JPH03268808A - 金属の塑性加工用工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属の塑性加工用工具に関し、詳しくは、金
属の冷間加工やプレス加工の際に発生する焼付疵やスリ
ップなどが生じにくい塑性加工用工具に関する。

（従来の技術） 金属の冷間圧延では圧延ロールが、プレス加工ではポン
チ等の塑性加工用工具が使われている。

この冷間圧延およびプレス加工において、加工量或いは
加工速度を増大させたときに発生する問題として、焼付
疵による加工材の外観不良の問題がある。この焼付疵が
発生するのは、加工量或いは加工速度の増大に伴う材料
温度の上昇により潤滑油の油膜が熱的に破壊されて工具
と材料が凝着し、工具面に材料が移着するからである。

一般に、焼付疵は塑性加工における潤滑状態を改善すれ
ば減少する。その方法としては、高粘度で且つ油膜破断
温度の高い潤滑油を用いる方法が考えられるが、冷間圧
延にこの方法を採用すると、圧延速度の加速および減速
時に潤滑過多となり、ロールと材料との間でスリップを
生し、圧延が安定してできないという問題が発生する。

冷間圧延におけるスリップの問題は、ロール表面粗さを
大きくすれば改善される０例えば特開昭６２−８９５０
５号公報に開示されているようなロール表面に凹凸をつ
けたダルロールを使用すると、スリップの発生は少ない
、しかし、ダルロールの場合、粗さの凸部で潤滑油膜が
破断されるため、焼付疵が生じやすい、特に、圧下率を
高めて圧延すると極めて焼き付きやすくなり、このため
高速で高圧下の圧延ができない。

一方、プレス加工において高粘度で且つ油膜破断温度の
高い潤滑油を使用すると、仮押え部の摩擦係数が低下し
、材料の成形部への潤滑剤の流れ込みが不均一となり、
加工材にシワが発生したり、肉厚に変動を生じる問題が
発生する。

このようなことから、工具表面に焼き付きにくいＣｒ或
いはＣｒ基合金等やＴｉＣ，ＷＣ，ＶＣ等の炭化物をコ
ーティングしたり、工具全体を超硬合金、セラミックス
等の焼き付きにくい材料に変えることで、焼付疵を防止
する方法が試みられている。

ところが、前者の工具は高加工度の塑性加工ではコーテ
ィング層が剥離しやすく、また大型の工具に前記のよう
な金属や炭化物を均一にコーティングするのは困難であ
る。後者の工具は工具を構成する材料が高硬度で靭性が
低いため、研削加工がしにくく、また工具の抵抗力も小
いため、使用中に衝撃が加わると容品に割れが発生した
り、甚だしい場合には折損事故につながるなどの欠点が
あ特開昭５６−８９３０２号公報には、ダルロールの表
面粗度を一定の範囲に管理することで、焼き付きにくく
する方法が開示されている。この発明によると、例えば
、銅帯圧延ではワークロールの平均表面粗度を０，２〜
０．４μｍの範囲に管理すれば、焼付疵を防止すること
ができると記載されているが、ロールは使用中の摩耗に
よりその表面粗さは経時的に変化するため、このロール
の場合でも長期間使用すると焼付疵が発生する。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、金属に例えば冷間圧延やプレス加工等
の塑性加工を施す際、高速で高加工量の加工を行っても
焼付疵やスリップ等が長期にわたり生じない塑性加工用
工具を提供することにある。

＜ｔａｎを解決するための手段） 表面の平滑な工具ではスリップが発生し、反対に表面の
粗い工具では焼付疵が発生する。これは、前述したよう
に表面の平滑な工具の場合は、潤滑過多となり工具と材
料との間のｇ！！！係数が低下するためであり、表面の
粗い工具の場合は、凸部で油膜が破断されて潤滑不足と
なり摩擦係数が過度に高くなるためである。従って、摩
擦係数を適切に調整することができれば焼付疵やスリッ
プは生しないと考えられる。

本発明者は工具表面状態を改善すれば、適正な摩擦係数
でもって金属を塑性加工することができることを見出し
た。

本発明の要旨は「平滑な表面に、多数個の小さな窪みを
つけた塑性加工用工具であって、前記それぞれの窪みの
大きさは直径が５〜５０μ園で深さが０．５〜５μｍで
あり、これらの窪みの合計面積が窪みをつける前の工具
表面の面積に対して５〜５０％である金属の塑性加工用
工具」にある。

