JP2007125599A - Ｖ型溝プレス成形方法およびその成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】 フランジ部下端に有底円筒を持つ成形品を冷間プレスでできるようにする。
【解決手段】 穴７が設けられたフランジ部２と、円形外周面にＶ型溝６を有する円柱部３とを備えた形状部材をプレス加工で成形する方法において、複数のダイセグメントで構成されると共にダイセグメントが組み合わされ密着集合されたとき、その外形表面がテーパ面で構成され、かつ、その内部にＶ型溝６を形成するための溝型を有するセグメントダイと、内部にセグメントダイのテーパ面外形と同じテーパ面が形成された型閉止ウェッジとを具備し、円柱部３とセグメントダイとが係合されたときセグメントダイとのＶ型溝６で形成される空隙に素材を流動せしめるプレスの閉塞すえ込み加工の工程とを備えて構成される。
【選択図】 図９

Description

本発明は、Ｖ型溝プレス成形方法、特に素材を原材料にして、素材の量（マス、即ち体積）を変えることなしに、円周面にＶ型溝を有する円柱或いは円筒状の形状物を成形し、目的とする所期形状の成形品をプレス加工でなし遂げられる冷間鍛造のＶ型溝プレス成形方法およびその成形品に関するものである。

従来、冷間鍛造で例えば、１台のプレス内で多工程を同時加工して自動車部品などが製造されているが、極めて高精度が要求される部品においては、スライド全体に均一的に荷重がかかる状態でプレス成形できる部品は少なく、金型に不平衡な荷重がかかる部品を製造することになる場合が多い。不平衡な荷重がかかっても常に金型が正しく水平を維持しつつプレスする技術の開発が望まれていた。

しかしながら、冷間鍛造でプレス加工する場合に、スライドが下金型に対して不平行に降下することになり、極めて精度の高い部品を冷間鍛造で、１台のプレス内で多工程を同時加工してプレス加工されることはできないのが現状であった。

これに対し熱間鍛造で高精度が要求される部品を製造する場合、低温から高温に温度変化する際のそして高温から低温に温度変化する際の、金型とその成形品のそれぞれに基づく原因により高精度の部品を製造することができないでいた。すなわち、温度変化に対して金型が膨脹・収縮すること、金型のプレス面に酸化膜が発生すること、成形品の形状が均一でないときにはその材料が多い所と少ない所とでは熱収縮が均一とはならずアンバランス状態が発生し、高精度部品を製造することが困難であった。

この様に極めて精度の高い部品が要請される場合には、従来切削加工されていた。ところが近年、精密な精度を有する高精度のプレス成形方法が開発され、従来切削加工で処理されていた部品が製造可能とされるようになってきた。

高精度なプレスを可能としたプレス装置として、上金型に大きな荷重がかかったとき上金型を上下動させるスライドが不平行となるのを防止するため、スライドの傾きを制御するための複数の電動モータと、上金型を上下動させるスライドを摺動させる複数の摺動柱毎に位置センサとを設けておき、各位置センサの位置情報を基に複数の電動モータを駆動制御し、金型を上下動させるスライドを下金型に対して常に平行となるような移動制御を行わせる電動プレス装置を本出願人はすでに提案している（特許文献１〜特許文献７参照）。なお、特許文献７には、局部的に発生する負荷の部分をプレスするに当たって、予め当該負荷が発生することを考慮して当該負荷の部分で押圧力を一時的に大にするように制御している。
特開２００２−２６３９００号公報 特開２００３−１２６９９８号公報 特開２００４−１４１９０２号公報 特開２００４−１４１９４２号公報 ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００９７２４ ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１２４６９ 特願２００４−２６１７４４

特に、素材を原材料にして円周面にＶ型溝を有する円柱状や円筒状形状物（以下代表して「円筒状形状物」という）を高精度で形成する場合、プレス加工で円周面にＶ型溝など溝を成形する際、プレスによって押し出され移動するマスがその押し出される方向の一方向に流れるため、当該Ｖ型溝全体にまでマスが流されず、成形が困難とされてきた。

低コスト大量生産を要求される近年にあって、切削加工で円筒状形状物にＶ型溝などの溝加工をしていたのでは、高精度の製品を製造することはできるが、その生産性、コストなどの面で時代の要請に適合した加工方法とは言えなくなってきた。そこで製品精度が高く生産製に優れた、円周面にＶ型溝を有する円筒状形状物を高精度で、しかも高速で形成するプレス成形法が強く望まれている。

