JP2004082141A - 中空段付軸の製造方法及びその装置 - Google Patents

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Nariaki Yamanaka
山中 成昭
Takeshi Kazama
風間 健
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Abstract

【課題】硬質厚肉材料である鋼管を用いて割れが生じでることなく塑性成形にて中空段付軸の方法及びその装置を提供する。
【解決手段】鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材20を、これの両端部を下型と上型にて拘束すると共に、中間部を開放した状態でプレス機械にセットし、充填材を上型16内に設けたインナパンチ19にて押圧してこれの圧力により開放された中間部を拡径変形し、ついで素材の両端から下型11と上型16にて軸方向へ押圧して上記拡径変形部を座屈変形し、この座屈変形部を加熱し、さらに、この座屈変形部を軸方向から下型と上型の対向部に設けたキャビティ14,18にて押圧してこのキャビティに沿う形状に成形する。
【選択図】    図4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向中間部にVプーリの一方の壁や、フランジ等の軸部より大径の段状部を有すると共に、軸心に軸方向の貫通する孔を有する中空段付軸を塑性成形にて製造する中空段付軸の製造方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の中空段付軸の従来の製造方法としては、特開2001−334317号公報に示された方法がある。この方法は、内部に低融点の充填材を充填した管体を開放型または密閉型の中で充填材と共に軸方向両側から押圧してこれの中間部を軸心に対して直角方向に拡張変形させて軸方向中間部に拡径部を形成するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の製造方法では、ブロンズ、銅、アルミニウム等加工限界が高い材料には適しているが、鋼管で硬質厚肉での加工には加工限界を超えるため、上記従来の方法では困難であった。
【0004】
本発明は上記のことに鑑みなされたもので、硬質厚肉材料である鋼管を用いて割れが生じることなく塑性成形できるようにした中空段付軸の製造方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る中空段付軸の製造方法は、鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材を両端部を下型と上型にて拘束すると共に、中間部を開放した状態でプレス機械にセットし、充填材を上型内に設けたインナパンチにて押圧してこれの圧力により開放された中間部を拡径変形し、ついで素材の両端から下型と上型にて軸方向へ押圧して上記拡径変形部を座屈変形し、この座屈変形部を加熱し、さらに、この座屈変形部を軸方向から下型と上型の対向部に設けたキャビティにて押圧してこのキャビティに沿う形状に成形するようにした。
【0006】
そして上記中空段付軸の製造装置は、鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材の軸方向一方部を拘束成形する下型及びノックアウトピンと、素材の軸方向他方部を拘束成形する上型及び鋼管内の充填材を押圧するインナパンチとを有し、下型と上型の対向面のそれそれに段状部を形成するキャビティを設け、離間状態の下型と上型の間に挿入された素材の中間部を加熱する加熱装置を有する構成になっている。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図6は、Vプーリの一方の溝壁を構成するフランジ部1を有する第1の中空段付軸2と、他方の溝壁を構成するフランジ部3を有して上記第1の中空段付軸2に嵌合する第2の中空段付軸4からなるVプーリ装置を示すもので、このようなVプーリ装置では、中空段付軸を用いることにより軽量化を図ることができると共に、両中空段付軸2,4の嵌合位置によりVプーリを構成する両溝壁1,3の間隔を変えることによりプーリ径を変えることができる。
【0008】
本発明の実施の形態の一例として上記第1の中空段付軸2を製造する方法を以下に示す。
【0009】
図1において、10はプレス機械のボルスタ上に設置される下型プレート、11はこの下型プレート11上に固定される下型で、この下型11に上記第1の中空段付軸2の軸部を成形するための大径部と小径部を有する第1のキャビティ13と、フランジ部1の一方の側壁を成形するための第2のキャビティ14が設けてある。またこの第1のキャビティ13の下端にはノックアウトピン15が昇降可能にして臨ませてある。上記第1のキャビティ13の大径部は後述する素材20の径と同径になっている。
