JP2007000918A

JP2007000918A - 熱間鍛造成形方法

Info

Publication number: JP2007000918A
Application number: JP2005186640A
Authority: JP
Inventors: Yasuzumi Matsui; 康純松井
Original assignee: Musashi Seimitsu Industry Co Ltd
Current assignee: Musashi Seimitsu Industry Co Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】端面にバリ等が形成される円柱状の被加熱素材を軸方向に押圧し予備成形品を成形したとき、端面に圧着傷等が形成されるが、予備成形品に鍛造成形を行ったときに製品の機能を担う鍛造形成部に圧着傷等が形成されない成形方法を提供する。
【解決手段】軸方向に平行な端面２，３を有する円柱状の素材Ｗ０を加熱する加熱工程と、加熱された被加熱素材の少なくとも一方の端面を冷却した後、被加熱素材を軸方向に押圧して変形させ、被加熱素材より大径の予備成形品Ｗ３を成形する予備成形工程と、予備成形品に対し、少なくとも被加熱素材の端面外周より外側に鍛造成形を施し製品Ｗ４を成形する鍛造成形工程とを有することを特徴とする熱間鍛造成形方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱間鍛造で製品を成形する、鍛造成形方法に関する。

従来から、金属製の素材を加熱して鍛造成形を行う熱間鍛造成形が行われている。このように熱間鍛造にて成形される製品の一つとして傘歯車が挙げられる。この傘歯車の鍛造成形工程を説明する。まず、円柱状の素材Ｗ１００を加熱して被加熱素材Ｗ１０１（図１の（ア））とし、被加熱素材Ｗ１０１を軸方向に押圧して変形させ円盤状の予備成形品Ｗ１０３（図１の（ウ））を成形する。続いて、予備成形品Ｗ１０３に熱間鍛造成形を施して外周に予備歯１０９を有する中間成形品Ｗ１０４（図１の（エ））を成形する。次に中間成形品Ｗ１０４に打ち抜き加工を施して、中心軸に沿って貫通孔１１０が形成されたピアス成形品Ｗ１０５（図１の（オ））を成形し、最後にピアス成形品Ｗ１０５にサイジング加工を施して、歯１１８を所定形状に仕上げた傘歯車Ｗ１０６（図１の（カ））を成形していた。
特開平１０−９９９３７号

上記傘歯車Ｗ１０６においては、まず、線状の鋼材を所望の長さに切断して、円柱状の素材Ｗ１００を製造する。このとき、鋼材の一方を固定し他方を水平方向に移動させることによって切断（シャー切断）が行われるため、図６の（ア）に示す如く素材Ｗ１００の切断面である両端面１０２，１０３外周側に延出するバリ１０１が形成されることがあった。このようにバリ１０１が形成された素材Ｗ１００を軸方向に押圧すると、押さえ込まれたバリ１０１が素材Ｗ１００の端面１０２，１０３に圧着して、図６の（イ）に示す如く、圧着傷１０８が形成される。ここで加熱された被加熱素材Ｗ１０１は軸方向に押圧されると、両端面１０２，１０３が外周側に流動して拡大するため、圧着傷１０８も外周方向に移動し、予備成形品Ｗ１０３の両端面１０２，１０３外周近くに圧着傷１０８が形成されることになる。そのため、その後の鍛造成形工程で予備成形品Ｗ１０３の外側に鍛造成形が施されると、図６の（ウ）に示す如く、成形された中間成形品Ｗ１０４の予備歯１０９に圧着傷１０８が形成されるということがあった。この予備歯１０９は、傘歯車Ｗ１０６の製品としての機能を担い品質が求められる鍛造形成部である。

上記中間成形品Ｗ１０４の予備歯１０９はサイジング加工により仕上げ加工が行われる。しかしサイジング加工では圧着傷１０８は除去されず、歯１１８に圧着傷１０８が形成された状態で傘歯車Ｗ１０６が成形されてしまう。

解決しようとする問題点は、鍛造形成部を備える中間成形品を熱間鍛造により成形する際、円柱状の素材の端面にバリ等が形成されていると、素材を加熱した被加熱素材を軸方向に押圧して予備成形品を成形したときに圧着傷等が端面に形成されるとともに、端面が外周側に流動するため、端面の圧着傷等が鍛造形成部に形成された状態となり、所望する鍛造形成部が形成できない点である。

