JP2009226441A - 金型及びこの金型を用いた成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥の無い製品を成形可能な金型及びこの金型を用いた成形方法を提供する。
【解決手段】パンチ２及びダイ３の各加圧面２１，３１によって素材４を加圧することにより、素材４に塑性流動を生じさせて突部を有する製品を成形する金型１であって、パンチ２及びダイ３の少なくともいずれか一方の加圧面３１（２１）は、素材４の塑性流動を抑制する流動抑制領域３１ｂと、前記突部が形成される突部形成領域３１ａとを備えており、流動抑制領域３１ｂは、その表面摩擦係数が突部形成領域３１ａの表面摩擦係数よりも高くなるように形成されている金型１。
【選択図】図２

Description

本発明は、金型及びこの金型を用いた成形方法に関する。

従来、素材を鍛造加工により成形して突部を有する製品を製造する場合、金型が使用されている。この金型は、鍛造加工される素材が載置されるダイと、ダイに向けて下方移動し素材を圧下するパンチとを備えている。ダイの表面には、立体形状製品の突部を形成するための凹部が設けられている。

このような金型を用いて素材から製品を成形する場合、ダイ上に素材を配置し、この素材をパンチによって上方から圧下することにより、素材を塑性流動させて凹部内に流入させることで成形している。

しかしながら、上述の金型を用いて製品を鍛造成形する場合、製品の突部に対応するダイの凹部に十分な素材が流れ込みにくく、製品の一部に素材の流れ込み不良等の欠陥が発生するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、欠陥の無い製品を成形可能な金型及びこの金型を用いた成形方法を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、パンチ及びダイの各加圧面によって素材を加圧することにより、前記素材に塑性流動を生じさせて突部を有する製品を成形する金型であって、前記パンチ及び前記ダイの少なくともいずれか一方の加圧面は、前記素材の塑性流動を抑制する流動抑制領域と、前記突部が形成される突部形成領域とを備えており、前記流動抑制領域は、その表面摩擦係数が前記突部形成領域の表面摩擦係数よりも高くなるように形成されている金型により達成される。

また、この金型において、前記流動抑制領域は、前記突部形成領域の周囲に配置されていることが好ましい。

また、前記流動抑制領域には、複数の凹凸部が形成されていることが好ましい。

また、前記突部形成領域は、前記加圧面の略中央部に形成されていることが好ましい。

また、前記突部形成領域の表面摩擦係数は、０．０１〜０．５であることが好ましい。

また、本発明の上記目的は、上述の金型を用いて突部を有する製品を成形する成形方法であって、前記ダイの加圧面に載置される前記素材を前記パンチの加圧面により加圧することにより前記素材を塑性流動させる流動ステップと、前記突部形成領域よりも高い表面摩擦係数を有する前記流動抑制領域によって、前記素材の塑性流動を抑制する流動抑制ステップとを備える形成方法により達成される。

本発明によれば、欠陥の無い製品を成形可能な金型及びこの金型を用いた成形方法を提供することができる。

以下、本発明に係る金型について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る金型１の概略構成断面図であり、図２は、金型１を構成するダイ３の概略構成断面図である。図３は、図２に示すダイ３の平面図である。図４は、図１に示す金型１により成形した成形体（製品）５を示す斜視図である。

本実施形態に係る金型１は、素材４を加圧することにより塑性流動させて図４に示すような突部（ボスやリブ等）５１を有する製品５を成形するプレス又は鍛造用の金型であり、図１に示すように、パンチ２及び当該パンチ２の下方に配置されるダイ３を備えている。パンチ２は、図示しないプレス機械などの昇降装置により上下動可能となるように構成されており、素材４を圧下するパンチ加圧面２１を備えている。このパンチ加圧面２１は、フラットな形状となるように形成されている。

ダイ３は、図示しないダイホルダーにより固定されており、パンチ２のパンチ加圧面２１と対向配置されるダイ加圧面３１を備えている。このダイ加圧面３１は、図２及び図３に示すように、製品５における突部５１（立体形状部分）が形成される突部形成領域３１ａと、流動抑制領域３１ｂとを備えている。なお、図３中における一点鎖線Ｓは、突部形成領域３１ａと流動抑制領域３１ｂとの境界を示す仮想線である。

突部形成領域３１ａは、ダイ加圧面３１の略中央部に形成されており、その領域内に、製品５の突部５１に対応する凹部３２が複数形成されている。流動抑制領域３１ｂは、突部形成領域３１ａの周囲に配置されている。この流動抑制領域３１ｂは、ダイ３上に載置された素材４をパンチ２が圧下した場合に生じる素材４の塑性流動を抑制する機能を有しており、その表面摩擦係数が、突部形成領域３１ａの表面摩擦係数よりも高くなるように形成されている。流動抑制領域３１ｂおよび突部形成領域３１ａにおける各表面摩擦係数に高低差を設ける方法としては、例えば、ダイ加圧面３１の突部形成領域３１ａに表面摩擦係数を低減するコーティングを施す方法や、研磨による鏡面仕上げなどを挙げることができる。このようなコーティングとしては、ＣｒＮ（窒化クロム）コーティング、ＴｉＣ（炭化チタン）コーティング、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティング等を例示することができる。なお、突部形成領域３１ａにおける表面摩擦係数の値は、例えば０．０１〜０．５の範囲が好ましい。ダイ加圧面３１の流動抑制領域３１ｂにおける表面摩擦係数の値は、突部形成領域３１ａにおける表面摩擦係数の値よりも高ければ特に限定されない。例えば、突部形成領域３１ａにおける表面摩擦係数の値が０．０１〜０．１というような範囲であれば、流動抑制領域３１ｂにおける表面摩擦係数の値を０．２以上とすることもできる。

