JP2005040811A

JP2005040811A - 閉塞鍛造装置

Info

Publication number: JP2005040811A
Application number: JP2003201456A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoshimura; 吉村　　隆志
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: JP4177191B2

Abstract

【課題】鍛造品の形状等の制約から金型強度を十分に確保できず、且つ鍛造品押し切り時の加圧力が制約される場合であっても、精度の高い鍛造品の成形を可能にする。
【解決手段】ダイス１およびマンドレル４と上下の加圧パンチ２，３とで閉空間Ｒが形成され、それに素材として収容される予備成形体Ｐがフランジ部Ｆ付きの軸穴Ｈと歯形部Ｇを有する略深皿状の焼結冷間鍛造品Ｗとして成形される。加圧パンチ２が下死点位置に達して焼結冷間鍛造品Ｗを押し切ると、その一部がダイス１およびマンドレル４に予め形成された逃げ凹部１１，１２から張り出し、押し切り時の加圧力の急増を伴わずして焼結冷間鍛造品Ｗの形状精度が高められる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間鍛造等に代表されるような閉塞鍛造装置に関し、特に前方押出しもしくは後方押出しを併用する閉塞鍛造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の閉塞鍛造もしくは密閉鍛造に関する技術として例えば特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
この従来の技術では、ダイス内に対向配置されることになる上下のパンチのうち上パンチ側を可動側として鍛造成形を行うにあたり、ダイスのインプレッションを上方側から順に大径部分、中径部分および小径部分とからなる段付き形状のものとし、中径部分と同等の大きさの素材を上記大径部分にセットした上で上下のパンチによりその素材を加圧して、素材に圧縮応力を加えながら小径部分側に押出し、さらなる加圧動作によりダイスと上下のパンチとで形成される閉空間内で素材を鍛造成形して所定形状の鍛造品とするものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１１６７６４号公報（図１〜図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に代表されるような従来の技術では、閉塞鍛造の特殊性として上パンチが下死点位置に達した瞬間に加圧力が急激に上昇する傾向にあり、型構造として相応の強度対策が講じられてはいても、鍛造品そのものの形状や大きさによっては型構造上十分な強度を確保できないことがある。例えば、素材として金属粉を焼結成形した予備成形体を用いて、それを冷間鍛造して所定形状に仕上げる焼結冷間鍛造品の場合にその傾向が強い。
【０００６】
そのため、成形しようとする鍛造品の形状によっては上パンチが下死点位置に達した瞬間に鍛造品を押し切ることになる加圧力を加減する必要があり、その結果として上パンチによって拘束されることになる鍛造品の上端面の加工精度もしくは形状精度が低下する。例えば、成形しようとする鍛造品の上端面を平坦に仕上げる必要がある場合でも、上記のように上パンチが下死点位置に達した瞬間の加圧力が制限されることにより、鍛造品の上端面を規定寸法通りの平坦面に仕上げることができないことになる。その結果、後工程にて機械加工等による仕上げ加工が必要となり、コストアップが余儀なくされることとなって好ましくない。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、例えば上パンチが下死点位置に達した瞬間の加圧力が制限された場合でも、あたかもばりの発生を積極的に容認するばり出し鍛造（半分密閉鍛造）のように材料の一部が逃げ得る領域を確保しておくことで、鍛造品を確実に拘束して寸法精度の高い鍛造品を成形できるようにした閉塞鍛造装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、少なくともダイスとこのダイス内に対向配置される一対の加圧パンチとで形成される閉空間内に素材を収容した上で、この素材を一対の加圧パンチにより加圧して前方押出しもしくは後方押出しの形態で鍛造品を成形するにあたり、ダイスの内周面に、鍛造品の成形末期にその鍛造品が収容されている閉空間と連通することになる微小な逃げ凹部を形成したことを特徴とする。
