(57)【要約】【目的】一体型段付きダイスに比べて製作が格段に容易であり、段付き形状が所要の寸法通りに製作でき、また、一部分のダイス形状を替えるだけでさまざまな段付き高さ、段付き角度に対応できる段付きダイス組立体を提供する。【構成】円筒形のダイスホルダと、それぞれダイスホルダの内周面に嵌合する外径を備えかつ互いに同心状に接触してダイスホルダ内に収容された異内径の複数個のダイスとを有し、前記ダイスホルダ内における前記複数個のダイスは、被加工物の絞り加工によってその外径が入側から出側へ向うにつれて小さくなるように配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形のダイスホルダと、それぞれ前記ダイスホルダの内周面に嵌合する外径を備えかつ互いに同心状に接触して前記ダイスホルダ内に収容された異内径の複数個のダイスとを有し、前記ダイスホルダ内における前記複数個のダイスは、被加工物の絞り加工によってその外径が入側から出側へ向うにつれて小さくなるように配置されることを特徴とする段付きダイス組立体。
【請求項２】
隣接したダイスのうち後側に位置するダイスの前端内径が前側に位置するダイスの後端内径よりも幾分大径に形成されることを特徴とする請求項１に記載した段付きダイス組立体。
【請求項３】
隣接したダイスの間に、半径方向にのびる潤滑油給排用の凹溝を有する潤滑油リングが介在されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した段付きダイス組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、線材や棒材を引抜き加工で製造するのに使用される段付きダイス組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車、精密機器等の高性能化に伴い、その構造材として用いられる線材、棒鋼の製造においても低コスト化、高品質化が求められている。冷間引抜き加工法は比較的平滑な外周を有する線材，棒鋼の製造に適しており、中空のダイスによって素材を拘束しつつ素材の先端を引き抜くことにより連続的に線材、棒材を得るものである。
【０００３】
従来、この種の冷間引抜き加工方法として特開平８−６６７１５号公報に示されるものが知られている。図１２，図１３を参照して簡単に説明すれば、ダイス２１はその中心に被加工素材２０が通過する貫通孔を有し、この貫通孔は素材２０が送り込まれる入側から出側へ向って先細テーパ状となったアプローチ部Ａと、これに続いてほぼ真直状のベアリング部Ｂとを有している。アプローチ部Ａは被加工素材２０を実際に縮径する部分であり、ベアリング部Ｂは最終的な寸法を確定し、かつ外表面の仕上を行う部分である。なお、ここで入側をダイスの前側、出側をダイスの後側と称することもある。
【０００４】
図１２の従来例では、ダイス２１のテーパ面の素材との接触部分、特にアプローチ部Ａとベアリング部Ｂとの接合部近くにリング状の凹部２２が形成され、この凹部２２の後縁部分で素材表面にしごき加工を加えて表面粗さを改善する。また、図１３の例では、ベアリング部Ｂにダイス内径を小さくするリング状の山形状の段差部２３が形成され、同様にこの段差部２３で素材２０の外表面をしごき加工して表面粗さを向上させるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の冷間引抜き用ダイスは、前記凹部あるいは段差部で剪断組成変形を集中させるようなしごき加工を加えることにより、冷間引抜きのままで研磨等の後加工することなく表面粗さの小さい線材、棒材を得ることができる点でそれなりの効果がある。しかし、このようなダイスは全体が一体の部材で形成されているので、ダイス貫通孔の中途部に正確な凹部あるいは寸法精度の高い段差部を形成するのが難しく、ダイスの製作に多大な手数を要していた。
【０００６】
一般に段付きダイスにおいて、棒鋼製品の残留応力低減のためには緩やかな加工を、表面平滑化のためには急激な縮径加工を施す必要があり、このような相反する要求を同時に満たすためには、図１４に示すような多段の段付きダイス２４としなければならない。この場合、ダイス各部の寸法は相互にきわめて高い精度が要求され、発明者らの研究によれば、例えば図１４においてダイス前部のフロントベアリング長さＬｆ＝２ｍｍ、ダイスセンター部の段付き高さΔＨ＝４０μｍ、段付き角度α＝１５°、センターベアリング長さＬｃ＝１ｍｍ、ダイス後部の段付き高さΔｈ＝１０μｍ、ダイス後部の段付き角度β＝７°、バックベアリング長さＬｂ＝２ｍｍとすることで、残留応力低減と表面粗さの改善が得られることが判明している。