また、形状によっては溶接という手段も考えられるが、使用上の観点から、例えば強度の点などから一体成形されたものでなければ信頼性が得られないなどの理由からも、高速で形成するプレス成形法が強く望まれている。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、素材を原材料にして、素材の量を変えることなしに、円周面にＶ型溝を有する円筒状形状物を高精度で成形し目的とする形状の成形品をプレスでなし遂げられる冷間鍛造のプレス成形方法およびその成形品を提供することを目的としている。

そのため本発明に係るＶ型溝プレス成形方法は、素材を原材料にして、中央部に第１の穴が設けられたフランジ部と、フランジ部の下端に第１の穴に連続した形態の連通穴が設けられると共に、円形外周面にＶ型溝を有する円筒形状部とを備えた形状部材をプレス加工で成形するＶ型溝プレス成形方法において、
素材を原材料にしてフランジ部と円筒形状部とを形成する第１の工程と、
複数に分割された形状のダイセグメントで構成されると共に当該複数のダイセグメントが組み合わされ密着集合されたとき、その外形表面がテーパ面で構成され、かつ、その内部に前記円筒形状部の直径と同等の内径を有すると共にＶ型溝を形成するための溝型を有するセグメントダイと、内部にセグメントダイのテーパ面外形と同じテーパ面が形成された型閉止ウェッジとを具備し、前記円筒形状部とセグメントダイとが係合されたときセグメントダイとのＶ型溝で形成される空隙に素材を流動せしめるプレスの閉塞すえ込み加工により、第１の工程で形成された円筒形状部の円形外周面にＶ型溝を形成する第２の工程と を備え、冷間鍛造のプレス加工で円筒形状部にＶ型溝を形成するようにしたことを特徴としている。

そして、前記フランジ部は、フランジ部の一部がＶ型溝の片方の土手を形成している。
また、前記複数のダイセグメントで構成されるセグメントダイは、その外形形状が錐台状であり、内部がセグメントダイの外形形状の同じテーパの錐台状に形成された型閉止ウェッジによってセグメントダイの外形を覆うように構成されており、セグメントダイを構成するセグメントダイの自由度が型閉止ウェッジによって拘束されるようになっている。

前記円筒形状部は、その先端部に第２の穴を有する有底円筒部が冷間鍛造のプレス加工で形成されるようになっていてもよい。

そして、前記素材として、鋼を含む鉄、チタン合金、コバルト合金、ベリリウム合金、青銅を含む銅合金、アルミニウム合金の金属が用いられる。

そして、本発明に係る円形外周面にＶ型溝が形成された成形品は、中央部に第１の穴が設けられたフランジ部と、
フランジ部の下端に第１の穴に連続した形態の連通穴が設けられると共に、円形外周面に少なくとも１以上のＶ型溝が形成されてなる円筒形状部と
を備えた形状部材を、素材を原材料にして当該原材料のマス（量）の増減なしに冷間鍛造のプレス加工で成形されてなることを特徴としている。

素材を原材料にして、素材の量を変えることなしに、円周面にＶ型溝を有する円筒状形状物を冷間鍛造のプレス加工で、しかも溶接などすることなく一体成形で製造できるようにしたので、目的とする形状で、強度を要する成形品を高精度、高信頼性で応えられることができ、しかも不良品を製造することなく製造することができる。またプレスだけで最終成形品を生産でき、連続的な生産工程が構築できるので生産効率が向上する。

またフランジ部の下端に円筒状を形成するなど形状が共通する部分を有する場合は、その生産の金型が共通に使用することができるようになり、生産コストの低減が図れる。

図１ないし図９は本発明に係るＶ型溝プレス成形方法の一実施例成形説明図をそれぞれ示しており、それぞれ冷間で成形される成形品の様子が断面で示されている。

以降図面を参照しながら図９に図示の目的とする所期形状の成形品を製作する一実施例製作工程を図１から順次説明する。

図１では、板状素材から直径Ｄで厚さＨ₀ （例えば直径２５ｍｍで厚さ６ｍｍ程度のブロック）の素材１がブランク抜き工程で打ち抜かれて製作される。

図１の状態から図２の状態に至る第１工程の間に、リング状一体型のダイ（下型）、パンチ（上型）、成形品をダイ内から排除するノックアウトピン（下型）を用いて、図２に示された形状の、外径Ｄ（図１の素材１の直径Ｄと同じ）、小径部外径ｄ（Ｄ＞ｄ）のフランジ部２及びフランジ部２の上端面から長さｈ₁ （ｈ₁ ＞Ｈ₀ ）でフランジ部２の小径部外径ｄと同じ外径ｄを有する円柱部３を成形する前方押出し成形（加工）がなされる。すなわち第１成形が行われ、直径Ｄで厚さＨ₀ の素材１が成形品Ｍ１となる。

なお、フランジ部２に形成されているテーパ部は後に移動すべきマスが流動しやすいように、また将来Ｖ型溝が成形されるときのＶ型溝の片方の土手となることを見込んで形成される形状のものである。

