JP2011047001A - Mold for press forming and press forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレス成形用金型およびそれを用いたプレス成形方法に関する。 The present invention relates to a press molding die and a press molding method using the same.
焼結体を製造する際の成形方法として金型を用いたプレス成形が多用されている。例えば、スローアウェイチップ等の切削工具を製造する際にプレス成形を用いた場合、ダイス内にて加圧された成形体が加圧された直後にスプリングバックで膨張してしまい、その後で成形体をダイス内から抜き取る際に成形体の上面側端部がダイスの内壁面に干渉して引きずられることになり、切刃をなす上面側端部が潰れてしまいシャープな切刃が得られないという問題があった。 As a molding method for producing a sintered body, press molding using a mold is frequently used. For example, when press forming is used when manufacturing a cutting tool such as a throw-away tip, the formed body pressed in the die expands with a springback immediately after being pressed, and then the formed body When the die is extracted from the die, the upper surface side end of the molded body interferes with the inner wall surface of the die and is dragged, and the upper surface side end forming the cutting blade is crushed and a sharp cutting blade cannot be obtained. There was a problem.
この問題に対して、例えば特許文献１には、上パンチを内外の２層構成にして、加圧成形直後に外側上パンチを先に後退させ、時間差で内側上パンチを後退させることにより、成形体のスプリングバックの発生を抑制できるとともに切刃がダイスの内壁面に干渉することを防止できることが記載されている。また、本出願人は特許文献２にて、ダイスの内壁面を成形体上面位置から上側に向かって幅が広がるようなテーパ面とすることによって、成形後のチップを取り出す際に切刃がダイスの内壁面に干渉した状態となることなく、切刃直下の上面側端部にダイス内壁面に擦られて形成されるストレート部（擦れ摩耗部）の発生を防止することができることを提案した。 To solve this problem, for example, in Patent Document 1, the upper punch is formed into a two-layer structure, and the outer upper punch is retracted first immediately after pressure molding, and the inner upper punch is retracted at a time difference. It is described that generation of spring back of the body can be suppressed and that the cutting blade can be prevented from interfering with the inner wall surface of the die. In addition, in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260260, the applicant of the present invention uses a tapered surface whose inner wall surface is widened upward from the position of the upper surface of the molded body. It has been proposed that it is possible to prevent the occurrence of a straight portion (rubbing wear portion) formed by rubbing against the inner wall surface of the die at the upper surface side end portion immediately below the cutting edge without interfering with the inner wall surface of the die.
さらに、特許文献３では、成形凹部を持つゴム型内に粉末を充填し、その上面をゴム蓋で覆う状態とし、さらにこのゴム部材の外側から加圧する永久磁石の成形方法が開示されている。
Further,
しかしながら、特許文献１の方法では、成形作業が複雑になるとともに、内側上パンチと外側上パンチ間に原料粉末が噛み込んだり、内側上パンチと外側上パンチの先端が早期に摩耗してバリが立ちやすくなる可能性があった。また、特許文献２の方法では、ポジチップ等の成形体形状が複雑な形状となる場合には金型の加工寸法精度が悪くなることがあり、このような寸法精度の悪い金型を用いると成形体の上面外周端部にバリが発生してしまうことがあった。さらに、特許文献３のゴム部材を用いて成形する方法では、ゴム部材の変形によって成形体の寸法精度は低いものであった。
However, in the method of Patent Document 1, the molding operation is complicated, and the raw material powder is caught between the inner upper punch and the outer upper punch, or the tips of the inner upper punch and the outer upper punch are worn at an early stage to cause burrs. There was a possibility that it would be easier to stand. Further, in the method of
したがって、本発明の目的は、プレス成形時に成形体のスプリングバックによって発生する成形体の上面側端部と金型のダイス内壁面との干渉による上面側端部の擦れ摩耗を抑制できるとともに、成形体上面側端部に発生するバリによる悪影響を抑制できて、成形体の上面側端部の形状をシャープなエッジとすることができ、特に、優れた切れ味を持ち、高い加工精度を有する切削工具を高精度で作製可能なプレス成形用金型およびこれを用いたプレス成形方法を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to suppress the frictional wear of the upper surface side end due to the interference between the upper surface side end of the molded body and the die inner wall surface of the mold, which is generated by the spring back of the molded body during press molding, and molding. A cutting tool that can suppress adverse effects due to burrs that occur on the upper surface side end of the body, can make the shape of the upper surface side end of the molded body sharp edges, and has particularly excellent sharpness and high machining accuracy. Is to provide a press-molding die that can be manufactured with high accuracy, and a press-molding method using the same.
