JP2005305483A - 押出し鍛造装置および押出し鍛造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 押出し鍛造において素材のバラツキによる自由端側の寸法調整を含む成形工程にかかる時間を短縮し、労力を軽減するとともに、成形を行うのに必要となる空間を減少させることを課題とする。
【解決手段】 ダイ２に素材１を挿入して、ダイ２の導入側に配設したポンチ５により、素材１の押出しを行う押出し鍛造装置において、ダイ２の押出し側に切削加工装置３を配設し、切削加工装置３をダイ２に取付け、ダイ２の押出し方向延長線上に配する。そして、切削具３に、ダイ２の押出し方向に開口した開口部３ｂを設け、切削具３を介して素材をノックピン４により取り出す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、押出し鍛造に関するものであり、より詳しくは、長尺部品の絞り成形に関し、長さのバラツキが生じるものを、鍛造と端面切削とを用いて成形する技術に関する。

従来、鍛造などの塑性変形により成形品を加工する方法が知られている。
特に、鍛造は、高い能率で、素材から最終形状、またはそれに近い状態の加工品を作ることができるものとして知られるものである。
そして、鍛造による加工方法の一つである、前方押出しは、ダイの内部に素材を封入し、ポンチの進む方向に材料を流動させて、ダイの成形部または、ダイとカウンターパンチの隙間を通して素材の断面積の減少をはかる方法で、段付軸や底付円筒状の製品等の成形に用いられている。

そして、押出し鍛造において、さらなる加工能率を向上するために、ダイをセラミックにより構成し、ダイの熱膨張率を素材の熱膨張率より小さくし、焼きつきを防止するもの（特許文献１を参照）が知られており、容易に加工できる金属材料により素材を被覆して押出し材を形成して、塑性加工する方法（特許文献２を参照）も知られている。

特開平１０−１２８４８６号公報 特開平９−１５５４９１号公報

押出し鍛造は、高い能率で、高い加工精度を実現するものである。しかし、素材における材料のバラツキが製品に影響し、押出される自由端において非常に大きな寸法のバラツキが発生する。塑性加工においては、素材自体の重量が不同である場合が多く、製品の重量の不同は解消しきれない問題である。このため、塑性加工した成形物において、寸法のバラツキを除くべく、切削加工が行われる。
このように、高い精度で長尺物を製造する場合には、鍛造工程と切削加工工程の各１工程づつが必要であり、設備費用とそのサイクルタイムからコストが高くなる。また、加工のための工程数が多くなり、加工設備等による占有スペースが大きくなるものである。

上述した特許文献１においても、切削加工が必要となるものであり、加工に時間がかかることとなる。特に大物中空体の押出し鍛造加工においては、素材である中空体の厚みにばらつきが発生しやすく、押出し鍛造加工において自由端側の位置にばらつきが特に生じ易すくなる。
また、特許文献２に記載の技術においては、押出し方向の成形精度に重みをおいたものではなく、鍛造加工の後に切削などによる加工を行う必要がある。さらに、特許文献２の加工方法では、中空体の押出し加工が困難である。
鍛造工程の後に、切削加工を行う場合には、押出し鍛造により成形されたものを切削加工装置に取付け、端面の切削を行うものである。このため、切削加工装置への取付けに掛かる時間が加味されることとなり、製品成形の能率が低下するものである。また、切削加工装置への取付けにおける精度誤差が潜在することとなり、成形精度が低下する可能性がある。
さらに、押出し鍛造装置と切削加工装置とを配設するための空間が必要であるとともに、この間において成形品を配送するための配送手段や、保管のための空間等も必要となるものである。すなわち、押出し鍛造から切削加工までの工程において、取付け時の精度や、搬送時の取り扱いや、保管状態など、成形誤差を生じる原因を多く潜在させるものであり、製品の成形精度を向上させるためには、各工程において製品の精度を向上させる取り扱いが必要となり、多くの労力が要求されるものである。