【０００９】
したがって、この構成のもとでは、成形初期段階では一対の加圧パンチによる加圧拘束力を受けて素材が前方押出しもしくは後方押出しの形態で押出し鍛造され、素材肉が閉空間内に充満するかたちで成形が進行する。その一方、成形末期の段階になると閉空間が微小な逃げ凹部と連通するようになり、最終的には素材肉の一部が逃げ凹部側にまで張り出すかたちで鍛造品の成形が完了する。すなわち、閉塞鍛造でありながらいずれか一方の加圧パンチがそのストローク限位置に達して鍛造品を押し切る段階では、その素材肉の一部が逃げ凹部側まで張り出すことにより、その押し切った時点での加圧力の極端に高くなることがないだけでなく、鍛造品を高精度に仕上げることができるようになる。
【００１０】
このように請求項１に記載の発明によれば、いずれか一方の加圧パンチがストローク限位置に達して鍛造品を押し切ることになる加圧力が制限された場合であっても、一対の加圧パンチによって鍛造品を確実に加圧拘束することができるから、拘束不足等を招くことなく鍛造品の寸法精度および形状精度が向上する。その結果、後工程にて機械加工等の仕上げ加工を行う必要がなくなり、工数削減とコストダウンを図ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１の記載を前提として、ダイスの内周面に、鍛造品のうち押出し方向側の端縁コーナー部が臨む位置に逃げ凹部を形成し、この逃げ凹部のうち鍛造品の抜き取り方向側の端部をテーパ面としたことを特徴とする。
【００１２】
この構成のもとでは、先に述べたように鍛造品の一部である素材肉が逃げ凹部側まで張り出すことで、その張り出し部位に関するかぎりは鍛造品の形状は正規形状でないことになるものの、成形後の鍛造品が例えばノックアウト部材によって突き出される際に上記の張り出し部位がテーパ面によって矯正される。その結果、張り出し部が付帯している鍛造品の形状精度が高められることになる。
【００１３】
このように請求項２に記載の発明によれば、逃げ凹部に対応する張り出し部が鍛造品に一旦は付帯することになるものの、その張り出し部はテーパ面によって矯正されることになるので、鍛造品の形状精度が向上する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の記載を前提として、閉空間に収容される素材は環状のものであってその素材の中心部をマンドレルが貫通するようになっていて、前記マンドレルの外周面に、鍛造品の成形末期にその鍛造品が収容されている閉空間と連通することになる逃げ凹部を形成したことを特徴とする。
【００１５】
この構成のもとでは、上記の軸穴の成形を司るマンドレルにもダイス側と同様の逃げ凹部を形成してあるため、その軸穴側についてもダイス側の逃げ凹部と同様の機能が発揮される。
【００１６】
したがって、この請求項３に記載の発明によれば、鍛造品のうち特に逃げ凹部を設定した軸穴相当部の形状精度が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１以下の図面は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、図３に示すように素材として予め金属粉を焼結成形した予備成形体Ｐを用いて、それを冷間鍛造して図４に示すようないわゆる内歯車状の焼結冷間鍛造品Ｗを成形する場合の例を示している。なお、ここで使用する予備成形体Ｐは、例えば特開２００２−２７５５７２号公報および特開２００２−２９４３８８号公報等に記載のような特定の鉄基粉末成形用素材を用いた上で予備圧縮成形と予備焼結（仮焼結）とが施されたものを使用するものとする。