本発明のプレス成形用金型は、内側に上面から下面に貫通する貫通孔を有するダイスと、前記貫通孔内に上面または下面から嵌め込まれる第１パンチと、前記ダイスの貫通孔を塞ぐとともに該ダイスの下面または上面と接触する第２パンチとからなるとともに、前記ダイス、前記第１パンチおよび前記第２パンチのいずれもヤング率２００ＧＰａ以上の材質からなることを特徴とする。 The press molding die of the present invention includes a die having a through hole penetrating from the upper surface to the lower surface on the inner side, a first punch fitted from the upper surface or the lower surface into the through hole, and closing the through hole of the die. The second punch is in contact with the lower surface or the upper surface of the die, and all of the die, the first punch, and the second punch are made of a material having a Young's modulus of 200 GPa or more.
本発明のプレス成形方法は、上記プレス成形用金型の前記ダイスの貫通孔内に原料粉末を充填し、該充填した原料粉末の上面に前記第２パンチを押し当てて、前記第１パンチを前記充填した原料粉末側に押し込むことによって、前記充填した原料粉末を前記一対のパンチで加圧することを特徴とするものであり、前記第２パンチおよび前記ダイスを同時に前記第１パンチ側に移動させることによって、前記充填した原料粉末の両面から前記一対のパンチで加圧することが望ましい。 In the press molding method of the present invention, a raw material powder is filled in the through-hole of the die of the press molding die, the second punch is pressed against the upper surface of the filled raw material powder, and the first punch is used. The filled raw material powder is pressed by the pair of punches by being pushed into the filled raw material powder side, and the second punch and the die are simultaneously moved to the first punch side. Therefore, it is desirable to pressurize with the pair of punches from both sides of the filled raw material powder.
また、本発明の焼結体は、上記プレス成形方法によって得られた成形体を焼成して得られることを特徴とするものであり、特に切削工具、中でもポジチップ形状の切削工具として好適に使用可能である。 In addition, the sintered body of the present invention is obtained by firing the molded body obtained by the above press molding method, and can be suitably used particularly as a cutting tool, particularly a positive chip-shaped cutting tool. It is.
本発明によれば、ダイス、第１パンチおよび第２パンチのいずれもヤング率２００ＧＰａ以上の剛性の高い材質からなり、内側に上面から下面に貫通する貫通孔を有するダイスと、前記貫通孔内に上面または下面から嵌め込まれる第１パンチと、前記ダイスの貫通孔を塞ぐとともに該ダイスの下面または上面と接触する第２パンチとからなるプレス成形用金型を用いて、前記ダイスの貫通孔内に原料粉末を充填し、該充填した原料粉末の上面に前記第２パンチを押し当てて、前記第１パンチを前記充填した原料粉末側に押し込んで、前記充填した原料粉末を前記一対のパンチで加圧することによって、成形体をダイスから取り出す際に成形体の上面側端部がダイスの内壁面に干渉しないので、成形体の上面側端部が潰れることがない。また、上記成形方法によれば、パンチとダイスとのクリアランス部に押し出された原料粉末が成形体のバリを生成することもないので、成形体の上面側端部を鋭利なエッジとすることができる。 According to the present invention, each of the die, the first punch, and the second punch is made of a highly rigid material having a Young's modulus of 200 GPa or more, and has a through-hole penetrating from the upper surface to the lower surface on the inside, Using a press molding die comprising a first punch fitted from the upper surface or the lower surface and a second punch that closes the through hole of the die and contacts the lower surface or the upper surface of the die, The raw material powder is filled, the second punch is pressed against the top of the filled raw material powder, the first punch is pushed into the filled raw material powder side, and the filled raw material powder is added by the pair of punches. By pressing, since the upper surface side end portion of the molded body does not interfere with the inner wall surface of the die when the molded body is taken out from the die, the upper surface side end portion of the molded body is not crushed. Further, according to the above molding method, since the raw material powder extruded into the clearance part between the punch and the die does not generate burrs of the molded body, the upper surface side end of the molded body can be made a sharp edge. it can.