【０００７】
このような多段段付きダイスでは多段になるほど加工精度の上で厳しさが増すとともに、これを一体の部材で作る場合、或る部分の精度が満たされなかった場合はダイス全体の再加工を要し、一部分の精度不良あるいは使用中の一部の毀損でダイス全体が不良品となってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決し、一体型段付きダイスに比べて製作が格段に容易であり、段付き形状が所要の寸法通りに製作でき、また、一部分のダイス形状を替えるだけでさまざまな段付き高さ、段付き角度に対応できる段付きダイス組立体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、円筒形のダイスホルダと、それぞれ前記ダイスホルダの内周面に嵌合する外径を備えかつ互いに同心状に接触して前記ダイスホルダ内に収容された異内径の複数個のダイスとを有し、前記ダイスホルダ内における前記複数個のダイスは、被加工物の絞り加工によってその外径が入側から出側へ向うにつれて小さくなるように配置されている段付きダイス組立体が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面を参照しながら、好適な実施例に基いて説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施例による段付きダイス組立体の概略的な分解斜視図であり、図２は図１に示す各部材を組み付けて構成した本発明に係る段付きダイス組立体の縦断面図、図３は図２のＡ部の拡大断面図である。これらの図に示すように、この実施例のダイス組立体は同じ外径をフロントダイス２とバックダイス３が円筒形のダイスホルダ１内に緊密な嵌合状態で収容されて構成され、棒状の被加工素材（図示省略）がフロントダイス２側から挿入され、その先端を適当なチャック手段（図示省略）で把持してバックダイス３の後部から引き抜かれる。
【００１２】
フロントダイス２の内周面は図１２，図１３の従来例でも説明したように、入側の先細テーパ状のアプローチ部４と、これに続く直円筒状のフロントベアリング部５とで構成され、急激な内径変化となる段付き部は有していない。
【００１３】
バックダイス３はフロントダイス２のベアリング部５内径よりもさらに小内径のバックベアリング部６を有し、このベアリング部６に続いてバックダイス出側に先拡りテーパ状のバックリリーフ部７が形成されている。また、図３に明示するように、フロントダイス２の後端面２ａに密着したバックダイス３の前端面開口縁の内径ｄはフロントダイス２のベアリング部内径Ｄより幾分大径となっており、この開口縁からバックベアリング部６までテーパ状（符号８）につながっている。このバックダイス３の前端テーパ部８とバックベアリング部６とを合せてダイス組立体の段付き部を構成する。半割りした状態の縦断面（図３）でみてフロントダイス２のベアリング部５とバックベアリング部６の径方向差を段付高さΔｈとし、またバックダイス３の前記前端テーパ部８のテーパ角度を段付き角度βとする。一例を挙げると、バックベアリング部（段付部ベアリング部）６の長さＬ＝２ｍｍのとき、Δｈ＝２０μｍ、β＝１５°、Ｌ＝５ｍｍのとき、Δｈ＝３０μｍ、β＝３０°、またＬ＝１０ｍｍのとき、Δｈ＝４０μｍ、β＝４５°である。なお、バックダイスの前端面の開口縁はフロントダイス２のベアリング部５に対し半径方向で０．０１ｍｍ程度大径となっている。
【００１４】
本発明に係る分割型段付きダイス組立体はフロントダイス２の後端につながるバックダイス３の前端テーパ部８の角度（段付き角度β）を確実に形成でき、一体型ダイスのようにテーパ部でＲが付いたり、テーパ部の後縁とバックダイスベアリング部との連接部で鋭いエッヂが形成されるということがなく、表面性状がきわめて平滑な線材，棒鋼製品が得られる。
【００１５】
図４は従来の一体型段付きダイスで製造した棒鋼製品の表面平滑度を種々の段付き高さＬ（２０μｍ，３０μｍ，５０μｍ，６０μｍ，）について示した図である。横軸はベアリング部の直径Ｄ、縦軸は表面平滑度Ｒｚ（μｍ）をとってある。なお、同図で△印は段付き部のない通常の一体型ダイスの場合である。
【００１６】
