属を挟んだ構成としたので、前記溶着性金属が前記超硬合金と接合しやすく、かつ前記鋼材とも低温で接合するので、回転圧接に要する時間を短縮することができるようになり、容易にプレス金型用パンチを製造することができるようになっている。
【００９５】
なお、本実施の形態におけるプレス金型用パンチおよびその製造方法は、特にショルダーパンチにおいて説明したが、これに限るものではなく、プレス金型に使用する他のパンチについても同様に構成することが可能であって、本発明と同様の製造方法で製造することができる。
【００９６】
また、本発明のパンチは、本体部を鋼材で構成し、先端部を超硬合金で構成したので、本体部の内部を既存の鋼材からなるパンチと同様に加工することができ、超硬合金だけで形成された従来のパンチでは形成が困難であったタップ付きパンチやジェクタパンチを形成させることができる。
【００９７】
なお、本実施の形態において、パンチの本体部を形成する鋼材としては、特に「ＳＫＤ１１」を例に挙げて説明したが、既存の「ＳＫＨ５１」等を使用しても本実施の形態と同様の製造方法でパンチを製造できるものとする。
【００９８】
また、本実施の形態においては、溶着性金属としてニッケルを主とする合金を例に挙げたが、これに限るものではなく、超硬合金に含まれるコバルトを主とする合金等を用いても本実施の形態と同様の効果を得られるものとする。
【００９９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【０１００】
請求項１に記載の発明によれば、プレス金型を用いて被加工物の穴明けをするにあたって、被加工物の一部と接触しうるパンチの先端部を超硬合金とし、パンチの本体部を鋼材で構成して、パンチの先端部とパンチの本体部とを溶着によって接合したので、パンチの先端部と本体部との接合箇所の強度が高く、パンチに掛かる圧力に対する耐久性に優れ、パンチの先端部と本体部との接合箇所に亀裂が生じたり、剥離してしまうことがないプレス金型用パンチを得ることができる。また、パンチの本体部が鋼材からなるので、本体部の内部に穴を明ける等の加工をすることが可能となり、従来、超硬合金だけを材料としたものでは形成することの困難だったタップ付きパンチやジェクタパンチを容易に形成させることができるようになる。
【０１０１】
請求項２に記載の発明によれば、プレス金型を用いて被加工物の穴明けをするにあたって、被加工物の一部と接触しうるプレス金型用パンチの先端部を超硬合金とし、パンチの本体部を鋼材で構成して、パンチの先端部とパンチの本体部とを溶着性金属からなる中間部を介して溶着したので、超硬合金と鋼材とを容易に接合させることが可能で、なおかつ接合箇所の強度が高く、パンチに掛かる圧力に対する耐久性に優れ、パンチの先端部と本体部との接合箇所に亀裂が生じたり、剥離してしまうことがないプレス金型用パンチを得ることができる。
【０１０２】
請求項３に記載の発明によれば、超硬合金と鋼材とを加圧しながら回転させて、この両材の接触する面に摩擦熱を発生させ、この熱によって両材が混ざり合って溶着するので、超硬合金と鋼材との接合箇所の強度が高く、被加工物の加工後に被加工物からパンチを引き抜く際にも、パンチの先端部と本体部とが接合箇所から剥離してしまうことがなく、耐久性に優れたプレス金型用パンチを製造することができる。
【０１０３】
請求項４に記載の発明によれば、超硬合金と鋼材とを回転圧接させる際に、一方を高速回転させた場合、他方を低速回転させて、一方を低速回転させた場合、他方を高速回転させれば、この両材の接触する面における所望の回転数を発生させることができ、超硬合金と鋼材とに回転による適度な摩擦熱を発生させて、この熱によって両材を溶着して接合することができる。
【０１０４】
請求項５に記載の発明によれば、超硬合金と鋼材とのいずれか一方を回転させ、他方を固定して、この両材の接触する面に摩擦熱を発生させ、この熱によって溶融した両材が混ざり合って溶着するので、超硬合金と鋼材との接合箇所の強度が高く、被加工物の加工後に被加工物からパンチを引き抜く際にも、パンチの先端部と本体部との接合箇所に亀裂が入ったり、剥離してしまうことがなく、耐久性に優れたプレス金型用パンチを製造することができる。
【０１０５】
