JP2006043716A - フランジ付き中空軸の製造方法及びフランジ付き中空軸成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性が向上されるフランジ付き中空軸の製造方法及びフランジ付き中空軸成形用金型を提供する。
【解決手段】 後方押出し加工される材料４の底部４ａを底押しして生じさせたクラック２３を起端に、材料４の底部４ａが打ち抜かれて、続いて、前方押出し加工されてフランジ付き中空軸が成形される。したがって、円柱状の材料４がフランジ付き中空軸１に成形されるのに、１工程（パンチ９の１ストローク）で済ませることが可能になる。これにより、従来の複数の生産工程によって構成されるフランジ付き中空軸１の製造方法と比較して、生産性が高められる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、フランジ付き中空軸の製造方法及びフランジ付き中空軸成形用金型に関するもので、円柱状の材料をプレス加工してフランジ付き中空軸を製造する方法及びフランジ付き中空軸成形用のプレス金型に関する。

従来から、フランジ付き中空軸をプレス加工によって成形することが行われている。例えば、特許文献１には、材料が押出し加工されて有底円筒体（第１の仕掛け材）が形成される第１の工程、該第１の工程で得られた有底円筒体の底部が打ち抜き加工されて円筒体（第２の仕掛け材）が形成される第２の工程、該第２の工程で得られた円筒体が押出し加工されて製品としてのフランジ付き中空軸が形成される第３の工程、によって構成されるフランジ付き中空軸の製造方法が開示されている。このように、従来、プレス加工によってフランジ付き中空軸を製造する場合には、多くの成形工程（特許文献１では、３工程。）が必要となり、サイクルタイム、並びに段取り時間が長くなることから、生産性を低下させていた。また、使用する金型の数が増えることから、設備コスト及び製造コストが増大される。
特開平９−１２２７９５号公報（段落番号０００８〜００１０、図１〜図３）

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、生産性が向上されるフランジ付き中空軸の製造方法を提供することにある。
第２の目的は、生産性が向上されるフランジ付き中空軸成形用金型を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、プレス加工によってフランジ付き中空軸が成形されるフランジ付き中空軸の製造方法であって、プレス成形型のダイに、フランジ付き中空軸のフランジ部の外径寸法に適合された内径寸法の大径部と、フランジ付き中空軸の軸部の外径寸法に適合された内径寸法の小径部と、を環状の顎部を介して設けておいて、ダイの大径部に嵌合された柱状の材料がパンチの圧入部によって後方押出し加工されて有底筒状に成形される第１のステップと、該第１のステップによって成形された材料がパンチの圧入部によって底押しされて有底筒状に成形された材料の底部周縁に金属破壊によるクラックを生じさせる第２のステップと、該第２のステップによって生じさせたクラックを起端にパンチの圧入部によって材料の底部が打ち抜かれて有底筒状の材料が筒状に成形される第３のステップと、該第３のステップによって筒状に成形された材料がパンチの基部によって前方押出し加工されて、フランジ付き中空軸の軸部が成形されると共に該軸部の後端にフランジ部が成形される第４のステップと、の各ステップが、パンチが１ストロークされることで一連に実施されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフランジ付き中空軸の製造方法において、第３のステップでは、後方押出し加工されて後方へ流動される材料がパンチの基部によって加圧される以前に、第２のステップによって有底筒状に成形された材料の底部が底押しされて打ち抜かれることを特徴とする。

