CN109420733A - 齿轮的锻造成形方法及齿轮的锻造成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种齿轮的锻造成形方法及齿轮的锻造成形装置。根据本发明的齿轮的锻造成形方法，通过冲头将坯料从外齿成形用的齿形冲模的一侧向齿形冲模的成形空间压入，然后将形成有外齿的齿轮从齿形冲模的另一侧排出。该方法进一步在齿形冲模的一侧设有坯料外径限制冲模，该坯料外径限制冲模对被压入齿形冲模的成形空间之前的坯料的外径进行限制，将坯料外径限制冲模的内径尺寸设为比齿形冲模中设定的齿轮的齿形的大径尺寸小的尺寸。

Description

齿轮的锻造成形方法及齿轮的锻造成形装置

技术领域

本发明涉及齿轮的锻造成形方法及齿轮的锻造成形装置。

背景技术

以往，具有外齿的齿轮通过锻造成形来制造。例如日本特开2014-217876号公报公开了具有外齿的齿轮的锻造成形方法的一个例子。

根据日本特开2014-217876号公报所公开的齿轮的锻造成形方法，首先，通过冲头从外齿成形用的齿形冲模的一侧将坯料向齿形冲模的成形空间压入。然后，通过冲头将形成有外齿的齿轮从齿形冲模的另一侧排出。

发明内容

但是，在日本特开2014-217876号公报所公开的现有技术的锻造成形方法中，坯料的外径尺寸为与齿形冲模中设定的齿轮的齿形的大径尺寸相同或比齿形冲模中设定的齿轮的齿形的大径尺寸大的尺寸。因此，有锻造成形时的成形负载变大，齿形冲模的模具寿命变短的问题。

本发明是为了解决上述那样的问题而作出，提供能够延长齿形冲模的模具寿命的齿轮的锻造成形方法及齿轮的锻造成形装置。

根据本发明的一个技术方案，齿轮的锻造成形方法通过冲头将坯料从外齿成形用的齿形冲模的一侧向上述齿形冲模的成形空间压入，然后将形成有外齿的齿轮从上述齿形冲模的另一侧排出，