この第１成形において、図１図示の素材１の素材体積と成形後の図２図示の成形品Ｍ１の体積とは同等である。以降に記述する各成形工程においても、その成形前後の体積は同等であり、素材の流動があっても常に体積一定の法則が成立している。

図２の状態から図３の状態に至る第２工程の間に、ダイ（下型）、パンチ（上型）、ノックアウトピン（上型）を用いて、図３に示された形状の、内径ｄ_i で深さｈ_i の穴４が、フランジ部２から円柱部３にかけて第２工程の後方押出し成形（加工）によって設けられる。この第２工程でのこのときのパンチによって排除される穴４の容積に相当するマスが円柱部３に移動し、外径ｄを保持しながら当該円柱部３の底面からフランジ部２の上端面までの長さｈ₂ （ｈ₂ ＞ｈ₁ ）へと伸長され、図３図示の成形品Ｍ２となる。

図３の状態から図４の状態に至る間の第３工程によって、図３に示された成形品Ｍ２が上下逆さまに反転させられる。

図４の状態から図５の状態に至る第４工程の間に、後ほど詳細に説明の図１０に図示された複数均等に分割されたダイセグメント５１で構成のセグメントダイ５０、そしてマンドレル５３（図１１）、上パンチ５４（図１３）、ノックアウトピンなどでの閉塞すえ込み型により、図５に示された形状の、円柱部３の上端面からフランジ部２の底面までの長さをｈ₃ （ｈ₃ ＜ｈ₂ ）に短化しつつ、溝山押出し成形し、円柱部３に溝山５とＶ型溝６とが形成される。つまり、素材１を原材料にして、フランジ部２と、穴４が形成された円筒形状部、すなわち円柱部３の外周面に１個のＶ型溝６を有する円筒形状部とを備えた形状部材の図５図示の成形品Ｍ３が成形される。

このときの溝山５とＶ型溝６との成形については、後の図１０ないし図１６で詳しく説明するので、ここでの説明はこの程度で留め置く。

図５の状態から図６の状態に至る間の第５工程により、図５に示された成形品Ｍ３が上下逆さまに反転させられ図２に示された元の姿勢に戻される。

図６の状態から図７の状態に至る第６工程の間に、ダイ（下型）、パンチ、ノックアウト（上型）、ノックアウトピン（下型）を用いて、図７に示された形状の、図３で説明された内径ｄ_i で深さｈ_i の穴４が外径ｄ_i のパンチで深さｈ_l （ｈ_l ＞ｈ_i ）まで前方押出し加工されて穴７が形成される。

このときのパンチによって排除される穴７の容積変化分、すなわち内径ｄ_i で深さの変化分（＝ｈ_l −ｈ_i ）に相当するマス（量）を、外径ｄの円柱部３を単に伸長させるのではなく、後に説明する有底円筒部１２（図９参照）を形成するに足るマス（量）を確保する下準備として、そして次の第７工程（図７の状態から図８の状態）で円柱部３に穴９を成形する際に、将来円筒形、すなわち有底円筒部１２（図９参照）を形成するための素材（マス）となるべき円柱突起８が円柱部３からちぎれることなく形成されるべく、円柱部３の先端に素材を移動させ、外径がｄ₂ （ｄ₂ ≒ｄ_i ）で長さがｈ₄ の円柱突起８を形成するという肉寄せの第６工程が行われる。つまりこの第４成形によって成形品Ｍ４となる。

図７の状態から図８の状態に至る第７工程の間に、図８の成形品Ｍ５となるように、図７に示された穴７の先端部に内径ｄ₃ （ｄ₃ ＜ｄ_i ）で深さｈ₆ の穴９を形成する前方押出し加工が行われる。当該穴９の先端が円柱突起８の付根の位置Ｐより穴９が深く（図８のΔＰ）形成される。これによって、前記第６工程による肉寄せのため、丸印Ａが付けられた円柱部３の付け根部分のかどの肉厚は、穴９が形成される際に発生の引張り力に耐えるに足る厚さが確保されており、当該第７工程で、すなわち第５成形でこのかどの部分に引張り力が働いても円柱突起８には、円柱部３からちぎれることなく、深さｈ₆ の穴９が成形される（この部分に関して更に詳細に記述したものを、特許出願人らは特願２００５−３７５５２として特許出願している）。このとき穴９の先端から円柱突起８の底面までの厚さはｔ₁ （ｔ₁ ＜ｈ₄ ）である。