ここで、前記第２パンチおよび前記ダイスを同時に前記第１パンチ側に移動させることによって、前記充填した原料粉末の両面から前記一対のパンチで加圧することが、全体の成形圧を高めることができるとともに、上下面のエッジにおける成形圧を特に高めることができる点で望ましい。 Here, by simultaneously moving the second punch and the die toward the first punch, pressurization with the pair of punches from both sides of the filled raw material powder can increase the overall molding pressure. In addition, it is desirable in that the molding pressure at the edges of the upper and lower surfaces can be particularly increased.
さらに、上記プレス成形方法によって得られた成形体を焼成して得られる焼結体は、特に上下面のエッジにおける寸法精度が高く、シャープな形状を実現できるものである。そのため、特に切削工具、中でもポジチップ形状からなる切削工具として好適に採用できる。 Furthermore, the sintered body obtained by firing the molded body obtained by the above press molding method has a high dimensional accuracy especially at the upper and lower edges and can realize a sharp shape. Therefore, it can be suitably employed as a cutting tool, particularly a cutting tool having a positive tip shape.
本発明のプレス成形用金型およびそれを用いたプレス成形方法について、その一実施例を示す図１の工程図を基に説明する。 The press molding die of the present invention and the press molding method using the same will be described with reference to the process diagram of FIG.
図１によれば、プレス成形用金型１は、内側に上面から下面に貫通する貫通孔５を有するダイス２と、貫通孔５内に上面または下面から嵌め込まれる第１パンチ３と、ダイス２の貫通孔５を塞ぐとともにダイス２の下面または上面と接触する第２パンチ４とで構成されている。また、本発明によれば、上記ダイス２、第１パンチ３および第２パンチ４はいずれもヤング率２００ＧＰａ以上の剛性の高い材質、例えば、ダイス鋼、高速度鋼または焼入鋼等の工具鋼や超硬合金、セラミックスからなる。また、金型の表面にはＣｒメッキ、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法によりＴｉＣやＤＬＣ等の硬質膜を形成したものも採用できる。
According to FIG. 1, a press-molding die 1 includes a
本発明によれば、プレス成形用金型１を用いて、ダイス２の貫通孔５内に原料粉末８を充填し、充填した原料粉末８の上面に第２パンチ４を押し当てて、第１パンチ３を充填した原料粉末側に押し込んで、充填した原料粉末を一対のパンチ（第１パンチ３および第２パンチ４）で加圧するものであり、成形体６をダイス２から取り出す際に成形体６の上面側端部がダイス２の内壁面に干渉しないので、成形体６の上面側端部が潰れることがない。また、上記成形方法によれば、パンチ（第１パンチ３または第２パンチ４）とダイス２とのクリアランス部に原料粉末が押し出されて成形体６のバリを生成することを抑制できるので、成形体６の上面側端部を鋭利なエッジとすることができる。なお、プレス成形用金型１を用いて成形した場合、上パンチやダイスの摩耗等によってバリが発生することも考えられるが、本発明の場合、バリは成形体の上面に対して水平な方向に発生するので、バリを除去する際にバリが成形体の上面側に倒れて付着してしまうことがなく、切刃の鋭利さが損なわれることもない。
According to the present invention, using the press molding die 1, the raw material powder 8 is filled in the through-hole 5 of the
ここで、第２パンチ４およびダイス２を同時に第１パンチ３側に移動させて、充填した原料粉末の上下面の両面から一対のパンチ（第１パンチ３および第２パンチ４）で加圧することが、全体の成形圧を高めることができるとともに、成形体６の上下面のエッジにおける成形圧を特に高めることができて、焼結体の焼き上がり寸法にバラツキが発生しにくい点で望ましい。
Here, the 2nd punch 4 and the die |
さらに、上記プレス成形方法によって得られた成形体６を焼成して得られる焼結体は、特に上下面のエッジにおける寸法精度が高く、シャープな形状を実現できるものである。そのため、特に切削工具、中でもポジチップ形状からなる切削工具として好適に採用できる。以下に切削工具の製造方法の一例について詳細に説明する。 Furthermore, the sintered body obtained by firing the molded body 6 obtained by the above press molding method has a high dimensional accuracy especially at the edges of the upper and lower surfaces and can realize a sharp shape. Therefore, it can be suitably employed as a cutting tool, particularly a cutting tool having a positive tip shape. Below, an example of the manufacturing method of a cutting tool is demonstrated in detail.