【００１８】
図３に示すように、素材（ブランク）としての予備成形体Ｐは、中心に段付き穴ｈを有する偏平円筒状もしくは円環状のものとして予め成形されている一方、その予備成形体Ｐから鍛造成形される鍛造品としての焼結冷間鍛造品Ｗは、図４に示すように略深皿状の本体部Ｂの内周にフランジ部Ｆ付きの軸穴Ｈを有していて、且つその本体部Ｂの内周面に内歯状の歯形部Ｇを有するものとして成形される。
【００１９】
鍛造装置としての金型は、図３に示すように、円筒状のインプレッションたる内周面１ａを有するダイス１のほか、対向配置された上下の加圧パンチ２，３、およびそれらの加圧パンチ２，３を貫通するマンドレル４およびノックアウトピン５等を主要素として構成される。ダイス１はスペーサ２１を介してパンチホルダ６に支持されている。下側の加圧パンチ３はマンドレル４のためのガイド穴３ａを有する円筒状のものであって、図４に示すようにノックアウトピン５とともに上方に突き出し可能ではあるものの、通常は図３に示すようにダイス１に内挿されながらパンチホルダ６に着座するかたちで支持されている。一方、上側の加圧パンチ２もマンドレル４のためのガイド穴２ａを有する円筒状のものであって、図示しないラムに固定支持されているとともに、鍛造成形時にはそのラムとともに下降して、下側の加圧パンチ３とともにダイス１に内挿される。これにより、図１に示すようにダイス１と上下の加圧パンチ２，３とにより閉塞鍛造のための閉空間Ｒが形成されて、焼結冷間鍛造品Ｗが成形される。
【００２０】
上側の加圧パンチ２は、図１から明らかなように、焼結冷間鍛造品Ｗのうち歯形部Ｇを含む本体部Ｂの内周面と上端面およびフランジ部Ｆの上端面の形状の成形を司るものであるから、その上側の加圧パンチ２の下端部には内外二段の段状部たるショルダー部７，８が形成されているとともに、それらショルダー部７，８にはさまれた突状部９の外周には上側の加圧パンチ２の円筒外周面よりも小径な外歯車状の歯形成形部１０が形成されている。
【００２１】
一方、上下の加圧パンチ２，３とともに上記の閉空間Ｒを形成することになるダイス１の内周面１ａおよびマンドレル４の外周面にはエアベント（空気抜き）を兼ねた微小深さの逃げ凹部１１，１２が環状溝の形態でその全周に形成されている。これらの逃げ凹部１１，１２の位置は、図３に示すように素材たる予備成形体Ｐを下パンチ３上の位置決め載置した状態で、予備成形体Ｐの外周側上端コーナー部および内周側上端コーナー部に近接するもこれらと干渉しないような位置であって、且つ図１に示すように上側の加圧パンチ２が下死点位置に達して焼結冷間鍛造品Ｗの成形が完了した状態では、その焼結冷間鍛造品Ｗの押出し方向側の端縁コーナー部すなわちの外周側上端コーナー部および内周側上端コーナー部がそれぞれ所定寸法だけ逃げ凹部１１，１２側の入り込むような位置に設定されている。
【００２２】
ここで、図２に拡大して示すように、ダイス１側の逃げ凹部１１の上下両端部はテーパ面１３ａ，１３ｂと曲率が例えばＲ１以上のアール面取り部１４ａ，１４ｂをもってダイス１のインプレッションたる内周面１ａに連続しているとともに、そのダイス１側の逃げ凹部１１の幅寸法Ｗ１を例えば１４ｍｍ程度に設定した場合、その深さＤは０．５±０．２ｍｍ程度に、テーパ面１３ａ，１３ｂの角度θは３０°程度にそれぞれ設定されている。同時に逃げ凹部１１の内隅部のアール面取り部１５ａ，１５ｂもアール面取り部１４ａ，１４ｂと同等の大きさに設定されている。ここで、マンドレル４側の逃げ凹部１２についてもダイス１側のものと同等の大きさのものとして形成されている。
【００２３】
このように構成された金型構造によれば、図３に示すように素材たる円環状の予備成形体Ｐを下側の加圧パンチ３の上に位置決め載置した上で上側の加圧パンチ２を下降させることで鍛造成形が開始される。
【００２４】
