JP2003290862A - 頭付部品の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】据込み比が高くとれ、少ない加工工程で端部据
込みが行える製造方法の提供。 【解決手段】素材Ｓをパンチと割ダイス１９とで形成さ
れる成形空間２０に押出し充満させ、該素材Ｓが前記の
成形空間２０に充満すると同時にパンチを緩やかに上昇
せしめて徐々に成形空間２０を拡大し、該徐々に拡大さ
れた成形空間２０に連続的に素材Ｓを押出し加工するも
のであり、前記したパンチの上昇速度と素材Ｓの押し出
し速度をコントロ−ルすることにより所要の球状体の形
状を得ることができるものであり、また、その装置にお
いても、ダイスを押え込むダイス押え８を作動させる一
対のダイクッションシリンダ４，４’と成形加工時にパ
ンチを上昇せしめるための可動パンチシリンダ１とを備
えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、自動車部品あるいは機
械部品として広く利用されている連接棒又はボ−ルジョ
イントのような部品すなわち頭付部品を製造する方法及
びその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】頭付部品の代表的な例として図８に示す
ような動力を伝達する連接棒がある。そして、該連接棒
１０１は、主軸１１１と長い細軸部１１２とその先端の
球部（頭部）１１３が一体的に形成され、前記の主軸１
１１側ではクランクシャフトと連結されるように加工さ
れ、また、球部１１３側においてはピストン軸と連結さ
れるように加工され動力を伝達するようになっている。
上記の球部１１３は球継手としても使用されるものであ
り強度が要求されるので冷間鍛造加工等の金属加工によ
ることが多い。

【０００３】上記の加工において、素材の軸方向全体あ
るいは一定区間を軸方向に圧縮して据込み加工すると
き、据込み加工される素材の細軸部１１２の直径ｄと該
据込み加工される素材の細軸部１１４の長さＬとの関係
が４．５ｄ≧Ｌ≧２．５ｄの場合は据込み工程を２工程
に、さらに６．５ｄ〜８．０ｄ≧Ｌ≧４．５ｄであるな
らば３工程に分割加工しなければならない（昭和４４年
１２月３０日日刊工業新聞社発行、西山卯二郎、山本博
一著「冷間鍛造」３９〜４１頁参照）ことが知られてい
る。しかしながら、冷間鍛造加工の場合、一般的に金型
をある程度製作した後、プレスによって試打しながら素
材の大きさ決定したり、また金型を修正する等して工程
数を決定しているため、試作から実際の量産に至るまで
に相当の時間を費やすのが通常であった。

【０００４】前記したように据込み比率が高くなるほ
ど、据込み部での組織変化が著しく、塑性変化に伴う変
形が激しい部分での組織破壊が進行しその結果クラック
やワレとして表面欠陥あるいは内部欠陥として現れてく
る。また、被据込み部である軸の長さＬ及び据込み加工
前の直径ｄ並びに加工後の球部１１３の直径Ｄに影響さ
れ加工性の見極めを困難にすることが多い。勿論、軸の
直径ｄが可能な限り大径であれば加工上有利であること
は言うに及ばないが、加工時の取り付け部の状況により
大径とすることには困難があり、各種の条件を考慮のう
えその直径を定めなければならない。

【０００５】そのため、前記した試打のときには設計上
の据込み比をみて３工程で球部を加工していたが、量産
化が急がれるような場合には、試打の失敗さえも許され
ないことがしばしばある。また、前記の３工程がそれぞ
れ三台のプレス機に金型を取り付けて加工を行なってい
るときにはさほど問題とはされないが、一台のプレス機
内で加工されている場合には、３工程における必要なプ
レス圧力がそれぞれ個々の工程で異なっていることが多
くプレスラム側に偏荷重が作用し金型を破損するという
問題もあった。