本発明の熱間鍛造成形方法は、軸方向に平行な端面を有する円柱状の素材を加熱する加熱工程と、加熱された被加熱素材の少なくとも一方の端面を冷却した後、被加熱素材を軸方向に押圧して変形させ、被加熱素材より大径の予備成形品を成形する予備成形工程と、予備成形品に対し、少なくとも被加熱素材の端面外周より外側に鍛造成形を施し製品を成形する鍛造成形工程とを有することを特徴とする。

本発明の熱間鍛造成形方法によれば、加熱された被加熱素材の少なくとも一方の軸方向端面を冷却するため、冷却された端面が他の部分と比較して硬化するので、被加熱素材が軸方向に押圧されて予備成形品が成形されるときに冷却された端面が外周方向へ流動する拡大量が少なくなるので、圧着傷等の外周側への移動が抑制できる。よって予備成形品における端面の外周側が製品としての機能を担い品質が要求される仕上げ部が形成される鍛造形成部であっても、圧着傷等の傷は鍛造形成部へ移動せず、機能上の問題や品質の低下等の不具合が生じることはないため、所望の鍛造形成部を形成することができる。

本発明の実施の形態を、図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図は本発明の実施例による傘歯車の鍛造成形方法の実施例を表すもので、図１は傘歯車を成形する工程を表す断面正面図、図２は素材、予備成形品及び中間成形品を説明する拡大図、図３は冷却装置による冷却工程を表す断面正面図、図４は予備成形装置による予備成形工程を表す部分断面正面図、図５は中間成形装置による中間成形品が成形される工程を表す部分断面正面図である。

本発明の実施例による製品の熱間鍛造成形方法について、図１乃至図５に基づいて説明する。

図１は、熱間鍛造により成形される製品の一例である傘歯車が鍛造成形される工程を表す。まず、線状の鋼材を所望の長さに切断して素材Ｗ０を成形した後、素材Ｗ０を加熱して円柱状の被加熱素材Ｗ１（図１の（ア））を成形する加熱工程と、被加熱素材Ｗ１の切断面である一方端面４を冷却して冷却素材Ｗ２（図１の（イ））を成形する冷却工程と、冷却素材Ｗ２を軸方向に押圧して変形させ被加熱素材Ｗ１より大径である円盤状の予備成形品Ｗ３（図１の（ウ））を成形する予備成形工程と、予備成形品Ｗ３に閉塞鍛造を施して外周に鍛造成形部である予備歯９を形成し、軸方向両端面に凹溝１２，１３が形成された中間成形品Ｗ４（図１の（エ））を成形する中間成形工程と、中間成形品Ｗ４の中心軸に沿って貫通孔１０が形成されたピアス成形品Ｗ５（図１の（オ））を成形するピアス工程と、ピアス成形品Ｗ５にサイジング加工を施して歯１８を所定形状に仕上げたサイジング加工品である傘歯車Ｗ６（図１の（カ））を成形するサイジング工程とよりなる。

上記傘歯車の鍛造成形工程を、装置と共に説明する。

まず傘歯車の素材Ｗ０について説明する。素材Ｗ０は図２の（ア）に示す如く、円柱状で軸方向に平行な端面２，３を有する。この素材Ｗ０は線状の鋼材を所望の長さに切断して製造される。ここで鋼材は、一方を固定し他方を水平方向に移動させることによって切断（シャーによる切断）が行われるため、切断面である両端面２，３に外周側に延出するバリ１が形成される。このように両端面２，３にバリ１が形成された素材Ｗ０を加熱し、被加熱素材Ｗ１を成形する。

次に上記被加熱素材Ｗ１の一方端面４を冷却する冷却工程について図３を基に説明する。図３に示されるのは冷却装置２１であって、下型２３と、下型２３に対して進退可能で、下型２３と対向し同軸上に配置される上型２２とを有する。上型２２は、下型側端部の内部に渦巻状の渦巻管２４が埋設され、この渦巻管２４には図示せぬ冷却水供給部と連結する第一水路２５と、図示せぬ冷却水排出部と連結する第二水路２６が連結している。渦巻管２４には第一水路２５から冷却水Ｍ１が流入し、流入した冷却水Ｍ１は渦巻管２４内を流動して第二水路２６から冷却水排出部へ流出する構造になっている。また、上型２２の内側における渦巻管２４より上側には凹状で中央に空間を有するスプリング配置部２７が形成され、スプリング配置部２７にはスプリング２８が配設されている。

