JP2004148359A - 鍛造品寸法が調整可能な鍛造方法及び鍛造金型 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理条件の相違等により素材の硬度等が異なる場合でも、鍛造品寸法を調整できる鍛造方法及び鍛造金型を提供することを目的とする。
【解決手段】軸部４２とその一端のつば部４３とを持つ素材４１を所定形状の鍛造品４１ａ成形する鍛造金型１０は、中空孔２３を持ち素材が載置され上昇位置又は下降位置を取り得るダイ２１、その中空孔内に配置されたロッド状のカウンタパンチ２６を含む下型１１と；ダイを大きさが変更可能な支持荷重で下方から支持する支持手段２８と；ダイの下方に配置された当接部材１７と；素材を所定の押下げ荷重でダイ及びカウンタパンチに加圧するパンチ３６を含む上型３５と；から成る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鍛造品の寸法が調整可能な鍛造方法、及び寸法調整機構を内蔵した鍛造金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鍛造は、一般に素材（ビレット）の塑性を利用して所定形状の機械部品等を成形する加工法であり、その一種に冷間鍛造がある。ここで、軸部とその一端のつば部とから成る素材を鍛造金型により冷間鍛造にする場合を考える。鍛造金型の下型のダイの上面及び上型のパンチの下面によりつば部を据え込み加工してその外径を増大させるとともに、ダイの中空孔の内周面及びパンチの下面により軸部を押し出し加工してその長さを増大させる。設計上（理論上）は素材のつば部の外径がΔｄだけ広がり、軸部の長さがΔｌだけ伸びるはずでも、現実の鍛造品では必ずしもそのようにならない。
【０００３】
その理由は、熱処理条件や素材とダイ及びパンチとの間に供給する潤滑剤の違い等により素材の硬度がロット毎にばらつくため、及び潤滑剤により素材とダイ及びパンチとの間の摩擦抵抗が変化するため、及び継続使用によりダイ及びパンチに塑性変形が生ずることがあるためである。
【０００４】
鍛造品の軸部及び／又はつば部の寸法がばらつくと研磨等の後処理が必要となり、その分製造コストが上昇する。そのために、鍛造製品の寸法が一定範囲に収まるように（寸法調整すべく）、従来から種々の工夫がなされている。
【０００５】
図１３に示す第１従来例では、下型１５０のダイ１５１の上下方向位置（高さ）を微調整している。即ち、円筒形状の保持部材１５２の内周側に回転部材１５３が螺合され、保持部材１５２に遊嵌され回転部材１５３上ダイ１５１が載置されている。
【０００６】
素材１５８を鍛造しても所定寸法の鍛造品が得られないときは、回動部材１５３を回動させてダイ１５１の高さを調整する。すると、上型１５５のパンチ１５６の下降位置におけるダイ１５１とパンチ１５６との間の間隔が変わる。
【０００７】
第２従来例（不図示）では、上記第１実施例におけるダイの代わりに、パンチの上下方向位置（高さ）を微調整している。
【０００８】
図１４に示す第３従来例（特許文献１参照）では、下型１６０の浮動ダイ１６２を油圧シリンダ１６４で支持し、油圧シリンダ１６４の移動ストロークを調整することにより素材（ボディフリーホイール）１７０の内周スプラインの長さを調整している。即ち、下型１６０は中心の固定ダイス１６１、その周りの浮動ダイス１６２、ストッパ１６３及び浮動ダイス１６２を支持する油圧シリンダ１６４等を含む。上型１６７はパンチ１６８を含む。
【０００９】
パンチ１６８の下降力は油圧シリンダ１６４による浮動ダイス１６２の支持荷重よりも大きいため、素材１７０及び浮動ダイス１６２が下降し、固定ダイス１６１が素材１７０の中空部に入り込み内周スプラインが形成される。内周スプラインの形成は、浮動ダイス１６２の下降が進み、ストッパ１６３に当接した地点で終了する。但し、パンチ１６８は更に下降し、素材１７０の一端面が押しつぶされて据え込み加工される。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１６６１０２号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１従来例は、ダイ１５１の位置を調整するためには、工具（不図示）を保持部材１５２の貫通孔１５２ａから差し込んで回転部材１５３を回転させなければならず、調整作業が面倒である。また、保持部材１５２と回転部材１５３との間のねじ部の強度上の制約から、ダイ１５１及びパンチ１５６に大きな荷重が加わる鍛造加工には採用困難である。この事情は第２従来例でも同様である。
【００１２】
また、第３従来例は、油圧シリンダ１６４の移動ストロークの調整により鍛造品の内周スプラインの長さは調整できても、素材１７０の硬度等にばらつきがある場合に、鍛造品の寸法を所定範囲に収めることはできない。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱処理条件に起因して硬度差が異なる素材が発生したとき、潤滑処理条件に起因して摩擦抵抗が異なる素材が発生したとき、及び金型の摩耗や焼付き度合いが変化したとき、鍛造加工で発生する寸法変化により寸法を所定範囲に収めることができなくなった場合に、寸法を所定範囲に収めることができる鍛造方法及びそのような寸法調整機構を内蔵した鍛造金型を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、鍛造加工における加工荷重と変化量との関係を検討した。その結果、成形加工の前半（特に初期）は荷重が比較的小さい間でも素材の変形は進行する。この荷重が低い間に発生する変形が最終的な鍛造品の形状に大きく影響することに気付いた。そこで、この成形加工の前半における素材の変形量を変更（制御）する方策を思い付いて、本発明を完成させた。