請求項６に記載の発明によれば、超硬合金と鋼材とを回転圧接させる際に、一方を回転させ、他方を固定すれば、この両材の接触する面における所望の回転数を発生させることができ、超硬合金と鋼材とに回転による適度な摩擦熱を発生させることができ、この熱で溶融した両材を溶着させて接合することができる。
【０１０６】
請求項７に記載の発明によれば、超硬合金と溶着性金属とを加圧しながら互いに逆方向に回転させて摩擦熱を発生させることで、超硬合金に含まれるニッケルやコバルトと前記溶着性金属とが熱によって溶融し、接触箇所で溶着するので、超硬合金と溶着性金属とを少ない回転数で結合させることができる。そして、この溶着性金属と融点の近い鋼材とを互いに逆方向に回転させることで、熱により両材が溶融し、容易に溶着させることができるので、端部に溶着性金属が接合された超硬合金と鋼材とを容易に接合することができ、先端部が超硬合金からなり、耐摩耗性に優れたプレス金型用パンチを容易に製造することができる。また、この溶着性金属は、超硬合金および鋼材とそれぞれ混ざり合って溶着するので、結合箇所の結合力が強く、超硬合金と鋼材との接合箇所に力が掛かっても、接合箇所に亀裂が生じたり、剥離したりすることがなく、耐久性に優れたプレス金型用パンチを効率よく、かつ容易に製造することができる。
【０１０７】
請求項８に記載の発明によれば、超硬合金と溶着性金属とのいずれか一方を加圧しながら、超硬合金と溶着性金属とのいずれか一方を回転させて両材の接触箇所に摩擦熱を発生させることで、超硬合金に含まれるニッケルやコバルトと前記溶着性金属とが結合するので、超硬合金と溶着性金属とを少ない回転数で溶着させることができる。そして、この溶着性金属と融点の近い鋼材とのいずれか一方を回転させることによって、両材の端面に摩擦熱が生じ、この熱によって溶融した両材を容易に溶着させることができるので、先端部が超硬合金からなり、耐摩耗性に優れたプレス金型用パンチを容易に製造することができる。また、この溶着性金属は、超硬合金および鋼材とそれぞれ混ざり合って溶着するので、接合箇所の結合力が強く、超硬合金と鋼材との接合箇所に力が掛かっても、接合箇所に亀裂が生じたり、剥離したりすることがなく、耐久性に優れたプレス金型用パンチを効率よく、かつ容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプレス金型用パンチを示す斜視図である。
【図２】本発明に係るプレス金型用パンチを示す斜視図である。
【図３】本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法を示す概念図である。
【図４】本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法を示す概念図である。
【図５】本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法を示す概念図である。
【図６】本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法を示す斜視図である。
【図７】本発明に係るプレス金型用パンチの製造方法を示す概念図である。
【図８】プレス加工におけるプレス金型の動作を示す断面図である。
【図９】プレス加工におけるプレス金型の動作を示す断面図である。
【図１０】プレス加工におけるプレス金型の動作を示す断面図である。
【図１１】プレス加工におけるプレス金型の動作を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，１６…………パンチ
１３，１９…………先端部
１４，２１…………本体部
２０…………………中間部
２５，４６…………鋼材
２６，３５…………超硬合金材
２７…………………回転圧接機
【図１】
2004276033.tif 000003
【図２】
2004276033.tif 000004
【図３】
2004276033.tif 000005
【図４】
2004276033.tif 000006
【図５】
2004276033.tif 000007
【図６】
2004276033.tif 000008
【図７】
2004276033.tif 000009
【図８】
2004276033.tif 000010
【図９】
2004276033.tif 000011
【図１０】
2004276033.tif 000012
【図１１】
2004276033.tif 000013