(57)【要約】【目的】製品部位による厚み差の付与が可能で寸法精度良く、しかも生産性良く、機械部品や電子機器部品等を製造する方法を提供する。【構成】ダイス２上にポンチ１とは別に板押え４を配置するとともに、ダイス内のポンチ挿通箇所にカウンターパンチ５を配置し、板押え４で板状金属素材３をダイス２に押圧しつつ、ポンチ１で板状金属素材３をダイス２内に押込んでプレス加工する際、板押え量の調整による製品フランジ部の肉厚ｔ１の制御と、ポンチ押込み量とカウンターパンチ押え量の調整による製品ポンチ底部の肉厚ｔ２の制御を、それぞれ独立させて制御しながら熱間プレス加工する。【選択図】　　　　図１
2004009080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイス上にポンチとは別に板押えを配置するとともに、ダイス内のポンチ挿通箇所にカウンターパンチを配置し、板押えで板状金属素材をダイスに押圧しつつ、ポンチで板状金属素材をダイス内に押込んでプレス加工する際、板押え量の調整による製品フランジ部の肉厚制御と、ポンチ押込み量とカウンターパンチ押え量の調整による製品ポンチ底部の肉厚制御とを、それぞれ独立させて制御しながら熱間プレス加工することを特徴とする形状精度に優れた成形品の成形方法。
【請求項２】
金型の両端に設置した電極により板状金属素材を通電加熱し、温度調整しながら熱間プレス加工する請求項１に記載の形状精度に優れた成形品の成形方法。
【請求項３】
板状金属素材の変態点以下の温度で熱間プレス加工する請求項１又は２に記載の形状精度に優れた成形品の成形方法。
【請求項４】
熱間プレス加工後、切削加工する請求項１〜３のいずれか１に記載の形状精度に優れた成形品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、機械部品、電子機器部品等、寸法精度が厳しく、かつ肉厚が部位により大幅に異なる金属成形部材を精度良く成形加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題がクローズアップされ、多用な工業製品の部材としてリサイクル性に優れる金属素材の需要が増加している。このような金属部材の中でも、高速回転させて使用される部材や、組込み精度が要求される部品では、バルク材からの削り出し加工（総削り出し加工）により、要求される寸法精度をクリアしてきた。しかし、切削加工は成形に要する時間が長く、多くの加工エネルギーが必要な上、投入素材に占める使用素材の割合が低く、製造のコストアップを招くだけでなく、部品製造に必要なトータルエネルギーが多くなり、結果的に、地球環境への負荷が大きくなると言う問題があった。
【０００３】
このような寸法精度が要求される一例として、ハードディスク用ハブが挙げられる。コンピュータの発達に伴い、その外部記憶媒体としてハードディスクドライブには、より多くの記憶容量が求められている。また、ハードディスクは、大記憶容量媒体としての性能とコストパフォーマンスから、コンピュータのみならず、家庭用ＡＶ機器においても、情報家電としてさらなる需要拡大が予想されている。ハードディスクは、円板形状のガラスまたはアルミニウム基板上に形成した磁気媒体に記録や読み取り（アクセス）を行うが、大容量の情報を迅速にアクセスするためには、磁気媒体の高速回転化が必要不可欠である。このため、基板を支持し、スピンドルモーターからの動力を伝達するハブも、高速回転に耐えられる寸法精度が要求されてきた。要求される寸法精度をクリアするためにハードディスク用ハブは、従来、バルク材から削り出し加工（総削り出し加工）により製造されてきた。
【０００４】
総削り出し加工は、部品毎に肉厚が異なる設計にも対応可能であると言うメリットを有しているが、前記したように切削加工は成形に要する時間が長く、多くの加工エネルギーが必要な上、投入素材に占める使用素材の割合が低く、製造コストが高いものになっている。
