(57)【要約】【課題】プレス加工や冷間圧造に用いられる成形パンチにおいて、ワークとの潤滑性を高めて、工具寿命を効果的に延長することが可能な成形パンチを提供すること。【解決手段】成形パンチ１０において、パンチ本体１２のランド部１８の、加工部１６よりも基部側となる部位に、所定幅の周溝２０を形成して、そのような周溝２０内に、固体潤滑剤として少なくとも二硫化モリブデンを配合してなる樹脂組成物を充填して、それを硬化せしめることによって、固体潤滑部１４を形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンチ本体の先端に設けた加工部をワークに突入せしめることによって、かかるワークを所定の形状に加工する成形パンチにして、
該パンチ本体の前記加工部よりも基部側の部位の外周部に、所定幅の周溝が形成され、更に該周溝内に、固体潤滑剤として少なくとも二硫化モリブデンを配合してなる樹脂組成物が充填され、そして硬化せしめられて、固体潤滑部が形成されていることを特徴とする成形パンチ。
【請求項２】
前記固体潤滑部が、前記充填された樹脂組成物を加熱して硬化せしめることによって、形成されている請求項１に記載の成形パンチ。
【請求項３】
前記固体潤滑部が多孔質構造を有し、該多孔質構造に、所定の潤滑油が含浸せしめられている請求項１又は請求項２に記載の成形パンチ。
【請求項４】
前記樹脂組成物が、樹脂成分の一つとして、エポキシ系樹脂を用いて、構成されている請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の成形パンチ。
【請求項５】
前記固体潤滑剤として、フッ素樹脂粒子、黒鉛粒子及び二硫化タングステンからなる群れより選ばれた粒子が、更に配合せしめられている請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の成形パンチ。
【請求項６】
冷間圧造に用いられる請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の成形パンチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス加工や冷間圧造等に用いられる成形パンチに係り、特に、潤滑性を高めて、その寿命を効果的に延長せしめ得た成形パンチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属材料を塑性変形させて所定の製品形状に加工する方法として、プレス加工や鍛造加工が知られているが、中でも、ネジやリベット、ボルトの頭部等を製造する方法の一つとして、鍛造加工である冷間圧造が、好適に採用されている。この冷間圧造は、プレス機械に取り付けた金型を用い、この金型内に収容した金属線材等の所定の金属材料に圧力を加えて、変形させ、目的とする形状に成形する、金属材料の塑性変形による加工方法である。そして、そのような冷間圧造においては、例えば、固定金型となるダイス側工具（成形ダイス）と移動金型であるパンチ側工具（成形パンチ）との間に、所定の金属材料からなるワーク材を配置して、かかるワーク材を、それら金型間（成形ダイスと成形パンチとの間）で圧縮成形することで、目的とした形状の製品が形成されるようになっている。
【０００３】
また、そのような冷間圧造にあっては、金属材料の塑性変形による加工であるために、工具（成形ダイスや成形パンチ）にかかる負担が大きく、工具の寿命が短くなってしまうという問題を内在している。そこで、かかる冷間圧造に用いられる工具（成形ダイスや成形パンチ）を形成するために用いられる材質としては、その母材には、一般に、超硬合金やハイス鋼（高速度鋼）、ダイス鋼のように高強度なものが用いられており、そして更に耐久性を向上させるために、その表面に対してＴｉ（チタン）合金等を物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）によって蒸着し、工具表面をコーティングする表面処理が施されている。このように、成形パンチや成形ダイスの表面をＴｉ合金等でコーティングすることによって、工具に耐摩耗性や耐疲労強度、耐焼付き性等の特性を付与せしめて、工具の耐久性を向上させることは出来るのであるが、その表面の摩擦係数を下げることは出来ないところから、ワークと工具（金型）との間の摩擦によって惹起される問題には、充分に対処することが出来ないものであった。
【０００４】