上記窪みの合計面積とは、それぞれの窪みの投影面積を
合計した面積を意味する。また、上記塑性加工用工具と
しては、冷間圧延ロール、プレス加工用ダイスやポンチ
、管の圧延用マンドレル等が代表的なものである。

（作用） 以下、本発明について詳細に説明する。

第１図は、本発明にかかる工具の表面部分を示した一部
拡大断面図、第２図は、本発明の工具で材料を塑性加工
したときの工具と材料の接触状態を示した一部拡大断面
図である。

本発明の工具１は、図示するように平滑な表面２、例え
ば最大高さ（Ｒｗａｘ）で２μｍ以下の平滑な表面に、
直径５〜５０μｍ、深さ０．５〜５μｍの窪み３がつけ
られている。この窪み３は、窪み３の合計面積が富みを
つける前の工具の表面積に対して５〜５０％となるよう
に工具表面の全面につけられている。従って、この工具
で金属を塑性加工すると、第２図に示すように材料４の
一部が窪み３に入り込んだ状態で加工される。これによ
ってＷｌ擦係数が上昇するとともに、窪み３内の潤滑油
が押し出されて平滑な表面部１に拡がる０表面部１へ拡
がった潤滑油は表面部が平滑であるので油膜破断は生し
ない、そして、窪み３は、平滑な表面部１へ拡がる潤滑
油が過多および不足となることなく、且つ、材料の入り
込みによる摩擦係数の上昇が過度に高（なることがない
ように、その個数を一定の範囲となるように、即ち、窪
みの合計面積が富みをつける前の工具表面の面積に対し
て一定の範囲となるように設けられているので、焼き付
きやスリップなどは生しない。

本発明において、窪みの大きさおよび窪みの合計面積を
前記のように規定したのは下記の理由からである。

即ち、窪みの合計面積が窪みをつける前の工具表面の面
積に対して５〜５０％の範囲であっても、個々の窪みの
直径が５μｍより小さいかまたは深さが０．５μ園より
浅いと、個々の窪みに入り込む材料が少なく、スリップ
が防止されるまでの摩耗係数の上昇が期待できないだけ
でなく、窪みから平滑な表面部へ拡がる潤滑油の量も少
なく、低速・高加工の塑性加工では焼付疵が発生するか
らであり、窪みの直径が５０μ■を超えるかまたは深さ
が５μｍ超えると、個々の窪みにおける材料の入り込む
量は増し、摩擦係数が過度に高くなりすぎて焼付が生じ
やすくなるとともに、入り込んだ材料が平滑面でかき落
とされて摩耗粉なり、加工材表面に汚れや押込疵等が発
生するからである。

一方、個々の窪みは直径５〜５０μ園で深さ０．５〜５
μｍの範囲であっても、窪みの合計面積が富みをつける
前の工具表面の面積に対して５％未満の場合は、窪みの
個数が少なく、入り込む材料の総量が少ないために、摩
擦係数の上昇が低くてスリップや形状不良が発生しやす
くなる。また、窪みの合計面積が５０％を超えると、窪
みの個数が多くなりすぎ、平滑な表面部の比率が少なく
なって、材料の入り込みによる摩擦係数の上昇が過度に
高くなり、焼付疵が生じやすくなる。

前記窪みは、エツチング、打刻、放電加工、フラスト加
工などの方法で工具表面につけることができるが、細か
な富みを連続的につけるにはレーザービームを使用する
方法が最適である。レーザービームの場合は、工具表面
にビームを照射し、クレータ−を形成した後、クレータ
−の縁の凸部を研削または研磨により除去することによ
り富みを形成することができる。また、レーザービーム
でつけた窪みは滑らかであり、焼き付を起こしにくい、
これらの方法で窪みをつける場合、その窪みを連続した
筋状や格子状にすると、潤滑油が外に洩れてオイルピッ
トにならないので、それぞれの窪みが独立するように工
具表面につけるのがよい。

（実施例１） 直径２５０−で表面粗度がＲｗａｘ　２μｍ以下の冷間
圧延用ロールの表面に、レーザービームを使用して下記
の方法により第１表に示すように大きさおよび面積率を
変えた富みをつけた。

