JPH074638B2 - 多重しまりばめ金型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高圧下で使用される多重しまりばめ金型に係
り、塑性加工等に用いられる冷間鍛造用のダイとして利
用できる。

〔背景技術とその問題点〕

一般に、冷間鍛造用のダイ等の塑性加工用の金型は、相
当な高圧で加工を行うために許容内圧（鍛造等の成形時
に金型が破壊しない範囲でその内部に受けられる最大の
圧力、つまり成形時に許容し得る内圧）が高いことが要
求される。特に、同じ許容内圧を有するものであれば、
経済性や作業性の点から、使用する材料の量がより少な
く、外径寸法がより小さいことが望ましく、従来より第
７図に示すような多重しまりばめ金型が多用されてい
る。

この多重しまりばめ金型は、各々しまりばめによりはめ
合わされた締め付け筒体である複数の締め付けリング1,
2,3と、これら締め付け筒体の最内側にしまりばめによ
りはめ込まれた中心筒体であるインサート４とを備え、
このインサート４の中心にダイ穴５を設けたものであ
る。このように構成された多重しまりばめ金型において
は、インサート４を外側から締め付けリング1,2,3の締
め付け力で予圧しておくことでダイ穴５の表面の円周方
向応力を圧縮側にしておき、加工時にダイ穴５内に加わ
る高圧によりダイ穴５の円周方向応力が引張り側となる
ことを防止し、インサート４の応力が降状応力を越えな
いようにして金型の破壊等を防止し、これらにより単体
の金型よりもダイ穴５内における許容内圧を高めること
を可能としていた。さらに詳しく説明すれば、インサー
ト（４）の内周面にはプレス加工に伴って円周方向に引
張応力が作用する。これを緩和するために、予め締め付
けリングでインサート（４）を締め付け（プリロードを
かけ）、円周面の円周方向に圧縮応力を作用させてお
く。この圧縮応力はインサートを構成する素材の圧縮降
伏応力を越えない範囲で出来るだけ大きくすることが有
利であることは自明である。そのため、締め付けリング
による締め付け力は大きくしたいが、１個の締め付けリ
ングでこの目的を達成しようとすると、締め付けリング
の内周面が降伏してしまう。そこで、締め付けリングを
厚くする、あるいは締め付けリングの数を増す手段がと
られる。これらいずれの手段によっても金型が大きくな
ってしまうという問題がある。

このような多重しまりばめ金型の設計に関しては、従来
より多数の研究が発表されており（例えば、社団法人日
本塑性加工学会発行の塑性と加工vol.10 no.101（1969
−６）の第460頁から第471頁、以下松原の方式と呼
ぶ）、前記締め付け筒体の組み合わせ数、あるいは前記
各筒体の機械的性質、内径、外径等の要素が決定されれ
ば、最適条件に基づいて構成した際の許容内圧を予め知
ることができる。逆に、これらの要素を適宜選択するこ
とで許容内圧をさらに高めることができる。しかし、機
械的性質を向上させるために高性能の材料を用いた場
合、材料の費用がかかり、経済性の低下につながる。ま
た、同じ外径のままで前記締め付け筒体の組み合わせを
増すには限度があり、さらに、外径を大きくすることは
作業性の低下につながるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、許容内圧が従来のものに比べてより高
い多重しまりばめ筒体を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕 本発明においては、多重しまりばめ金型として２つ以上
組み合わされた締め付け筒体と、これらの内側にはめ込
まれた中心筒体とを設けるとともに、前記締め付け筒体
のうち最外側のものを除く筒体の少なくとも１つに、軸
方向の切れ目からなる締め付け力減衰防止手段を設け
る。

このように構成された多重しまりばめ金型においては、
当該筒体に設けられた前記締め付け力減衰防止手段によ
り当該筒体に発生する円周方向の応力を緩和させ、当該
筒体に外接する筒体からの締め付け力に反発して当該筒
体に生じる円周方向応力の発生を抑えるとともに、前記
締め付け力を減衰させることなく当該筒体に内接する筒
体に効率よく伝達させる。

つまり、切れ目等の締め付け力減衰防止手段がない円周
方向に連続した筒体では、外側の筒体からの締め付け力
を受けると内側向きの変形に抗して円周方向の応力を生
じ、この円周方向応力が外側からの締め付け力を減衰さ
せ、内側のインサート等に充分に伝達できない。

しかし、本発明では、切れ目等の締め付け力減衰防止手
段を設けることで、筒体が円周方向に（完全または部分
的でも）分割されるため、前述した円周方向応力が発生
しなくなり、外側からの締め付け力を減衰させることな
く、そのまま内側のインサート等へ伝達することが可能
となる。