上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項３に記載の発明は、上記請求項１又は２に記載のフランジ付き中空軸の製造方法に用いられてダイとパンチとによって構成されるフランジ付き中空軸成形用金型であって、ダイには、成形品としてのフランジ付き中空軸のフランジ部の外径寸法に適合された内径寸法に形成されて柱状の材料が嵌合される大径部と、フランジ付き中空軸の軸部の外径寸法に適合された内径寸法に形成されて環状の顎部を介して大径部に接続される小径部と、が設けられて、パンチには、外周面がダイの大径部に案内される基部と、フランジ付き中空軸の内径寸法に適合された外径寸法に形成される柱状の圧入部と、が設けられて、圧入部の前後方向の長さが、大径部に嵌合された材料が圧入部によって後方押出し加工される過程で該材料の底部が底押しされて打ち抜かれるように設定されて、パンチがストロークエンドに位置された状態で、フランジ付き中空軸のフランジ部が成形される成形部が形成されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のフランジ付き中空軸成形用金型において、圧入部によって有底筒状に成形された材料の底部が底押しされて打ち抜かれる時点で、材料とパンチの基部との間に空隙が確保されることを特徴とする。

したがって、請求項１に記載の発明では、プレス加工の１工程によって、柱状の材料がフランジ付き中空軸に成形される。
請求項２に記載の発明では、有底筒状に成形された材料の底部周縁に引張り応力を集中して作用させることにより、該底部周縁に、底部が打ち抜かれる際の起端となるクラックを生じさせる。
請求項３に記載の発明では、パンチの圧入部が柱状の材料に圧入されて、材料がダイの大径部とパンチの圧入部との間隙で後方押出し加工されて有底筒状に成形される。この後方押出し加工の過程で、有底筒状に成形された材料の底部が、パンチの圧入部によって底押しされて打ち抜かれて筒状に成形される。そして、この筒状の材料がパンチの基部によって加圧されると、材料が小径部に沿って前方押出し加工されて、フランジ付き中空軸の軸部が成形されると共に該軸部の後端にフランジ部が成形される。
請求項４に記載の発明では、パンチの基部と材料との間に空隙が確保されることにより、後方押出し加工される材料の底部が底押しされる際に、当該材料の底部周縁に引張り応力が集中して作用されてクラックが発生して、該クラックを起端に材料の底部が打ち抜かれる。

生産性が向上されるフランジ付き中空軸の製造方法及びフランジ付き中空軸成形用金型が提供される。

本発明の一実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。本フランジ付き中空軸１の製造方法は、プレス加工（冷間鍛造）によって、鋼製の円柱状の材料４からフランジ付き中空軸１が成形されるものであって、材料４が後方押出し加工されて有底円筒状に成形される第１のステップ（図２参照）と、該第１のステップの過程で、有底円筒状に成形された材料４が底押しされて当該有底円筒状に成形された材料４の底部４ａの周縁にクラック２３を生じさせる第２のステップ（図３参照）と、該第２のステップで生じさせたクラック２３を起端に、有底円筒状に成形された材料４の底部４ａが打ち抜かれて円筒状に成形される第３のステップ（図４参照）と、該第３のステップによって円筒状に成形された材料４が前方押出し加工されて製品としてのフランジ付き中空軸１が成形される第４のステップ（図５参照）と、の各ステップがプレス成形機のラムの１ストローク、即ち１工程で一連に実施される。

上記フランジ付き中空軸１の製造方法に用いられるプレス金型７（以下、本プレス金型７と称す。）は、プレス成形機にダイホルダを介して固定されるダイ８と、当該プレス成形機のラムにパンチホルダを介して固定されるパンチ９と、に大別されて構成される。上記ダイ８は、図１〜図６における紙面視で上から、上ブロック１０、中間ブロック１１、下ブロック１２に分割されて構成される。上記上ブロック１０には、フランジ付き中空軸１のフランジ部２の外径寸法に適合させた内径寸法の大径部１３が設けられる。また、上記下ブロック１２には、フランジ付き中空軸１の軸部３の外径寸法に適合させた内径寸法の小径部１４が設けられる。そして、上ブロック１０の大径部１３と下ブロック１２の小径部１４とは、ダイ８に設定される軸線上に配置されると共に、中間ブロック１１に設けられる接続部１５を介して接続される。なお、上記接続部１５は、上記上ブロック１０の大径部１３に対して直列に接続される大径部１３ａと、上記下ブロック１２の小径部１４に対して直列に接続される小径部１４ａとが、環状に形成されてフランジ付き中空軸１のフランジ部２の下面２ａの形状が賦設された顎部１８を介して接続される。