在上述齿形冲模的一侧设有坯料外径限制冲模，该坯料外径限制冲模对被压入上述齿形冲模的成形空间之前的坯料的外径进行限制，

将上述坯料外径限制冲模的内径尺寸设为比上述齿形冲模中设定的齿轮的齿形的大径尺寸小的尺寸。

根据本发明的一个技术方案，齿轮的锻造成形装置具备：

外齿成形用的齿形冲模；

坯料外径限制冲模，设于上述齿形冲模的一侧，对坯料的外径进行限制；及

冲头，将外径由上述坯料外径限制冲模限制后的坯料从上述齿形冲模的一侧向上述齿形冲模的成形空间压入，然后将形成有外齿的齿轮从上述齿形冲模的另一侧排出，

将上述坯料外径限制冲模的内径尺寸设为比上述齿形冲模中设定的齿轮的齿形的大径尺寸小的尺寸。

根据上述技术方案，可得到能够提供能够延长齿形冲模的模具寿命的齿轮的锻造成形方法及齿轮的锻造成形装置的效果。

本发明的上述和其他目的、特征和优点，能够根据下面的详细说明和附图而更全面地理解，其中上述详细说明和附图仅为了例示而给出，不应视为对本发明有限定作用。

附图说明

图1是概略性示出实施方式1的齿轮的锻造成形方法的例子的主视剖视图。

图2是示出实施方式1的齿轮的锻造成形装置的结构例的主视图。

图3是示出实施方式1的齿轮的锻造成形装置中的齿形冲模及坯料外径限制冲模附近的结构例的放大主视图。

图4是示出实施方式1的坯料的结构例的主视图。

图5是示出实施方式1的坯料外径限制冲模的结构例的主视图。

图6是示出实施方式1的坯料外径限制冲模的结构例的俯视图。

图7是示出实施方式1的齿形冲模的结构例的主视图。

图8是图7中的A区域的放大主视图。

图9是示出实施方式1的齿形冲模的结构例的俯视图。

图10是示出实施方式1的齿形冲模的结构例的立体图。

图11是图10中的B区域的放大立体图。

图12是示出实施方式1的齿轮的锻造成形方法的效果例的曲线图。

图13是示出实施方式1的坯料外径限制冲模的结构例的立体图。

图14是从上端面观察通过实施方式1的齿轮的锻造成形方法成形出的齿轮的结构例的立体图。

图15是从下端面观察通过实施方式1的齿轮的锻造成形方法成形出的齿轮的结构例的立体图。

图16是示出实施方式2的坯料外径限制冲模的结构例的立体图。

图17是示出实施方式2的齿轮的锻造成形装置的结构例的主视图。

图18是图17中的C区域的放大主视图。

图19是从上端面观察通过实施方式2的齿轮的锻造成形方法成形出的齿轮的结构例的立体图。

图20是从下端面观察通过实施方式2的齿轮的锻造成形方法成形出的齿轮的结构例的立体图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本公开的实施方式。在下面说明的实施方式中，作为锻造成形的对象的坯料是在内侧具备贯通孔的环状部件，通过锻造成形而在该坯料的外周面形成外齿。

<实施方式1>

<本实施方式1的齿轮的锻造成形方法的概要>

首先，参照图1来说明本实施方式1的齿轮的锻造成形方法的概要。图1是概略性地示出本实施方式1的齿轮的锻造成形方法的例子的主视剖视图。另外，为了与本实施方式1进行对比，图1还一并示出了现有技术的齿轮的锻造成形方法。

如图1所示，在现有技术中，坯料M安设于冲模901的内侧，被冲头902从冲模901的上方压入而向下方移动。冲模901的下部内侧成为在坯料M上形成外齿的成形空间，坯料M通过成形空间而在外周面形成外齿。形成有外齿的齿轮G被冲头902从上方进一步压入，而从下方排出。

在此，在现有技术中，坯料M的外径尺寸是与冲模901中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸相同或比冲模901中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸大的尺寸。因此，由较大的尺寸的坯料M成形出齿轮G。

通常，坯料M的外径尺寸相对于齿轮G的齿形的大径尺寸越大，则锻造成形时的截面减小率越大。截面减小率由以下的式子表示，表示进行拉伸加工时的变形难度(截面减小率越大，越难以变形)。

截面减小率＝{1-(齿轮G的截面积/坯料M的截面积)}×100(％)

根据在锻造成形前后体积恒定的原理，坯料M对应于齿形的形成，而在轴线方向上发生全长的伸长，截面减小率越大，该伸长量越长。因此，由于截面减小率越大，坯料M的总移动量越大等原因，锻造成形时的成形负载变大。当成形负载较大时，冲模901不能承受该负载，而产生大的变形阻力，因此模具寿命变差。

因此，可想到如果将坯料M的外径尺寸设为比冲模901中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸小的尺寸，而由较小的尺寸的坯料M成形出齿轮G，则能够减小锻造成形时的成形负载。

但是，当在坯料M进入冲模901的成形空间之前，坯料M的外径尺寸扩大到冲模901中设定的齿形的大径尺寸(即，被镦粗)时，结果与由较大尺寸的坯料M锻造成形出齿轮G相同。因此，不能减小成形负载。

另一方面，在本实施方式1中，坯料M安设于冲模91的内侧，被冲头92从冲模91的上方压入而向下方移动，通过冲模91的下部内侧的成形空间而在外周面形成外齿，形成有外齿的齿轮G从下方排出。在这一点上与现有技术相同。

但是，在本实施方式1中，在将坯料M的外径尺寸设为比冲模91中设定的齿形的大径尺寸小的尺寸的情况下，以在坯料M进入冲模91的成形空间之前不会被镦粗的方式，变更冲模91的成形空间的上方部分的形状。具体而言，将冲模91的成形空间的上方部分的形状设为如下的形状：将被压入冲模91的成形空间之前的坯料M的外径尺寸限制为比冲模91中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸小的尺寸。

由此，在将坯料M的外径尺寸设为比冲模91中设定的齿形的大径尺寸小的尺寸的情况下，坯料M在不被墩粗的情况下进入冲模91的成形空间，因此能够减小锻造成形时的成形负载。其结果是，能够延长冲模91的模具寿命。