〔冨みつけ方法〕

出力４００〜１２００Ｗのレーザービームを、歯数２０
０〜１０００のチッッパーで断続的に遮断して回転する
ロール表面に照射し、クレータ−をつけた後、クレータ
−の縁部を＃４００〜１２００番の砥粒入り砥石、また
はパフで研削することで富みを形成した。窪みの深さお
よび直径はこの研磨で調整した。

なお、ロール回転数およびチョッパー回転数はクレータ
−のロール周方向ピッチをａとした際、ａ＝（ロール回
転数×ロール直径×π］／〔チョッパー歯数×チョッパ
ー回転数］で決まるので、ピッチａはロールおよびチョ
ッパー回転数を制御することで調整し、ロール軸方向の
クレータ−のピッチはレーザービームの送り速度で調整
した。

上記の方法で得られた表面に富みをつけたロールと、レ
ーザービームでクレータ−をつけた後、研磨していない
レーザーダルロールおよび研削仕上げロールで、油脂３
０％十牛脂脂肪酸オクチルエステル３０％十鉱油３０％
を主成分とする粘度３５ｃｓ　ｔ１５０°Ｃの圧延油を
３％エマルションとして用い、板厚１．５−■の低炭素
熱延鋼板および同板厚のステンレス鋼板（ＳＯ５３０４
）を、圧延速度５００ｍ／ｍ１１１、圧下率５〜４５％
で冷間圧延した。このときの焼付発生圧下率およびスリ
ップ発生の有無を調べた結果を第１表に併記する。

（以下、余白） 第１表に示すとおり、胤１５の研削仕上のままのロール
およびＮＣＬ１６のレーザーダルロールでは、低い圧下
率で焼付が発生しているが、Ｎｃｈｌ−４８の本発明の
圧延ロールでは高い圧下率でも焼付が生じに＜＜、且つ
スリップの発生もない、一方、階９〜阻１４の比較例の
ように窪みをつけたロールであっても、窪みの大きさや
面積比が本発明で規定する範囲を外れると焼付発生圧下
率が低くなるか、スリップが発生する。

（実施例２） 外径１００−の表面粗度がＲｍａｘｏ、５μ■のポンチ
表面に実施例１と同様の方法でレーザービームにより第
２表に示すように大きさおよび面積率を変えた窪みをつ
けた。

この窪みをつけたポンチと研削仕上げのままのポンチで
、下記に示す条件で厚さ０．６＋＋ｎ、直径２００■−
の低炭素鋼板（ＴＳ：３３ｋｇｆ／ｓｎ＋りおよび硬質
アルミニウム板（丁Ｓ：３８ｋｇｆ／ａｍ”）をそれぞ
れ１０枚連続して深絞り加工した。

〔深絞り加工条件］ 材料表面に４０°Ｃでの粘度が４８ｃｓ　ｔのマシン油
（を油）を塗布し、ポンチ速度は２ｍ／秒とし、ポンチ
とダイスのクリアランスを変えて、しごき率〔１−（加
工後の厚さ／材料の厚さ）〕を１０〜４０％にとり、深
さｌｏｏ＋ｗｍのカップ状に深絞りを行った。

第２表に、焼付が発生した時点のしごき率および加工材
の肉厚変動率を調べた結果を併記する。

（以下、余白） 第２表から、従来のポンチに比べて本発明のポンチは焼
付の発生するしごき率が大きく、高いしごき率で加工で
きることがわかる。また、製品には肉厚変動が少ない。

（発明の効果） 実施例にも示したように、本発明の工具を用いれば高速
・高加工度の塑性加工であっても、焼付疵やスリップな
どが生しにくいため、製品は寸法精度および外観特性に
優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる工具の表面部分を示した一部
拡大断面図、 第２図は、本発明の工具で材料を塑性加工したときの工
具と材料の接触状態を示した一部拡大断面図、である。 １：工具、２：平滑な表面部、３：窪み、４：被加工材
料

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平滑な表面に、多数個の小さな窪みをつけた塑性加工用
   工具であって、前記それぞれの窪みの大きさは直径が５
   〜５０μｍで深さが０．５〜５μｍであり、これらの窪
   みの合計面積が窪みをつける前の工具表面の面積に対し
   て５〜５０％である金属の塑性加工用工具。