JP2005510358A - 材料偏在部を具えた長手部材 - Google Patents

Abstract

細長状の素材片から、両端に材料偏在部を具えた長手部材（１）を形成する方法である。この方法は、長手方向軸線を有するダイ手段（２０）のキャビティ内に素材片を配置し、この長手方向軸線を中心として複数の移動可能な形成素子（６，７，８，９，１０，１１等）を配置し、少なくとも第１及び第２移動可能衝合素子をキャビティの対向する端部において長手方向軸線上で離間して配置する動作を含む。形成素子を移動させて素材片の中央部（２）と掛合させ、それによりこの素材片の中央部を絞り込んで幅を狭くし、その結果得られる材料偏在部を素材片の両端部に向けて押し出す。さらに第１及び第２衝合素子（１６，１７）を長手方向軸線に沿って互いの方向に向かって相対的に移動させ、キャビティの対応する対向端部にある材料偏在部と掛合させる。この動作を形成素子による動作と組み合わせることにより長手部材の最終形状を決定する。

Description

本発明は、両端に材料偏在部を具えた長手部材を形成する方法及び装置に関するものである。長手部材は、自動車のステアリングロッドや連結ロッドのような両端に材料偏在部を具える部品を製造するための予成形体として使用することができる。本発明を、自動車用バリなし金属連結ロッドの製造のための予成形体として使用し得る部材を製造するのに適した例により説明する。

内燃機関用の連結ロッドは、代表的には、本体部分によって相互に連結されるクランク端部とピン端部とを具える。代表的には、このような連結ロッドは、「通常の熱間鍛造」、「鋳造」及び「粉体金属成形及び機械加工」の３個の主な金属成形加工のうちの１つによって行われる。より新しい鍛造加工としてはバリなし鍛造処理があり、この処理では順次の鍛造ステップを行う前に予成形体を誘導加熱する。米国特許第5,544,413 号明細書（Stevens 等）は、連結ロッドを製造する為のこのようなバリなし鍛造加工について開示すると共に、連結ロッドを製造するのに通常用いられる上述した３個の主な金属成形加工についても詳細に説明している。

連結ロッドをバリなし鍛造する利点は、予成形体のために精密な量の原材料のみが用いられること、他の処理を用いた場合に完成した鍛造体に発生するバリがなくなること、及び二次的な切除作業の必要性がなくなることにある。他の利点は、重量が精密に制御されるため最終段階の部材にかなり近い状態に成形し得ることである。

米国特許第5,544,413 号明細書の図２に示される予成形体は、ほぼ円柱断面であり且つ高炭素鋼又は他の好適な材料から構成されたものである。この予成形体は、押出成形、クロスローリング、機械加工又はこれらの技術の組合せといった種々の既知の技術により製造することができる。このような予成形体に関連する問題は、予成形体の本体が第１及び第２端部を有するようにする際に、完成した形状を得るための少なくとも３個の工程における鍛造処理の前に、１７００°Ｆ〜２２５０°Ｆ（約９２６℃〜約１２３２℃）の鍛造温度に到達させるための加熱操作が必要になることである。このことにより、予成形体を形成する工程を数に入れると成形作業が４個の工程になってしまう。

両端に材料偏在部を具えた長手部材であって且つ鍛造される連結ロッドの所望の形状により近い予成形体を用いてバリなし鍛造処理を開始するのが好ましい。これにより、少なくとも１個の鍛造工程及び加熱作業をなくすことができる。

本発明は、一定断面の棒状素材から材料偏在部を具えた長手部材を製造するための装置及び方法を提供することを目的としたものである。

発明の概要
本発明の第一の特徴は、細長状の素材片から両端に材料偏在部を具えた長手部材を形成する方法であって、
当該方法が、
（ｉ）この素材片を、長手方向軸線を有するダイ手段のキャビティ内に配置し、この長手方向軸線を中心として複数の移動可能形成素子を配置し、このダイ手段に、前記キャビティの長手方向の両側の端部において少なくとも第１及び第２移動可能衝合素子を離間して配置するステップと、
（ｉｉ）前記形成素子を移動させて前記素材片の中央部と掛合させ、それによりこの素材片の中央部を絞り込んでして幅を狭くし、その結果得られる材料偏在部を前記素材片の両端部に向けて押し出すステップと、
（ｉｉｉ）前記第１及び第２衝合素子を前記長手方向軸線に沿って互いの方向に向かって相対的に移動させ前記キャビティの関連する対向端部にある材料偏在部と掛合させ、この動作を形成素子による動作と組み合わせることにより前記長手部材の最終形状を決定するステップと
よりなることにある。

前記形成素子のうちの少なくとも４個を、前記方法のステップ（ｉｉ）中に、前記長手方向軸線に対して直角の角度をなす関連する軸線を中心として内側に旋回移動可能な第１形成素子とするのが好ましい。

前記形成素子のうちの少なくとも４個を、２個の前記第１形成素子間にある、前記素材片の中央部に隣接する領域で前記素材片にそれぞれ掛合する第２形成素子とするのが好ましい。