【００１５】
本発明の特徴を概念的に言えば、ダイを浮遊状態で配置し、上昇位置から下降位置までの状態を取り得るようにした。ダイは、支持手段により所定の支持荷重で支持され、加工しない状態では支持手段により上昇位置に支持される。加工が開始し、パンチが下降しているとダイ上に載置された素材はパンチにより圧下され変形が進行していくと共に、ダイに加わる加工荷重は順次増加していく。そして、ダイに加わった加工荷重が支持荷重を越えると、ダイは下降位置まで下降し当接部材に当接する。
【００１６】
よって、ダイを支持する支持荷重の大きさを適宜選択することにより、ダイが下降開始する時点でのダイに加わる加工荷重が変化する、すなわちダイが下降開始する時点での素材の変形の進行状態に差を生じさせうる。この素材の変形の進行状態による差により、ダイの下降によって変形を加える部分の長さや厚さ等が変化し、最終的に鍛造品の寸法に変化が発生させることができ、寸法の調整が可能となる。
【００１７】
本発明は、素材の形状と、下型及び上型の形状とに応じて、３つの群に分類され、各群は鍛造品寸法が調整可能な鍛造方法の独立請求項と、鍛造品寸法が調整可能な鍛造金型の独立請求項とを含む。
▲１▼第１群
第１群の鍛造方法（第１発明）は、請求項１に記載したように、軸部とその一端側のつば部とを持つ素材を、上昇位置又は下降位置を取り得るダイ及びその内部に配置されたカウンタパンチを含む下型と、素材をダイ及びカウンタパンチに加圧するパンチを含む上型とで所定形状の鍛造品に成形する鍛造方法であって、ダイを支持荷重の大きさが変更可能な支持手段により上昇位置に支持し、ダイ及びカウンタパンチに対してパンチを小さい押下げ荷重で下降させてつば部を据え込み、軸部を前方押し出し、軸部の先端の円筒部を前方押し出す第１工程と；ダイを支持荷重に抗して下降位置に下降させ、ダイ及びカウンタパンチに対してパンチを大きい押下げ荷重で更に下降させて軸部を更に前方押し出し、円筒部を前方押し出す第２工程と；から成ることを特徴とする。
【００１８】
第１群の鍛造金型（第２発明）は、請求項４に記載したように、軸部とその一端のつば部とを持つ素材を所定形状の鍛造品に成形する鍛造金型であって、中空孔を持ち素材が載置され上昇位置又は下降位置を取り得るダイ、及びダイの中空孔内に配置されたロッド状のカウンタパンチを含む下型と；ダイを大きさが変更可能な支持荷重で下方から支持する支持手段と；ダイの下方に配置された当接部材と；素材を所定の押下げ荷重でダイ及びカウンタパンチに加圧するパンチを含む上型と；から成る。ダイは、所定の支持荷重が増加する押下げ荷重よりも大きい間は支持手段に支持されて上昇位置にあり、押下げ荷重が所定の支持荷重よりも大きくなったとき下降位置に移動して当接部材に当接することを特徴とする。
【００１９】
第１群の鍛造方法及び鍛造金型において、ダイの支持荷重がパンチの押下げ荷重よりも大きい間、換言すればパンチの押下げ荷重がダイの支持荷重よりも小さい間は、ダイは上昇位置にある。パンチの押下げ荷重がダイの支持荷重よりも大きくなると、換言すればダイの支持荷重がパンチの押下げ荷重よりも小さくなると、ダイは下降位置に下降する。
【００２０】
支持荷重が比較的小さい場合、パンチの押下げ荷重が支持手段の支持荷重よりも小さい時間即ちダイが上昇位置にある時間が短い。よって、鍛造初期における素材の変形量が小さい。これに対して、支持荷重が比較的大きい場合、押下げ荷重が支持荷重よりも小さい時間即ちダイが上昇位置にある時間が長くなり、鍛造初期における素材の変形量が大きい。よって、支持荷重の大きさを適宜変更すれば、鍛造初期における素材の変形量を変更することができ、素材の熱処理条件等が異なっても、鍛造品寸法を所定範囲に収めることができる。
【００２１】
この事情は、第２群及び第３群の発明でも基本的に同様である。
▲２▼第２群
第２群の鍛造方法（第３発明）は、請求項８に記載したように、軸状の素材を、上昇位置又は下降位置を取り得るダイ及びその内部に配置された補助ダイを含む下型と、素材をダイ及び補助ダイに加圧するパンチを含む上型とで所定形状の鍛造品に成形する鍛造方法であって、ダイを支持荷重の大きさが変更可能な支持支持手段により上昇位置に支持し、ダイ及び補助ダイに対してパンチを小さい押下げ荷重で下降させ、素材の上端部を後方押し出し、下端部を前方押し出し、下端部の先端の円筒部を前方押し出す第１工程と；ダイを支持荷重に抗して下降位置に下降させ、ダイ及び補助ダイに対してパンチを大きい押下げ荷重で更に下降させ、素材の上端部を更に後方押し出し、下端部を更に前方押し出し、下端部の先端を前方押し出す第２工程と；から成ることを特徴とする。
【００２２】
第２群の鍛造金型（第４発明）は、請求項１２に記載したように、軸状の素材を所定形状の鍛造品に成形する鍛造金型であって、中空孔を持ち素材が載置され上昇位置又は下降位置を取り得るダイ、及びダイの中空孔内に配置された円筒形状の補助ダイを含む下型と；ダイを大きさが変更可能な支持荷重で下方から支持する支持手段と；ダイの下方に配置された当接部材と；素材を所定の押下げ荷重でダイ及び補助ダイに加圧するパンチを含む上型と；から成る。ダイは、所定の支持荷重が増加する押下げ荷重よりも大きい間は支持手段に支持されて上昇位置にあり、押下げ荷重が所定の支持荷重よりも大きくなったとき下降位置に下降して当接部材に当接することを特徴とする。