図８の状態から図９の状態に至る第８工程の間に、内径ｄ₃ の穴９の深さｈ₆ をさらに深く所定深さｈ₇ （ｈ₇ ＞ｈ₆ ）にすべく、パンチ径ｄ₃ の所より外径ｄ₂ の円柱突起８に対して前方押出し加工を行い、外径ｄ₂ 、内径ｄ₃ で底厚ｔ₂ （ｔ₂ ＜ｔ₁ ）、長さｈ₈ の所定寸法を有する有底円筒部１２を形成する。つまりこの第６成形によって目的とする所期形状の成形品Ｍ６ができあがる。

このとき図９で示された成形品Ｍ６の全体の体積のマスは、図１の素材１の体積のマスと同等であることは言うまでもない。

ここで図１０ないし図１６を用いて、図５図示の成形品Ｍ３を成形する上記第４工程について、詳細に説明する。

図１０は閉塞すえ込み型の主要部の平面概念図を示しており、当該閉塞すえ込み型は、図５に示された溝山５、Ｖ型溝６を円柱部３の外周面に形成するための溝型を内面に有するセグメント５１と、当該分割された複数のダイセグメント５１がその分割面を組み合わされ密着集合させられて構成されるところのセグメントダイ５０と、当該セグメントダイ５０の外周面を堅固に覆う型閉止ウェッジ５２との主要部治具を有して構成されている。

当該セグメントダイ５０は、複数個、この図１０では均等に８分割された分割ダイ、すなわちダイセグメント５１で構成されており、８分割されたダイセグメント５１の各分割面は密着されるような面構成となっている。この８個のダイセグメント５１を組み合わせる、すなわち集合させることにより、あたかもその内部に穴が形成され、かつ当該穴の内周面に、例えば図５に示された成形品Ｍ３の溝山５を１個円柱部３に形成するための溝型を構成する構造となっている。

集合された８個のダイセグメント５１の外形は、テーパ状を有し、その密着時に上方が小径になるような円錐台形状（図示の場合）となっている。

一方、型閉止ウェッジ５２は、その内部が、８個のダイセグメント５１の各分割面を更に堅固に密着するように集合させるべく、集合した８個のダイセグメント５１の外周面のテーパ状と同一形状、すなわち前記円錐台形状を備え、前記セグメントダイ５０の円錐台形状と密着嵌合するような構造を有しており、前記成形品Ｍ３の円柱部３に溝山５、Ｖ型溝６を形成す時点で発生のダイセグメント５１の離反拡張を防止する機能を有している。

なお、個々のダイセグメント５１における外周面は図１０において円弧状になっているものとして示されているが、図示点線のように直線で結ばれる形状であってもよい。この場合には言うまでもなく、型閉止ウェッジ５２の内側の面が当該点線に対応する形状となるようにされる。

そして、図１１ないし図１６で図示されている治具のマンドレル５３、上パンチ５４についてここで説明しておくと、マンドレル５３は第３工程で反転された成形品Ｍ２の穴４に入り、当該マンドレル５３の型軸心と成形品Ｍ２の軸心とを一致させると共に、すえ込み時の穴４の変形を防止する。また上パンチ５４は、そのパンチ外径ｄ（図５に示すｄに等しい）が、密着するように集合した８個のダイセグメント５１の内径よりわずかに細く造られており、密着するように集合した８個のダイセグメント５１によって形成される穴に挿入された成形品Ｍ２の円柱部３を、図１４において実線図示の如く下方に加圧する。

図４の状態から図５の状態に至る第３工程で成形品Ｍ２の円柱部３に、図５図示の如く溝山５、Ｖ型溝６を成形するセグメントダイ５０、すなわちダイセグメント５１と型閉止ウェッジ５２の動作を、マンドレル５３、上パンチ５４、ノックアウトピンの各治具と共に、図１１の型開き、成形品Ｍ２挿入前の状況説明図、図１２の型開き、成形品Ｍ２がマンドレルに被せるように挿入されたときの状況説明図、図１３の型閉じ、成形空間（空隙）発生のその構成説明図、図１４のパンチ加圧による素材の成形空間への流動説明図、図１５の型開き時の各治具の移動方向説明図、図１６の成形された成形品Ｍ３の取出し説明図を用いて、当該図１１ないし図１６を参照しながら、次に説明する。

（１） セグメントダイ５０の各セグメントダイ５１は、図示されていない手段、例えば油圧シリンダなどの駆動機構によって、その軸心Ｚ（図１１参照）に近づいたり離反するように図示の水平面内、すなわち紙面軸心Ｚの垂直方向に自在に移動できるように構成されており、ダイセグメント５１が軸心Ｚに接近すると、各ダイセグメント５１の分割面がそれぞれ隣のダイセグメント５１の分割面に密着する。