他方、上記パンチ９には、外周面がパンチ９のストローク時にダイ８の大径部１３によって案内される基部１６と、上記第１のステップでダイ８の大径部１３に嵌合された円柱状の材料４に圧入される圧入部１７と、が形成される。そして、図２に示されるように、本プレス金型７は、上記第２のステップにおいて、第１のステップによって成形された有底円筒状の材料４の底部４ａが、上記パンチ９の圧入部１７によって底押しされる時点で、パンチ９の圧入部１７とダイ８の大径部１３との間隙を後方（図２における紙面視上方向。以下、対象に対してパンチ前進方向を前方、パンチ後退方向を後方とする。）へ流動される材料４と、パンチ９の基部１６との間に、パンチ９の中心線を中心とする環状の空隙１９が確保されるように、当該パンチ９の圧入部１７の前後方向（図２における紙面視上下方向。）の長さが設定される。また、図５に示されるように、本プレス金型７は、パンチ９がストロークエンドの状態で、中間ブロック１１の接続部１５の顎部１８及び大径部１３ａ並びにパンチの基部１６によって囲まれる空隙の外郭に、フランジ付き中空軸１のフランジ部２が成形される成形部が形成される。

なお、図６に示されるように、上記プレス成形機には、円筒状に形成されて、上記下ブロック１２の小径部１４に案内されて直線移動されるノックアウト軸２０が設けられており、パンチ９が後退された後、該ノックアウト軸２０が後方（図６における紙面視上方向）へ移動されることにより、当該ノックアウト軸２０によってダイに８に残留されたフランジ付き中空軸１が型抜きされる構造になっている。また、図５に示されるように、上記下ブロック１２には、上記ノックアウト軸２０が退避位置に位置された状態で小径部１４に開口されて第３のステップによって打ち抜かれた材料４の底部４ａがダイ８の外へ排出されるシュータ２１が設けられる。さらに、上記ノックアウト軸２０には、端部がシュータ２１に向けて斜めにカットされた軸２２が内挿されており、ノックアウト軸２０が退避位置に位置された状態で、当該軸２２の端部がノックアウト軸２０の後方（図５における紙面視上方向）に突出される。そして、第３のステップによって打ち抜かれた材料４の底部４ａは、上記軸２２の端部の斜面によってシュータ２１へ向けて案内されて、該シュータ２１によってダイ８の外へ排出される構造になっている。

次に、本プレス金型７が用いられるフランジ付き中空軸１の製造方法の作用を説明する。まず、図１に示されるように、円柱状の材料４が上ブロック１０の開口からダイ８に装入される（第１のステップ）。次に、図２に示されるように、パンチ９が前進されて、該パンチ９の圧入部１７が、中間ブロック１１の顎部１８によって前端部が支持された材料４に圧入される（第２のステップ）。これにより、材料（材料４）が、大径部１３と圧入部１７との間隙を流動されて後方押し出し加工されて、円柱状の材料４が有底円筒状に成形される。そして、図３に示されるように、有底円筒状に成形された材料４の底部４ａがパンチ９の圧入部１７によって底押しされる。この状態では、パンチ９の基部１６と、ダイ８の大径部１３とパンチ９の圧入部１７との間隙を後方（図３における紙面視上方向）へ流動される材料４との間に、空隙１９が確保されるため、後方押出し加工が継続されつつ、有底円筒状に成形された材料４の底部４ａが底押しされる。