上記の課題を解決すべく、本発明は次のような手段をとるものである。
すなわち、請求項１に記載のごとく、ダイに長尺物を挿入して、該ダイの導入側に配設したポンチにより、該長尺物の押出しを行う長尺物の押出し鍛造装置であって、該ダイの押出し側に切削加工装置を配設するとともに、該切削加工装置を前記ダイに取り付けた押出し鍛造装置を構成する。

請求項２に記載のごとく、切削加工装置が切削具を有し、該切削具をダイの押出し方向延長線上に配する。

請求項３に記載のごとく、切削加工装置が切削具を有し、該切削具に、ダイの押出し方向に開口した開口部を設け、該切削加工装置のダイの押出し方向延長線上であって、該切削加工装置を介してダイと対向する位置にダイの押出し方向に摺動可能なノックピンを配設する。

請求項４に記載のごとく、長尺物をダイに導入して、ポンチによりダイに押出して行う長尺物の押出し成形方法であって、ダイと該ダイより成形物を取り出すノックピンとの間に、切削加工装置を配設して、長尺物を前記ポンチにより押出しながら、該長尺物の自由端側を該切削加工装置により切削する。

請求項１に記載のごとく、ダイに長尺物を挿入して、該ダイの導入側に配設したポンチにより、該長尺物の押出しを行う長尺物の押出し鍛造装置であって、該ダイの押出し側に切削加工装置を配設するとともに、該切削加工装置を前記ダイに取り付けた押出し鍛造装置を構成するので、
長尺物の押出し鍛造を行うとともに、該長尺物の自由端側の切削加工を行うことができる。そして、１つの押出し鍛造装置により、押出し鍛造および切削加工を行うことができ、加工を行う設備が占有するスペースを減少できる。その上、押出し鍛造と切削加工を同時に行うので、加工時間を短縮できる。
また、ダイにより位置決めされた被成形物である長尺物に切削加工を行うので、切削加工までの労力を軽減できるとともに、切削加工までの作業に潜在する誤差発生要素を排除して安定的な製造管理を行うことができる。

請求項２に記載のごとく、切削加工装置が切削具を有し、該切削具をダイの押出し方向延長線上に配するので、
長尺物の押出し鍛造を行うとともに、該長尺物の自由端側の切削加工を行うことができるとともに、１つの押出し鍛造装置により、押出し鍛造および切削加工を行うことができ、加工にともなう設備が占有するスペースを減少できるとともに、押出し鍛造と切削加工を同時に行うので、加工時間を短縮できる。さらに、長尺物をダイより押出しながら切削加工が行えるので、ポンチにより長尺物の送りを行うことができ、装置の共通化により装置の省スペース化を実現できるものである。

請求項３に記載のごとく、切削加工装置が切削具を有し、該切削具に、ダイの押出し方向に開口した開口部を設け、該切削加工装置のダイの押出し方向延長線上であって、該切削加工装置を介してダイと対向する位置にダイの押出し方向に摺動可能なノックピンを配設するので、
長尺物を効率的に押出し鍛造するとともに、切削加工し、容易に取り出すことができ、押出し鍛造および切削を行う装置全体をコンパクトに構成することができ、装置の省スペース化を実現できる。さらに、ダイとノックピンとの間に切削加工装置を配設することができ、押出し、切削加工、ダイからの取り出しを円滑に行うことができ、作業時間の短縮を実現できるものである。

請求項４に記載のごとく、長尺物をダイに導入して、ポンチによりダイに押出して行う長尺物の押出し成形方法であって、ダイと該ダイより成形物を取り出すノックピンとの間に、切削加工装置を配設して、長尺物を前記ポンチにより押出しながら、該長尺物の自由端側を該切削加工装置により切削するので、
長尺物の押出し鍛造を行うとともに、切削加工を行うことができ、作業時間の短縮を実現できる。そして、１つの押出し鍛造装置により、押出し鍛造および切削加工を行うことができ、加工にともなう設備が占有するスペースを減少できる。押出し鍛造と切削加工を同時に行うので、加工時間を短縮できる。さらに、長尺物をダイより押出しながら切削加工が行えるので、ポンチにより長尺物の送りを行うことができ、装置の共通化により装置の省スペース化を実現できるものである。
ダイにより位置決めされた被成形物である長尺物に切削加工を行うことができ、切削加工までの労力を軽減できるとともに、切削加工までの作業に潜在する誤差発生要素を排除して安定的な製造管理を行うことができる。