（２） 各ダイセグメント５１が密着して形成されるセグメントダイ５０の外径は、図１０に示す実線の形状の場合には真円テーパ状となる、すなわち円形の錐台を形成する。

（３） 当該ダイセグメント５１の軸心Ｚへの接近または離反する動作時には、型閉止ウェッジ５２は、ダイセグメント５１の上方に退行している。

（４） 各ダイセグメント５１が軸心Ｚに接近し、前記（３）項の状態になった時、上方に退行していた型閉止ウェッジ５２が下降し、８個のダイセグメント５１が集合し、密着されて形成されるセグメントダイ５０の外テーパ面、すなわち円形の錐台傾斜面と、型閉止ウェッジ５２の内部に設けられている内テーパ面、すなわち予め型閉止ウェッジ５２の内部に設けられている円形の錐台傾斜面と同一形状の傾斜面とが接触する。この型閉止ウェッジ５２の昇降も油圧シリンダなどの駆動機構で行われるようになっている。

（５） セグメントダイ５０の外テーパ面と型閉止ウェッジ５２の内テーパ面との接触後、さらに型閉止ウェッジ５２が油圧シリンダなどの駆動機構により下方に加圧されると、くさび効果によって８個のダイセグメント５１の集合によって形成されているセグメントダイ５０は強力な力でその密着面が高められる。すなわち型閉止ウェッジ５２は一種の「タガ」としての機能を発揮するようになる。

（６） セグメントダイ５０が内側の成形品Ｍ２の成形による大きな拡張力を受けても、型閉止ウェッジ５２のセグメントダイ５０を閉塞力に負けないよう型閉止ウェッジ５２を下方に押し続ける。

（７）そしてセグメントダイ５０による図３図示の円柱部３に図５図示の溝山５、Ｖ型溝６を形成する成形動作が開始される。その成形動作はつぎのとおりである。
（７−１） 型閉止ウェッジ５２が上方に退行（図１１）。
（７−２） ８個のダイセグメント５１がその最外方へ各々離反（図１１）。
（７−３） 上パンチ５４も上方で待機。
（７−４） マンドレル５３は型内正規位置にて待機（図１１）。
（７−５） 第２工程で成形された成形品Ｍ２をマンドレル５３に被せ、マンドレル５３の上端と成形品Ｍ２の穴４の穴底面とを当接するように挿入する（図１２）。
（７−６） ８個の各ダイセグメント５１はその軸心Ｚに向かって図示されていない駆動装置によって接近させられ、各ダイセグメント５１の分割面がそれぞれ接触、密着して停止。
（７−７） 密着して一体化された８個のダイセグメント５１の中径の一部によって、成形品Ｍ２の円柱部３円周面の所定位置に連続したＶ型溝６が形成される。
（７−８） 図示の場合について言えば、成形品Ｍ２の円柱部３の外径と８個のダイセグメント５１によって形成のセグメントダイ５０の内径は、ほぼ一致して造られており、当該円柱部３の外径とＶ型溝６とで、いわゆるダイキャビティとよばれる空隙５６を形成する（図１３）。
（７−９） 上方から型閉止ウェッジ５２が降下し、セグメントダイ５０の外周テーパと型閉止ウェッジ５２に設けられた内周テーパとが当接する（図１３）。
（７−１０） さらに、型閉止ウェッジ５２を下方に加圧し、当該内、外周テーパのテーパ角を利用して各ダイセグメント５１の密着力が高められる。
（７−１１） 前項（７−１０）のようにして、セグメントダイ５０の一体化が強化された後に、上パンチ５４を降下させ、成形品Ｍ２の円柱部３の外径部の表面から、図１３において下方に加圧する（図１４）。
（７−１２） 前項（７−１１）の加圧力によって、成形品Ｍ２の円柱部３の外径部はすえ込み加工が行われ、押された材料である鋼は、ダイセグメント５１が形成するＶ型溝内に流動移動する（図１４）。
（７−１３） 前項（７−１２）の流動移動によって、Ｖ型溝の空隙体積、すなわち図１３図示の空隙５６が減少し、その内部の空気が圧縮されて高圧となる。
この高圧空気によって、材料の流入に抵抗がかかり、空隙全体への材料流入が妨げられ、正しいＶ型溝形状に素材を成形できない。この現象の発生を防止するために、ダイセグメント５１のＶ型溝の一部に空気逃げの微小穴（図示省略）が設けられている。
（７−１４） 上パンチ５４が上昇してから、型閉止ウェッジ５２も除圧後、上方へ退行する。
（７−１５） セグメントダイ５０を形成している８個の各ダイセグメント５１が、その軸心Ｚから離れるように退行する（図１５）。
（７−１６） 型閉止ウェッジ５２から開放された成形品Ｍ３を取り出す。当該成形品Ｍ３の円柱部３には、溝山５とＶ型溝６とが形成されている（図１６）。