これにより、図７に示されるように、底押しされる材料４（底部４ａ）と後方へ流動される材料４との境界Ａに引張り応力が集中して作用されて、有底円筒状に成形された材料４の底部４ａの周縁に図３に示されるクラック２３が生じる。そして、該クラック２３を起端に材料４が破断されて、図４に示されるように、材料４の底部４ａが打ち抜かれて有底円筒状に成形された材料４が円筒状に成形される（ステップ３）。なお、パンチ９によって打ち抜かれた材料４の底部４ａは、軸２２の斜面によってシュータ２１へ案内されて、該シュータ２１によってダイ８の外へ搬出される。続いて、該円筒状に成形された材料４は、パンチ９の基部１６によって前方押出し加工される。これにより、上記円筒状に成形された材料４は、小径部１４へ向けて流動されて、外径寸法が当該小径部１４の内径寸法となるように縮径成形される。そして、図５に示されるように、パンチ９がストロークエンドに到達された時点で、上記成形部によって、縮径成形された材料４（軸部３）の後端にフランジ部２が成形されて、フランジ付き中空軸１が形成される（ステップ４）。該フランジ付き中空軸１は、パンチ９が後退された後、図６に示されるように、ノックアウト軸２０によって型抜きされる。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本フランジ付き中空軸１の製造方法では、ダイ８の大径部１３，１３ａに嵌合された材料４がパンチ９の圧入部１７によって後方押出し加工されて有底円筒状に成形される第１のステップと、該第１のステップによって有底円筒状に成形された材料４が、パンチ９の圧入部１７によって底押しされて当該有底円筒状に成形された材料４の底部４ａの周縁に金属破壊によるクラック２３を生じさせる第２のステップと、該第２のステップによって生じさせたクラック２３を起端に、パンチ９の圧入部１７によって材料４の底部４ａが打ち抜かれて有底円筒状に成形された材料４が円筒状に成形される第３のステップと、該第３のステップによって円筒状に成形された材料４がパンチ９の基部１６によって前方押出し加工されて、フランジ付き中空軸１の軸部３が成形されると共に該軸部３の後端にフランジ部３が成形される第４のステップと、の各ステップが、パンチ９が１ストロークされることで一連に実施される。

したがって、本フランジ付き中空軸１の製造方法では、円柱状の材料４がフランジ付き中空軸１に成形されるのに、１工程（パンチ９の１ストローク）で済ませることが可能になる。これにより、従来の複数の生産工程によって構成されるフランジ付き中空軸１の製造方法と比較して、生産のサイクルタイム、及び段取り作業時間が大幅に低減されて、フランジ付き中空軸１の生産性が高められると共に製造コストが削減される。また、使用する金型が１つで済むため、設備コストが削減される。

また、本プレス成形金型７は、パンチ９の圧入部１７の前後方向の長さが、第２のステップによって有底円筒状に成形された材料４の底部４ａが第３のステップで底押しされる時点で、ダイ８の大径部１３とパンチ９の圧入部１７との間隙を後方へ流動される材料４と、パンチ９の基部１６との間に空隙１９が確保されるように設定される。
したがって、有底円筒状に成形された材料４の底部４ａが圧入部１７によって底押しされる時点で、当該底部４ａと、後方へ流動される材料４との境界Ａに引張り応力が集中して作用される。これにより、底部４ａの周縁にクラック２３が生じて、該クラック２３を起端に材料４を破断させて材料４の底部４ａが打ち抜かれる。
また、本プレス成形金型７は、ダイ８が前後方向へ分割されて構成される。したがって、ダイ８において、比較的大きいストレスが作用される顎部１８が設けられる中間ブロック１１のみの交換が可能になり、金型維持コストが低減される。さらに、例えば、フランジ部２の外径寸法が変更された場合であっても、上ブロック１０と中間ブロック１１とを交換して、下ブロック１２を共用させることができる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施の形態では、円柱状の材料が、軸直角断面の形状が円となるフランジ付き中空軸に成形される場合について説明したが、フランジ付き中空軸の軸直角断面の形状は円に限らず、例えば、四角柱状の材料が、軸直角断面の形状が四角となるフランジ付き中空軸に成形される場合に適用してもよい。この場合、四角柱状の材料は、有底四角筒、四角筒の状態（形状）を経て軸直角断面の形状が四角となるフランジ付き中空軸に成形されて、プレス金型の形状も製品（フランジ付き中空軸）に整合させる。

