(57)【要約】　　　（修正有）【課題】カップ状の成形品を成形するに当たって、成形中の成形パンチとダイスとの同軸性の低下（成形パンチの曲がり）を防止し、かつ、成形品の内面と外面の同軸度を高めた成形品を提供することを目的とする。【解決手段】長手方向に伸びる穴を有する成形体を成形するための成形パンチ３であって、前記成形パンチ３の先端部４に凹部４ａを形成したことを特徴とする成形パンチ３とし、また、キャビティを有するダイス５と、前記キャビティ内を移動可能な成形パンチ３と、前記成形パンチの駆動させる駆動手段とを有する鍛造装置であって、前記成形パンチの先端部に凹部を有することを特徴とする成形装置とした。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に伸びる穴を有する成形体を成形するための成形パンチであって、前記成形パンチの先端部に凹部を形成したことを特徴とする成形パンチ。
【請求項２】
キャビティを有するダイスと、前記キャビティ内を移動可能な成形パンチと、前記成形パンチの駆動させる駆動手段とを有する成形装置であって、前記成形パンチの先端部に凹部を有することを特徴とする成形装置。
【請求項３】
前記成形パンチの対向位置には、対向パンチが移動可能に配置されていることを特徴とする請求項２記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する利用分野】
本発明は、長手方向に穴を有する製品を製造するための成形パンチとその成形装置に関する。
【０００２】
従来、図１に示すようなカップ状の成形品を１製造するに当たっては、例えば、円筒素材２から成形する後方押出成形（図２）が、良く利用される。この成形工程を図２にて説明する。まず、図示しない油圧シリンダーなどの駆動手段により、図示しない昇降体が下降すると、昇降体に装備されている成形パンチ３の先端部４は、ダイス５のキャビティ内に載置された素材６へ押入される。Ｂ図に示すように押入した容積分の素材２は、成形パンチとダイスとの隙間を成形パンチの移動方向とは逆の方向（後方）に押出され、これによりカップ状の成形品が形成される。
【０００３】
【発明が解決する課題】
上記成形中においては、成形パンチ３やダイス６に塗布された潤滑剤のムラ、ダイス５の表面状態（面粗度など）のムラ、成形パンチ軸６とダイス軸７の微少なズレ（△ｔ）や傾き（Δθ）（図３）、などの様々な要因により、後方へ押出される素材の量やスピード等に違いが生じ、成形パンチに作用する径方向の力のバランスがくずれ、成形パンチ軸６とダイス軸７の同軸性はさらに低下する傾向にある。また、それに伴い成形パンチが曲げられる場合もある。その結果、前記のような状況で成形された成形品８の内面９と外面１０の同軸度は、低下する。（図４中、内面軸９ａ、外面軸１０ａ）さらに、成形パンチとダイスの同軸性の低下に伴い、成形パンチが曲げられ折損することもある。
【０００４】
本発明の目的は、成形中の成形パンチとダイスとの同軸性の低下（成形パンチの曲がり）を防止し、かつ、成形品の内面と外面の同軸度を高めた成形品を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題に基づきなされたものであって、長手方向に伸びる穴を有する成形体を成形するための成形パンチであって、前記成形パンチの先端部に凹部を形成したことを特徴とする成形パンチとした。
【０００６】
本発明の成形パンチを利用すれば、成形中においては、成形パンチやダイスに塗布された潤滑剤のムラ、ダイスの表面状態（面粗度など）のムラ、成形パンチ軸とダイス軸の微少なズレや傾き、などの様々な要因により、後方へ押出される素材の量やスピード等に違いが生じ、成形パンチに作用する径方向の力のバランスがくずれ、成形パンチ軸とダイス軸の同軸性はさらに低下する傾向にあるが、成形パンチ軸とダイス軸の同軸性が低くなれば、同軸性を高める方向に力ら作用するが、凹部を設けることにより、さらに高い同軸性を高めようとする力が作用し、成形品の内面と外面の同軸度を高めた成形品を提供できることになる。
【０００７】
また、キャビティを有するダイスと、前記キャビティ内を移動可能な成形パンチと、前記成形パンチの駆動させる駆動手段とを有する鍛造装置であって、前記成形パンチの先端部に凹部を有することを特徴とする成形装置とした。
【０００８】
本発明によれば、成形中においては、成形パンチやダイスに塗布された潤滑剤のムラ、ダイスの表面状態（面粗度など）のムラ、成形パンチ軸とダイス軸の微少なズレや傾き、などの様々な要因により、後方へ押出される素材の量やスピード等に違いが生じ、成形パンチに作用する径方向の力のバランスがくずれ、成形パンチ軸とダイス軸の同軸性はさらに低下する傾向にあるが、成形パンチ軸とダイス軸の同軸性が低くなれば、同軸性を高める方向に力ら作用するが、凹部を設けることにより、さらに高い同軸性を高めようとする力が作用し、成形品の内面と外面の同軸度を高めた成形品を提供できることになる。
【０００９】
また、前記成形パンチの対向位置には、対向パンチが移動可能に配置されていることを特徴とした。成形パンチの素材への押入に応じて、対向パンチを後退（成形パンチと同じ方向）させることによって、より深い穴を形成できるようになる。
【００１０】
【実施の形態】
以下、図面に基づいて更に詳細に説明する。
基本的な構成は、従来技術と同様であるので、省略し、相違点である成形パンチについて、説明する。符号については、同じ部位には、同じものを利用する。
【００１１】
図５は、成形装置の概要を示す図であり、成形パンチ先端部４には、凹部４ａが形成されている。凹部４ａの形状は、角柱状や半球状な任意の形状が適用できる。素材を若干保持できることで、同軸性を保つ力が働くと推測されるので、凹部が形成できれば形状には左右されない。