▲３▼第３群
第３群の鍛造方法（第５発明）は、請求項１８に記載したように、軸部とその一端側のつば部とを持つ素材を、上昇位置又は下降位置を取り得るダイ及びその内部に配置された補助ダイを含む下型と、素材をダイ及び補助ダイに加圧するパンチを含む上型とで所定形状の鍛造品に成形する鍛造方法であって、ダイを支持荷重の大きさが変更可能な支持手段により上昇位置で支持し、ダイ及び補助ダイに対してパンチを小さい押下げ荷重で下降させ、素材のつば部を据込み及び後方押し出し、軸部を前方押し出し、軸部の先端の円筒部を前方押し出しする第１工程と；ダイを支持荷重に抗して下降位置に下降させ、ダイ及び補助ダイに対してパンチを大きい押し下げ荷重で更に下降させ、素材のつば部を更に据込み及び後方押し出し、軸部を更に前方押し出し、軸部の先端の円筒部を更に前方押し出しする第２工程と；から成ることを特徴とする。
【００２３】
第３群の鍛造金型（第６発明）は、請求項２１に記載したように、軸部とその一端側のつば部とを持つ素材を成形する鍛造金型であって、中空孔を持ち素材が載置され上昇位置又は下降位置を取り得るダイ、及びダイ内に配置された円筒状の補助ダイを含む下型と；ダイを大きさが変更可能な支持荷重で下方から支持する支持手段と；ダイの下方に配置された当接部材と；素材を所定の押下げ荷重で前記ダイ及び前記補助ダイに加圧するパンチを含む上型と；から成る。ダイは、所定の支持荷重が増加する押下げ荷重よりも大きい間は支持手段により支持されて上昇位置にあり、押下げ荷重が所定の支持荷重よりも大きくなったとき下降位置に下降して当接部材に当接することを特徴とする。
▲４▼第１群から第３群の鍛造方法において、請求項３、１１及び２０に記載したように、更に、支持荷重を変更した後、第１工程及び第２工程を少なくとも１回実行する第３工程を含むことができる。また、第１群から第３群の鍛造装置において、請求項５、１３及び２２に記載したように、支持荷重の大きさは段階的又は連続的に変更される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜鍛造、素材＞
本発明の鍛造方法は及び鍛造金型は冷間鍛造に好適に適用できる。冷間鍛造はでは、材料の塑性を利用して成形するため切削加工のような切り粉は発生せず、材料のロス（損失）が少なく、塑性変形による材料の流れで強度が向上する。また、同じ強度を確保しながら肉厚を薄くできるため資源の節約及びコストダウンにつながり、成形時に熱を加える必要がないため精密な加工に適している。但し、熱間鍛造の場合にも適用できる。
【００２５】
一般の鉄鋼材料から成る素材は、第１タイプでは軸部とその一端のつば部とを備え、第２タイプでは軸部のみから成る。
＜鍛造方法＞
上記第１発明、第３発明及び第５発明の鍛造方法は第１工程と第２工程とから成り、ダイ及びパンチ等により素材を二段階に成形する。上述したように３つの発明は素材の形状と、ダイ及びパンチの形状とが異なる。
▲１▼ダイは支持手段により大きさが変更可能な支持荷重で支持され、パンチの押下げ荷重は漸増する。第１工程（前半）では、所定の支持荷重がパンチの押下げ荷重又は素材の変形荷重よりも大きく、ダイは上昇位置にある。このダイに向かって上型のパンチが下降し、比較的小さい押下げ荷重で素材をダイ等に向かって加圧して変形させる。これに対して、第２工程（後半）では、押下げ荷重が所定の支持荷重よりも大きく、ダイは下降位置に移動する。このダイに向かってパンチが更に下降し、比較的大きい押下げ荷重で素材をダイ等に向かって更に加圧して変形させる。
【００２６】
ダイは所定の支持荷重で支持されているが、上型のパンチの押下げ荷重はゼロから所定値まで漸増する。押下げ荷重が支持荷重よりも大きくなった時点でダイは下降位置に下降する。これが第１工程から第２工程への移行時期である。
【００２７】
素材は、第１工程では比較的低荷重で第１所定部分を加工され、第２工程では比較的高荷重で第１所定部分を更に加工され及び／又は第２所定部分を加工される。第１所定部分と第２所定部分とが生ずるのは、素材の形状やダイ及びパンチの形状による。
【００２８】
第１支持荷重で第１工程及び第２工程を実行し、鍛造品を成形してみる。その寸法が満足できない場合、その結果に応じて、所定の支持荷重を第１所定荷重よりも大きい又は小さい第２支持荷重に変更して再度第１工程及び第２工程を実行し、鍛造品を成形すれば良い。
▲２▼加工の種類には据込み加工や押出し加工がある。「据込み加工」とは金型によりビレットに軸方向の圧縮力を加えて軸方向の寸法を短くし、軸直角方向の寸法を長くする加工法を言う。一方、「押出し加工」とは、ビレットに圧縮力を加えて金型に設けられた孔や、金型間の隙間から素材を絞り出して長さを延ばす加工法のことである。加圧方向と素材の流出方向との組合わにより前方押出し、後方押出し及び側方押出し等に分類される。
【００２９】
本発明の鍛造方法は据え込みと１つ又は２つの前方押し出しとの組み合わせ加工、前方押し出しと前方押し出しの組み合わせ加工、据え込みと後方押し出しと１つ又は２つの前方押し出しとの組み合わせ加工等をなし得る。
＜鍛造金型＞
本発明の鍛造金型は上記鍛造方法を実施するために使用され、下型、支持手段、当接部材及び上型から成る。
【００３０】
下型はダイ、カウンタパンチ又は補助ダイ等を含み、更に保持部材（ホルダ）、保持部材内に収納された当接部材及び支持手段を含むことができる。