<本实施方式1的齿轮的锻造成形装置>

接着，参照图2及图3，对在本实施方式1的齿轮的锻造成形方法中使用的齿轮的锻造成形装置进行说明。图2是示出本实施方式1的齿轮的锻造成形装置的结构例的主视图。图3是示出本实施方式1的齿轮的锻造成形装置中的齿形冲模及坯料外径限制冲模附近的结构例的放大主视图。

如图2及图3所示，本实施方式1的齿轮的锻造成形装置1具备上部单元10和下部单元20。

上部单元10具备冲头11。

冲头11是被驱动而下降，用于将安设于后述的坯料外径限制冲模22中的坯料M从上方压入的部件。另外，在图2中，为了容易理解冲头11，以轴线为边界将冲头11分分割成两部分，将其中的左侧图示为上升的状态，将右侧图示为下降的状态。但是，应注意实际的冲头11并不这样分割，而是被驱动而一体地上升或下降的部件。

下部单元20具备：齿形冲模21、坯料外径限制冲模22、压力板23、冲模壳体24，心轴25、排出用部件26及排出口27。

压力板23是在内侧具备贯通孔的环状部件。

齿形冲模21是配置于压力板23的上方且在内侧具备贯通孔的环状部件。齿形冲模21是用于在坯料M的外周面形成外齿的外齿成形用部件。

坯料外径限制冲模22是配置于齿形冲模21的上方且在内侧具备贯通孔的环状部件。坯料外径限制冲模22是用于对被压入齿形冲模21的内侧的成形空间(贯通孔部分)之前的坯料M的外径进行限制的部件。

冲模壳体24是对齿形冲模21、坯料外径限制冲模22及压力板23进行保持的部件。

另外，齿形冲模21、坯料外径限制冲模22及压力板23的内侧的贯通孔的轴一致。另外，压力板23的内径尺寸设为与齿形冲模21的内径尺寸相同或比齿形冲模21的内径尺寸大的尺寸。齿形冲模21及坯料外径限制冲模22的内径尺寸的关系见后述。

心轴25是配置于齿形冲模21、坯料外径限制冲模22及压力板23的内侧的贯通孔中的圆柱状的部件。心轴25是用于供环状的坯料M的内周面内嵌来支撑坯料M的内周面的部件。另外，心轴25从压力板23的下方延伸到排出用部件26的上表面附近。

排出用部件26是配置于心轴25的下方且被向图中左方水平驱动的部件。排出用部件26是用于将从压力板23的下方排出的形成有外齿的齿轮G向锻造成形装置1的外部排出的部件。在将齿轮G向锻造成形装置1的外部排出时，以使排出用部件26的空洞部261位于心轴25的正下方的方式水平驱动排出用部件26。由此，从压力板23的下方排出的齿轮G落下至空洞部261，并在倾斜板262上滑落，而从排出口27向锻造成形装置1的外部排出。

以下，对使用上述那样的齿轮的锻造成形装置1对齿轮G进行锻造成形的方法进行说明。

首先，从坯料外径限制冲模22的上方投入坯料M，将坯料M的内周面外嵌于心轴25，而安设于坯料外径限制冲模22。此时，坯料M的下端位于坯料外径限制冲模22的上端附近。

在该状态下，驱动冲头11下降，从上方压入安设于坯料外径限制冲模22的坯料M。由此，坯料M的内周面被心轴25支撑且外径尺寸被坯料外径限制冲模22限制的同时向下方移动，而进入齿形冲模21的内侧的成形空间(贯通孔部分)。

进入了齿形冲模21的坯料M被冲头11进一步向下方压入，在齿形冲模21的内侧的成形空间中向下方移动的过程中，通过齿形冲模21而在外周面形成外齿。通过齿形冲模21而形成有外齿的齿轮G被冲头11进一步向下方压入，而从压力板23的下方排出。

在此，当通过冲头11将坯料M向下方压入了预定量(大致为坯料M的轴线方向的长度)时，驱动冲头11暂时上升。接着，将新的坯料M安设于前次的坯料M的上方，驱动冲头11再次下降，从上方压入新安设的坯料M。然后，反复进行该动作。由此，能够连续地成形形成有外齿的齿轮G。