また、パンチ２及びダイ３の内部には、シーズヒータ等の発熱体（図示せず）が設けられており、パンチ２及びダイ３が、所定の温度に加熱されるように構成されている。

次に本実施形態に係る金型１を用いてマグネシウム又はマグネシウム合金からなる素材４に鍛造加工を施す方法を、図５を参照して説明する。

まず、図５（ａ）に示すようにダイ３におけるダイ加圧面３１の略中央部に素材４を載置する。ここで、マグネシウム又はマグネシウム合金からなる素材４は、例えば２５０℃〜４００℃の範囲で展延性が向上し鍛造加工を行いやすくなるため、プレス前に、図示しないプレス機械を駆動して加熱されたパンチ２及びダイ３によって素材４を挟み込み、素材４を上記温度範囲となるよう昇温させる。

素材４が所定温度に昇温した後、図示しないプレス機械を駆動して、図５（ｂ）に示すように、パンチ加圧面２１により素材４を圧下する。この圧下により、素材４は塑性流動して変形しつつダイ３の加圧面３１に形成される凹部３２に流れ込む。パンチ加圧面２１による圧下が終了した後、パンチ２をダイ３から離れる方向に移動させて、鍛造加工終了後の製品５を取り出す。

本実施形態に係る金型１は、ダイ３の加圧面３１が、素材４の塑性流動を抑制する流動抑制領域３１ｂと、製品５の突部５１が形成される突部形成領域３１ａとを備えており、流動抑制領域３１ｂにおける表面摩擦係数が、突部形成領域３１ａにおける表面摩擦係数よりも高くなるように設定している。このような構成により、パンチ２によって圧下されて変形していく素材４における流動抑制領域３１ｂとの接触部分は高い摩擦抵抗力を受けるため、その流動が抑制されることになる。一方、素材４における突部形成領域３１ａとの接触部分は、流動抑制領域３１ｂとの接触部分に比べて低い摩擦抵抗力を受けるため、その流動性は高いものとなる。この結果、突部形成領域３１ａにおける凹部３２に十分な量の素材４が流れ込むことになり、製品５の突部５１に素材４の流れ込み不良が発生することを確実に防止して、高精度で欠陥の無い立体形状製品５を製造することができる。

発明者らは、上記効果を確認するために、図１〜図３に示す金型１を用いて鍛造加工の実験を行ったので、この実験結果について以下説明する。なお、金型１のダイ３における突部形成領域３１ａには、ＤＬＣコーティングを施し、その表面摩擦係数が０．１となるようにした。流動抑制領域３１ｂには、ＤＬＣコーティングを施さずに梨地面とした。また、鍛造加工される素材４としては、高さ３６ｍｍ、幅４６ｍｍ、厚み０．５ｍｍの平面視矩形状のマグネシウム合金製プレート状素材を用いた。実験結果を図６（ａ）に示す。図６（ａ）は、図５に示す成形体における円柱状の突部５１の断面の写真画像である。

また、比較のため、図１〜図３に示す金型と同形状の金型であって、ダイの加圧面における表面摩擦係数が加圧面全域にわたって同一の金型を用いて、上記マグネシウム合金製プレート状素材に対して鍛造加工を行った結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）も、図６（ａ）と同様に図５に示す成形体における円柱状の突部５１の断面の写真画像である。

図６（ａ）の写真に示すように、本実施形態に係る金型１により鍛造加工を行った成形体５の突部５１には、素材４の流れ込み不良が発生しておらず、その外形形状はきれいな状態となっていることが分かる。一方、図６（ｂ）に示す比較例の写真においては、素材４の流れ込み不良が発生し、突部５１の外形形状がいびつな形状となっていることが分かる。

また、本実施形態に係る金型１は、製品５の突部５１を形成する突部形成領域３１ａと素材４との接触面において、素材４が流動しやすい状態となっているため、突部形成領域３１ａにおける凹部３２が形成されていない面と、パンチ２のパンチ加圧面２１とで挟まれる領域により成形される製品部分の厚みを、例えば、ダイカストで製造が困難な０．５ｍｍ以下の極めて薄い形状に成形することが可能になる。

このように、本実施形態に係る金型１によれば、欠陥の無いボスやリブ等の突部を薄板材に備えた製品を高精度で一体成形することが可能になる。

また、本実施形態においては、製品５の突部５１を形成する突部形成領域３１ａの周囲に当該突部形成領域３１ａよりも表面摩擦係数の高い流動抑制領域３１ｂを配置しているため、パンチ２の圧下によって塑性流動する素材４の動きを、突部形成領域３１ａの周囲全域で抑制することができる。この結果、突部形成領域３１ａに形成される凹部３２内に素材４がより一層確実に流れ込むことになり、高精度で欠陥の無い製品５を鍛造加工によって成形することが可能になる。