【００３１】
ダイは素材の載置面及びその中心の中空孔を備える。中空孔は上端側の大径部、下端側の小径部及び中間のテーパ部を含むことができる。また、単一径の長孔と上端開口の環状のくぼみとを備えることができる。ダイは保持部材内に浮動状態に収納され、支持手段により支持されている。
【００３２】
ロッド形状のカウンタパンチの上端部がダイの中空孔内に伸び、細長い円筒形状の補助ダイが保持部材に保持された当接部材の中空孔の内周面に装着されている。カウンタパンチは素材の軸部よりも細く、パンチはつば部よりも大きくできる。下型は更に、補助ダイの中空孔に挿入されたノックアウトピンを含み、その上端は補助ダイの上端よりも上方に突出していても下方に後退していても良い。
【００３３】
支持手段は例えば油圧シリンダから成り、作動油の圧力等を調整することにより、支持荷重の大きさを段階的に又は連続的に変更することができる。
【００３４】
上型のパンチの外径は、素材の上端部全体を加圧する場合は素材の外径より大きく、上端部の中心部のみを加圧する場合は素材の外径よりも小さくする。また、ダイの中空孔が環状のくぼみを持つ場合、パンチの外径はくぼみの内径よりも小さくする。
＜鍛造品＞
素材が第１タイプの場合、鍛造品の軸部は素材の軸部よりも長くなる。下端に円筒部が形成される場合と、されない場合とがある。つば部は、厚さが薄く外径が大きい円板部に変形する場合と、厚さが薄く外径が大きい円板形状の底部及びその周りの外周壁に変形する場合とがある。一方、素材が第２タイプの場合、鍛造品の下端側に凸部又は凹部が形成され、上端側に円筒部が形成される。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基に説明する。
＜第１実施例＞
（鍛造金型）
図１に示す鍛造金型は下型１０と上型３５とから成る。下型１０は保持部材１１、スペーサ１７、ダイ２１、カウンタパンチ２６及び油圧シリンダ２８等を含む。このうち保持部材１１は円筒部１２と円形状の蓋部１３とを有し、蓋部１３の中心には円形状の挿入孔１４があけられ、内周縁につば部１５が形成されている。スペーサ（当接部材）１７は円柱形状を持ち、その外周面が円筒部１２の内周面に嵌合されている。中心部にはパンチ挿入孔１８が形成され、中心から所定半径の円軌跡上には複数のシリンダ挿入孔１９が形成されている。
【００３６】
中空形状のダイ２１は平坦な支持面２２を備え、中心に断面円形状の挿入孔２３があけられている。外周縁に形成された環状の嵌合溝２４に保持部材１１のつば部１５が嵌合している。パンチ挿入孔１８に挿入されたカウンタパンチ２６は丸棒形状を持ち、挿入孔２３内まで延びた上端の外径は挿入孔２３の内径よりも細い。
【００３７】
シリンダ装着孔１９に油圧シリンダ２８が装着され、これに滑合されたピストン（不図示）から上方に延びたピストンロッド２９の上端がダイ２１の下端面に結合されている。油圧シリンダ（支持手段）２８は上記ダイ２１を昇降させる。上昇位置ではダイ２１の嵌合溝２４に保持部材１１のつば部１５が係合し、下降位置ではダイ２１の下面がスペーサ１７の上面に着座する。油圧シリンダ２８は支持荷重を三段階（最小の第１支持荷重、中間の第２支持荷重及び最大の第３支持荷重）の何れか一つに設定することができる。
【００３８】
上型３５はパンチ３６及びこれを駆動する駆動機構（不図示）等を含む。パンチ３６は円柱形状を持ち、円筒状で平坦な加圧面３７を備えている。パンチ３６の押下げ荷重は漸増し、下降ストロークは一定である。
（鍛造方法）
次に、上記鍛造金型の作動を説明する。別工程で予備成形された素材４１（ビレット）から所定形状の鍛造品を成形する。
▲１▼図１及び図２（ａ）に示すように、素材４１は軸部４２と、その上端側のつば部４３とを有する。軸部４２の外径はｄ、長さはｌで、つば部４３の半径はｒである。上昇位置にあるダイ２１の挿入孔２３に軸部４２が挿入され、つば部４３がダイ２１の支持面２２により支持される。また、ピストンロッド２９は上昇しており、油圧シリンダ２８によりダイ２１を中間の大きさの第２支持荷重で支持している。素材４１とダイ２１との間に潤滑剤（例えば潤滑油）を供給する。
【００３９】
パンチ３６が押し下げられると、素材４１とダイ２１との間の変形抵抗及び摩擦抵抗によりダイ２１に比較的小さい押下げ荷重が働く。この押下げ荷重（素材の変形荷重）が油圧シリンダ２８の第２支持荷重よりも小さい間はピストンロッド２９が縮まないのでダイ２１は上昇位置にある。パンチ３６の下降に伴い、ダイ２１の支持面２２とパンチ３６の加圧面３７とでつば部４３で据込みが進行するとともに、パンチ３６の加圧面３７とダイ２１の挿入孔２３とで軸部４２の前方押出しが進行する。その結果、図２（ａ）に示すように、つば部４３は厚さが薄くなり半径ｒがΔｒ１だけ拡大し、軸部４２は外径ｄはそのままで長さがΔｌ１だけ伸びる。
【００４０】
据込み及び前方押出しの進行につれて、加工硬化等により変形し難くなった素材４１からダイ２１へ加わる押下げ荷重が増加する。そして、押下げ荷重が油圧シリンダ２８の第２支持荷重を超えると、図３（ａ）に示すようにピストンロッド２９が縮んでダイ２１が下降し始め、図３（ｂ）に示すようにダイ２１の下面がスペーサ２６の上面に当接して下降位置に停止する。この状態で挿入孔２３の内周面とカウンタパンチ２６の外周面とで軸部４２が前方押出しされ、円筒部４４が形成される。
【００４１】