另外，如上所述，从压力板23的下方排出的齿轮G落下至移动到心轴25的正下方的空洞部261，在倾斜板262上滑落，而排出口27向锻造成形装置1的外部排出。

<本实施方式1的坯料、齿形冲模及坯料外径限制冲模>

接着，参照图4～图11，说明本实施方式1的坯料M、齿形冲模21及坯料外径限制冲模22的径向尺寸。

图4是示出本实施方式1的坯料M的结构例的主视图。

如图4所示，坯料M是在内侧具备贯通孔的环状部件，将外径尺寸设为D1。

图5及图6是示出本实施方式1的坯料外径限制冲模22的结构例的图，图5是主视图，图6是俯视图。

如图5及图6所示，坯料外径限制冲模22是在内侧具备贯通孔的环状部件，将内径尺寸设为D2。由于将坯料M安设于坯料外径限制冲模22的内侧的贯通孔，所以坯料外径限制冲模22的内径尺寸D2设为比坯料M的外径尺寸D1稍大的尺寸。即，D1<D2。

图7～图11是示出本实施方式1的齿形冲模21的结构例的图。图7是主视图，图8是图7中的A区域的放大主视图，图9是俯视图，图10是立体图，图11是图10中的B区域的放大立体图。

如图7～图11所示，齿形冲模21是在内侧具备贯通孔的环状部件。

坯料M的外周面中的在齿形冲模21上的图11中的b区域通过的部分成为齿轮G的齿形的大径部分。另外，图11中的b区域的内径尺寸相当于图8的D3。因此，该D3成为齿形冲模21中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸。坯料M的外径尺寸D1及坯料外径限制冲模22的内径尺寸D2设为，比齿形冲模21中设定的齿形的大径尺寸D3小的尺寸。即，D1<D2<D3。

由此，外径尺寸D1比齿形冲模21中设定的齿形的大径尺寸D3小的坯料M在被压入齿形冲模21之前，外径尺寸被内径尺寸D2比齿形的大径尺寸D3小的坯料外径限制冲模22限制为D2以下。其结果是，坯料M在不扩大到齿形的大径尺寸D3(即，不会被墩粗)的情况下进入齿形冲模21的成形空间，因此能够减小锻造成形时的成形负载。其结果是，能够延长齿形冲模21的模具寿命。

<本实施方式1的齿轮的锻造成形方法的效果>

接着，参照图12，说明本实施方式1的齿轮的锻造成形方法的效果。图12是示出本实施方式1的齿轮的锻造成形方法的效果的例子的曲线图。在图12中，横轴为锻造成形时的截面减小率[％]，纵轴为锻造成形时的成形负载[Ton]。

在图12中，实线表示截面减小率与成形负载之间的关系。在此，右侧的一个点表示按照现有技术的齿轮的锻造成形方法，由外径尺寸比齿形冲模21中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸大的坯料M锻造成形出齿轮G时的结果。

另外，左侧的四个点表示按照本实施方式1的齿轮的锻造成形方法，由外径尺寸比齿形冲模21中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸小的坯料M锻造成形出齿轮G时的结果。

如图12所示，在现有技术中，由较大的外径尺寸的坯料M锻造成形出齿轮G，因此截面减小率较大，其结果是，成形负载也变大。在现有技术中，如果截面减小率变小，则成形负载也应该变小。但是，如上所述，在现有技术中，即使减小坯料M的外径尺寸而减小截面减小率，在坯料M进入齿形冲模21之前，坯料M也被墩粗，因此不能减小成形负载。

与此相对，在本实施方式1中，坯料M在被压入齿形冲模21之前，外径被坯料外径限制冲模22限制，因此坯料M不会被墩粗。因此，如果减小坯料M的外径尺寸而减小截面减小率，则能够减小成形负载。其结果是，能够延长齿形冲模21的模具寿命。