さらに、当該筒体の内外径比により、前記締め付け力が
伝達された際の単位面積あたりの圧縮力を増大させ、中
心筒体の予圧を増大させて許容内圧の向上を図る。

これらにより、多重の締め付け筒体の締め付け力を有効
に利用してインサートの強力な締め付けが行われ、イン
サートの外側からの予圧がなされ、インサートは成形時
に大きな内圧を受けても外側からの強い予圧により破壊
に到るような大きな応力発生が抑制され、破壊が抑えら
れる。つまり、許容内圧の向上が可能となる。

本発明はこのように前記目的を達成し、前記問題点を解
決しようとするものである。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を用いて説明する。なお、簡略化
のため前述した従来例と同じ部分には同じ名称を用い
る。

第１図に示す多重しまりばめ金型は、締め付け筒体であ
る締め付けリング1,2,3と中心筒体であるインサート４
とを備えている。このインサート４の中心部にはダイ穴
５が設けられている。前記締め付けリング３には締め付
け力減衰防止手段として軸方向に切れ目６が多数設けら
れており、この切れ目６により締め付けリング３は完全
に分割されている。前記締め付けリング１には締め付け
リング２が、また締め付けリング２には締め付けリング
３が各々しまりばめされている。さらに、前記締め付け
リング３の内側にはインサート４がしまりばめされてい
る。

なお、前記各しまりばめは通常の最適はめあい直径、最
適しめ代の計算法（例えば一般的な「松原の方式」等、
インサート４の破壊と各締め付けリング１〜３の破壊と
が略同時に起こる設定等として各締め付けリング１〜３
の強度を最大限に利用し、インサート４の許容内圧を最
大化する寸法等を設定するもの）に基づいて行い、また
前記締め付けリング３を締め付けリング２にはめ込む際
には、切れ目６にスペーサ等を挟むなどして、各切れ目
６の間隙を均等にして一部をはめ込み、その後前記スペ
ーサを除いて完全に圧入される。

このように構成された本実施例においては、締め付けリ
ング1,2からの締め付け力は、締め付けリング３を介し
てインサート４に伝えられ、インサート４に予圧を加え
る。ここで、締め付けリング３は切れ目６により完全に
分割されており、それ自身インサート４を締め付けるこ
とはないが、締め付けリング1,2からの締め付けに反発
する円周方向応力の発生が緩和されている。このため、
締め付けリング1,2からの締め付け力を減衰させること
なくインサート４に効率よく伝達させることになる。

つまり、締め付けリング３は円周方向に分割され、連続
した弾性体ではなくなっている。従って、それ自体は外
側の締め付けリング１、２からの圧縮応力に抗するよう
な円周方向応力を生じない。このため、外側からの締め
付け力を減衰させることがなく、当該締め付け力をその
ままインサート４へと伝達できる。

一方、従来の分割しない締め付けリング３を用いた場
合、このリング３は円周方向に連続した弾性体となるた
め、外側の締め付けリング１、２からの圧縮応力の一部
がリング３の弾性変形によりその円周方向応力として使
われ、残りの圧縮応力のみがインサート４に伝達され
る。従って、インサート４に伝達される圧縮応力がリン
グ３により削減されてしまう。

従って、外側から同じ締め付け力を加えても、分割した
リング３は分割しない場合よりもインサート４に伝達で
きる締め付け力を高くでき、インサート４の許容内圧を
向上させることになる。

さらに、締め付けリング３は、外側からの締め付け力を
内側のインサート４に伝達する際に、締め付けリング３
の内側と外側との面積比すなわち内外径比に応じて前記
締め付け力を増加させる。つまり、締め付けリング３
は、外周の面積の大きい面で受けた内向きの締め付け力
を、内周の面積が小さい面でインサート４に伝達し、圧
力としての集中化を図る。これにより、締め付け圧力と
しての増強を図りインサート４をより強い力で締め付け
て予圧する。

このような本実施例によれば、従来の多重しまりばめ金
型に比べて外径寸法、材質、組み合わせ数等を変化させ
ることなしにインサート４により大きな予圧を与えるこ
とができ、多重しまりばめ金型の許容内圧をより高める
ことができるという効果がある。

また、同じ許容内圧であるなら小型化、軽量化でき、作
業性や経済性を向上できるほか、同じ外径でもダイ穴５
を大きくすることができ、同径の金型で加工しうる製品
の範囲を拡大することができる。