前記形成素子のうちの少なくとも４個を、関連する第１形成素子に対しそれぞれ移動可能であり、且つ前記第１衝合素子の位置又はその近傍で前記素材片にそれぞれ掛合する第３形成素子とするのが好ましい。
前記細長状の素材片の断面はほぼ一定のものとするのが好ましい。

発明の実施の形態
図１は、狭い中央部２を有する長手部材１であって、その両端３，４に材料偏在部を有する長手部材１の実施例を示すものである。この長手部材１は、内燃機関用の連結ロッドをバリなし鍛造するための予成形体として用いるのに適している。

図２〜４は、長手部材１を、丸棒鋼の素材片５から製造するのに用いるダイ組立体２０を示すものである。

図２は、長手部材１を、丸棒鋼の素材片５から製造するのに用いるダイ組立体２０を示すものである。ダイ組立体２０は、長手方向軸線Ｚを具えるキャビティ１８を有し、このキャビティ１８を４個の第１形成素子６，７，８，９と、４個の第２形成素子により包囲する。図面の明瞭化のために２個の第２形成素子１０，１１のみを示す。ダイ組立体２０は４個の第３形成素子も有し、これらのうち２個のみを第３形成素子１３，１５として示す。また、ダイ組立体２０は２個の衝合部形成素子１６，１７も有する。

第１形成素子６，７はダイの第１の対であり、これらの形成面はキャビティ１８の長手方向軸線Ｚの周りで互いに対向する。第１形成素子８，９はダイの第２の対であり、これらの形成面もキャビティ１８の長手方向軸線Ｚの周囲で互いに対向する。第１の対の第１形成素子６，７を、第２の対の第１形成素子８，９に直角の角度をなして配置することにより、４個の第１形成素子６，７，８及び９のそれぞれを長手方向軸線Ｚの周りで等しく９０°の角度で離間する。

ダイ組立体２０の動作を図３（ａ）〜（ｆ）を参照して説明するが、これら図は、キャビティ１８の周りの第１形成素子６，７、関連する第３形成素子１２，１３及び衝合部形成素子１６，１７の第１の対のみを示しており、長手部材１は、このキャビティ１８内で素材片５から形成する。図３（ａ）は、キャビティ１８の周りの各種ダイ素子が閉じた位置を示しており、キャビティ１８は長手部材１の仕上げの輪郭に類似した輪郭を有する。破線で示す外形５ａは丸棒鋼５の最初の位置を示す。第１形成素子６，７は、関連する旋回軸線６′，７′を中心として回転可能であり、これら旋回軸線６′，７′は互いに平行にして長手方向軸線Ｚに対して直角の角度をなすようにする。第３形成素子１２，１３は、関連する第１形成素子６，７に対して直線的に移動可能であり、衝合部形成素子１６，１７は、長手方向軸線Ｚに沿って直線的に移動可能である。

図３（ｂ）は、ダイ組立体２０を開いて素材片５をキャビティ１８内に配置した直後の各種形成素子の位置を示す。図３（ｃ）〜（ｅ）は、各種形成素子の閉じ込みを段階的に示したものである。第１形成素子６，７が徐々に内側に閉じていくと、これら第１形成素子６，７の凸状の輪郭をした形成面２１，２２が素材片５の中央領域１９と掛合してこれを絞り込み、それにより素材片５の中央に位置する材料の一部を、衝合部形成素子１６に向けて下方に押出し、また衝合部形成素子１７に向けて上方にも押出す。第１形成素子６，７が素材片５を絞り込む際に、第３形成素子１２，１３が内側に摺動し、衝合部形成素子１６，１７による長手方向軸線Ｚに沿った内側への移動と組み合わさって、キャビティ１８の最終的な形状を形成し、それにより素材片５は材料偏在端部３，４を具えた長手部材１に形成される。

図３（ａ）〜（ｆ）に示すダイ組立体２０の動作を、第１形成素子６，７及びこれらに関連する第３形成素子１２，１３の第１の対を参照して説明したが、第１形成素子８，９及びこれらに関連する第３形成素子の第２の対も、第１形成素子６，７及びこれらに関連する第３形成素子１２，１３の第１の対と同時に素材片５に向かって内側に閉じることを理解されたい。

また、図面を明確なものとし参照を容易にするため、図３（ａ）〜（ｆ）では、図２に示した第２形成素子１０，１１の動作を示していない。ダイ組立体２０が閉じる間に、第１形成素子が内側に回動して素材片５に掛合するとき、第２形成素子も同様に内側に移動して素材片５に掛合する。これら第２形成素子１１の動作を図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明するが、これら図面においては第１形成素子７及び８の間に位置する第２形成素子１１を示す。図４（ａ）に示すように、第２形成素子１１は、第１形成素子７及び８と共に素材片５に向かって直線的に内側に移動する。この第２形成素子１１は、第１形成素子７及び８間の長手方向側面沿いに素材片５に掛合し、このことにより、図４（ｂ）及び拡大した詳細図である図４（ｃ）に示すように、第１形成素子７，８間でバリが発生するのを防止する。隣接する２個の第１形成素子毎に第２形成素子を配置してあり、図４（ａ）〜（ｃ）に示した第２形成素子１１と同様に動作するようになっていることを理解されたい。