さらに、コンピュータのみならず家庭用ＡＶ機器にもハードディスクが多用されるようになり、より一層量産に対応できるハードディスク用ハブが求められている。
【０００５】
このような用途に適用するために、フェライト系ステンレス鋼棒や線材の結晶粒度を制御するとともにシャルピー遷移温度を制御することにより、冷間加工性および加工後の表面特性を向上させることが特開２００１−２００３４５号公報で提案されている。また、ステンレス鋼でカップ状部品を熱間鍛造する時に発生するスカート部の直状部の焼付きを防止し、量産性を確保するとともに金型などの寿命を改善した熱間鍛造方法が特開２００１−３００６８４号公報で提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者は冷間加工方法に関する技術であり、後者は焼付きを防止して量産性を確保する熱間加工方法である。いずれの方法でも、成形品内部で肉厚を制御することは困難であり、また成形加工品の形状精度もあまり良くない。本発明者等は、金属板を素材としてプレス加工や、目標に近い形状までプレス成形した後引き続き軽度の仕上げ切削加工を行うことで問題解決を試みた。しかし、通常のプレス加工では、ポンチ底やフランジ部の肉厚を任意に制御することは困難であり、さらに板素材の塑性異方性のために、塑性流動に異方性が出てしまい、目標とする形状精度が得られない。さらに、プレス品を仕上げ切削すると、プレス加工後の応力、ひずみバランスが崩れることによって形状精度が低下すると言う問題点もある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ハードディスク用ハブ等の機械部品や電子機器部品等を、製品部位による厚み差の付与が可能で寸法精度良く、しかも生産性良く製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の形状精度に優れた成形品の成形方法は、その目的を達成するため、ダイス上にポンチとは別に板押えを配置するとともに、ダイス内のポンチ挿通箇所にカウンターパンチを配置し、板押えで板状金属素材をダイスに押圧しつつ、ポンチで板状金属素材をダイス内に押込んでプレス加工する際、板押え量の調整による製品フランジ部の肉厚制御と、ポンチ押込み量とカウンターパンチ押え量の調整による製品ポンチ底部の肉厚制御とを、それぞれ独立させて制御しながら熱間プレス加工することを特徴とする。
熱間プレス加工時の温度調整は、金型の両端に配置した電極からの板状金属素材への通電加熱により行うことが好ましい。
板状素材が高い温度域に変態点を有する金属の場合、変態点以下の温度で熱間プレス加工する。
プレス加工に引き続いて切削加工してもよい。
【０００９】
【作用】
通常の温度域で加工した成形品を切削加工により表面を仕上げた場合、寸法精度が著しく低下する。すなわち、冷間でのプレス成形品では、板厚方向での内部応力バランスが崩れ、寸法精度が低下し、目的の形状精度を得ることができなくなる。
これに対して、素材を加熱した状態で加工すると、耐力が低下して形状凍結性が向上するとともに、変形抵抗が低減するので塑性流動が容易化し、残留応力が低減する。したがって、切削加工により板厚方向のバランスが崩れても、総削り出し品と同等以上の優れた寸法精度が得られる。さらに、素材の塑性流動性を利用して、薄肉部から厚肉部へ素材を塑性流動させて肉盛り状態への変形を行い易くして、部位によって肉厚の異なる製品の成形を精度良く行うことができるものである。
すなわち、本発明は、素材を加熱した状態で、部位によって肉厚を独立に制御しつつ熱間プレス加工することにより、全工程を切削加工した製品と同等の形状自由度と寸法精度を有し、素材歩留まりが高く、経済的な部品を提供することができたものである。
【００１０】