【0010】
16はプレス機械のスライドに固定される上型で、この上型16に軸部を成形する第1のキャビティ17と、フランジ1の他方の側壁を成形するための第2のキャビティ18が設けてある。また、第1のキャビティ17の軸心部にインナパンチ19が臨ませてある。このインナパンチ19はスライド内に設けたインナシリンダにて上型16に対して上下動可能になっている。上記インナパンチ19の径は後述する素材20の内径内に密に嵌合する径になっている。
【0011】
素材20は上記第1の中空段付軸2を成形するための素材であり、この素材20は肉厚の鋼管20aと、この鋼管20a内に充填される低融点(例えば200〜700℃)でかつ塑性変形状を有する充填材20bとからなっている。この種の充填材20bの一例としては微粒の砂とレジンとの混合材、あるいは、Bi、Pb、Sn、Inを所定の割合で混合した低融点合金等がある。
【0012】
次に、上記素材20を用いて図6に示すところの中空段付軸2を塑性成形する方法を各ステップを追って説明する。
【0013】
〔ステップ1〕
素材20を下型11の第1のキャビティ13の大径部に挿入し、ついで上型16を下降してこれの第1のキャビティ18を素材20の上部に嵌合する(図1の左側)。このとき、上型16の第1のキャビティ17の上端が素材20の鋼管20aの上端に当接され、またインナパンチ19が素材20の充填材20bの上端に当接される。
【0014】
〔ステップ2〕
次に、上型16とインナパンチ19を一体状にして上型16の下降途中まで下降する。これにより素材20は下型11の第1のキャビティ13内の小径部まで押し込められ、大径部の先端側に小径部が形成される(図1の右側)。このとき、素材20の鋼管20aは管体ではあるが中空内に充填材20bが充填されていることにより中実体と同等の作用により成形される。また、このとき、下型11と上型16とは充分な間隔の隙間がある。またこのとき、素材20の下端はノックアウトピン15に当接されている。
【0015】
〔ステップ3〕
上型16が停止した状態でインナパンチ19を下動して素材20内の充填材20bを押圧する。これにより素材20の鋼管20aは充填材20bにより拡径作用を受け、鋼管20aは下型11と上型16の間の隙間に対向している部分(非拘束部分)にて拡径変形される(図2)。このとき上型16にも充填材20bが変形しない程度の圧力をかけておき、上記鋼管20aの拡径変形に伴う軸方向の変形に上型16を追随させる。
【0016】
〔ステップ4〕
次に、上型16とインナパンチ19を一体状にしてスライドを下降して下型11と上型16の間の部分を据え込み成形し、このときの座屈作用によりこの部分がフランジ状に拡径変形する(図3)。このときの座屈成形部は加工限界となり、スライドは下死点まで下降されず、下型11と上型16との間には所定の間隔の隙間があき、座屈成形部は最終成形には至らない。一方下型11の第2のキャビティ3内での鋼管20aは塑性限界内で、このキャビティ内にて軸部の成形が完了される。
【0017】
〔ステップ5〕
スライドを上死点まで上昇させて下型11と上型16の間を広げ、ノックアウトピン15を上昇させて素材20を、これの拡径部が下型11の上面から離間する位置まで押し下げる(図4)。そしてこの拡径部に高周波加熱装置21をかぶせてこの部分を部分的に加熱する。このとき、素材20内の充填材20bは、この加熱部において部分的に溶融するがこれの体積は変化しない。そしてこのとき、溶融した充填材20bが流失しないように、必要に応じてこれを防止する治具等を用いる。
【0018】
また、この加熱時の鋼管20aの内部は充填材20bにより無酸化状態で加熱されるため、これの内面に脱炭現象やスケールが発生することがない。
【0019】
また、上記素材20の加熱温度は鋼管20aの塑性変形が加工限界を超えて行うことができる温度にする必要があるが、この加熱温度は、鋼管20aの表面がこの加熱によって酸化皮膜による肌荒れが発生しない400℃〜500℃が適当である。なお、次のステップ6による加工ではこの塑性変形に伴う温度により昇温して約700℃になる。
【0020】
〔ステップ6〕
加熱後、ノックアウトピン15を下降して素材20を下型11内に再度収め、その後、上型16とインナパンチ19の位置関係を保ちながらスライドを下降させ、再度据え込み成形する。これにより、座屈成形による拡径部は、下型11と上型16のそれぞれの第2のキャビティにて常温時の加工限界を超えて変形されて据え込み成形され、拡径部は両キャビティに沿う形状、すなわち、Vプーリの片方の溝部材が成形される(図5)。このステップ6において、加熱後に潤滑剤等が必要な場合には、これを型及び成形品等に付けてからスライドを下降させる。
【0021】