本発明は、押出し鍛造装置における被成形物の自由端延出側に、切削加工装置を配設して、被成形物の押出し鍛造とともに切削加工を行うものである。

次に、本発明の実施例について、図を用いて説明する。
図１は押出し鍛造装置の全体構成を示す側面一部断面図である。
押出し鍛造装置は、主に、ダイ２、ポンチ５、ベース部６、ノックピン４により構成されており、ダイ２の下方において回転式の切削具３を有する切削加工装置が配設されている。切削具３はビーム７上において回転自在に構成されており、この切削具３を駆動することにより切削加工を行うものである。
ベース部６は図１において、ダイ２の下部に取り付けられるものであり、ベース部６の中央部には空間が設けられ、この空間とダイ２の開口部とが一直線上に位置する構成となっている。ベース部６の中央部には、ビーム７が配設されており、このビーム７に切削具３が配設されている。ビーム７はベース部６に取り付けられるものである。ビーム７をベース部６に対して位置調節可能に構成し、切削具３による切削位置を調節することができる構成となっている。そして、切削具３の下方にはノックピン４が配設されており、このノックピン４によりダイ４に押し込まれた被成形物を取り出し可能に構成している。

ダイ２には素材が導入され、ポンチ５により前方押出しされる。ダイ２には素材を導入する導入口２ａと、塑性変形した素材が押出される排出口２ｂとが設けられており、導入口２ａと排出口２ｂとの間には、素材の塑性変形を行う絞り部２ｃが設けられている。導入口２ａは素材の外径とほぼ一致している。そして、絞り部２ｃの付近において、導入口２ａから絞り部２ｃへと滑らかにダイ４の内径が小さくなるように構成されている。絞り部２ｃより排出口２ｂ側においては、ダイ４の内径は絞り部２ｃより大きく構成されており、ダイ４と絞り部２ｃを通過した素材とが接触しない構成となっている。
ポンチ５によりダイ４に導入される素材は、絞り部２ｃに押込まれることにより、絞りが行われ、その断面積が小さくなるものである。ポンチ５により素材がダイ２に押込まれると、ダイ２の内側形状に沿って素材が塑性加工される。これにより、素材が押出し鍛造加工によりダイ２の内部形状に沿って、段付形状に加工されるものである。
図１においてダイ２の下方に配設される切削具３は、回転によりダイ２より押出された素材の端部を切削加工するものである。切削具３は剛性の高いダイ２の下部に固定されたベース部６に取り付けられ、このベース部６により、ダイ２に対して位置決めされるものである。これにより、切削具３の支持体を高い剛性で実現できるので、ダイ２の形状に対して、高い精度で切削具３の位置決めを行うことができる。

すなわち、ダイ２により位置決めされた被加工物に対して切削加工を行うので、ダイ２により成形される形状に対する加工精度を向上できるものである。例えば、本実施例においては、ダイ２により成形される段付部から被加工物の端までの距離を高い精度をもって成形することができる。ダイ２に保持された被加工物をポンチ５による押出し方向と対向する方向に切削を行うので、切削により被加工物にかかる力がダイ２およびポンチ５に分散され、被加工物が変形し難い状態で端部の切削加工を行うことができ、成形精度を向上できるものである。
なお、図１においては、切削装置として、正面切削を行う切削具を利用しているが、被成形物の端部に要求される成形精度によっては、被成形物の延出方向と直交方向にスライド可能な回転刃により、被成形物の側方より切断を行うことも可能である。