この冷却装置２１による冷却工程を説明する。まず上型２２が下型２３の上方に離間した状態に配置され、下型２３に他方端面５を当接させた状態で被加熱素材Ｗ１を載置する。ついで上型２２が下型２３方向へ移動し、被加熱素材Ｗ１の一方端面４に当接する。このとき上型２２の下型側端面２９は、内部に埋設された渦巻管２４内を冷却水Ｍ１が流動しているので冷却されており、冷却された下型側端面２９に当接した被加熱素材Ｗ１の一方端面４は冷却され、硬化する。

続いて、一方端面４が冷却された冷却素材Ｗ２から予備成形品Ｗ３を成形する予備成形工程について図４を基に説明する。図に示されるのは予備成形装置３１であり、下型４２と、下型４２と同軸上に軸方向に対向した状態に配置され、軸方向に進退可能である上型３２とを備える。上型３２は、上ダイス３３が外周に配置されるホルダ３４を介して螺子３６によりハードプレート３５に連結されている。また下型４２は、下ダイス４３と、下ダイス４３を保持するアウタ４４と、アウタ４４と下ダイス４３との間に配置される高さ調整プレート４５とを備える。

上記予備成形装置３１で予備成形品Ｗ３を成形する成形工程について説明する。まず図４の左半部に示す如く冷却素材Ｗ２の他方端面６２を下ダイス４３に当接させた状態で、冷却素材Ｗ２を配置する。ついで上型２２が下型４２方向へ移動を開始し、上ダイス３３が冷却素材Ｗ２の一方端面６１に当接すると、更に上ダイス３３が冷却素材Ｗ２を押圧して、図４の右半部に示す如く冷却素材Ｗ２より大径の円盤形状に変形させ、予備成形品Ｗ３を成形する。このとき、冷却素材Ｗ２の両端面６１，６２に外周側に延びるバリ１が形成されているので、上ダイス３３に押圧されたバリ１が予備成形品Ｗ３の両端面６，７に圧着して圧着傷８が形成された状態で予備成形品Ｗ３が成形される。ここで軸方向に押圧された冷却素材Ｗ２は両端面６１，６２が外周側へ流動して拡大するが、一方端面６１は冷却されて硬化しているので、他方端面６２と比較してバリ１が外周側へ流動する拡大量が少ない。そのため、図２の（イ）に示す如く、予備成形品Ｗ３の他方端面７の圧着傷８は外周側に形成されるが、一方端面６の圧着傷８は他方端面７の圧着傷８と比較して軸心側に形成される。

続いて中間成形装置５１で中間成形を行う工程を説明する。図５に示されるのは中間成形装置５１であり、静金型５５と動金型５２とよりなる。静金型５５は静ダイス５６、ノックアウトリング５８及び静マンドレル５７を備え、動金型５２は動ダイス５３及び動マンドレル５４を備える。動金型５２の内周には、中間成形品Ｗ４の予備歯９を成形する粗歯型５９が形成されている。また、動金型５２は静金型５５に対して軸方向に進退可能である。

上記中間成形装置５１で中間成形品Ｗ４を成形する工程を説明する。まず左半部に示す如く静金型５５のノックアウトリング５８及び静マンドレル５７上に予備成形品Ｗ３を載置する。ついで動金型５２を静金型５５方向に移動させ、静金型５５及び動金型５２で予備成形品Ｗ３を閉塞した後、静マンドレル５７及び動マンドレル５４を予備成形品Ｗ３側に前進させ、右半部に示す如く外周に予備歯９を有する中間成形品Ｗ４を形成する。この中間成形品Ｗ４の予備歯９は、傘歯車の製品としての機能を担い、品質の要求される鍛造成形部である。

ここで、予備成形品Ｗ３の一方端面６に形成された圧着傷８は、予備成形品Ｗ３に鍛造加工により予備歯９を形成する部分よりも軸心側に形成されているので、図２の（ウ）に示される如く、圧着傷８は中間成形品Ｗ４の予備歯９に形成されない。また予備成形品Ｗ３の他方端面７に形成された圧着傷８は、最終的に製品としての機能を有さない部分に移動しており、一方端面６の圧着傷８と同様問題がない。