ところで本発明は、寸法精度に優れた成形品を得ることを目的とするものであるが、成形品の寸法精度はサイズ，形状によって異なるため、これを絶対値で定義することは困難である。一方、回転部材に使用される成形品や、平坦度が必要な成形品では、点対称、もしくは数回対称形であり、これらをまとめて寸法精度評価指数として表現し、ｄ値とした。このｄ値は、中心点からの距離ｒにおける対称測定位置での高さ、外径等の測定値をＸとして次の（１）式で表される。
ΔＸ／ｒ＝（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）／ｒ　　　・・・・（１）
全て切削加工により得られる部品と同等以上の精度として、５．０×１０−４以下のｄ値が必要になる。なお、回転対称形でない場合であっても、たとえば平坦度として表現される場合の部品についても、同様の寸法精度の考え方が適用できる。
また、目標厚みに対して、０．５％以内の偏差にある場合、良好な製品形状が得られた判断する。
【００１１】
【実施の態様】
例えばハードディスク用ハブのように底部とフランジ部を有する形状品をプレス成形する際、製品の底部の肉厚とフランジ部の肉厚をそれぞれ独立させて制御するために、ダイスの上に板押えを配置するとともに、ダイスのポンチ挿通孔にカウンターパンチを配置した。
板押えとカウンターパンチの配置状況およびその使用態様について図１に基づいて説明する。
通常、ポンチ１とダイス２の間に板状金属素材３が挟み込まれ、プレス時にポンチ１をダイス２内の押込んで加工している。本発明では、ダイス２の上に板押え４を配置するとともに、ダイス２のポンチ挿通穴内にカウンターパンチ５を配設している。
【００１２】
プレス開始時、板押え４をダイス２の上で距離ｔ１まで降下させる。引き続き、パンチ１を押込み、カウンターパンチ５までの距離ｔ２を設定する。この距離ｔ２を維持しながら、パンチ１とカウンターパンチ５を同時に下げ、深さｈまで絞り込んで、所定形状の成形品を作製している。
本発明では、プレス工程においてｔ１とｔ２をそれぞれ独立させて制御することにより、製品ポンチ底部とフランジ部の厚みを変え任意に制御することが可能である。すなわち、板押え４によりダイス２との距離ｔ１が所定値になるまで押して目的のフランジ肉厚とし、さらに素材がポンチ下の製品部分から塑性流出し難い状態とすると、ポンチ下を目的の厚みｔ２に肉盛り可能になる。
【００１３】
製品部位によって肉厚を変えたものを精度良くプレス成形するためには、素材を加熱した状態で加工することが必須である。通常の温度域で成形加工すると、素材の異方性に起因して部品形状が対称な位置であっても、塑性流動に差異が生じ、寸法精度が低下する。そこで、素材を加熱して成形加工すると、耐力が低下して形状凍結性が向上するとともに、変形抵抗が低減して塑性流動が容易化し、異方性が低くなるため、切削加工と同等以上の寸法精度が得られる。さらに、上記のように、部位毎に厚みを変えた際に、必要な部位に肉盛りができるようになるためにも、円滑な塑性流動が必須である。
【００１４】
加熱温度は高いほど効果的であるが、過度に加熱すると加工中に酸化スケールが生成して肉厚が減少することになる。加熱温度よりも高い温度域に変態点を有する素材の場合には、降温時に変態し、それに伴ってひずみを生じて寸法精度が低下するため、素材毎に適正な加熱温度域を選定すべきである。
均熱時間は０秒以上あれば目的は達成される。より長時間均熱保持しても構わない。ただし、加熱保持中に酸化スケールが生成して肉厚を減少させることになるので、その上限は１０分程度にとどめることが好ましい。
【００１５】
なお、加熱方法は、目的の温度に加熱可能で、加工部位で均一な温度分布が得られれば特に限定されるものではないが、通電加熱が最も好ましい。金型の両端に設置した電極により板状金属素材を通電加熱して温度調整できるので、プレス加工時の温度制御を精度良く、しかも効率的に行うことができる。
他の加熱方法としては、高周波誘導加熱により素材を加熱する方法、レーザー光線により金型直上の素材を加熱する方法、あるいは金型全体を加熱炉で加熱する方法等が使用できる。
【００１６】