なお、図１１ないし図１６において、成形品Ｍ２のフランジ部２に形成されている傾斜部Ｓ（図１１参照）は前述の如くＶ型溝６を構成する片方の土手として予め形成されているので、８個の各ダイセグメント５１には、当該Ｖ型溝６を構成する片方の土手に対応した形状が予め設けられている。

素材１として、鋼（はがね）を対象として記述してきたが、鋼に限られるものではなく、例えば鉄、青銅、チタン合金、コバルト合金などの硬質の金属、アルミニウム合金、銅などの軟質の金属をも素材１１として用いられ、高精度で成形することができる。
以上がＶ型溝１段の形成方法である。次にＶ型溝２段の形成方法について説明する。

図１７ないし図２６は本発明に係るＶ型溝プレス成形方法の他の実施例成形説明図を示しており、それぞれ冷間で成形される成形品の様子が断面で示されている。

以降図面を参照しながら図２６に図示の目的とする所期形状の成形品を製作する一実施例製作工程を図１７から順次説明するが、図１７ないし図２６において、前記図１ないし図１６と同じ符号のものは、同じ符号が付されている。

図１７は図１と対応し、図１７では、板状素材から直径Ｄで厚さＨ₁₀（Ｈ₁₀＞Ｈ₀ （図１参照））の素材１１がブランク抜き工程で打ち抜かれて製作される。

ここで素材１１の厚さＨ₁₀が図１図示の素材１の厚さＨ₀ より厚くされているこの増加体積分ΔＶの素材１１のマス（量）は、図９の円柱部３に更にＶ型溝６を形成するための、図２６の（ΔＶ）で示された溝山部分の体積分のマス（量）と同等であり、当該図１７の増加体積分ΔＶの素材のマスが図２６の（ΔＶ）で示された溝山部分に流動すると概念的にとらえることができる。そして図１７図示の素材１１の体積から当該増加体積分ΔＶを引いた残りの体積Ｖは、図１図示の素材１の直径Ｄで厚さＨ₀ の体積と等しいので、図２６に示された目的とする所期形状の成形品Ｍ１７のうち、（ΔＶ）で示された溝山部分を除いた形状は、図９図示の目的とする所期形状の成形品Ｍ６と全く同じ形状に成形されることを示唆していると考えてよい。つまり、目的とする所期形状の成形品Ｍ１７が図示された図２６において、図９の円柱部３にＶ型溝６を２段形成し、その他の形状は全く同じものを造るには、図１の直径Ｄで厚さＨ₀ の素材１の寸法では当該（ΔＶ）で示された溝山部分のマスが不足するので、このマスの不足分を確保するため図１７の素材１１の厚さが予めＨ₁₀（Ｈ₁₀＞Ｈ₀ ）とされているのである。

図１７の状態から図１８の状態に至る第１工程の間に、リング状一体型のダイ（下型）、パンチ（上型）、成形品をダイ内から排除するノックアウトピン（下型）を用いて、図１８に示された形状の、外径Ｄ（図１７の素材１１の直径と同じ）、小径部外径ｄ（Ｄ＞ｄ）のフランジ部２及びフランジ部２の上端面から長さｈ₁₁（ｈ₁ ＜ｈ₁₁）でフランジ部２の小径部外径ｄと同じ外径ｄを有する円柱部１３を形成する前方押出し成形（加工）がなされる。すなわち第１成形が行われ、直径Ｄで厚さＨ₁₀の素材１１が成形品Ｍ１１となる。

なお、フランジ部２に形成されているテーパ部は後に移動すべきマスが流動しやすいように、また将来Ｖ型溝が成形されるときのＶ型溝の片方の土手となることを見込んで形成される形状のものである。

この第１成形において、図１７図示の素材１１の素材体積と図１８図示の成形品Ｍ１１の成形後の体積とは同等である。以降に記述する各成形工程においても、その成形前後の体積は同等であり、素材の流動があっても常に体積一定の法則が成立している。

図１８の状態から図１９の状態に至る第２工程の間に、ダイ（下型）、パンチ（上型）、ノックアウトピン（上型）を用いて、図１９に示された形状の、内径ｄ_i で深さｈ_i の穴４が、フランジ部２から円柱部１３にかけて第２工程の後方押出し成形（加工）によって設けられる。この第２工程でのこのときのパンチによって排除される穴４の容積に相当するマスが円柱部１３に移動し、外径ｄを保持しながら当該円柱部１３の底面からフランジ部２の上端面までの長さｈ₁₂（ｈ₁₂＞ｈ₁₁ ）へと伸長され、図１９図示の成形品Ｍ１２となる。