【０００６】上記したような問題に鑑みて、本出願人は
先に特開２００１−１２９６３２号公報で開示したよう
に、素材の据込み総長さＬ／据込み加工前の軸の直径ｄ
＝８以上の条件のもとにおいても常に安定した球部の据
込み加工を可能とするように、一定の長さに切断した素
材の両端部を面取りした後、熱処理調質及び燐酸被膜化
処理して第一素材を得、次いで、該第一素材を金型内に
押し込み主軸及び細軸を形成させる予備成形工程を行な
って第二素材を得、次いで同様な予備成形工程を計４工
程となるように行ない、仕上げ工程は１工程とするよう
にした頭付部品の製造方法を提案した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た本出願人が提案した従来方法によるときは、素材の据
込み総長さＬ／据込み加工前の軸の直径ｄ＝８以上の条
件下でも安定した球部の据込み加工が可能になるもので
あるが予備成形を４工程と成形工程が多工程に分割され
ているために、各工程間でメタルファイバ−のおれ込み
が発生し、メタルフロ−の乱れが生ずことがままあるこ
とがわかった。また、ダイスを使用し、１回のチャック
で多工程を行なうため、第一工程〜第４工程への形状的
つながりに問題が残る恐れもある。さらに、そのうえ仕
上げ工程として１工程を必用とし、合計５工程となるも
ので、この工程数を短縮することが製品である部品の量
産化とコストの切り下げを図るうえでの要件であり、こ
のことが現状においては求められている。そこで、本発
明は、上記多工程による問題点を解決し、成形工程を合
計１〜２工程とするとともにＬ／ｄが１０以上であって
も加工が可能な製造方法及びその方法を達成するための
装置の提供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る頭付部品の
製造方法は、前記の目的を達成するために、下型に備え
たダイスに素材を挿入し、ダイクッションシリンダと一
体的に連接されたダイス押えと可動パンチシリンダによ
り上下動せしめられるパンチよりなる上型を下降せしめ
前記ダイス押えでダイスを押え込むとともに前記素材を
固定し、前記パンチ内に案内された素材の被加工部をパ
ンチピンに押圧せしめるようになし、前記パンチを下降
させて該パンチとダイスとにより形成される成形空間に
素材を押出し充填させると同時にパンチを緩やかに上昇
させて前記の成形空間を徐々に拡大し、該拡大される成
形空間に連続的に素材を押し出し加工して所要の頭部を
形成させることをその特徴とするものである。

【０００９】また、その製造装置として、上下動可能な
一対のダイクッションシリンダと、該一対のダイクッシ
ョンシリンダの中央部に設けられた可動パンチシリンダ
とを備え、前記ダイクッションシリンダのピストンと一
体的に連結されたダイス押えと、前記可動パンチシリン
ダの可動ピストンと連結されたパンチとよりなる上型
と、前記パンチに挿通されて素材を加工するパンチピン
と、前記素材を固定するダイスを備えた下型とよりなる
ことをその特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図に基づい
て説明する。プレス本体に取り付けられた主シリンダ
（図示しない）の下面側の取付べ−スの中央に可動パン
チシリンダ１を取付け、該可動パンチシリンダ１を中心
としてその両側に一対のダイクッションシリンダ４、
４’が取付られている。したがって、前記した一対のダ
イクッションシリンダシリンダ４、４’と可動パンチシ
リンダ１はそれぞれ独立して主シリンダの下面側の取付
べ−ス取り付けられるものである。

【００１１】前記したダイクッションシリンダ４、４’
の油圧室は配管によって一つの油圧回路（図示しない）
で連通され、該一対のダイクッションシリンダ４、４’
は同時に作動するようにされている。また、可動パンチ
シリンダ１の油圧室も配管によって油圧回路に連通され
作動油が供給されるようになっている。前記したダイク
ッションシリンダ４、４’の油圧室及び可動パンチシリ
ンダ１の油圧室と連通する図示しない油圧回路には従来
よりよく知られているようにリリ−フ弁やサ−ジタンク
及びポンプ等が設置され、前記したダイクッションシリ
ンダ４、４’と可動パンチシリンダ１はそれぞれ独立し
た制御でコントロ−ルされ各別に作動するようにされて
いる。