（ポジチップの製造方法）
図１（ａ）〜（ｆ）は本発明のプレス成形金型を用いたプレス成形方法の一例を示す工程図である。
(Positive chip manufacturing method)
1A to 1F are process diagrams showing an example of a press molding method using the press molding die of the present invention.
まず、プレス成形用金型１のダイス２の貫通孔５内に下面から第１パンチ３を嵌め込んだ状態でセットし、フィーダ７等を用いて原料粉末８を貫通孔５内に充填する（図１（ａ）（ｂ）参照）。原料粉末としては、所望により、所定の割合で混合しバインダを添加してボールミル等で混合、粉砕、造粒した造粒粉末を用いる。また、第１パンチ３の中心部には成形体６の中央部にピン穴となる貫通孔を形成するためのピンロッド３ａが挿入されており、原料粉末を充填する貫通孔５内にはピンロッド３ａが配設されている。
First, the
次に、ダイス２の上面に貫通孔５を塞ぐとともにダイス２の上面と接触する第２パンチ４を押し当てる（図１（ｃ）参照）。なお、第２パンチ４には第１パンチ３のピンロッド３ａの先端部を受ける突起部４ａが形成されており、先端部同士がぴったり重なった状態に配置される。そして、第１パンチ３を充填した原料粉末側に押し込んで、充填した原料粉末を一対のパンチ（第１パンチ３および第２パンチ４）で加圧することによって成形体６を作製する（図１（ｄ）参照）。
Next, the through hole 5 is closed on the upper surface of the
その後、第２パンチ４を成形体６から離間させる方向に後退させる。そして、成形体６がダイス２内から排出されるように第１パンチ３を押し上げて、成形体６を取り出す（図１（ｅ）（ｆ）参照）。
Thereafter, the second punch 4 is retracted in a direction away from the molded body 6. And the
上述した成形方法を用いることによって、成形体６の上面側端部をシャープなエッジとすることができるので、これを焼成して得られる切削工具は、切刃の切れ味を優れたものにすることができて切削抵抗を低減できると共に加工精度を高めることができる。特に、切刃がシャープな形状のポジチップにおいても寸法精度の高い成形体６を作製することができる。 By using the molding method described above, the upper surface side end of the molded body 6 can be made a sharp edge, so that the cutting tool obtained by firing this has excellent cutting edge sharpness. As a result, cutting resistance can be reduced and machining accuracy can be increased. In particular, a molded body 6 with high dimensional accuracy can be produced even with a positive tip having a sharp cutting edge.
なお、上記実施態様によれば、第１パンチ３が下パンチ、第２パンチ４が上パンチとなる構成であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１パンチ３を上パンチ、第２パンチ４を下パンチとした逆構成としてもよい。この場合、成形体６は上方から取り出す構成であっても下方から取り出す構成であってもよい。また、成形体６の形状はポジチップ形状であってもよいが、ネガチップ形状にももちろん適応することができる。
According to the above embodiment, the
さらに、成形される成形体６の形状が、切刃の少なくとも一部が高さ方向に徐変した形状である複雑な形状である場合には、上パンチ（第２パンチ４等）に切刃の高さが高くなる部分を彫りこんでおくこともできる。また、上パンチを彫り込んで、切刃にＣ面やＲホーニング面等の切刃形状を予め形成しておくこともできる。 Further, when the shape of the molded body 6 to be molded is a complicated shape in which at least a part of the cutting blade is gradually changed in the height direction, the cutting blade is attached to the upper punch (second punch 4 or the like). You can also carve the part that increases the height of the. It is also possible to engrave an upper punch and pre-form a cutting edge shape such as a C surface or an R honing surface on the cutting edge.