図１９の状態から図２０の状態に至る間の第３工程によって、図１９に示された成形品Ｍ１２が上下逆さまに反転させられる。

図２０の状態から図２１の状態に至る第４工程の間に、前述の図１０などで詳細に説明した複数均等に分割されたダイセグメント５１で構成のセグメントダイ５０、そしてマンドレル５３、上パンチ５４、ノックアウトピンなどでの閉塞すえ込み型により、図２１に示された形状の、円柱部１３の上端面からフランジ部２の底面までの長さがｈ₁₃（ｈ₁₃＜ｈ₁₂）に短化しつつ、溝山押出し成形し、円柱部１３に溝山５とＶ型溝６とが形成される。つまり、素材１１を原材料にして、フランジ部２と、穴４が形成された円筒形状部、すなわち円柱部１３の外周面に１個のＶ型溝６を有する円筒形状部とを備えた形状部材の図２１図示の成形品Ｍ１３が成形される。

このときの溝山５とＶ型溝６との成形については、前述のとおりであるので、詳しく説明するのは省略しているが、図２１の成形品Ｍ１３に第２の溝山１５とＶ型溝６とを形成するために、図１６に実線で示されている中径と同様の点線で図示された部分の中径が、８個の各ダイセグメント５１に設けられている。

図２１の状態から図２２の状態に至る第５工程の間に、前述の図２０の状態から図２１の状態に至る第４工程と同様に、図１０などで詳細に説明した複数均等に分割された８個のダイセグメント５１で構成のセグメントダイ５０、そしてマンドレル５３、上パンチ５４、ノックアウトピン５５などでの閉塞すえ込み型により、図２２に示された形状の、円柱部１３の上端面からフランジ部２の底面までの長さがｈ₁₄（ｈ₁₄＜ｈ₁₃）に短化しつつ、溝山押出し成形し、円柱部１３に２番目の溝山１５とＶ型溝６とが形成される。この時２番目の溝山１５の外形は、フランジ部２の外形と同じＤに成形される。

つまり、素材１１を原材料にして、フランジ部２と、穴４が形成された円筒形状部、すなわち円柱部１３の外周面に２個のＶ型溝６を有する円筒形状部とを備えた形状部材の図２２図示の成形品Ｍ１４が成形される。

図２２の状態から図２３の状態に至る間の第６工程により、図２２に示された成形品Ｍ１４が上下逆さまに反転させられ図１８に示された元の姿勢に戻される。

図２３の状態から図２４の状態に至る第７工程の間に、ダイ（下型）、パンチ、ノックアウト（上型）、ノックアウトピン（下型）を用いて、図２４に示された形状の、図１９で説明された内径ｄ_i で深さｈ_i の穴４が外径ｄ_i のパンチで深さｈ_l （ｈ_l ＞ｈ_i ）まで前方押出し加工されて穴７が形成される。

このときのパンチによって排除される穴７の容積変化分、すなわち内径ｄ_i で深さの変化分（＝ｈ_l −ｈ_i ）に相当するマス（量）を、外径ｄの円柱部１３を単に伸長させるのではなく、後に説明する有底円筒部１２（図２６参照）を形成するに足るマス（量）を確保する下準備として、そして次の第８工程（図２４の状態から図２５の状態）で円柱部１３に穴９を成形する際に、将来円筒形、すなわち有底円筒部１２（図２６参照）を形成するための素材（マス）となるべき円柱突起８が円柱部１３からちぎれることなく形成されるべく、円柱部１３の先端に素材を移動させ、外径がｄ₂ （ｄ₂ ≒ｄ_i ）で長さがｈ₄ の円柱突起８を形成するという肉寄せの第７工程が行われる。つまりこの第５成形によって成形品Ｍ１５となる。

図２４の状態から図２５の状態に至る第８工程の間に、図２５の成形品Ｍ１６となるように、図２４に示された穴７の先端部に内径ｄ₃ （ｄ₃ ＜ｄ_i ）で深さｈ₆ の穴９を形成する前方押出し加工が行われる。当該穴９の先端が円柱突起８の付根の位置Ｐより穴９が深く（図２５のΔＰ）形成される。これによって、前記第７工程による肉寄せのため丸印Ａが付けられた円柱部１３の付け根部分のかどの肉厚は、穴９が形成される際に発生の引張り力に耐えるに足る厚さが確保されており、当該第８工程で、すなわち第６成形でこのかどの部分に引張り力が働いても円柱突起８には、円柱部１３からちぎれることなく、深さｈ₆ の穴９が成形される（この部分に関して更に詳細に記述したものを、特許出願人らは特願２００５−３７５５２として特許出願している）。このとき穴９の先端から円柱突起８の底面までの厚さはｔ₁ （ｔ₁ ＜ｈ₄ ）である。