【００１２】前記したダイクッションシリンダ４、４’
のピストン５、５’のピストン杆９、９’に環状のダイ
ス押え取付けべ−ス６を固設し該環状のダイス押え取付
けべ−ス６の内周側の外側には取付け部材７を固定し、
上記取付部材７にはダイス押え８の鍔部８’が固設され
ている。したがって、前記したダイクッションシリンダ
４、４’のピストン５、５’のピストン杆９、９’と環
状のダイス押え取付べ−ス６及び該取付べ−ス６に取付
部材７を介して固設されたダイス押え８は、前記のダイ
クッションシリンダ４、４’のピストン５、５’の作動
により同時に作動するようになっている。

【００１３】前記した一対のダイクッションシリンダ
４、４’の中央に設けられた可動パンチシリンダ１の可
動ピストン２のピストン杆３にはパンチ１１が取付けら
れたパンチべ−ス１２が固定され、前記パンチ１１は前
記した環状のダイス押え８に挿嵌された状態とされてお
り、該パンチ１１はダイス押え８内を摺動自在に上下動
可能である。したがって、可動ピストン２の上下動と同
時に該可動ピストンのピストン杆３に連接されるパンチ
１１も同時に上下動されることになる。また、前記した
可動パンチシリンダ１の中央部には主シリンダによって
作動される先端にパンチピン１０を接当したパンチピン
受け１３が可動パンチシリンダ１と可動ピストン２を貫
通して設置されており、前記したパンチピン受け１３は
加工時にパンチピン１０に成形荷重が作用したとき、該
成形荷重によりパンチピン１１が押し戻されないように
するためのものである。

【００１４】前記したように、ダイクッションシリンダ
４、４’及び可動パンチシリンダ１のそれぞれの油圧室
に圧油供給することによりピストン５、５’及び可動ピ
ストン２を作動し、該それぞれのピストンの作動により
それらのピストン杆９、９’及び３と一体的に連結され
るダイス押え８及びパンチ１１が各別に昇降されること
になる。

【００１５】以上のように、上型Ａは、ダイクッション
シリンダ４、４’のピストン５、５’のピストン杆９、
９’と一体的に連設され、前記のダイクッションシリン
ダ４、４’の作動により作動するピストン５、５’と同
時に昇降するダイス押え８と、可動パンチシリンダ１の
可動ピストン２と一体的に昇降する前記ダイス押え８内
を摺動するパンチ１１と、該パンチ内で作動して被加工
物を加工するパンチピン１０とよりなるものである。

【００１６】下型Ｂは、下部ホルダ１４にダイスを保持
する下部ガイド１５が嵌合され、また、前記下部がイド
１５の上部には割ダイス１９を案内する内面が逆截頭円
錐状の案内ガイド１６が下部がイド１５に嵌入固定さ
れ、素材Ｓを挿嵌するための環状ガイド１７が前記した
下部ホルダ１４内に嵌め込まれ、該環状ガイド１７の下
方には中央にノックアウトピン挿通用の貫通孔を穿設し
た高さ調整用カラ−１８，１８’・・が・複数個設置さ
れ、該高さ調整用カラ−１８，１８’は素材Ｓの長さ等
に変更があったときに加工位置の高さを調整するために
使用されるものである。前記した下部ガイド１５の内面
は逆截頭円錐状とされ、該截頭円錐状とされた内面と一
致する外面が截頭円錐状のダイスが１９が前記下部ガイ
ド１５に内嵌されている。そして、前記ダイス１９の上
面部には据え込み加工部となる臼状の成形部Ｒが形成さ
れている。