上記の各ステップを経て成形された中空段付軸を、200〜700℃以上、すなわち、充填材20bが溶融する温度に加熱してこの充填材20bを中空段付軸の中空内から取り出す。
【0022】
上記のようにして第1の中空段付軸2が成形されるが、第2の中空段付軸4も、下型及び上型の形状に変えることにより上記した各ステップにて成形される。
【0023】
また、本発明方法によれば、図8(b)に示すような、軸方向中間部にフランジ部25を有する中空段付軸26も、図7(a)に示される鋼管27a内に充填材27bを充填してなる素材27から上記した実施の形態と同様の工程により、図7の(a)、(b)及び図8(a)、(b)に示すように順次成形される。このとき、フランジ部25の角部a、bに欠肉が、また周面部Cに割れがそれぞれできやすいが、図8の(a)と(b)にて示される工程の間に段状部の周囲を加熱する高周波加熱工程を加えると共に、成形型により背圧をかけることにより高精度の成形が行われる。
【0024】
図9は上記図6に示された第1の中空段付軸2を成形するためのプレス機械の金型装置の一例を示すもので、下型11は下型プレート10に固着された下型セット装置31内に、着脱可能にセットされ、クランプ部材32にて固定されるようになっている。なお、下型11はクランプ部材32を外した状態で、リング部材33をリフトロッド34にて上昇することにより下型セット装置31より取り出されるようになっている。また、ノックアウトピン15は下型プレート10を貫通してプレス機械の下端に設けたノックアウトピン昇降装置35にて昇降されるようになっている。
【0025】
上型16内に設けられたインナパンチ19はスライド36に設けられたインナパンチ昇降装置37にて昇降されるようになっている。
【0026】
上記ノックアウトピン、インナパンチの各昇降装置35,37の押圧荷重量と送り速度及びスライドの昇降は数値制御によってコントロールできるようになっている。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、軸方向中間部に軸部より大径にした段状部を有すると共に、軸心に軸方向に貫通する孔を有する段付軸を、硬質厚肉材料である鋼管を用いて割れが生じることなく塑性成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法のステップ1とステップ2を示す断面図である。
【図2】本発明方法のステップ3を示す断面図である。
【図3】本発明方法のステップ4を示す断面図である。
【図4】本発明方法のステップ5を示す断面図である。
【図5】本発明方法のステップ6を示す断面図である。
【図6】本発明方法で製造する中空段付軸の一例を用いたVプーリ装置を示す断面図である。
【図7】(a)、(b)は他の中空段付軸の製造ステップを示す断面図である。
【図8】(a)、(b)は他の中空段付軸の製造ステップを示す断面図である。
【図9】本発明方法を実施する製造装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1,3,25…フランジ部、2,4,26…中空段付軸、10…下型プレート、11…下型、13,14,17,18…キャビティ、15…ノックアウトピン、16…上型、19…インナパンチ、20,27…素材、20a,27a…鋼管、20b,27b…充填材、21…加熱装置、31…下型セット装置、32…クランプ部材、33…クランプ部材、33…リング部材、34…リフトロッド、35…ノックアウトピン昇降装置、36…スライド、37…インナパンチ昇降装置。

Claims (2)

  1. 鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材を、これの両端部を下型と上型にて拘束すると共に、中間部を開放した状態でプレス機械にセットし、
    充填材を上型内に設けたインナパンチにて押圧してこれの圧力により開放された中間部を拡径変形し、
    ついで素材の両端から下型と上型にて軸方向へ押圧して上記拡径変形部を座屈変形し、
    この座屈変形部を加熱し、
    さらに、この座屈変形部を軸方向から下型と上型の対向部に設けたキャビティにて押圧してこのキャビティに沿う形状に成形するようにしたことを特徴とする中空段付軸の製造方法。
  2. 鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材の軸方向一方部を拘束成形する下型及びノックアウトピンと、素材の軸方向他方部を拘束成形する上型及び鋼管内の充填材を押圧するインナパンチとを有し、下型と上型の対向面のそれそれに段状部を形成するキャビティを設け、離間状態の下型と上型の間に挿入された素材の中間部を加熱する加熱装置を有することを特徴とする中空段付軸の製造装置。
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