そして、上記方法にてプレス成形された成形体６は、脱バインダ工程を経て、真空焼成法、加圧焼成法、ホットプレス等の公知の焼成方法にて焼成される。その後、所望により、成形体６の表面にブラシや弾性砥石等で切刃部分に微小なＲホーニング、Ｃ面加工等の微小ホーニング処理を施してもよい。 And the molded object 6 press-molded by the said method is baked by well-known baking methods, such as a vacuum baking method, a pressure baking method, a hot press, through a binder removal process. Thereafter, if desired, the surface of the molded body 6 may be subjected to a fine honing treatment such as fine R honing and C surface machining on the cutting edge portion with a brush or an elastic grindstone.
さらに、所望により、焼結体の表面に対して、化学蒸着法、物理蒸着法等の成膜法にて、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族元素、アルミニウム（Ａｌ）およびシリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種または２種以上の元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、またはそれらの複合化合物からなる硬質膜を単層、または、２層以上の複数層を膜厚０．１〜３０μｍにて成膜しても良い。
Further, if desired, the surface of the sintered body may be formed by a film deposition method such as chemical vapor deposition or physical vapor deposition, and
なお、上記実施態様は切削工具の一種である切削工具の成形方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の精密部品等の製造におけるプレス成形についても用いることができるものである。 In addition, although the said embodiment demonstrated the shaping | molding method of the cutting tool which is a kind of cutting tool, this invention is not limited to this, It can use also about press molding in manufacture of another precision component etc. Is.
炭化タングステン粉末、コバルト粉末およびＴｉＣ粉末を混合し、これにバインダを添加、造粒して平均粒径１００μｍの造粒粉末を調整した。次に、表１および図２に示す形状でＤＣＭＴ１１Ｔ３０４ＨＱ形状の旋削用チップを成形できる形状の金型を準備し、この造粒粉末を用いてプレス成形しポジチップ形状の成形体を得た。この成形体を脱バインダ処理して真空焼成した後、バリ取り加工を施しポジチップを作製した。なお、図２の金型は（ａ）図１にて説明した本発明の金型、（ｂ）従来金型、（ｃ）ダイス内面の成形体の上方側端が形成される位置から上方にクリアランスを設けた金型、（ｄ）超硬合金製のダイスおよびパンチの内側にゴム型９を配置した金型の構成である。 Tungsten carbide powder, cobalt powder and TiC powder were mixed, and a binder was added and granulated to prepare a granulated powder having an average particle size of 100 μm. Next, a mold having a shape capable of forming a DCMT11T304HQ-shaped turning tip in the shape shown in Table 1 and FIG. 2 was prepared, and this granulated powder was press-molded to obtain a positive chip-shaped molded body. The molded body was debindered and vacuum fired, and then deburred to produce a positive chip. 2 is (a) the mold of the present invention described in FIG. 1, (b) the conventional mold, and (c) the upper side end of the molded body on the inner surface of the die from the position where it is formed upward. It is the structure of the metal mold | die which has arrange | positioned the rubber mold | type 9 inside the metal mold | die which provided the clearance, (d) the die | dye made from a cemented carbide, and a punch.
得られたポジチップの切刃部を投影機にて観察し、エッジの寸法、逃げ面の切刃直下に擦れ摩耗部が形成されたか否か、切刃にバリが残存するか否かを評価した。また、顕微鏡を用いて、チップをホルダに取り付けたときの２つの切刃の位置のずれを測定した。結果は表１に示した。 The cutting edge part of the obtained positive tip was observed with a projector, and the size of the edge, whether or not a rubbing wear part was formed immediately below the cutting edge on the flank face, and whether or not burrs remained on the cutting edge were evaluated. . Moreover, the shift | offset | difference of the position of two cutting blades when a chip | tip was attached to the holder was measured using the microscope. The results are shown in Table 1.