【００１７】前記したダイス１９は、本実施の形態にお
いては四等分に分割した割ダイスを用いており、該分割
された割ダイスには、拡開する方向に付勢された圧縮コ
イルばね（図示しない）が設けられており、該ばねによ
り割ダイス１９を拡開して素材Ｓの挿脱を容易にするた
めのものである。また、ダイスの分割は円筒状のものの
内部応力避けてダイスの破損を防止するためであり、さ
らに、割ダイスの分割数が多くなるほど素材の把持面の
幅が狭くなり破損や摩耗の原因となるので四分割とした
ものである。

【００１８】前記した下型Ｂの下部ホルダ１４は下型固
定用回転テーブル２３に取付けられており、通常は下型
Ｂは前記回転テーブル２３上の同一円周上に等間隔で複
数取り付けられ、上方に該下型Ｂと対抗して上型Ａが設
けられ、上型Ａを下降することによって据え込み工程を
行なうものである。そして、前記回転テーブル２３を貫
通して一端に素材Ｓを係止する素材受け２６を固着した
ノックアウトピン２５を設け、該ノックアウトピン２５
の回転テーブル２３を貫通する他端を下部より押圧等し
て加工後の製品を取り出すようにすることができる。ま
た下部ガイド１５と上部ガイド１６の間に挿嵌可能に設
けられた先端部をくさび体としたダイスストッパ２４を
案内ガイド１６と下部ガイド１５との間に挿入させるこ
とにより加工終了後回転テーブル２３の作動中に割ダイ
ス１９の浮き上りを防止している。

【００１９】本実施の形態によって得られた装置によっ
て頭付部品を製作するには、下部が所要の形状に加工さ
れた素材Ｓを、圧縮コイルばねで拡開した状態とした割
ダイス１９内に挿入し、次いで、上型Ａを下降させる
が、該上型Ａのダイクッションシリンダ４、４’の油圧
室には圧油が注入されピストン５、５’に所定の圧力が
加えられており、該圧力はピストン５、５’と一体的に
連結されるダイス押え８に伝達されているので前記の下
降によりダイス押え８が割ダイス１９に当接したとき、
ダイス押え８は前記の圧力で割ダイス１９を押圧し割ダ
イス１９を下方に押え込み、これによって割ダイス１９
を下型Ｂ内に固定する。

【００２０】前記した素材Ｓは、前記したダイス押え８
の下降前においては、素材受け２６に固定されたシム２
７内に装着され、該シム２７によって倒れないようにさ
れているが、前記したダイス押え８による割ダイス１９
の押え込みとともに素材Ｓも割ダイス１９内に確実に固
定されることとなる。なお、２６ａはスペーサであり、
スペーサ２６ａを素材受け２６と別体として必要に応じ
てスペーサを取り替えることにより素材の位置を微調整
するようにしている。

【００２１】上記したように割ダイス１９は、ダイクッ
ションシリンダ４、４’のピストン５、５’一体的に連
結されダイス押え８によって所定の圧力でその上面が押
えられている。次いで、可動パンチシリンダ１の油圧室
に圧油を注入して可動パンチシリンダ１の可動ピストン
２に所定の圧力を加えて該可動ピストン２と一体とされ
るパンチ１１を割ダイス１９の成形部Ｒを囲むようにし
て割ダイス１９の上面を押さるようにする。このとき、
前記した素材Ｓの被加工部である細軸Ｓ’は前記したパ
ンチ１１内に案内されその先端はパンチピン１０に当接
しており、該パンチピン１０はフリーの状態である（図
４参照）。

【００２２】上記の状態において、主シリンダが下降し
パンチピン１０によって素材Ｓの成形が開始されるが、
前記したように、成形荷重によって割ダイス１９が押し
戻されることを防止するためにダイクッションシリンダ
４、４’を用いて該ダイクッションシリンダ４、４’の
ピストン５、５’と一体的とされている割ダイス押え８
に所定の荷重を加えて割ダイス１９を押え込み、この状
態で成形加工中に前記の所定の荷重以上の荷重が加わっ
たときには、ダイクッションシリンダ４、４’の油圧室
の作動油はバイパスよりバルブコントロ−ルにて油圧タ
ンクへ戻るようにされているので、成形加工中は割ダイ
ス１９は常に所定の一定圧力にてダイクッションシリン
ダ４、４’の作動にて押えられることになっている。