切削具３の下方にはノックピン４が配設されており、押出し鍛造の後に切削加工された被成形物はこのノックピン４により取り出されるものである。ノックピン４は図１において上下方向に摺動可能に構成されており、被成形物の加工後に、ノックピン４を上方に移動させる。これにより、ノックピン４の上端を被成形物の下端に当接させて、ノックピン４により被成形物をダイ２より取り出すものである。

次に、図２から図５を用いて、押出し鍛造および切削加工の過程について説明する。
図２は被加工物をダイに押出す直前の状態を示す図であり、図３は押出し状態を示す図であり、図４は被加工物の切削加工状態を示す図であり、図５は被加工物の取り出し状態を示す図である。
まず、図２に示すごとく、ダイ２に素材１が導入される。そして、図２において、上方よりポンチ５が下方に向けて移動することにより素材１がダイ２に押込まれる。
ポンチ５がダイ２内を切削具３に向けて移動することにより、図３に示すごとく、素材１がダイ２の内側面の形状に沿って絞られ、塑性変形する。ダイ２の絞り部を通過した素材１の下部は自由端となり下方に延出する。個々の素材１において厚みにバラツキがある場合には、塑性変形による素材１の下端の位置においても、バラツキが生じる。特に、素材１が中空体である場合には、中空体の厚みの寸法精度を向上させることは困難であることから、押出しによる自由端位置のバラツキが大きいものである。そこで、この素材の下端（押出しにより塑性変形した自由端側）を切削具３により切削して、素材１を一定の長さに成形するものである。

素材１の切削加工において、ポンチ５により素材１の押出しと、切削具３による素材１の切削とを同時に行う場合には、ポンチ５による素材１の押出し速度を切削具３による切削速度より十分に小さくして行うものである。この場合には、素材１の成形に掛かる時間を短くでき、効率的な素材１の加工を行うことができるものである。また、切削具３をダイ２に対して移動可能に構成し、ポンチ５の押出しによる素材１の加工が終了した後に、切削具３を移動させて切削を行うことも可能である。

押出しと同時に切削加工を行う場合には、素材１の下端が切削具３に近接すると、切削具３が回転をはじめる。そして、素材１の下端が切削具３に向けて押出されると、図４に示すごとく、切削具３により素材１の下端が切削されることとなる。切削具３はダイ２に対して位置決めされるものであり、ダイ２による塑性加工に形状に対して位置決めがなされるものである。このため、塑性加工を行う型に対して切削加工の位置決めを行うことができ、成形精度を向上できるものである。また、ポンチ５が素材１の切削における送り装置となるので、装置の共有部分が増え、装置自体をコンパクトに構成できる。
素材１への押出し鍛造および切削加工が行われた後には、図５に示すごとく、ポンチ５はダイ２より抜き出され、ポンチ５と素材１との接触が解除される。そして、ノックピン４が素材１に向けて移動し、ノックピン４の先端が素材１の塑性変形により押出された自由端側に当接して、素材１をダイ２より取り出すものである。

押出しを行った後に切削加工を行う場合には、ポンチ５による押出し成形を行った後に、切削具３を回転させながらダイ２に向けて移動させ、素材１の押出し加工された下端を切削加工することも可能である。この場合には、切削具３は延出される素材１の下端より十分下に位置しており、素材１の押出しが終了した後に切削具３を回転させながら、切削具３が配設されたビーム７をダイ２側に移動させるものである。そして、切削具３による切削が設定位置になった時点で、ビーム７の移動が停止する。このように、押出しの後に切削加工を行う場合には、ポンチ５が停止した状態で切削による反力を受けることが可能であり、切削加工を確実に行うことができるとともに、切削加工の精度をさらに向上させることができる。さらに、安定した切削条件を構成できるので、切削具３に過度に負担がかからず、切削具３の耐久性を向上できるものである。