下降した上側の加圧パンチ２がダイス１に内挿されながら下側の加圧パンチ３とともに予備成形体Ｐを加圧拘束するようになると、焼結冷間鍛造品Ｗのための閉空間Ｒが形成されるとともに、その閉空間Ｒの容積が徐々に縮小されながら素材肉が歯形成形部１０を含む上側の加圧パンチ２の突状部９の形状になじむように予備成形体Ｐの塑性流動が開始され、いわゆる後方押出しの形態で鍛造成形が開始される。そして、成形初期段階では図１に示した焼結冷間鍛造品Ｗに近似した体積配分となるようにその塑性流動が進行することから、この段階では素材肉の一部がダイス１側およびマンドレル４側の逃げ凹部１１，１２に入り込むことはなく、予備成形Ｐに含まれる空気を追い出しつつ密閉された閉空間Ｒでの閉塞鍛造が進行する。
【００２５】
すなわち、図３の素材としての予備成形体Ｐの形状と図１の焼結冷間鍛造品Ｗの形状とを比較すると明らかなように、後方押出しによる予備成形体Ｐの塑性流動によって、上側の加圧パンチ２の押出し方向と逆方向に素材肉が徐々に略深皿状に隆起して、フランジ部Ｆ付きの軸穴Ｈと歯形部Ｇの鍛造成形が促進されるとともに予備成形体Ｐの密度が高くなる。
【００２６】
やがて、成形末期すなわち上側の加圧パンチ２が少なくともそのストローク限位置である下死点位置に達する直前になると、その成形完成度が高められて、素材たる予備成形体Ｐの形状が図１の焼結冷間鍛造品Ｗに近似したものとなることから、同図に示すように素材たる予備成形体Ｐ（焼結冷間鍛造品Ｗ）の外周側上端コーナー部および内周側上端コーナー部がそれぞれダイス１側およびマンドレル４側の逃げ凹部１１，１２に入り込むようになる。
【００２７】
そして、上側の加圧パンチ２が下死点位置に達すると、それをもって焼結冷間鍛造品Ｗの成形が完了したことになるのであるが、先の閉空間Ｒの体積が焼結冷間鍛造品Ｗの体積とほぼ等しいものとなって実質的に上下の加圧パンチ２，３が成形後の焼結冷間鍛造品Ｗを押し切るかたちとなることから、その瞬間に上下の加圧パンチ２，３が成形されたばかりの焼結冷間鍛造品Ｗに及ぼす加圧力が上昇する。その瞬間に、焼結冷間鍛造品Ｗの素材肉の逃げ場がない故に、図２に示すように、焼結冷間鍛造品Ｗの素材肉の一部すなわち成形されたばかりの焼結冷間鍛造品Ｗの外周側上端コーナー部および内周側上端コーナー部がそれぞれの逃げ凹部１１，１２側に張り出すようにしてわずかに膨出する。なお、その張り出し部を図２に符号Ｑで示す。これによって、焼結冷間鍛造品Ｗのうち歯形部Ｇ以外で上側の加圧パンチ２と接触している平坦部の加工精度が高められることになる。同時に、塑性流動によって焼結冷間鍛造品Ｗ内の空隙が減少することで焼結冷間鍛造品Ｗとしての密度も高められることになる。このように上側の加圧パンチ２が下死点位置に達した状態をもって焼結冷間鍛造品Ｗの成形が完了する。
【００２８】
上側の加圧パンチ２が下死点位置に達した以降は、図４に示すようにノックアウトピン５の上昇動作によって下側の加圧パンチ３と成形されたばかりの焼結冷間鍛造品Ｗとが上側の加圧パンチ２ともに上方に突き出される。この突き出し過程において、図２に示したように焼結冷間鍛造品Ｗのうち先に逃げ凹部１１，１２側に張り出した外周側上端コーナー部および内周側上端コーナー部の張り出し部Ｑが、各逃げ凹部１１，１２の上端部側（焼結冷間鍛造品Ｗの抜き取り方向側）のテーパ面１３ａとそれに連続するダイス１の内周面１ａやマンドレル４の外周面と順次摺接するかたちとなる。このため、テーパ面１３ａ等にて張り出し部Ｑが押し戻されるように矯正され、成形後の焼結冷間鍛造品Ｗには先の張り出し部Ｑの痕跡はほとんど残らないようになる。
【００２９】
そして、成形されたばかりの焼結冷間鍛造品Ｗが図４のようにダイス１から完全に突き出されるのと相前後して、例えば上側の加圧パンチ２に内蔵された図外の上側のノックアウトピンが突き出し動作することにより、焼結冷間鍛造品Ｗは上側の加圧パンチ２からも離型されて下側の加圧パンチ３上に残されることになる。
【００３０】
このように本実施の形態によれば、金型構造の強度が成形対象となる焼結冷間鍛造品Ｗの形状等の制約から十分に確保できない場合であっても、上側の加圧パンチ２が下死点位置に達して焼結冷間鍛造品Ｗを押し切った瞬間の加圧力を極端に大きくすることなく、寸法精度および形状精度に優れた焼結冷間鍛造品Ｗを成形することが可能となる。
【００３１】
ここで、上記の実施の形態では、素材として焼結予備成形体Ｐを用いて焼結冷間鍛造品Ｗを冷間鍛造成形する場合を例にとって説明したが、下記のように本発明の主旨を逸脱しない範囲内で他の実施の形態として種々変更することは可能である。