さらに、本実施例の多重しまりばめ金型は、従来の多重
しまりばめ金型に置き換えて容易に実施可能であるた
め、同一のプレス装置等を用いて製造できる鍛造品等の
加工範囲を拡大することができるという効果もある。

前記第１の実施例においては、締め付けリング３に締め
付け力減衰防止手段としての切れ目６を設け、締め付け
リング３を完全に分割するとしたが、第２図に示す第２
の実施例においては、締め付けリング３にスリット７を
設け、締め付けリング３を完全には分割しないものとす
る。

第２図において、締め付けリング３には締め付け力減衰
防止手段としてのスリット７が設けられており、締め付
けリング３はこのスリット７により一部を除いて軸方向
に切断されているが、一部で連続しており完全には分割
されていない。なお、その他の構成は前記第１の実施例
と同様であるため、説明を省略する。このような本実施
例によれば、締め付けリング３は軸方向に分断されて円
周方向の応力発生を緩和されており、前記第１の実施例
と同様の効果が得られるほか、締め付けリング３が完全
には分割されていないため、しまりばめする際の作業が
著しく容易となるという効果がある。

さらに、第３図に示す第３の実施例のように、締め付け
リング３に、この締め付けリング３を軸方向に完全に切
断する切れ目６を１本だけ設け、締め付けリング３を完
全に分割することなく円周方向応力を緩和して、前記第
２の実施例と同様の効果がある。

しかし、円周方向の応力緩和という点では、前記第２お
よび第３の実施例よりも締め付けリング３が完全に分割
された前記第１の実施例のほうがより効果がある。

なお、前記各実施例においては、切れ目６あるいはスリ
ット７の数や幅は特に限定されるものではなく、要する
に外周からの締め付けを受けた状態でも間隔を保ち、当
該筒体の円周方向応力の発生を緩和し得るような切れ目
６あるいはスリット７を設けるということである。

また、前記各実施例においては、締め付けリング1,2,3
を設け、締め付け筒体の組み合わせ数を４としたが、本
発明はこれに限定されるものではなく、２つ以上の複数
の締め付け筒体を設けるということである。

さらに、前記各実施例においては締め付け筒体のうちの
最内側である締め付けリング３に締め付け力減衰防止手
段としての切れ目６あるいはスリット７を設けたが、締
め付けリング２に設けるとしてもよく、要するに締め付
け筒体のうち、最外側の筒体を除いたうちの１つの筒体
に設けるということである。しかし、締め付け力減衰防
止手段としての切れ目６あるいはスリット７は、より内
側のインサート４に近い筒体に設けた場合のほうが、締
め付け力を減衰させる円周方向の応力の緩和に有効であ
り、許容内圧を向上できるという効果がある。

ここで、本発明に基づく実施例による実験例を具体的な
数値を用いて説明する。

なお、以下に掲げる第１表および第２表は実験の際の条
件を示し、実験結果は第４図ないし第６図に示す。

第１の実験例は、第１図に示すように、前記第１の実施
例に基づいて構成され、締め付けリング３に締め付け力
減衰防止手段としての切れ目６を設けた組み合わせ数４
の多重しまりばめ金型である。また、第２の実験例で
は、前記第１の実験例とほぼ同じであるが、インサート
４の外径を小さくし、締め付けリング３の厚みを増して
内外径比を大きくしたものである。さらに、比較例とし
て、第７図に示すように、締め付け力減衰防止手段を設
けない従来の多重しまりばめ金型を用いた実験も行っ
た。

なお、各々の実験にあたっては、前述の松原方式および
最大剪断応力説とに基づいて、各部の材料には第１表に
示されるものを用い、また寸法は通常の最適計算により
第２表に示されるものとした。したがって、第１表中、
降伏条件として剪断力で降伏とあるのは、剪断力が各部
材に特有の引張降伏応力の1/2に達したときに降伏する
ことを意味する。

以上のような条件のもとでの円周方向応力および半径方
向応力の中心からの距離による応力分布の様子を第４
図、第５図および第６図に示す。なお、上記の各図に表
示された応力は計算値であるが、実験結果と概略一致し
ている。

そして、第４図（Ａ）ないし第６図（Ａ）はそれぞれ無
負荷時を示し、第４図（Ｂ）ないし第６図（Ｂ）はそれ
ぞれダイ穴５内の内圧が許容内圧P₀の状態を示す。ま
た、図中の同心円は各々内側からダイ穴５、インサート
４、締め付けリング3,2,1を示す。さらに、図中の折れ
線状の曲線は中心から左が円周方向応力、右が半径方向
応力を示し、上向きに引張り、下向きに圧縮を示す。