切削具３には、開口部が設けられており、ノックピン４は切削具３の開口部を介して素材１に当接するものである。
図６は切削具を介したノックピンによる取り出し構成を示す図であり、図６（ａ）は切削具の構成を示す図であり、図６（ｂ）は切削具を介した取り出し状態を示す図である。
切削具３には、ダイ２より押出される素材１の端部に向けて、開口部３ｂ・３ｂ・・が設けられている。この開口部３ｂはノックピン４が十分に通れる大きさとなっている。
ダイ２より素材１を取り出す場合には、切削具３の回転を停止させ、開口部３ｂとノックピン４との位置を合わせ、ノックピン４を素材１に向けて移動させる。これにより、ノックピン４が開口部３を通り抜けて、素材１の端部に当接し、ノックピン４により素材１をダイ２から取り出すことができるものである。

すなわち、切削具３、ノックピン４を素材１の押出し方向に一致する直線上に配置し、切削具３に、ダイ２の押出し方向に開口した開口部３ｂを設け、切削具３を介してダイ２と対向する位置にダイ２の押出し方向に摺動可能なノックピン４を配設し、ノックン４が開口部３ｂを通過可能に構成するものである。
これにより、ダイ２とノックピン４との間に切削具３を配置しても、素材１の端部の切削加工を行った後に容易に素材１の取り出しを行うことができるものであり、押出し鍛造および切削加工を行う装置をコンパクトに構成できるものである。
また、ノックピン４において、従来の構成を利用可能であり、押出し鍛造装置を簡便に構成することができる。

ダイ２の構成において、素材１の切削をより精度よく行うものとして、ダイ２に切削用の保持部を設けることも可能である。
図７は素材下端部の保持部を設けたダイの構成を示す模式図である。
ダイ２には、図７に示すごとく、保持部２ｄが設けられており、この保持部２ｄにより、素材１の自由端側である下端部を保持するものである。ダイ２の排出口２ｂの下部には、保持部２ｄが内周面に沿って設けられている。保持部２ｄは上部より下方に向けて内径が小さくなり、下部においてその内径が素材１の下端部の外径とほぼ等しくなるように構成されている。これにより、素材１が下方へと延出される場合に、円滑に保持部２ｄの内側に導入され、保持部２ｄにより保持可能となるものである。保持部２ｄは素材１下端の前後左右方向の移動を規制するものであり、切削具３による切削において素材１のビビリを抑制して、高い精度の切削を可能にするものである。
また、保持部２ｄの下面を斜めに構成し、ノックピン４による保持部のかじりを防止することも可能である。

本発明は、押出し鍛造と切削加工とを同時に行う装置に利用可能な技術であり、高い精度を要求される塑性加工および切削加工に利用できるものである。

押出し鍛造装置の全体構成を示す側面一部断面図。 被加工物をダイに押出す直前の状態を示す図。 押出し状態を示す図。 被加工物の切削加工状態を示す図。 被加工物の取り出し状態を示す図。 切削具を介したノックピンによる取り出し構成を示す図。 素材下端部の保持部を設けたダイの構成を示す模式図。

符号の説明

１ 素材
２ ダイ
３ 切削具
４ ノックピン
６ ベース部
７ ビーム

Claims (4)

1. ダイに長尺物を挿入して、該ダイの導入側に配設したポンチにより、該長尺物の押出しを行う長尺物の押出し鍛造装置であって、
   該ダイの押出し側に切削加工装置を配設するとともに、
   該切削加工装置を前記ダイに取り付けたことを特徴とする押出し鍛造装置。
2. 切削加工装置が切削具を有し、該切削具をダイの押出し方向延長線上に配することを特徴とする請求項１に記載の押出し鍛造装置。
3. 切削加工装置が切削具を有し、該切削具に、ダイの押出し方向に開口した開口部を設け、該切削加工装置のダイの押出し方向延長線上であって、該切削加工装置を介してダイと対向する位置にダイの押出し方向に摺動可能なノックピンを配設したことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の押出し鍛造装置。
4. 長尺物をダイに導入して、ポンチによりダイに押出して行う長尺物の押出し成形方法であって、ダイと該ダイより成形物を取り出すノックピンとの間に、切削加工装置を配設して、長尺物を前記ポンチにより押出しながら、該長尺物の自由端側を該切削加工装置により切削することを特徴とする押出し鍛造方法。
   

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