【００２３】上記した上型Ａの下降時に下型Ｂの割ダイ
ス１９に固定されている素材Ｓの被加工部である細軸
Ｓ’は上型Ａの環状のパンチ１１の中央部に案内され、
その先端はパンチピン１０により押圧されることにな
る。前記した割ダイス１９の上部側には臼状をした成形
部Ｒが設けられており、この成形部Ｒを囲んでパンチ１
１が割ダイス１９の上面に当接されるので、該パンチ１
１と割ダイス１９の成形部Ｒとで成形空間２０が形成さ
れ、素材Ｓの被加工部である細軸Ｓ’の先端がパンチピ
ン１０によって押圧され、初期加工が進むと前記成形空
間２０にパンチピン１０により押し出されている素材Ｓ
が充満されることになる（図５参照）。

【００２４】前記したように成形空間２０に素材が充満
されたとき可動ピストン２を上昇させる方向に可動パン
チシリンダ１の油圧室に圧油を注入し可動ピストン２を
緩やかに上昇させる。この可動ピストン２の緩やかな上
昇により該可動ピストン２のピストン杆３と一体とされ
ているパンチ１１も緩やかに上昇し、前記の成形空間２
０を徐々に拡大せしめるが、このときもパンチピン１０
は素材Ｓを押し続けているので成形空間２０に充満した
素材Ｓに対して連続して加工が行なわれることになる。
そして、上記のパンチ１１の緩やかな上昇によって徐々
に拡大される成形空間２０には連続的に素材が押し出さ
れるので、この成形空間２０に押し出された素材をパン
チピン１０によって連続的に成形が可能となるものであ
る（図７参照）。

【００２５】素材を連続的に成形空間２０に押し出して
素材を加工するが、本実施の形態によると、前記したパ
ンチ１１は油圧室に供給される圧油によって作動する可
動パンチシリンダ１の可動ピストン２のピストン杆３に
連結されているので、可動パンチシリンダ１の油圧室に
対する油の供給によって前記したパンチ１１の上昇速度
を自由に調整できるものであり、このパンチ１１の上昇
速度とパンチピン１０の成形速度（主シリンダの下降速
度）を調整することにより、成形空間２０に充満する素
材の量を調整し被成形物の加工の形状を自由に調整する
ことができるものである。

【００２６】成形が完了した製品は、割ダイス１９に設
けられたコイルばねで割ダイス１９を開放しノックアウ
トピン２５を押し上げて製品を取り出すようにするのが
よく、取り出された製品は必要に応じてさら仕上げ加工
が行なわれることになる。

【００２７】本実施の形態においては、上型Ａを下降せ
しめて、ダイス１９をダイクッションシリンダ４、４’
によって所定の荷重で該ダイクッションシリンダ４、
４’のピストン杆３と一体的に連結された前記のダイス
押え８で前記の割ダイス１９を押え、次いで、パンチ１
１を可動パンチシリンダ１によって所定の荷重で押し下
げ前記の割ダイス１９に当接させる。この状態のとき
は、主シリンダの作動部に固定されているパンチピン受
け１３に連結されるパンチピン１０には何ら荷重は加え
られていない。