【００３２】
（１）焼結鍛造以外の通常の鍛造のほか、温間や熱間の各鍛造方式にも適用することができる。
【００３３】
（２）上記の実施の形態では、下側の加圧パンチ３に対向する上側の加圧パンチ２の接近移動により後方押出しの形態で鍛造品Ｗを成形するものについて説明したが、前方押出しの形態としても本発明を同様に適用することができる。
【００３４】
（３）成形後の焼結冷間鍛造品Ｗを上側の加圧パンチ２から離型させる手段として、例えば上側の加圧パンチ２を複数の筒状の構造体からなる複合構造として、筒状の構造体同士の相対移動により上側の加圧パンチ２から焼結冷間鍛造品Ｗを突き出すようにしてもよい。
【００３５】
（４）ダイス１の内周面１ａおよびマンドレル４の外周面に形成される逃げ凹部１１，１２は、その全周面に形成される溝状のものに代えて、周方向に部分的に形成してもよい。
【００３６】
また、各請求項に記載したもの以外の本発明の主要な構成をその作用効果とともに記載すれば次のとおりである。
【００３７】
（５）請求項１〜３のいずれかの記載を前提として、閉空間Ｒに収容される素材Ｐは環状のものであってその素材Ｐの中心部をマンドレル４が貫通するようになっていて、成形後の鍛造品である焼結冷間鍛造品Ｗは軸穴Ｈを有する深皿状の本体部Ｂの内周面に内歯状の歯形部Ｇが形成されているものであることを特徴とする閉塞鍛造装置。
【００３８】
この構成のもとでは、環状の素材Ｐから、軸穴Ｈを有する深皿状の本体部Ｂの内周面に内歯状の歯形部Ｇが形成された鍛造品としての焼結冷間鍛造品Ｗが成形されることになる。
【００３９】
したがって、軸穴Ｈと歯形部Ｇを有する鍛造品としての焼結冷間鍛造品Ｗを高精度に仕上げることができることから、後工程にて機械加工等の仕上げ加工を行う必要がなくなり、工数削減とコストダウンを図ることができる。
【００４０】
（６）少なくともいずれか一方のパンチ２の加圧面の内外周には段状のショルダー部７，８が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の閉塞鍛造装置。
【００４１】
この構成のもとでは、鍛造品としての焼結冷間鍛造品Ｗの上端面がより強固に拘束される。したがって、鍛造品である焼結冷間鍛造品Ｗの上端面の加工精度が一段と向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、閉塞鍛造用の金型構造において成形が完了した瞬間の状態を示す要部拡大断面図。
【図２】図１のＡ部拡大説明図。
【図３】図１の金型構造において成形が開始される前の状態を示す要部拡大断面図。
【図４】同じく図１の金型構造において成形後の焼結冷間鍛造品が突き出され状態を示す要部拡大断面図。
【符号の説明】
１…ダイス
１ａ…内周面
２…上側の加圧パンチ
３…下側の加圧パンチ
４…マンドレル
１０…歯形成形部
１１，１２…逃げ凹部
Ｂ…本体部
Ｇ…歯形部
Ｈ…軸穴
Ｐ…予備成形体（素材）
Ｒ…閉空間
Ｗ…焼結冷間鍛造品（鍛造品）

Claims

少なくともダイスとこのダイス内に対向配置される一対の加圧パンチとで形成される閉空間内に素材を収容した上で、この素材を一対の加圧パンチにより加圧して前方押出しもしくは後方押出しの形態で鍛造品を成形する装置であって、
ダイスの内周面に、鍛造品の成形末期にその鍛造品が収容されている閉空間と連通することになる微小な逃げ凹部を形成したことを特徴とする閉塞鍛造装置。
ダイスの内周面に、鍛造品のうち押出し方向側の端縁コーナー部が臨む位置に逃げ凹部を形成し、この逃げ凹部のうち鍛造品の抜き取り方向側の端部をテーパ面としたことを特徴とするたことを特徴とする請求項１に記載の閉塞鍛造装置。
閉空間に収容される素材は環状のものであってその素材の中心部をマンドレルが貫通するようになっている一方、
前記マンドレルの外周面に、鍛造品の成形末期にその鍛造品が収容されている閉空間と連通することになる逃げ凹部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の閉塞鍛造装置。