ところで、従来から用いられている冷間圧造用押出成形パンチとして、例えば、国際公開第２０１２／０８６５７３号（特許文献１）には、パンチ軸と平行に形成された成形ランド部と、かかる成形ランド部よりも先端側に成形ランド部と連なって形成された断面円弧状の成形Ｒ部と、成形ランド部よりも基端側に形成され且つ成形ランド部よりも小径とされた逃げ部とから形成された、金属素材を冷間後方押出鍛造して有底円筒状鍛造品を成形する際に用いられる冷間後方押出鍛造用パンチが、明らかにされている。また、ワーク（金属材料）を有底円筒形状（カップ状）に加工する後方押し出し成形加工に用いられる成形パンチの別のものとしては、図４に示されるような形状の成形パンチ４０が用いられている。そこで、かかる成形パンチ４０にあっては、全体的に略円柱形状を呈しており、その先端部分がワークに突入せしめられる加工部４２とされ、更にこの加工部４２よりも基部側の外周部分であるランド部４４には、加工時におけるワークのスプリングバックによる影響を抑えるために、逃がし部４６が、所定幅の周溝として形成されている。このような形状とされた従来の成形パンチ４０にあっては、成形パンチをワークに対して突入させるとき（押し出し時）には、加工部４２の角部にワークの固着によって焼き付きが発生し易く、またワークから成形パンチ４０を引き抜くときには、ワークのスプリングバックにより、ワークと成形パンチ４０のランド部４４との間に摩擦力が発生することとなる。そのような摩擦力による影響を抑えるために逃がし部４６が設けられているものの、摩擦係数が下げられているものではないため、逃がし部４６周辺の摩耗が大きくなり、工具寿命を延ばすことは出来ないものであった。
【０００５】
すなわち、例えば、後方押し出し加工のように、ワークに対して成形パンチを押し込むような加工を行った際に、ワークから成形パンチを抜くときの摩擦により、成形パンチの加工部やランド部が摩耗したり、摩擦熱で発熱することによって、成形パンチの寿命がより短くなってしまう恐れがあるのである。そのため、冷間圧造加工においては、特開２００３−２６０５３５号公報（特許文献２）にも明らかにされている如く、ワークや工具に対して潤滑油等の液体潤滑剤を供給することによって、ワークと工具との間に潤滑剤の膜を形成し、摩擦係数を下げることも行われているのであるが、加工形状等によって充分な潤滑剤が供給されず、局部的に潤滑効果が得られなくなったり、また成形パンチの先端が接触してワークの塑性変形が発生している箇所では、潤滑剤がない状態となってしまい、摩擦係数を下げることが困難となり、焼き付きやかじり等が発生する問題を惹起する。更に、高い面圧や高温等の過酷な摩擦条件下においては、鉱油系等の液体潤滑剤では、充分な効果が得られないという問題も内在しているのである。
【０００６】
このように、金属材料の塑性変形による加工である冷間圧造（鍛造）加工やプレス加工にあっては、工具（成形ダイスや成形パンチ）にかかる負担が大きく、工具の寿命が短くなってしまうという問題を内在しており、一般にフォーマーと呼称される、成形ダイスと成形パンチとが連続して設けられてなる多段式の冷間圧造（鍛造）装置に使用される成形パンチ（工具）にあっては、寿命に達した工具を交換する場合に、その段取り替えに時間を要するため、工具の寿命向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０８６５７３号
【特許文献２】特開２００３−２６０５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、プレス加工や冷間圧造等に用いられる工具の一つである成形パンチにおいて、ワークとの潤滑性を高めて、その工具寿命を効果的に延長することが可能な成形パンチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、本発明にあっては、かくの如き課題を解決するために、パンチ本体の先端に設けた加工部をワークに突入せしめることによって、かかるワークを所定の形状に加工する成形パンチにして、該パンチ本体の前記加工部よりも基部側の部位の外周部に、所定幅の周溝が形成され、更に該周溝内に、固体潤滑剤として少なくとも二硫化モリブデンを配合してなる樹脂組成物が充填され、そして硬化せしめられて、固体潤滑部が形成されていることを特徴とする成形パンチを、その要旨とするものである。
【００１０】
また、本発明に従う成形パンチの望ましい態様の一つにあっては、前記固体潤滑部は、前記充填された樹脂組成物を加熱して硬化せしめることによって形成されることとなり、更に、望ましい態様の別の一つにあっては、前記固体潤滑部が多孔質構造を有し、該多孔質構造に所定の潤滑油が含浸せしめられることとなる。
【００１１】