図２（ｂ）に示すように、最終的な鍛造品４１はつば部４３ａと軸部４２ａ及び円筒部４４ａとを備え、つば部４３ａは素材４１のつば部４３に比べて厚さは更に薄くなり半径ｒがΔｒ２だけ増加し、円筒部４４ａ及び軸部４２ａは軸部４２に比べて外径ｄはそのままでの長さｌがΔ２だけ増加する。
▲２▼次に、素材４１と形状、寸法は同じであるが硬度が異なる素材４６を上記鍛造金型１０及び３５で加工する場合を図４（ａ）及び（ｂ）をもとに説明する。素材４６は軸部４７とつば部４８とを備えている。
【００４２】
この素材４６を上記第２支持荷重で支持して鍛造すると、鍛造品４６のつば部４８ａの外径が小さ過ぎ、軸部４７ａ及び円筒部４９の長さが長すぎる。この場合、ダイ２１の支持荷重を最小の第１支持荷重に設定する。これによりダイ２１の支持荷重が低下し、ダイ２１は第２支持荷重で支持されている場合よりも早く下降を開始する。そのため、第１支持荷重が押下げ荷重よりも大きく、ダイ２１が図４（ａ）に示す上昇位置にある時間は短く、つば部４８の据込みと軸部４７の前方押出しがあまり進行しない。
【００４３】
素材４６の押下げ荷重が第１支持荷重を超え、ダイ２１が図４（ｂ）に示す下降位置に下降すると、ダイ２１の挿入孔２３及びカウンタパンチ２６による軸部４７の前方押出しが行われ、円筒部４９が成形される。ここで、軸部４７の前方押出しが余り進行していないため円筒部４９を押し出す際の抵抗が大きく、長さｌの増加量は小さい。一方、つば部４８の半径ｒの増加量は大きい。
【００４４】
結局、図４（ｂ）に示す鍛造品４６ａでは、つば部４８ａの広がり量は上記Δｒ２よりも大きく、軸部４７ａ及び円筒部４９ａの伸び量は上記Δｌ２よりも小さい。これにより、上記鍛造品４６よりもつば部４８ａの半径が大きく、軸部４７ａ及び円筒部４９ａの長さが短い鍛造品４６が得られる。
▲３▼続いて、素材４１とは形状、寸法は同じで硬度が異なる素材５３を上記鍛造金型１０及び３５で加工する場合、上記第２支持荷重で鍛造すると、最終的な鍛造品５３ａのつば部５５ａの外径が大き過ぎ、軸部５４ａ及び円筒部５６ａの長さが短か過ぎる。この場合、油圧シリンダ２８によるダイ２１の支持荷重を最大の第３支持荷重に設定する。
【００４５】
これによりダイ２１の支持荷重が増加し、ダイ２１は第２支持荷重で支持されている場合よりも遅く下降を開始する。そのため、第３支持荷重が押下げ荷重よりも大きく、ダイ２１が図５（ａ）に示す上昇位置にある時間が長く、つば部５５の据込みと軸部５４の前方押出しがかなり進行する。
【００４６】
素材５３の押下げ荷重が第３支持荷重を超え、ダイ２１が図５（ｂ）に示す下降位置に下降すると、ダイ２１の挿入孔２３及びカウンタパンチ２６による軸部５４の前方押出しによる円筒部５６の形成が行われる。ここで、軸部５４は前方押出しがかなり進行しているため円筒部５６の押出し時の抵抗が小さく、長さの増加量は大きい。その分、つば部５５の半径の増加量は小さい。
【００４７】
結局、図５（ｂ）に示す最終的な鍛造品５３ａでは、つば部５５ａの広がり量は上記Δｒ２よりも小さく、軸部４３ａ及び円筒部５６ａの伸び量は上記Δｌ２よりも大きい。これにより、上記鍛造品４５よりもつば部５５ａの半径が小さく、軸部５４ａ及び円筒部５６ａの長さが長い鍛造品５３ａが得られる。
（効果）
以上詳述した第１実施例によれば、以下の効果が得られる。
【００４８】
まず、油圧ピストン２８による支持荷重の大きさが中間、最少及び最大の何れであるかに応じて、ダイ２１が下降を開始する時点でのパンチ３６の位置即ちパンチ３６の低荷重による素材４１の加圧から高荷重による素材４１の加圧に移行する時期が変化する。その結果、成形初期の低荷重による素材４１、４６及び５３の軸部４２、４７及び５４及びつば部４３，４８及び５５の変形量が異なり、最終的な鍛造品４１ａ，４６ａ及び５３ａの形状が異なる。
【００４９】
また、素材４１，４６又は５３の硬度等に応じて、油圧シリンダ２８の作動油の圧力を変更するのみで、ダイ２１を支持する支持荷重の大きさを簡単かつ正確にに変更することができる。
【００５０】
第１実施例と図１３に示した第１従来例との相違は次の通りである。第１従来例では、鍛造品寸法が所定範囲に収まらないときは、ナット１５３を回動させてダイ１５１の位置（高さ）を変更する。ダイ１５１の高さの変更により、寸法Ａと共に寸法Ｂまで相対的に変化してしまう。例えば、寸法Ｂだけ調整したいような調整は対応困難である。これに対して、本実施例では、油圧シリンダ２８の支持荷重を自由に変更して加工途中の形状を変更するだけで、金型の相対的位置関係は変更することなく、寸法の調整ができる。
＜第２実施例＞
本発明の第２実施例を図６、図７及び図８を基に説明する。この実施例は丸棒状で硬度等の処理条件が異なる素材７１又は９１の下端を前方押し出すと共に上端を後方押し出して、下端に突起７１ｃ又は９１ｃを、上端に円筒部７１ｂ又は９１ｂを備えた鍛造品７１ａ又は９１ａを加工する場合である。
【００５１】
図６に示すように、鍛造金型の下型７５はホルダ７６、スペーサ７８、ダイ８０、ダイ８０を支持する油圧シリンダ８２、及びダイ８０の中空孔８１に装着された補助ダイ８４等を含む。ダイ８０の中空孔８１は上端側の大径部８１ａ、下端側の小径部８１ｂ及び中間のテーパ部８１ｃを備える。補助ダイ８２は細長い円筒形状で、スペーサ７８の中空孔７９からダイ８０の小径部８１ｂにかけて挿入されている。補助ダイ８４の中空孔８５にはノックアウトピン８６が挿入され、その上端は補助ダイ８２の上端から下方に後退している。上型８８のパンチ８９の外径はダイ８０の大径部８１ａの内径より小さい。
【００５２】