在此，在本实施方式1中，截面减小率越小，成形负载也越小。因此，从减小成形负载这一观点来看，截面减小率小更优选。但是，当减小截面减小率时，外径未填充量变大。外径未填充量表示，齿形冲模21中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸(相当于上述的D3)与从齿形冲模21排出的实际的齿轮G的齿形的大径尺寸之差。当外径未填充量变大时，作为产品的齿轮G的外径未填充量可能在公差的允许范围之外。因此，优选的是，考虑成形负载及外径未填充量这两者，将截面减小率决定为适当范围。在图12中，本实施方式1的左侧的四个点中的截面减小率较高的右侧的两个点处于外径未填充量的公差的允许范围内。因此，决定为这两个点的截面减小率即可。

另外，关于坯料M的外径尺寸D1及坯料外径限制冲模22的内径尺寸D2，为了使截面减小率处于适当范围，不仅如上述那样定义上限值，优选也定义下限值。若将齿形冲模21中设定的齿轮G的节圆直径尺寸设为D4，优选的是D1及D2设为比齿轮G的节圆直径尺寸D4大的尺寸。即，D4<D1<D2<D3。

<实施方式2>

<本实施方式2的齿轮的锻造成形方法的概要>

如上所述，在现有技术中，坯料M的外径尺寸是与齿形冲模21中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸相同或比齿形冲模21中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸大的尺寸，由较大的尺寸的坯料M成形出齿轮G。因此，在齿轮G的齿顶不会产生缩痕，关于齿轮G的齿顶的平滑度不存在问题。

与此相对，在实施方式1中，坯料M的外径尺寸是比齿形冲模21中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸小的尺寸，由小尺寸的坯料M成形出齿轮G。另外，如图13所示，实施方式1的坯料外径限制冲模22的内周面也未进行特别的加工，是简单的环状部件。因此，在锻造成形时，坯料M的材料在齿形冲模21与坯料外径限制冲模22的边界部分的、坯料M开始进行齿形变形的坯料齿形变形开始部处，同时开始向齿顶方向和齿根方向分流，担心以此为起因而在齿轮G的齿顶产生缩痕。

图14及图15是示出通过实施方式1的齿轮的锻造成形方法成形出的齿轮G的结构例的立体图，图14是从上端面观察齿轮G的图，图15是从下端面观察齿轮G的图。

可知在图14及图15所示的齿轮G的齿顶产生了缩痕。由此，实施方式1的齿轮的锻造成形方法关于齿轮G的齿顶的平滑度有改进的余地。

本实施方式2的齿轮的锻造成形方法对齿轮G的齿顶的平滑度进行改进，将实施方式1的坯料外径限制冲模22置换为坯料外径限制冲模22A。

图16是示出本实施方式2的坯料外径限制冲模22A的结构例的立体图。

如图16所示，在坯料外径限制冲模22A的内周面刻制有齿形冲模21的齿形形状。在此，与实施方式1相同地，坯料外径限制冲模22A的内径尺寸是比齿形冲模21中设定的齿轮G的齿形的大径尺寸小，且比齿形冲模21中设定的齿轮G的节圆直径尺寸大的尺寸。因此，在坯料外径限制冲模22A的内周面，在比坯料外径限制冲模22A的内径靠径向外侧处刻制有齿形冲模21的齿形形状。

这样，在坯料外径限制冲模22A的内周面上刻制有齿形冲模21的齿形形状。因此，在锻造成形时，在坯料齿形变形开始部，成为在坯料外径限制冲模22A侧的齿顶部已经充满坯料M的材料的状态(后面详细说明)。因此，坯料M的材料不会如实施方式1那样分流，而能够使其向齿形冲模21侧的齿顶部移动，能够抑制产生齿轮G的齿顶的缩痕，其结果是，能够改进齿轮G的齿顶的平滑度。

<本实施方式2的齿轮的锻造成形装置>

接着，参照图17及图18，对在本实施方式2的齿轮的锻造成形方法中使用的齿轮的锻造成形装置进行说明。图17是示出本实施方式2的齿轮的锻造成形装置的结构例的主视图。图18是图17中的C区域的放大主视图。另外，在图18中，为了易于观察坯料外径限制冲模22A及齿形冲模21的内径形状，省略了心轴25的图示。