そして、このポジチップに対して、さらに化学蒸着法によりＴｉ系薄膜を成膜して上記形状の旋削用ポジチップを作製した。得られたチップについて以下の切削試験を行い、切削性能を評価した。
切削条件 旋削
被削材 ＳＣＭ４３５（φ２００×４５０Ｌ）
切削速度 ２５０ｍ／ｍｉｎ
送り ０．０２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み １．５ｍｍ
切削状態 湿式
１０分間切削試験を行った時点で切刃を確認して摩耗幅を測定した。結果は表１に示した。
Then, a Ti-based thin film was further formed on this positive tip by chemical vapor deposition to produce a turning positive tip having the above shape. The following cutting tests were performed on the obtained chips to evaluate the cutting performance.
Cutting conditions Turning material SCM435 (φ200 × 450L)
Cutting speed 250m / min
Feed 0.02mm / rev
Notch 1.5mm
Cutting state Wet When the cutting test was performed for 10 minutes, the cutting edge was confirmed and the wear width was measured. The results are shown in Table 1.
表１の結果から明らかなとおり、従来金型で成形した試料Ｎｏ．３では、逃げ面の切刃直下に大きな擦れ摩耗部（ストレート部）が形成されてしまい、切削時に切削抵抗が高くて耐摩耗性が低下した。また、上パンチがダイスの中に嵌めこまれるとともに上面端部側に逃がしをつけた金型を用いた試料Ｎｏ．４では、擦れ摩耗部（ストレート部）は発生しなかったものの上方に立つバリができてしまい、バリを除去する処理工程を加えたために切刃のシャープさが損なわれて切削抵抗が大きくなったその結果、切削における耐摩耗性が低下した。さらに、ゴム型９（ヤング率は２００ＧＰａ未満）を内蔵した金型でゴム型全体を加圧することにより成形した試料Ｎｏ．５では、ゴム型の変形により切刃の位置にばらつきが発生してしまった。 As is apparent from the results in Table 1, the sample No. In No. 3, a large rubbing wear part (straight part) was formed just below the cutting edge of the flank, and the cutting resistance was high at the time of cutting, and the wear resistance was lowered. In addition, the sample No. using a mold in which the upper punch was fitted in the die and the upper end portion was provided with relief. In No. 4, no rubbing wear part (straight part) was generated, but a burr standing on the upper side was formed, and the cutting process was increased due to the addition of a treatment step for removing the burr, resulting in an increase in cutting resistance. As a result, the wear resistance in cutting decreased. Further, Sample No. No. 1 molded by pressurizing the entire rubber mold with a mold containing a rubber mold 9 (Young's modulus is less than 200 GPa). In No. 5, variation in the position of the cutting edge occurred due to deformation of the rubber mold.
これに対して、本発明に従う図２（ａ）形状の金型を用いて成形した試料Ｎｏ．１および２では、切刃の位置ずれが小さく、かついずれも擦れ摩耗部およびバリの発生もなくて上面端部がシャープな成形体を形成できて、これを焼成した切削工具を用いて切削すると優れた耐摩耗性を発揮した。 On the other hand, sample No. 2 molded using the mold having the shape of FIG. In Nos. 1 and 2, when the cutting tool is cut with a fired cutting tool, the cutting edge has a small positional deviation, and neither of the rubbing wear part and the generation of burrs can be formed and the upper end can be formed sharp. Excellent wear resistance.
１ プレス成形用金型
２ ダイス
３ 第１パンチ
３ａ ピンロッド
４ 第２パンチ
４ａ 突起部
５ 貫通孔
６ 成形体
７ フィーダ
８ 原料粉末
９ ゴム型
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Press molding die 2
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170341130A1 (en) * | 2015-03-31 | 2017-11-30 | Diamet Corporation | Sizing die for densifying surface of sintered body, production method using same, and product obtained therefrom |
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2009
- 2009-08-27 JP JP2009196223A patent/JP2011047001A/en active Pending
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| US20170341130A1 (en) * | 2015-03-31 | 2017-11-30 | Diamet Corporation | Sizing die for densifying surface of sintered body, production method using same, and product obtained therefrom |
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