油圧シリンダ８２によるダイ８０の支持荷重が小さいときの加工工程が図７（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に示されている。この場合、図７（ａ）に示すように、始め伸びていたピストンロッドが加工初期において縮み、始め上昇位置にあったダイ８０は加工開始後まもなく下降位置に下降している。素材７１の中間部はテーパ部８１ｃに押し出されて円錐形状に変形するが、補助ダイ８４による下端部の押出しは行われない。素材７１の上端はパンチ８９により後方押出しされる。
【００５３】
パンチ８９の押下げ荷重が増加し下降するにつれて、図７（ｂ）に示すように、素材７１の上端の後方押出しは進むが、下端は補助ダイ８４の中空孔８５内に殆ど押出しされない。更にパンチ８９の押下げ荷重が増加し下降すると、図７（ｃ）に示すように、パンチ８９により上端に円筒部７１ｂが形成され、下端は補助ダイ８４の中空孔８５に少し押し出されて小さな突起７１ｃが形成される。こうして、下端に突起７１ｃを、上端に円筒部７１ｂを備えた鍛造品７１ａが成形される。
【００５４】
図８（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に油圧シリンダ９２によるダイ８０の支持荷重が大きい場合の加工工程を示す。加工初期は図８（ａ）に示すように、ダイ８０は上昇位置にあり、テーパ部８１ｃにより素材９１の中間部が円錐形状に押出しされるが、下端部が小径部８１ｂに少し押出しされている。上端部はパンチ８９により少し後方押出しされる。
【００５５】
図８（ｂ）に示すように、パンチ８９が増加した押下げ荷重で下降しても、油圧シリンダ８２によるダイ８０の支持荷重よりも小さい間はダイ８０は下降しない。素材９１の下端部が補助ダイ８４の中空孔８５内に後方押出しされる。また、パンチ８９による上端部の後方押出しが進む。
【００５６】
パンチ８９が更に増加した押下げ荷重で下降すると、押下げ荷重が支持荷重よりも大きくなるのでダイ８４は下降位置に下降し、図８（ｃ）に示すように、その下面がストッパ７８の上面に当接してダイ８０の下降が停止する。補助ダイ８４による下端部の前方押出しは、下端面がノックアウトピン８６の上端面に当接するまで続く。パンチ８９による上端の後方押出しも更に進む。こうして、下端に突起７１ｃを、上端に円筒部９１ｂを備えた鍛造品９１ａが成形される。円筒部９１ｂの高さは上記鍛造品７１ａの円筒部７１ｂの高さよりも高い。
＜変形例＞
図９及び図１０に第２実施例の変形例を示す。図９に示すように、この変形例はダイ１０１の中空孔１０２の大径部１０２ａは上記ダイ８０の大径部８１ａと同程度の長さであるが、小径部１０２ｂの長さが短く、テーパ部１０２ｃの傾斜角度が比較的緩い。また、補助ダイ１０４の上端面からノックアウトピン１０６が上方に突出している。その他の構成は第２実施例と同じである。
【００５７】
ダイ１０１、補助ダイ１０４及びノックアウトピン１０５を含む下型１００で、上記素材７１又は９１と同様の素材１１０を鍛造した。その結果、油圧シリンダによる支持荷重が大きい場合も小さい場合も、図１０に示すように下端側にくぼみ１１１ａを備え、上端側に円筒部１１１ｂを備えた鍛造品１１０ａが形成された。
【００５８】
油圧シリンダ８２によるダイ１０１の支持荷重が小さいときくぼみ１１１ａが浅く円筒部１１１ｂが高くなり、支持荷重が大きいときはくぼみ１１１ａが深く円筒部１１１ｂが低くなる。
＜第３実施例＞
図１１及び図１２に第３実施例を示す。図１１に示すように、この実施例では素材１２０が軸部１２１とその一端のつば部１２２とからなり、つば部１２２の下端面は湾曲している。この素材１２０を下型１３０及び上型８８により前方押出し、据込み及び後方押出しする。
【００５９】
下型１３０のダイ１３１には上面に円形のくぼみ１３２が形成され、その中心に単一径で軸方向に長い中空孔１３２が形成されている。その分補助ダイ１３５の高さは低く上端が中空孔１３２の下端寄りに位置し、補助ダイ１３５の上端からノックアウトピン１３７が長く上方に突出している。
【００６０】
この下型１３０及び上型８８で素材１２０を鍛造すると、図１２に示すように下端側の円筒部１２１ａと、上端側の外周壁１２２ａとを備えた鍛造品１２０ａが得られる。油圧シリンダ８２によるダイ１３０の支持荷重が小さいときと大きいときとでダイ１３１が下降する時点でのパンチの位置が変化する。これにより、油圧シリンダ８２によるダイ１３０の支持荷重が小さいときは円筒部１２１ａの高さが低く、外周壁１２２ａの高さが低くなる。支持荷重が大きいときは反対の結果になる。
【００６１】
【発明の効果】
以上述べてきたように、第１発明、第３発明及び第５発明の鍛造方法によれば、第１工程ではパンチが小さい押下げ荷重で素材を上昇位置にあり所定荷重で支持されたダイに加圧する。一方、第２工程ではパンチが大きい押下げ荷重で素材を下降位置にあるダイに加圧する。素材の処理条件を考慮して支持荷重を所定値に設定することにより、ダイが上昇位置にある間のパンチの降下量即ちダイが上昇位置から下降位置に下降する時点におけるパンチの位置が変化する。その結果、ダイが上昇位置にある成形前半（特に成形初期）の比較的小さい押下げ荷重による素材の変形量が変化し、最終的な鍛造品の寸法を調整して所定範囲に納めることができる。
【００６２】
請求項３，１１及び２０によれば、第１工程における支持荷重を複数段階に調整することにより、種々の処理条件の素材から成形される鍛造品寸法を正確に調整することができる。
【００６３】