如图17及图18所示，本实施方式2的齿轮的锻造成形装置1A与实施方式1的齿轮的锻造成形装置1相比，不同点在于将坯料外径限制冲模22置换为坯料外径限制冲模22A，其他结构相同。

如上所述，在坯料外径限制冲模22A的内周面，在比坯料外径限制冲模22A的内径(与实施方式1相同，内径尺寸为D2)靠径向外侧处刻制有齿形冲模21的齿形形状。因此，结果能够视作坯料外径限制冲模22A的内周面刻制出齿轮G的齿顶。

<本实施方式2的齿轮的锻造成形方法的效果>

如上述所述，在本实施方式2中，在坯料外径限制冲模22A的内周面，在比坯料外径限制冲模22A的内径靠径向外侧出刻制有齿形冲模21的齿形形状。因此，在锻造成形时，坯料M的材料在坯料外径限制冲模22A中移动的期间，通过作用于坯料M的内压而向坯料外径限制冲模22A的内周面的刻制部分的齿顶方向伸出(墩粗移动)。由此，在坯料齿形变形开始部，成为在坯料外径限制冲模22A侧的齿顶部已经充满坯料M的材料的状态。因此，坯料M的材料不会如实施方式1那样分流，而能够使其向齿形冲模21侧的齿顶部移动，因此能够抑制齿轮G的齿顶的缩痕的产生。

图19及图20是示出通过本实施方式2的齿轮的锻造成形方法成形出的齿轮G的结构例的立体，图19是从上端面观察齿轮G的图，图20是从下端面观察齿轮G的图。

可知在图19及图20所示的齿轮G的齿顶未产生缩痕。由此，本实施方式2的齿轮的锻造成形方法能够抑制齿轮G的齿顶的缩痕的产生，因此能够改进齿轮G的齿顶的平滑度。其他效果与实施方式1相同。

另外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行适当变更。

根据上述内容，本发明的实施方式可以进行各种变更，这是不言而喻的。不应该视为这样的变更脱离本发明的精神及保护范围，对于本领域技术人员显而易见的所有变形都包含于权利要求书中。

Claims (6)

1.一种齿轮的锻造成形方法，利用冲头将坯料从外齿成形用的齿形冲模的一侧向所述齿形冲模的成形空间压入，然后将形成有外齿的齿轮从所述齿形冲模的另一侧排出，

在所述齿形冲模的一侧设有坯料外径限制冲模，该坯料外径限制冲模对被压入所述齿形冲模的成形空间之前的坯料的外径进行限制，

将所述坯料外径限制冲模的内径尺寸设为比所述齿形冲模中设定的齿轮的齿形的大径尺寸小的尺寸。

2.根据权利要求1所述的齿轮的锻造成形方法，其中，

将所述坯料外径限制冲模的内径尺寸设为比所述齿形冲模中设定的齿轮的节圆直径尺寸大的尺寸。

3.权利要求1或2所述的齿轮的锻造成形方法，其中，

在所述坯料外径限制冲模的内周面，在比所述坯料外径限制冲模的内径靠径向外侧处刻制有所述齿形冲模的齿形形状。

4.一种齿轮的锻造成形装置，具备：

外齿成形用的齿形冲模；

坯料外径限制冲模，设于所述齿形冲模的一侧，对坯料的外径进行限制；及

冲头，将通过所述坯料外径限制冲模而外径被限制后的坯料从所述齿形冲模的一侧向所述齿形冲模的成形空间压入，然后将形成有外齿的齿轮从所述齿形冲模的另一侧排出，

将所述坯料外径限制冲模的内径尺寸设为比所述齿形冲模中设定的齿轮的齿形的大径尺寸小的尺寸。

5.根据权利要求4所述的齿轮的锻造成形装置，其中，

将所述坯料外径限制冲模的内径尺寸设为比所述齿形冲模中设定的齿轮的节圆直径尺寸大的尺寸。

6.根据权利要求4或5所述的齿轮的锻造成形装置，其中，

在所述坯料外径限制冲模的内周面，在比所述坯料外径限制冲模的内径靠径向外侧处刻制有所述齿形冲模的齿形形状。