図５は本発明の分割型段付きダイス組立体における棒鋼製品の表面平滑度を種々の段付き高さＬ（２０μｍ，４０μｍ，６０μｍ，）について示した図である。図４と同様に横軸はベアリング部の直径Ｄ、縦軸は表面平滑度Ｒｚ（μｍ）をとってある。また、同図で△印は段付き部のない分割型ダイス組立体の場合である。表面平滑化については分割型ダイスでも段付き高さの違いによる影響が確認できる。これらの図からも明らかなように本発明の場合は直径Ｄが小さくなるにつれて表面平滑度は従来よりも著しく向上するのが分かる。
【００１７】
図６は残留応力（σＮ／ｍｍ２）を従来の一体型段付きダイスと本発明の分割型段付きダイス組立体について比較した図である。図中、白丸印は従来のダイス、黒丸印は本発明の分割型段付きダイスの場合である。これによれば、一体型のものに比べ分割型段付きダイスの方が残留応力の低減が大きいのが分かる。
【００１８】
次に、段付き角度の影響を実験結果をもとに説明すれば、表面平滑化については段付き角度を大きくするほど平滑化は進行するが、段付き角度２０°以上では焼きつきが生じる。平滑化を目的とする場合は、段付き角度は１５°辺りが好ましい。また残留応力低減化については、段付き角度を小さくする程残留応力は低減される。段付き角度７°で最も残留応力は小さくなる。
【００１９】
段付き高さの影響を実験結果をもとに説明すれば、表面平滑化については段付き高さを大きくする程平滑化は進行するが、段付き高さが４０μｍ（１．５８％）以上では平滑化は進行しない。平滑化を目的とする場合には段付き高さは４０μｍ（１．５８％）辺りが望ましい。残留応力低減化については、段付き高さを小さくする程残留応力は低減し、解析結果では段付き高さ１０μｍ（０．３９９％）で最も残留応力は小さくなる。実験条件によっては段付き高さ４０μｍ（１．５８％）で残留応力は最も小さくなる。
【００２０】
本発明に係る段付きダイス組立体はダイスホルダの内径精度およびこのダイスホルダと嵌合するフロントダイス、バックダイス等の各分割型ダイスの外径精度を確保すれば各ダイスを同心状に配列することができるが、図３の実施例のように、バックダイス３の前端面の開口縁がフロントダイス２の後端面２ａに接当するようにその内径を幾分大きめ（例えば０．０１ｍｍ程度）に形成することにより、フロントダイス２とバックダイス３の同心状態が僅かに狂ってもフロントダイス２の後端面２ａの内周縁に突状の急激な段差部が生じることがなく、この点でも製作が容易となる。
【００２１】
図７は本発明の他の実施例による多段段付きダイス組立体の部分的な縦断面図である。１つの円筒状ダイスホルダ１内に３体に分割したダイス１１，１２，１３が同心状に各々の端面を接して収容される。入側のフロントダイス１１に連接して、１段目のセンターダイス１２が配置され、このセンターダイス１２に続いて２段目のバックダイス１３が出側に配置されるが、このような多段段付きダイスの場合はダイス２体のものに比べて微小段付き構造とし、特に１段目のセンターダイス１２は表面粗さ改善効果の高い段付きダイスとし、２段目の最終段付きダイス（バックダイス）１３には残留応力低減に効果のある微小段付きダイスとする。このようにすることで表面粗さ改善と残留応力低減とを１パスで実現できる。
【００２２】
全体としては表面粗さ改善には段付き高さΔｈは高く（４０μｍ）、段付き角度は大きくし（１５°程度）、バックベアリング部の長さは短く（２ｍｍ）、段付き部のコーナＲは小さくし、残留応力低減には段付き高さΔｈは低く（１０μｍ）、段付き角度は小さく（７°程度）、バックベアリング部の長さは長くし（５ｍｍ）、コーナＲは大きくする。
【００２３】
１例として図７に示すような３体に分割したダイスにおいて、フロントベアリング部１４の長さＬｆ＝２ｍｍ、センターダイス１２の段付き高さΔｈ＝４０μｍ、段付き角度β＝１５°、センターベアリング部１５の長さＬｃ＝１ｍｍ、バックダイス１３の段付き高さΔｈ＝１０μｍ、段付き角度β＝７°、バックベアリング部の長Ｌｂ＝２ｍｍとする。なお、図４において１段目段付き部（フロントダイスとセンターダイス間）のコーナＲとしてはＲ１＝Ｒ２＝０、２段目段付き部（センターダイスとバックダイス間）のコーナＲはＲ３＝１．０、Ｒ４＝０．５とする。
【００２４】
フロントダイス１１とバックダイス１３の間にセンターダイス１２を介在した図７の多段段付きダイス組立体の残留応力の解析結果を図８に示し、せん断ひずみの解析結果を図９に示す。両図とも横軸には中心からの距離ｒ（ｍｍ）を取ってある。図８の残留応力の単位はσ（ｘ）Ｎ／ｍｍ２，図９のせん断ひずみの単位はγ（ｘｒ）％とする。また図中の黒丸は通常の段付きダイス、白丸は本発明に係る多段段付きダイスの場合である。これらの図からも明らかなように、多段段付きダイスによる残留応力は一般の残留応力低減用ダイスと同等の、また、せん断ひずみも表面粗さ改善用のダイスと同等の値を得ることができた。このように本発明の多段段付きダイス組立体では、段付きダイス単体ではできなかった残留応力低減および表面粗さ改善を１パスで可能となることが分かる。