また、第２発明、第４発明及び第６発明の鍛造装置によれば、ダイが上昇位置にあり支持手段により所定荷重で支持されているときパンチが小さい押下げ荷重で素材をこのダイに加圧する。一方、ダイが下降位置にあるときパンチが大きい押下げ荷重で素材をこのダイに加圧する。素材の処理条件を考慮して支持荷重を所定値に設定することにより、ダイが上昇位置から下降位置に下降する時点におけるパンチの位置が変化する。その結果、ダイが上昇位置にある成形前半（特に成形初期）の比較的小さい押し下げ荷重による素材の変形量が変化し、最終的な鍛造品の寸法を調整して所定範囲に納めることができる。
【００６４】
請求項５，１３及び２２によれば、支持手段の支持荷重を複数段階に調整することにより、種々の処理条件の素材から成形される鍛造品寸法を正確に調整することができる。
【００６５】
具体的には、第１発明の鍛造方法及び第４発明の鍛造装置によれば、素材のつば部を据え込み、軸部を前方押し出し、軸部の先端の円筒部を前方押し出しする際の鍛造品寸法を調整することができる。また、第２発明の鍛造方法及び第５発明の鍛造装置によれば、軸状の素材の上端部を後方押し出し、下端部を前方押しだし、下端部の先端の円筒部を前方押し出しする際の鍛造品寸法を調整することができる。更に、第３発明の鍛造方法及び第６発明の鍛造装置によれば、素材のつば部を後方押し出し及び据え込み、軸部を前方押し出し、軸部の先端の円筒部を前方押し出しする際の鍛造品寸法を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による鍛造装置の正面断面図である。
【図２】（ａ）は上記鍛造装置により加工される素材の断面図であり、（ｂ）は加工された鍛造品の断面図である。
【図３】（ａ）は中間の第２支持荷重による加工途中の状態を示す断面図、（ｂ）は同じく加工後の状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は最小の第１支持荷重による加工途中の状態を示す断面図、（ｂ）は同じく加工後の状態を示す断面図である。
【図５】（ａ）は最大の第３支持荷重による加工途中の状態を示す断面図、（ｂ）は同じく加工後の状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施例による鍛造装置の正面断面図である。
【図７】（ａ）は第２実施例において支持荷重が小さい場合の加工初期の状態を示す説明図、（ｂ）は同じく加工途中の状態を示す説明図、（ｃ）は同じく加工終了時の状態を示す説明図である。
【図８】（ａ）は支持荷重が大きい場合の加工初期の状態を示す説明図、（ｂ）は同じく加工途中の状態を示す説明図、（ｃ）は同じく加工終了時の状態を示す説明図である。
【図９】上記第２実施例の変形例を示す要部断面図である。
【図１０】変形例の鍛造装置により加工された鍛造品の断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例による鍛造装置の正面断面図である。
【図１２】第３実施例の鍛造装置により加工された鍛造品の断面図である。
【図１３】第１従来例を示す説明図である。
【図１４】第２従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：下型 １７：スペーサ
２１：ダイ ２３：中空孔
２６：カウンタパンチ ２８：油圧シリンダ
３５：上型 ３６：パンチ
４１：素材 ４２：軸部
４３：つば部 ４１ａ：鍛造品

Claims (24)

1. 軸部とその一端側のつば部とを持つ素材を、上昇位置又は下降位置を取り得るダイ及びその内部に配置されたカウンタパンチを含む下型と、素材をダイ及びカウンタパンチに加圧するパンチを含む上型とで所定形状の鍛造品に成形する鍛造方法であって、
   前記ダイを支持荷重の大きさが変更可能な支持手段により上昇位置に支持し、該ダイ及び前記カウンタパンチに対して前記パンチを小さい押下げ荷重で下降させて前記つば部を据え込み、前記軸部を前方押し出し、該軸部の先端の円筒部を前方押し出す第１工程と、
   前記ダイを支持荷重に抗して降位置に下降させ、該ダイ及び前記カウンタパンチに対して前記パンチを大きい押下げ荷重で更に下降させて前記軸部を更に前方押し出し、前記円筒部を前方押し出す第２工程と、
   から成ることを特徴とする、鍛造品寸法が調整可能な鍛造方法。
2. 前記押下げ荷重が所定の前記支持荷重よりも大きくなったとき、前記第１工程から前記第２工程に移行する請求項１に記載の鍛造方法。
3. さらに、支持荷重の大きさを変更して前記第１工程及び前記第２工程を少なくとも１回実行する第３工程を含む請求項１に記載の鍛造方法。
4. 軸部とその一端のつば部とを持つ素材を所定形状の鍛造品に成形する鍛造金型であって、
   中空孔を持ち素材が載置され上昇位置又は下降位置を取り得るダイ、及び該ダイの中空孔内に配置されたロッド状のカウンタパンチを含む下型と、
   前記ダイを大きさが変更可能な支持荷重で下方から支持する支持手段と、
   前記ダイの下方に配置された当接部材と、
   前記素材を所定の押下げ荷重で前記ダイ及び前記カウンタパンチに加圧するパンチを含む上型と、から成り、
   前記ダイは、所定の前記支持荷重が増加する前記押下げ荷重よりも大きい間は前記支持手段に支持されて上昇位置にあり、該押下げ荷重が該支持荷重よりも大きくなったとき下降位置に移動して前記当接部材に当接することを特徴とする、鍛造品寸法が調整可能な鍛造金型。