本実施の形態の説明図で、ダイの大径部に円柱状の材料が装入された状態を示す図である。 本実施の形態の説明図で、図１における状態から、材料にパンチの圧入部が圧入されて、材料が後方押出し加工される状態を示す図である。 本実施の形態の説明図で、後方押出し加工されて有底円筒状に成形された材料の底部がパンチの圧入部によって底押しされて、材料の底部周縁にクラックが生じた状態を示す図である。 本実施の形態の説明図で、有底円筒状に成形された材料の底部が、クラックを起端に打ち抜かれた状態を示す図である。 本実施の形態の説明図で、パンチがストロークエンドに到達されて成形部が形成された状態を示す図である。 本実施の形態の説明図で、フランジ付き中空軸が型抜きされた状態を示す図である。 本実施の形態の説明図で、後方押出し加工時に材料に作用される応力を示す模式図である。

符号の説明

１ フランジ付き中空軸、２ フランジ部、３ 軸部、４ 材料、７ プレス成形金型、８ ダイ、９ パンチ、１６ 基部、１７ 圧入部、１８ 顎部、１９ 空隙、２３ クラック

Claims (4)

1. プレス加工によってフランジ付き中空軸が成形されるフランジ付き中空軸の製造方法であって、プレス成形型のダイに、前記フランジ付き中空軸のフランジ部の外径寸法に適合された内径寸法の大径部と、前記フランジ付き中空軸の軸部の外径寸法に適合された内径寸法の小径部と、を環状の顎部を介して設けておいて、前記ダイの大径部に嵌合された柱状の材料がパンチの圧入部によって後方押出し加工されて有底筒状に成形される第１のステップと、該第１のステップによって成形された材料が前記パンチの圧入部によって底押しされて有底筒状に成形された材料の底部周縁に金属破壊によるクラックを生じさせる第２のステップと、該第２のステップによって生じさせたクラックを起端に前記パンチの圧入部によって材料の底部が打ち抜かれて有底筒状の材料が筒状に成形される第３のステップと、該第３のステップによって筒状に成形された材料が前記パンチの基部によって前方押出し加工されて、前記フランジ付き中空軸の軸部が成形されると共に該軸部の後端にフランジ部が成形される第４のステップと、の各ステップが、パンチが１ストロークされることで一連に実施されることを特徴とするフランジ付き中空軸の製造方法。
2. 前記第３のステップでは、後方押出し加工されて後方へ流動される材料が前記パンチの基部によって加圧される以前に、前記第２のステップによって有底筒状に成形された材料の底部が底押しされて打ち抜かれることを特徴とする請求項１に記載のフランジ付き中空軸の製造方法。
3. 上記請求項１又は２に記載のフランジ付き中空軸の製造方法に用いられてダイとパンチとによって構成されるフランジ付き中空軸成形用金型であって、前記ダイには、成形品としての前記フランジ付き中空軸のフランジ部の外径寸法に適合された内径寸法に形成されて柱状の材料が嵌合される大径部と、前記フランジ付き中空軸の軸部の外径寸法に適合された内径寸法に形成されて環状の顎部を介して前記大径部に接続される小径部と、が設けられて、前記パンチには、外周面が前記ダイの大径部に案内される基部と、前記フランジ付き中空軸の内径寸法に適合された外径寸法に形成される柱状の圧入部と、が設けられて、前記圧入部の前後方向の長さが、前記大径部に嵌合された材料が前記圧入部によって後方押出し加工される過程で該材料の底部が底押しされて打ち抜かれるように設定されて、前記パンチがストロークエンドに位置された状態で、前記フランジ付き中空軸のフランジ部が成形される成形部が形成されることを特徴とするフランジ付き中空軸成形用金型。
4. 前記圧入部によって有底筒状に成形された材料の底部が底押しされて打ち抜かれる時点で、材料と前記パンチの基部との間に空隙が確保されることを特徴とする請求項３に記載のフランジ付き中空軸成形用金型。
   
   

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