【００２５】
多段段付きダイスでは、上述のように残留応力低減と表面粗さ改善の両方を同時に達成できるが、多段段付きの場合は潤滑油切れによる焼付きを発生するおそれがある。しかし本発明の多段段付きダイス組立体は分割したダイス組で構成されるため、ダイス間、例えばフロントダイスとセンターダイス間あるいはセンターダイスとバックダイス間に潤滑油リングを介在し、この潤滑油リングを通して強制的に潤滑油を供給することができる。
【００２６】
図１０は本発明に係る潤滑油リングの端面図、図１１はバックダイスの前面に接して配置された潤滑油リングの部分的な縦断面図である。バックダイス１３に接するリング１６の面に半径方向に延びる潤滑油供給溝１７および潤滑油排出溝１８が形成されている。これらの溝は図１０に示すようにリングの外周部から中心孔まで達しており、かつ、外周に露出する溝はそれぞれダイスホルダ１に形成した半径方向の油路１９と整合し、潤滑油はダイスホルダ１の外側部からホルダ内の油路１９および潤滑油リング１６の潤滑油供給溝１７を通してダイス内の被加工素材２０に供給され、また潤滑油排出溝およびダイスホルダの潤滑油排出用の油路を通して排出される。なお、このような潤滑油リング１６の潤滑油給排溝１７，１８はリング片面のみでなく、両面に形成してもよく、さらに潤滑油リング１６を用いずにバックダイスあるいはフロントダイスの端面に半径方向の油溝を形成するか、センターダイスの端面に油溝を形成して、これらの溝をダイスホルダ１の径方向油路と連通するようにしてもよい。例えば図７において、フロントダイス１１とセンターダイス１２の間及びセンターダイス１２とバックダイス１３との間に潤滑油給排溝を設けてもよい。端面に凹溝を形成するので、その加工も極めて容易である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来の一体型段付きダイスと比べてダイスの製作が容易で、段付き各部の加工精度も高めることができ、また複数のダイスのうち一部分のダイスが毀損したような場合にもその部分のダイスのみを修理あるいは交換すればよく、極めて効率のよい段付きダイス組立体とすることができる。特に多段段付きダイスとする場合にも単体の段付きダイスの加工と同程度の容易さで製作でき、また残留応力低減と表面粗さ改善の両方を同時に１パスで達成できるなど、種々の効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による段付きダイス組立体の概略的な分解斜視図である。
【図２】図１に示す各部材を組み付けて構成した本発明に係る段付きダイス組立体の縦断面図である。
【図３】図２のＡ部の拡大断面図である。
【図４】従来の一体型段付きダイスで製造した棒鋼製品の表面平滑度を種々の段付き高さについて示した図である。
【図５】本発明の分割型段付きダイス組立体における棒鋼製品の表面平滑度を種々の段付き高さについて示した図である。
【図６】残留応力（σＮ／ｍｍ２）を従来の一体型段付きダイスと本発明の分割型段付きダイス組立体について比較した図である。
【図７】本発明の他の実施例による多段段付きダイス組立体の部分的な縦断面図である。
【図８】図７に示す多段段付きダイス組立体の残留応力の解析結果を示す図である。
【図９】図７に示す多段段付きダイス組立体のせん断ひずみの解析結果を示す図である。
【図１０】本発明に係る潤滑油リングの端面図である。
【図１１】バックダイスの前面に接して配置された潤滑油リングの部分的な縦断面図である。
【図１２】従来の一体型ダイスの縦断面図である。
【図１３】一体型ダイスの他の従来例を示す縦断面図である。
【図１４】従来の一体型多段段付きダイスの部分的な縦断面図である。
【符号の説明】
１　ダイスホルダ
２　フロントダイス
３　バックダイス
４　アプローチ部
５　フロントベアリング部
６　バックベアリング部
７　バックリリーフ部
８　前端テーパ部
１２　センターダイス
１６　潤滑油リング
１７　潤滑油供給溝
１８　潤滑油排出溝
１９　油路
２０　被加工素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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