また、上記実施形態においては、突部形成領域３１ａをダイ加圧面３１の略中央部に形成しているため、素材４が、パンチ２の圧下によって突部形成領域３１ａからその周囲に形成される流動抑制領域３１ｂに向けて流動することになる。流動抑制領域３１ｂにおいては、素材４の塑性流動が抑制されることになるため、突部形成領域３１ａにおける凹部３２に素材４を確実に流し込むことが可能になる。

以上、本発明に係る金型１の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態においては、ダイ３の加圧面３１が、流動抑制領域３１ｂと突部形成領域３１ａとを備えるような構成を採用しているが、例えば、パンチ２の加圧面２１が、流動抑制領域３１ｂと突部形成領域３１ａとを備えるような構成を採用することもできる。また、ダイ３の加圧面３１及びパンチ２の加圧面２１が、それぞれ流動抑制領域３１ｂと突部形成領域３１ａとを備えるような構成を採用し、両面に突部５１を有する成形体を成形するように構成してもよい。

また、図７に示すように、ダイ３の加圧面３１の流動抑制領域３１ｂに複数の凹凸部３３を形成することにより、突部形成領域３１ａと流動抑制領域３１ｂとの間の摩擦係数の高低差を拡大することもできる。流動抑制領域３１ｂに凹凸部３３を形成する方法としては、ダイ加圧面３１の流動抑制領域３１ｂに対して、例えば、放電加工、化学研磨、ショットブラスト、機械加工等を施すことを挙げることができる。このように、流動抑制領域３１ｂの表面粗さを大きくすることにより、流動抑制領域３１ｂが、パンチ２の圧下によって流動する素材４の流れをより強力に抑制することが可能になるため、突部形成領域３１ａにおける凹部３２に十分な量の素材４を確実に流し込むことができ、製品５の突部５１に素材４の流れ込み不良等の欠陥が発生することを確実に防止することができる。

また、上記実施形態においては、図３に示すように、ダイ３の加圧面の略中央部に突部形成領域３１ａを形成し、その周囲に流動抑制領域３１ｂを配置するような構成を採用しているが、このような構成に特に限定されず、例えば、図８（ａ）や図８（ｂ）に示すように、突部形成領域３１ａ内に表面摩擦係数が高い流動抑制領域３１ｂを形成するように構成してもよい。また、図３に示すように、突部形成領域３１ａと流動抑制領域３１ｂとの境界Ｓは、矩形状に形成されているが、この境界Ｓの形状は、例えば図８（ｃ）や図８（ｄ）に示すように、種々の形状を採用することができる。なお、図８（ａ）〜（ｄ）においては、構成の理解を容易にするために、流動抑制領域３１ｂに対して色を付して示している。

本発明の一実施形態に係る金型の概略構成断面図である。 図１に示す金型を構成するダイを示す概略構成断面図である。 図２に示すダイの平面図である。 図１に示す金型によって鍛造加工された製品を示す斜視図である。 図１に示す金型を用いて素材に鍛造加工を施す方法を説明する説明図である。 図１に示す金型の効果を確認するために発明者が行った実験結果を示す写真である。 図２に示すダイの変形例を示す概略構成断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図３に示すダイの各種変形例をそれぞれ示す平面図である。

符号の説明

１ 金型
２ パンチ
２１ パンチ加圧面
３ ダイ
３１ ダイ加圧面
３１ａ 突部形成領域
３１ｂ 流動抑制領域
３２ 凹部
３３ 凹凸部
４ 素材
５ 製品
５１ 突部

Claims (6)

1. パンチ及びダイの各加圧面によって素材を加圧することにより、前記素材に塑性流動を生じさせて突部を有する製品を成形する金型であって、
   前記パンチ及び前記ダイの少なくともいずれか一方の加圧面は、前記素材の塑性流動を抑制する流動抑制領域と、前記突部が形成される突部形成領域とを備えており、
   前記流動抑制領域は、その表面摩擦係数が前記突部形成領域の表面摩擦係数よりも高くなるように形成されている金型。
2. 前記流動抑制領域は、前記突部形成領域の周囲に配置されている請求項１に記載の金型。
3. 前記流動抑制領域には、複数の凹凸部が形成されている請求項１又は２に記載の金型。
4. 前記突部形成領域は、前記加圧面の略中央部に形成されている請求項１から３のいずれかに記載の金型。
5. 前記突部形成領域の表面摩擦係数は、０．０１〜０．５である請求項１から４のいずれかに記載の金型。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の金型を用いて突部を有する製品を成形する成形方法であって、
   前記ダイの加圧面に載置される前記素材を前記パンチの加圧面により加圧することにより前記素材を塑性流動させる流動ステップと、
   前記突部形成領域よりも高い表面摩擦係数を有する前記流動抑制領域によって、前記素材の塑性流動を抑制する流動抑制ステップとを備える形成方法。