【００１２】
また、図６のように、成形後、成形パンチ先端部４の凹部４ａ形状が成形体１１に転写され、孔内部に凸部１１ａが形成されるので、製品として不要な際には、後加工で切削加工を施し、成形体１とする。
【００１３】
次に、成形パンチ先端部の凹部の形状の違いによる同軸度について、説明する。
成形パンチ先端部の凹部形状を実施例１として、断面角状のもの、実施例２として、断面半円状のもの、比較例として、凹部のないものとして評価した。
【００１４】
図２に示す方法により、素材として鍛造用黄銅を利用し、鍛造温度４８０〜５５０℃で、成形パンチの材質を粉末ハイスとし、それぞれの成形パンチでカップ状の成形品を成形し、内面と外面の同軸度の比較をし、その結果を図７に示す。なお、鍛造用黄銅として、低温（３００〜５５０℃）での延性に優れた本出願人が先の提案している銅合金が有効に利用できる。低温で鍛造できることから、金型と素材との温度差が殆どなく、恒温鍛造が可能となり、成形後パンチを抜く際の抜きテーパも不要となる。
【００１５】
具体的には、見かけ上のＺｎ含有量を以下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量を３７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％、結晶粒が１５μｍ以下の微細なものであるものを利用することで、加工中に結晶は、α相とβ相との結晶硬度の異なる複数の相からなり、且つ、結晶粒が微細であることから、超塑性なみの延性を有すため、成形加重は更に低減できる。
【００１６】
また、以下の結晶組織のうち少なくとも１つを満たすものであるであることで、３００〜５５０℃程度の低温度領域で、硬度の高いγ相による素材の延性の確保が行える。
▲１▼結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率が、１〜５０％
▲２▼結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％
▲３▼結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％
▲４▼結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下
【００１７】
図７から凹部を形成した実施例では、約９割以上のものが同軸性に優れた成形体となった。
【００１８】
次に、成形パンチ先端部の凹部形状と成形パンチが素材へ押入した際の成形パンチの挙動について、３次元剛塑性有限要素法により後方押出しを行い比較を行った。
【００１９】
図８は、実施例１と従来のものである比較例との成形パンチの先端形状を示す図である。実施例のものは、成形パンチの先端部に外径φ５ｍｍ、深さ１０ｍｍの凹部を形成している。
また、解析の条件として、成形パンチを１０ｍｍ押し込み、図８のようにｘ軸方向にキャビティの軸芯からの偏芯量をΔｔとした時にΔｔ＝１ｍｍ偏芯した状態とした。また、成形パンチ及びダイスは剛体、変形体を剛塑性体とし、変形抵抗（σ）＝８３ε０．１７とし、上記実施例に相当する条件とした。
【００２０】
解析は、パンチのｘ軸方向の荷重を評価し、ｘ軸方向パンチ側に働く、パンチの偏芯を防ぐ力をプラス（＋）、逆に働く力をマイナス（−）で表した結果を図９に示す。図９の区間Ａは、同軸度を高める方向の力（＋）が作用するしている区間であり、区間Ｂは同軸度を低下させる方向の力（−）が作用する区間であることが判る。実施例のものは、同軸度を高める方向の力が作用する区間Ａの区間が長く、また、その力の大きい。逆に比較例のものは、同軸度を高める方向の力が作用する区間Ａの区間が長く、その力も小さい。特に、ストローク約６ｍｍの地点から、成形パンチに働く力が、比較例のものがプラスからマイナスに移行し、その力が急激に拡大するのに対し、実施例では、その地点前後では、プラスの力が大きく作用していることが、同軸性を高めることに寄与しているものと推測される。
【００２１】
図１０は、より深い穴を成形するために好適な方法を示す図であり、成形パンチ３の対向位置に対向パンチ１２を配置させ成形パンチが素材に押入しながら穴を形成していくが、その押圧力に屈して対向パンチは後退する。この際、対向パンチは、成形パンチを駆動している油圧シリンダーなどの駆動手段の押圧力より、小さな押圧力を図示しない同じく駆動手段により付加されている。
【００２２】
【発明の効果】
以上本発明によれば、パンチの先端部の形状に凹部を形成するという簡単な構造でありながら、成形中の成形パンチとダイスとの同軸性の低下（成形パンチの曲がり）を防止し、かつ、成形品の内面と外面の同軸度を高めた成形品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって成形される成形品の断面図である。
【図２】本発明の製造工程の一例を示す主要部断面図である。
【図３】本発明の課題を説明する成形パンチとダイスの図である。
【図４】本発明の課題を説明する成形体の図である。
【図５】本発明の実施例を示す図である。
【図６】本発明の実施例により成形された成形体を示す図である。
【図７】本発明の成形後の同軸性を評価した図である。
【図８】本発明の解析条件を示す図である。
【図９】本発明の成形パンチの解析結果を示す図である。
【図１０】本発明の他の成形装置を示す図である。
【符号の説明】
１　成形品
２　素材
３　成形パンチ
４　成形パンチ先端部
５　ダイス
【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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