さらに、本発明に従う成形パンチの好ましい態様の一つによれば、前記樹脂組成物は、樹脂成分の一つとして、エポキシ系樹脂を用いて構成されることとなる。
【００１２】
更にまた、本発明に従う成形パンチの別の好ましい態様の一つによれば、前記固体潤滑剤として、フッ素樹脂粒子、黒鉛粒子及び二硫化タングステンからなる群れより選ばれた粒子が、更に配合せしめられることとなる。
【００１３】
加えて、本発明にあっては、そのような構成とされた成形パンチは、冷間圧造において好適に用いられることとなる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明に従う成形パンチにあっては、成形パンチ本体の加工部よりも基部側の部位の外周部に、少なくとも二硫化モリブデンを配合した樹脂組成物からなる固体潤滑部が、全周に亘って形成されていることによって、かかる成形パンチの加工部がワークに突入して、ワークの塑性変形を行った後に、ワークから成形パンチを引き抜く際に、ワークと成形パンチとの摺接部位に潤滑機能が付与されることとなり、これによって、それらの間の摩擦係数を下げることが出来るところから、ワークのスプリングバックによって惹起されるワークと成形パンチとの間に発生する摩擦力が効果的に低減され得て、以て、成形パンチの摩耗や焼き付き、かじり現象の発生を有利に軽減せしめ、その結果、成形パンチの寿命を効果的に向上させることが可能となるのである。更に、そのようにワークと成形パンチとの間で発生する摩擦力が効果的に低減されていることによって、摩擦熱による成形パンチの過剰な発熱を抑制することが出来るために、成形パンチの寿命を、より有利に延長することも可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従う成形パンチの一例を示す正面説明図である。
【図２】図１に示される成形パンチの断面を示す説明図であって、（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ断面を示し、また（ｂ）は、図１におけるＢ−Ｂ断面を示している。
【図３】本発明に従う成形パンチを用いて実施される冷間圧造による後方押出加工の一例を示す説明図であって、（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、その際の各工程を段階的に示す断面説明図である。
【図４】従来の冷間圧造に用いられる成形パンチの一例を示す正面説明図である。
【図５】本発明に従う成形パンチの別の一例を示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００１７】
先ず、図１には、本発明に従う成形パンチの一例として、冷間圧造に好適に用いられる成形パンチが、正面図の形態において示されている。そこにおいて、成形パンチ１０は、全体的に略円柱形状を呈しており、その略全体形状を形成するパンチ本体１２と、かかるパンチ本体１２の円柱形状の外周部の一部に形成された、周方向の全周に亘って延びる所定幅の固体潤滑部１４とから、構成されている。
【００１８】
より詳細には、成形パンチ１０においては、従来の冷間圧造用成形パンチと同様に、超硬合金やハイス鋼（高速度鋼）、ダイス鋼等の高強度な金属材料を用いて、その略全体形状を与えるパンチ本体１２が形成されており、更にパンチ本体１２の表面には、従来の成形パンチと同様にして、ＴｉＣＮやＴｉＣ等のＴｉ（チタン）合金等が蒸着されることによって、コーティングが施されている。なお、そのようなパンチ本体１２への各種Ｔｉ合金の蒸着には、例えば、物理的反応を利用した物理蒸着（ＰＶＤ）や化学的反応を利用した化学蒸着（ＣＶＤ）等の、公知の各種の手法が採用されることとなる。そして、パンチ本体１２の先端部分は、加工対象の金属材料であるワークに突入せしめられる、中心部においてテーパ状に少し突出しているが、全体としては略平坦な加工部１６とされる一方、パンチ本体１２の外周部分（円柱形状の側面部分）が、ランド部１８とされている。
【００１９】
さらに、かかるパンチ本体１２のランド部１８には、加工部１６よりも基部側となる部位において、図２（ａ）や図２（ｂ）に示されるように、ランド部１８の外周面から所定深さをもって周方向の全長に亘って形成されてなる周溝２０が、パンチ本体１２の長さ方向において所定幅をもって形成されている。なお、かかる周溝２０は、ここでは、その深さと幅がそれぞれ一定とされて、断面形状がコ字状となる単純な溝形状において、形成されている。
【００２０】