上記の如く形成された中間成形品Ｗ４は、中間成形品Ｗ４に形成される隔壁部１４を打ち抜いて、中心軸に沿って貫通孔１０が形成されたピアス成形品Ｗ５を成形した後、ピアス成形品Ｗ５にサイジング加工を施して所定形状の歯１８が形成されたサイジング加工品である傘歯車Ｗ６を成形する。

よって上記の如き熱間鍛造成形方法によれば、軸方向に平行な端面を有する円柱状の素材を加熱する加熱工程と、加熱された被加熱素材の少なくとも一方の端面を冷却した後、被加熱素材を軸方向に押圧して変形させ、被加熱素材より大径の予備成形品を成形する予備成形工程と、予備成形品に対し、少なくとも被加熱素材の端面外周より外側に鍛造成形を施し製品を成形する鍛造成形工程とを有するので、冷却された端面が他の部分と比較して硬化するため、被加熱素材が軸方向に押圧されて被加熱素材より大径の予備成形品が成形されるときに冷却された端面が外周方向へ流動する拡大量が少なくなるので、予備成形品の端面に圧着傷等の傷が形成されていても、圧着傷等の傷は予備成形品の端面の外周近くに移動することはない。よって予備成形品における端面外周側が、鍛造形成部であっても、圧着傷等の傷は鍛造形成部へ移動せず、不具合が生じることはない

尚、上記実施例では、予備成形品の一方端面のみが鍛造形成部に形成されるため、被加熱素材の一方端面のみを冷却して硬化したが、予備成形品の両端面が鍛造形成部に形成される構造であれば、被加熱素材の両端面を冷却して硬化させることは述べるまでもない。その場合は、冷却装置の下型にも冷却機能を設けることが考えられる。

また、上記実施例では、線状の鋼材を切断し円柱状の素材を成形するときに切断面の端面にバリが形成されたが、バリが形成される原因は、限定されるわけではない。例えば切断された円柱状素材を加熱する前にショットブラストを行う場合にも、素材のコーナー部にショット球が当たってバリが形成されることがある。また、素材を運搬中に端面のコーナー部に打痕が生じることもある。その他、予備成形品に傷が成形される要因は、記載した内容に限定されず、様々な要因が考えられる。

更に、上記実施例では、冷却装置における冷却機能として、渦巻状の渦巻管に冷却水を流動させる構造を示したが、冷却機能はこの構造に限定されるわけではなく、被加熱素材の冷却したい端面に直接冷却水を放射する、等種々の設計変更は可能である。

加えて、上記実施例では、鍛造成形品として傘歯車について説明したが、製品は傘歯車に限定されるわけではなく、製品としての機能を担い品質が要求される鍛造成形部を外周側に備える製品であれば全てが該当する。

本発明の実施例による傘歯車を成形する工程を表す断面正面図である。本発明の実施例による素材、予備成形品及び中間成形品を説明する拡大図を表し、（ア）は素材、（イ）は予備成形品、（ウ）は中間成形品を表す断面正面図である。本発明の実施例による被加熱素材の冷却装置を表し、冷却装置による冷却工程の状態を表す断面平面図である。本発明の実施例による冷却素材の予備成形装置を表し、予備成形装置による予備成形工程の状態を表す部分断面正面図である。本発明の実施例による予備成形品の中間成形装置を表し、中間成形装置にて中間成形品が形成される状態を表す部分断面正面図である。従来の素材、予備成形品及び中間成形品を説明する拡大図を表し、（ア）は素材、（イ）は予備成形品、（ウ）は中間成形品を表す断面正面図である。

符号の説明

２端面（素材）
３端面（素材）
４端面（被加熱素材）
Ｗ０素材
Ｗ１被加熱素材
Ｗ３予備成形品
Ｗ６製品

Claims

軸方向に平行な端面（２，３）を有する円柱状の素材（Ｗ０）を加熱する加熱工程と、加熱された前記被加熱素材（Ｗ１）の少なくとも一方の端面（４）を冷却した後、被加熱素材（Ｗ１）を軸方向に押圧して変形させ、前記被加熱素材（Ｗ１）より大径の予備成形品（Ｗ３）を成形する予備成形工程と、前記予備成形品（Ｗ３）に対し、少なくとも前記被加熱素材（Ｗ１）の端面（４，５）外周より外側に鍛造成形を施し製品（Ｗ６）を成形する鍛造成形工程とを有することを特徴とする熱間鍛造成形方法。