第４図は前記比較例（第７図の従来例の場合）の応力分
布である。無負荷時を示す第４図（Ａ）において、締め
付けリング３の円周方向応力S₁は負の値を示しており、
内側のインサート４の締め付けに伴う引張力よりも外側
からの締め付けによる圧縮応力のほうがより大きいこと
が考えられる。特に、締め付けリング３の外側からの締
め付けに対応して、外側程大きな圧縮応力を生じてい
る。また、半径方向応力S₂は負の値を示しており、外側
からの締め付けに加えて自ら内側のインサート４を締め
付けるため、内側ほど大きな圧縮応力を生じているが、
上に凸の曲線となる原因として前記応力S₁の反発により
自らの締め付け力が減衰されることが考えられる。一
方、許容内圧P₀をかけた時を示す第４図（Ｂ）におい
て、締め付けリング３の円周方向応力S₃および半径方向
応力S₄は、値は異なるが、ともに各々前記応力S₁および
S₂と同様な性質を示している。なお、このときの許容内
圧はP₀＝292kg/mm²である。

第５図は前記第１の実験例の応力分布である。無負荷を
示す第４図（Ａ）において、締め付けリング３は、締め
付け力減衰防止手段として切れ目６を設けたことにより
円周方向応力S₁＝０であり、前記比較例のような圧縮応
力の発生が見られない。また、半径方向応力S₂は内側に
向かって単調増大する圧縮応力となっている。これは締
め付けリング３はその内外径比に応じて外側からの締め
付けによる圧縮応力を増大させるのみであり、前記円周
方向応力による反発を受けないためと考えられる。一
方、許容内圧P₀時を示す第５図（Ｂ）においても、締め
付けリング３の円周方向応力S₃＝０であり、半径方向応
力S₄は内側に向かって単調増加して、内側では前記比較
例より大きな圧縮応力を示し、許容内圧はP₀＝305kg/mm
²に達している。すなわち、本実験例によれば、前記比
較例に対して同じ材料および寸法でありながら、許容内
圧を13kg/mm²増大させることができる。

第６図は前記第２の実験例の応力分布である。本実験例
においては、円周方向応力S₁およびS₃は、前記第１の実
験例と同様に０であるが、締め付けリング３の内外径比
を大きくしたことにより、内側に向かって単調増加する
半径方向応力S₂およびS₃の変化率をより大きくさせ、許
容応力はP₀＝335kg/mm²となっている。すなわち、前記
比較例および第１の実験例に対して許容内圧をより高め
ることができるとともに、インサート４の外径を小さく
して高価な超硬合金の量を減らして材料費を安くするこ
とも可能である。

このように、本発明に基づく第１および第２の実験例で
は、比較例に示した従来の多重しまりばめ金型よりも高
い許容内圧を示した。

〔発明の効果〕

前述したように、本発明の多重しまりばめ金型によれば
締め付け力減衰防止手段を設けたことにより、同一寸法
の金型に比べて許容内圧をより高めることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す分解斜視
図、第２図は本発明の第２の実施例の要部を示す斜視
図、第３図は本発明の第３の実施例の要部を示す斜視
図、第４図は従来の多重しまりばめ金型を用いた比較例
の応力分布を示す図、第５図は本発明の第１の実験例の
応力分布を示す図、第６図は本発明の第２の実験例の応
力分布を示す図、第７図は従来例の構成を示す分解斜視
図である。 1,2,3…締め付け筒体としての締め付けリング、４…中
心筒体としてのインサート、５…ダイ穴、６…締め付け
力減衰防止手段としての切れ目、７…締め付け力減衰防
止手段としてのスリット。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同軸にはめ込まれた複数の締め付けリング
   等（１、２、３）と、これらの締め付けリング等（１、
   ２、３）で構成されている締め付けリング群の内径部に
   はめ込まれたインサート（４）とを備えた多重しまりば
   め金型において、前記締め付けリング等（１、２、３）
   のうち、最外側の締め付けリング等（１）を除く少なく
   とも１つの締め付けリング等（２または３）には、軸方
   向に形成された切れ目（６または７）からなる締め付け
   力減衰防止手段が設けられていることを特徴とする多重
   しまりばめ金型。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記締め
   付け力減衰防止手段は、当該締め付けリング等（２また
   は３）を軸方向に完全に分割する切れ目（６）からなる
   ことを特徴とする多重しまりばめ金型。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記締め
   付け力減衰防止手段である軸方向に形成された切れ目
   は、当該締め付けリング等（２または３）の一端から他
   端に至る間で一部途切れているスリット（７）であるこ
   とを特徴とする多重しまりばめ金型。