そして、そのような周溝２０内には、固体潤滑剤として少なくとも二硫化モリブデンを配合せしめてなる樹脂組成物が充填されて、更にそのような樹脂組成物が硬化せしめられることにより、固体潤滑部１４が、かかる周溝２０の深さと同程度の厚さにおいてパンチ本体１２の全周に亘って形成されている。なお、かかる固体潤滑部１４は、ここでは、エポキシ系樹脂をバインダーとして、二硫化モリブデンと発泡剤が配合されてなるペースト状のものを、周溝２０内に充填した後、加熱することで、発泡させると共に、硬化せしめることによって、多孔質構造の層厚さにおいて形成されている。また、そのような固体潤滑部１４は、周溝２０内を全て覆うように、周溝２０の全周に亘って形成されており、その表面が、パンチ本体１２の外周面と同じ高さになるように、換言すればランド部１８の外周面と固体潤滑部１４の外周面とが略面一となるようにして、形成されている。なお、そのような二硫化モリブデンが配合せしめられてなる樹脂組成物としては、各種の市販品があり、例えば、住鉱潤滑剤株式会社からモリドライの名称にて市販されている商品を用いることが出来る。
【００２１】
また、かかる固体潤滑部１４は、その内部に多数の微細な空孔が存在する多孔質構造とされているところから、ここでは、そのような多孔質構造を利用して、その空孔内に、従来から冷間圧造において用いられている所定の潤滑油が、含浸せしめられている。このように、多孔質構造の固体潤滑部１４に、潤滑油が含浸せしめられていることによって、成形パンチ１０を用いて冷間圧造を行った際に、固体潤滑部１４に配合された二硫化モリブデンからなる固体潤滑剤による潤滑作用に加えて、含浸された潤滑油が染み出すことによって、ワークと成形パンチ１０との間の潤滑性能を、より向上させることが出来る特徴が発揮され得るのである。
【００２２】
ところで、このような成形パンチ１０を用いて、冷間圧造として後方押出加工を行うに際しては、例えば、図３に示される如く、以下のような工程に従って行われることとなる。即ち、先ず、成形ダイス３０の成形パンチ１０の外面形状に対応した内面形状とされた成形キャビティ３２内に、所定の金属材料からなるワーク３４を収容、配置する（図３（ａ）参照）。次いで、図３（ｂ）に示されるように、成形キャビティ３２内に向かって成形パンチ１０を押し下げていき、そして成形キャビティ３２内にセットされたワーク３４に対して、成形パンチ１０の加工面１６を圧入して、侵入させる。そうすると、加工面１６で押し出されたワーク３４の金属素材は、成形キャビティ３２の内面と成形パンチ１０の外面（ランド部１８）との間へと流動する。続いて、更に成形パンチ１０を押し下げていくことで、図３（ｃ）に示される如く、成形パンチ１０と成形キャビティ３２の間において、ワーク３４が、所定厚さをもった有底の円筒形状に変形せしめられるのである。その後、成形パンチ１０をワーク３４から引き抜くことで、ワーク３４は、目的とする形状に冷間圧造加工（後方押出成形加工）されることとなるのである（図３（ｄ）参照）。なお、このような冷間圧造加工を行い、目的とする形状（有底円筒形状）に変形せしめたワーク３４から、成形パンチ１０を引き抜く際（図３（ｄ）への移行）には、ワーク３４にスプリングバックが発生するために、ワーク３４と成形パンチ１０の外周面との間に、摩擦が必然的に発生することとなるのであるが、本発明に従う成形パンチ１０は、そのような摩擦に対して良好に対応し得るようになっているのである。
【００２３】
すなわち、本発明に従う冷間圧造用の成形パンチ１０にあっては、パンチ本体１２のランド部１８に、少なくとも二硫化モリブデンを配合した樹脂組成物からなる固体潤滑部１４が形成されているところから、冷間圧造加工を施したワーク３４から成形パンチ１０を引き抜く際に、ワーク３４と成形パンチ１０との摺接部分において、固体潤滑部１４がワーク３４と接触することで、それらの間に、有効な潤滑機能が付与されることとなり、これによって、ワーク３４と成形パンチ１０の間の摩擦係数を効果的に低下せしめることが出来るのである。そして、その結果、ワーク３４のスプリングバックによって惹起される、ワーク３４と成形パンチ１０との間に発生する摩擦力を、効果的に低減することが可能となるのであり、以て成形パンチ１０の摩耗や焼き付き、かじり現象の発生を効果的に軽減することが出来ると共に、摩擦熱による成形パンチ１０の過剰な発熱を押さえることが出来るために、成形パンチの寿命を、有利に延長することが可能となるのである。
【００２４】
以上、本発明の代表的な実施形態の一つについて詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。
【００２５】