材料偏在端部３，４を具える長手部材１の形成は、殆ど材料を損失することなく達成されることを理解されたい。この好適例では、長手部材１は、内燃機関用の連結ロッドをバリなし鍛造するための予成形体として容易に利用することができ、この例では従来技術である米国特許第 5,544,413号明細書と比較した場合に、予成形体の鍛造工程及び加熱操作の少なくとも１個を削除している。

上述した実施例では、図３（ａ）に示すように衝合部形成素子１６と組み合わさって作用する第３形成素子１２，１３を、関連する第１形成素子６，７の下部についてのみ示したが、図示しない他の衝合部形成素子１７と組み合わさって作用する第３形成素子も同様に第１形成素子に関連して設けることができることに理解されたい。

また、上述した実施例では、第２形成素子１０，１１が素材片５へ直線的に内側に移動するが、図示しない他の例では、この移動を旋回移動としてもよいし、又は直線的移動と旋回移動とを組み合わせたものとしてもよいことを理解されたい。

さらに、本実施例のダイ組立体２０は４個の第１形成素子と４個の第２形成素子とを用いているが、図示しない他の例では、ダイ組立体が第１形成素子を３個だけ有するようにし、長手方向軸線Ｚを中心として１２０°の間隔でこれらを配置して、必要となる第２形成素子が３個だけとなるようにもできることも理解されたい。

上述した実施例は丸棒鋼の素材片５を用いるものとして説明したが、他の実施例では、素材片５の断面を任意の好適なほぼ一定の断面にすることもできる。

本明細書中で「長手部材」と称されるものは長手方向軸線を有する部材のことである。

図１は、本発明により製造した第１の実施例の予成形体の形状を示す斜視図である。 図２は、図１に示す予成形体を形成するためのダイ組立体を示す斜視図である。 図１に示すダイ組立体を図２の矢印Ａの方向から見た作動の段階を示す線図である。 図１に示すダイ組立体を図２の矢印Ａの方向から見た作動の段階を示す線図である。 図１に示すダイ組立体を図２の矢印Ａの方向から見た作動の段階を示す線図である。 図１に示すダイ組立体を図２の矢印Ａの方向から見た作動の段階を示す線図である。 図１に示すダイ組立体を図２の矢印Ａの方向から見た作動の段階を示す線図である。 図１に示すダイ組立体を図２の矢印Ａの方向から見た作動の段階を示す線図である。 ダイ組立体の２個の隣接する第１成形素子及び第２形成素子が素材片と掛合した状態を示す線図的平面図である。 ダイ組立体の２個の隣接する第１成形素子及び第２形成素子が素材片と掛合した状態を示す線図的平面図である。 図４ｂの円で囲んだ部分の部分拡大図である。

Claims (5)

1. 細長状の素材片から両端に材料偏在部を具えた長手部材を形成する方法であって、
   当該方法が、
   （ｉ）前記素材片を、長手方向軸線を有するダイ手段のキャビティ内に配置し、前記長手方向軸線を中心として複数の移動可能形成素子を配置し、このダイ手段に、前記キャビティの長手方向の両側の端部において少なくとも第１及び第２移動可能衝合素子を離間して配置するステップと、
   （ｉｉ）前記形成素子を移動させて前記素材片の中央部と掛合させ、それによりこの素材片の中央部を絞り込んで幅を狭くし、その結果得られる材料偏在部を前記素材片の両端部に向けて押し出すステップと、
   （ｉｉｉ）前記第１及び第２衝合素子を前記長手方向軸線に沿って互いの方向に向かって相対的に移動させ前記キャビティの関連する対向端部にある材料偏在部と掛合させ、この動作を形成素子による動作と組み合わせることにより前記長手部材の最終形状を決定するステップと
   よりなることを特徴とする長手部材形成方法。
2. 前記形成素子のうちの少なくとも４個を、前記方法のステップ（ｉｉ）中に、前記長手方向軸線に対して直角の角度をなす関連する軸線を中心として内側に旋回移動可能な第１形成素子とした請求項１に記載の長手部材形成方法。
3. 前記形成素子のうちの少なくとも４個を、２個の前記第１形成素子間にある、前記素材片の中央部に隣接する領域で前記素材片にそれぞれ掛合する第２形成素子とした請求項１又は２に記載の長手部材形成方法。
4. 前記形成素子のうちの少なくとも４個を、関連する第１形成素子に対しそれぞれ移動可能であり、且つ前記第１衝合素子の位置又はその近傍で前記素材片にそれぞれ掛合する第３形成素子とした請求項１乃至３のいずれか一項に記載の長手部材形成方法。
5. 前記細長状の素材片は、ほぼ一定の断面を有するものとした請求項１乃至４のいずれか一項に記載の長手部材形成方法。

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