本発明に使用する金属素材は、工業的に入手できるものであれば、特に限定されるものではない。しかし、生産性まで考慮すると、仕上げ切削工程で連続的に大量の製品を切削できることが必要である。このような観点から、ステンレス鋼であれば、本発明者等が特願２００１−２０５３４９号で提案したＩｎやＳｎを含むＣｕを主体とした第２相を所定量以上析出させた切削用鋼や、ＳＵＳ３０３，ＳＵＳ４３０Ｆなど、従来から知られているＳ，Ｐｂなどの快削元素を含有した鋼、あるいはＣｕ合金の場合、快削元素としてＰｂを含有した快削合金を使用することが好ましい。
【００１７】
【実施例】
素材として使用した金属板の種類を表１に示す。いずれも板厚１．３ｍｍ，幅５２ｍｍの金属帯として使用した。
プレス装置の概要を図１，２に示す。金属帯を連続的に供給し、プレス金型前後に配置した電極で挟み込みながら通電加熱し、所定温度到達後、速やかにプレス加工し、引き続き大気中で冷却した。冷却後の加工品は、表面をエメリー紙で研摩し、酸化スケールを除去した。
【００１８】
2004009080.tif 000003
【００１９】
加工品の形状と寸法精度測定位置を図３に示す。一辺が５０ｍｍの長さのつば付き角筒部品であり、つば部の一辺長さを５０ｍｍに切削加工し、所定寸法とした。なお、製品フランジ部における目標厚みｔ１を１．１ｍｍ、ポンチ底における目標厚みを１．７ｍｍとした。加工品の寸法精度測定位置を図３に併せて示す。加工品中心と各辺の中心位置を結んだ直線上で、加工品中心から２２ｍｍの距離にあるつば上の４点における高さｈｉを測定し、（１）式から求めた寸法精度をｄ１値、さらに加工品中心と各辺の中心位置を結んだ直線上の端面と、加工品中心位置までの距離Ｌｉを測定し、（１）式から求めた寸法精度ｄ２値として、それぞれ評価した。
【００２０】
各加工品のプレス条件と目標板厚ｔ１，ｔ２に対する偏差，ｄ１値，ｄ２値および総合判定結果を表２に示す。
いずれの素材でも、高温でプレス成形した加工番号１−２，１−３，２−２，２−３，２−４，３−１，３−２，４−１，４−２，５−１，５−２，６−１，７−１では、熱間加工ままで引き続き研摩処理した部位であるｄ１値、切削加工した部位であるｄ２値は、いずれも５．０×１０−４以下であり、優れた寸法精度を示した。さらに、ｔ１およびｔ２の偏差は、いずれも０．５％以下であり、良好な寸法精度が得られた。
これに対して、室温で加工した加工番号１−１，２−１では、ｄ１値，ｄ２値ともに５．０×１０−４を超えており、さらにｔ１，ｔ２の偏差も０．５％を超えており、目標の寸法精度・形状が得られなかった。また、変態点以上の温度で加工した加工番号２−５は、変態によるひずみは入ったため、寸法精度が低下していた。
【００２１】
2004009080.tif 000004
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明方法によると、バルク素材からの総削り出しで加工された部品と同様に、肉厚を部位毎に変えた加工が可能であり、さらに同等の寸法精度が得られる。また、総削り出し加工品に比べて、素材歩留まりが良く、短時間で加工できるため、よりコスト安な製品が得られる。
したがって、ハードディスク用ハブ等の製造に適した、寸法精度とコスト安を兼ね備えた金属部品製造方法を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】板押えとカウンターパンチを備えた金型の概要を説明する図
【図２】加熱した状態でプレス成形する装置の概要を説明する図
【図３】加工成形品の形状と寸法精度測定位置を説明する図
【符号の説明】
１：ポンチ　　　２：ダイス　　　３：板状金属素材　　　４：板押え
５：カウンターパンチ　　　６：通電電極　　　７：切断機　　　８：成形品
【図１】
2004009080.tif 000005
【図２】
2004009080.tif 000006
【図３】
2004009080.tif 000007