【００２８】上記した状態からパンチピンに１０に荷重
が加えられ成形が開始されると、パンチ１１と割ダイス
１９の成形部Ｒによって形成される成形空間２０に素材
Ｓの細軸Ｓ’が充満し始めるが、パンチピン１０よって
押圧されている素材Ｓは前記の成形空間２０に押し出さ
れて充満していき、素材が成形空間２０に充満すると同
時に可動パンチシリンダ１を作動して可動ピストン２及
びピストン杆３を介してパンチ１１を緩やかに上昇させ
て徐々に前記の成形空間２０を拡大し、該拡大される成
形空間２０に連続的に素材Ｓを押出すことにより頭付部
材の頭部（球部）を成形するものであり、しかも、上記
したように加工が連続的に行なわれるものであるのでＬ
／ｄが１０以上であっても充分成形が可能であり、その
成形工程も一工程で仕上げ工程を含めても二工程で充分
であり、３〜５工程を必要としていた従来方法に比し生
産効率に及ぼす効果は計り知れないものがある。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る頭付部品の製造方法は、素
材をパンチと割ダイスとで形成される成形空間に押出し
充満させ、該素材が前記の成形空間に充満すると同時に
パンチを上昇せしめて徐々に成形空間を拡大し、該拡大
される成形空間に連続的に素材を押出し加工するもので
あり、その加工は連続的に行なわれのでＬ／ｄが１０以
上であっても容易に加工できるものであり、前記したパ
ンチの上昇速度と素材の押し出し速度をコントロ−ルす
ることにより必要とする球状体の形状を得ることができ
るものである。

【００３０】また、その装置においても、上型として加
工時にダイスを所定の一定圧力で押え込むダイス押えを
作動するための一対のダイクッションシリンダと、パン
チ上昇速度をコントロ−ルしながら上下動せしめる可動
パンチシリンダとを設け、前記したダイクッションシリ
ンダと可動パンチシリンダとは各別に作動されるように
したものであり、簡単な構成で充分その目的を達成でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置の上型及び下型の構造を示す断面
図

【図２】 上型を下降させた加工前の断面図

【図３】 パンチを上昇させた加工時の説明断面図

【図４】 加工開始前のパンチとダイスの関係説明図

【図５】 加工初期の説明図

【図６】 パンチ上昇開始時の説明図

【図７】 パンチが上昇して成形中の説明図

【図８】 本発明の製品代表例であるスタッドボルトの
説明図

【符号の説明】

Ａ 上型 Ｂ 下型 １ 可動パンチシリンダ ２ 可動ピストン ３ ピストン杆 ４、４’ ダイクッションシリンダ ５、５’ ピストン ８ ダイス押え ９、９’ ピストン杆 １０ パンチピン １１ パンチ １９ 割ダイス ２０ 成形空間 Ｓ 素材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下型に備えたダイスに素材を挿入し、ダ
   イクッションシリンダと一体的に連接されたダイス押え
   と可動パンチシリンダにより上下動せしめられるパンチ
   よりなる上型を下降せしめ前記ダイス押えでダイスを押
   え込むとともに前記素材を固定し、前記パンチ内に案内
   された素材の被加工部をパンチピンに押圧せしめるよう
   になし、前記パンチを下降させて該パンチとダイスとに
   より形成される成形空間に素材を押出し充填させると同
   時にパンチを緩やかに上昇させて前記の成形空間を徐々
   に拡大し、該拡大される成形空間に連続的に素材を押し
   出し加工して所要の頭部を形成させることを特徴とする
   頭付部品の製造方法。
2. 【請求項２】 上昇するパンチの速度と素材を押し出す
   速度とを調整可能としたことを特徴とする前記請求項１
   の頭付部品の製造方法。
3. 【請求項３】 上下動可能な一対のダイクッションシリ
   ンダと、該一対のダイクッションシリンダの中央部に設
   けられた可動パンチシリンダとを備え、前記ダイクッシ
   ョンシリンダのピストンと一体的に連結されたダイス押
   えと、前記可動パンチシリンダの可動ピストンと連結さ
   れたパンチとよりなる上型と、前記パンチに挿通されて
   素材を加工するパンチピンと、前記素材を固定するダイ
   スを備えた下型とよりなることを特徴とする頭付部品の
   製造装置。
4. 【請求項４】 前記一対のダイクッションシリンダと可
   動パンチシリンダは各別に作動されることを特徴とする
   前記請求項３記載の頭付部品の製造装置。
5. 【請求項５】 パンチピンはパンチピン受けを介して作
   動されることを特徴とする前記請求項３又は４記載の頭
   付き部品の製造装置。