5. 前記支持手段の支持荷重の大きさは段階的又は連続的に変更される請求項４に記載の鍛造装置。
6. 前記支持手段及び前記当接部材は前記下型内に配置されている請求項４に記載の鍛造装置。
7. 前記カウンタパンチは前記素材の軸部よりも細く、前記パンチは前記つば部よりも大きい請求項４に記載の鍛造装置。
8. 軸状の素材を、上昇位置又は下降位置を取り得る前記ダイ及びその内部に配置された補助ダイを含む下型と、素材をダイ及び補助ダイに加圧するパンチを含む上型とで所定形状の鍛造品に成形する鍛造方法であって、
   前記ダイを支持荷重の大きさが変更可能な支持手段により上昇位置に支持し、前記ダイ及び前記補助ダイに対して前記パンチを小さい押下げ荷重で下降させ、前記素材の上端部を後方押し出し、下端部を前方押し出し、下端部の先端の円筒部を前方押し出す第１工程と、
   前記ダイを支持荷重に抗して降位置に下降させ、前記ダイ及び前記補助ダイに対して前記パンチを大きい押下げ荷重で更に下降させ、前記素材の上端部を更に後方押し出し、下端部を更に前方押し出し、下端部の先端を前方押し出す第２工程と、
   から成ることを特徴とする、鍛造製品の寸法を調整可能な鍛造方法。
9. 前記素材の下端部の先端は円筒部又は突起である請求項８に記載の鍛造方法。
10. 前記押下げ荷重が所定の前記支持荷重よりも大きくなったとき、前記第１工程から前記第２工程に移行する請求項８に記載の鍛造方法。
11. さらに、支持荷重の大きさを変更して前記第１工程及び前記第２工程を少なくとも１回実行する第３工程を含む請求項８に記載の鍛造方法。
12. 軸状の素材を所定形状の鍛造品に成形する鍛造金型であって、
    中空孔を持ち素材が載置され上昇位置又は下降位置を取り得るダイ、及び該ダイの中空孔内に配置された円筒形状の補助ダイを含む下型と、
    前記ダイを大きさが変更可能な支持荷重で下方から支持する支持手段と、
    前記ダイの下方に配置された当接部材と、
    前記素材を所定の押下げ荷重で前記ダイ及び前記補助ダイに加圧するパンチを含む上型と、から成り、
    前記ダイは、所定の前記支持荷重が増加する前記押下げ荷重よりも大きい間は前記支持手段に支持されて上昇位置にあり、該押下げ荷重が該支持荷重よりも大きくなったとき下降位置に下降して前記当接部材に当接することを特徴とする、鍛造品寸法が調整可能な鍛造金型。
13. 前記支持手段の支持荷重の大きさは段階的又は連続的に変更される請求項１２に記載の鍛造装置。
14. 前記支持手段及び前記当接部材は前記下型内に配置されている請求項１２に記載の鍛造装置。
15. 前記下型は更に、前記補助ダイの中空孔に挿入されたノックアウトピンを含み、該ノックアウトピンの上端は補助ダイの上端よりも突出又は後退している請求項１２に記載の鍛造金型。
16. 前記中空孔は上端側の大径部、下端側の小径部及び中間のテーパ部を含む請求項１２に記載の鍛造金型。
17. 前記パンチは前記つば部の中心部を加圧する請求項１２に記載の鍛造金型。
18. 軸部とその一端側のつば部とを持つ素材を、上昇位置又は下降位置を取り得るダイ及びその内部に配置された補助ダイを含む下型と、素材をダイ及び補助ダイに加圧するパンチを含む上型とで所定形状の鍛造品に成形する鍛造方法であって、
    前記ダイを支持荷重の大きさが変更可能な支持手段により上昇位置で支持し、前記ダイ及び前記補助ダイに対して前記パンチを小さい押下げ荷重で下降させ、前記素材のつば部を据込み及び後方押し出し、軸部を前方押し出し、軸部の先端の円筒部を前方押し出しする第１工程と、
    前記ダイを支持荷重に抗して下降位置に下降させ、前記ダイ及び前記補助ダイに対して前記パンチを大きい押し下げ荷重で更に下降させ、前記素材のつば部を更に据込み及び後方押し出し、軸部を更に前方押し出し、軸部の先端の円筒部を更に前方押し出しする第２工程と、
    から成ることを特徴とする、鍛造製品の寸法を調整可能な鍛造方法。
19. 前記押下げ荷重が前記支持荷重よりも大きくなったとき、前記第１工程から前記第２工程に移行する請求項１８に記載の鍛造方法。
20. さらに、支持荷重の大きさを変更して前記第１工程及び前記第２工程を少なくとも１回実行する第３工程を含む請求項１８に記載の鍛造方法。
21. 軸部とその一端側のつば部とを持つ素材を成形する鍛造金型であって、
    中空孔を持ち素材が載置され上昇位置又は下降位置を取り得るダイ、及び該ダイ内に配置された円筒状の補助ダイを含む下型と、
    前記ダイを大きさが変更可能な支持荷重で支持する支持手段と、
    前記ダイの下方に配置された当接部材と、
    前記素材を所定の押下げ荷重で前記ダイ及び前記補助ダイに加圧するパンチを含む上型と、から成り、
    前記ダイは、所定の前記支持荷重が増加する前記押下げ荷重よりも大きい間は前記支持手段により支持されて上昇位置にあり、該押下げ荷重が該支持荷重よりも大きくなったとき下降位置に下降して前記当接部材に当接することを特徴とする、鍛造品寸法が調整可能な鍛造金型。
22. 前記支持手段の支持荷重は段階的又は連続的に変更される請求項２１に記載の鍛造装置。
23. 前記支持手段及び前記当接部材は前記下型内に配置されている請求項２１に記載の鍛造装置。
24. 前記ダイの中空孔は単一径の長孔と上端開口の環状のくぼみとを備え、前記パンチの外径は該くぼみの内径よりも小さい請求項２１記載の鍛造金型。

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