例えば、上述の実施形態で例示した成形パンチ１０においては、固体潤滑部１４を形成する周溝２０の形状は、一定の溝深さを有する断面がコ字状の単純な溝形状とされていたが、そのような溝形状の他にも、例えば、図５に示される成形パンチ５０の如く、従来の成形パンチ（４０）に設けられる逃がし部（４６）を利用して、パンチ本体５２のランド部５４に形成される周溝５６を、溝深さが周溝５６の幅方向に向かうに従って順次変化する、換言すれば成形パンチ５０の軸方向に向かうに従って（図５では、パンチ本体５２の先端に向かって浅くなるように）、周溝５６の溝底部分に相当するパンチ本体５２の内径が順次変化するテーパ面５８とされた溝形状とすることも可能である。更に、図５に例示したものの他にも、周溝２０の形状としては、その溝内に樹脂組成物を充填し、硬化せしめて、固体潤滑部を形成可能な溝形状であれば、円弧状や三角形状、台形形状等、公知の各種の溝形状を採用することが出来る。
【００２６】
加えて、そのような固体潤滑部１４が、成形パンチ１０のランド部１８において形成される位置や幅は、成形パンチ１０の全体形状（パンチ本体１２の形状）や、かかる成形パンチ１０を用いて成形する加工品の形状に合わせて、適宜決定されることとなる。また、かかる固体潤滑部１４がランド部１８に形成される数にあっても、かかる実施形態において例示した、１つの周溝２０からなるもの限らず、ランド部１８に複数の周溝（２０）を形成して、それらを固体潤滑剤を含んだ樹脂組成物にて充填し、硬化せしめて、複数個の固体潤滑部（１４）を形成することも可能である。
【００２７】
さらに、固体潤滑部１４は、固体潤滑剤として、少なくとも二硫化モリブデンを配合していたが、そのような二硫化モリブデンに加えて、固体潤滑剤として、フッ素樹脂粒子や黒鉛粒子、二硫化タングステン等の粒子を、成形パンチの形状やその使用形態に応じて、更に配合せしめることも可能である。それらの固体潤滑剤を更に用いることによって、成形パンチとワークとの間の潤滑性能を、より有利に高めることが可能となり、以て、成形パンチの寿命を効果的に延長することが出来ることとなる。
【００２８】
また、かかる実施形態においては、固体潤滑部１４を形成する樹脂組成物として、エポキシ系樹脂を主な成分としたものを用いたが、少なくとも二硫化モリブデンを配合した状態において、パンチ本体１２のランド部１８に形成された周溝２０内に充填されて、硬化せしめられ、固体潤滑部１４を形成可能な樹脂組成物であれば、公知の各種の樹脂組成物が使用可能であって、例えばポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂やそれら樹脂のポリマーアロイ化したもの等を樹脂成分として用いた樹脂組成物を挙げることが出来る。
【００２９】
更にまた、例示した成形パンチ１０においては、固体潤滑部１４の外周面とランド部１８とが略面一となるように固体潤滑部１４が形成されていたが、かかる固体潤滑部１４の外周面が、成形パンチ１０をワーク３４から引き抜く際にワーク３４と接触して、潤滑性能を与えるようになっていればよく、例えば、固体潤滑部１４の外周面が僅かにランド部１８の外周面よりも膨らんだ形状とすることも可能である。
【００３０】
なお、上記の実施形態においては、本発明に従う成形パンチとして、冷間圧造用の成形パンチ１０を例示したが、本発明にあっては、プレス加工用に用いられる成形パンチにも好適に採用され得ることとなる。例えば、プレス加工用成形パンチにおいて、ワークと成形パンチとが摺接する部位に、同様な固体潤滑部を形成することによって、プレス加工時においても、ワークと成形パンチとの間に潤滑性能を効果的に付与せしめて、上記した冷間圧造用成形パンチと同様な効果が、有利に発揮されることとなるのである。
【００３１】
その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施されるものであり、またそのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。
【符号の説明】
【００３２】
１０  成形パンチ              １２  パンチ本体
１４  固体潤滑部              １６  加工部
１８  ランド部                ２０  周溝
３０  成形ダイス              ３２  成形キャビティ
３４  ワーク
【図１】
2016221532.tif 000003
【図２】
2016221532.tif 000004
【図３】
2016221532.tif 000005
【図４】
2016221532.tif 000006
【図５】
2016221532.tif 000007