図２５の状態から図２６の状態に至る第９工程の間に、内径ｄ₃ の穴９の深さｈ₆ をさらに深く所定深さｈ₇ （ｈ₇ ＞ｈ₆ ）にすべく、パンチ径ｄ₃ の所より外径ｄ₂ の円柱突起８に対して前方押出し加工を行い、外径ｄ₂ 、内径ｄ₃ で底厚ｔ₂ （ｔ₂ ＜ｔ₁ ）、長さｈ₈ の所定寸法を有する有底円筒部１２を形成する。つまりこの第７成形によって目的とする所期形状の成形品Ｍ１７ができあがる。

このとき図２６で示された成形品Ｍ１７の全体の体積のマスは、図１７の素材１１の体積のマスと同等であることは言うまでもない。

素材１１として鋼を対象として記述してきたが、鋼に限られるものではなく、例えば鉄、青銅、チタン合金、コバルト合金などの硬質の金属、アルミニウム合金、銅などの軟質の金属をも素材１１として用いられ、高精度で作成することができる。

以上の説明ではフランジ部２の下には有底円筒部１２が形成されるもので説明してきたが、底のない円筒状のものも同様に成形でき、フランジ部２の下に底のない円筒状のものを形成する場合も本発明の範囲に含まれる。またフランジ部２の下にＶ型溝が形成される円筒形状物には円柱のほか中空の円筒をも含まれる。

そして本発明は、１台のプレス内で多工程を同時加工するシステムに適用されることは言うまでもない。

本発明に係る一実施例プレス成形方法のブランクで形成された一実施例素材の断面図である。 図１の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図２の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図３の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図４の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図５の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図６の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図７の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図８の次の工程でなされた最終成形品の断面図である。 閉塞すえ込み型の主要部の平面概念図である。 型開き、成形品Ｍ２挿入前の状況説明図である。 型開き、成形品Ｍ２がマンドレルに被せるように挿入されたときの状況説明図である。 型閉じ、成形空間（空隙）発生のその構成説明図である。 パンチ加圧による素材の成形空間への流動説明図である。 型開き時の各治具の移動方向説明図である。 成形された成形品Ｍ３の取出し説明図である。 本発明に係る他の実施例プレス成形方法のブランクで形成された一実施例素材の断面図である。 図１７の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図１８の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図１９の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図２０の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図２１の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図２２の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図２３の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図２４の次の工程でなされた成形品の断面図である。 図２５の次の工程でなされた最終成形品の断面図である。

符号の説明

１，１１ 素材
２ フランジ部
３，１３ 円柱部
４，７，９，１０ 穴
５，１５ 溝山
６ Ｖ型溝
８ 円柱突起
１２ 有底円筒部
５０ セグメントダイ
５１ ダイセグメント
５２ 型閉止ウェッジ
５３ マンドレル
５４ 上パンチ

Claims (6)

1. 素材を原材料にして、中央部に第１の穴が設けられたフランジ部と、フランジ部の下端に第１の穴に連続した形態の連通穴が設けられると共に、円形外周面にＶ型溝を有する円筒形状部とを備えた形状部材をプレス加工で成形するＶ型溝プレス成形方法において、
   素材を原材料にしてフランジ部と円筒形状部とを形成する第１の工程と、
   複数に分割された形状のダイセグメントで構成されると共に当該複数のダイセグメントが組み合わされ密着集合されたとき、その外形表面がテーパ面で構成され、かつ、その内部に前記円筒形状部の直径と同等の内径を有すると共にＶ型溝を形成するための溝型を有するセグメントダイと、内部にセグメントダイのテーパ面外形と同じテーパ面が形成された型閉止ウェッジとを具備し、前記円筒形状部とセグメントダイとが係合されたときセグメントダイとのＶ型溝で形成される空隙に素材を流動せしめるプレスの閉塞すえ込み加工により、第１の工程で形成された円筒形状部の円形外周面にＶ型溝を形成する第２の工程と を備え、冷間鍛造のプレス加工で円筒形状部にＶ型溝を形成するようにしたことを特徴とするＶ型溝プレス成形方法。
2. 前記フランジ部が、Ｖ型溝の片方の土手を形成していることを特徴とする請求項１に記載のＶ型溝プレス成形方法。
3. 前記複数のダイセグメントで構成されるセグメントダイは、その外形形状が錐台状であり、前記型閉止ウェッジは、その内部がセグメントダイの外形形状の錐台状と同じ傾斜面であることを特徴とする請求項１に記載のＶ型溝プレス成形方法。
4. 前記円筒形状部は、その先端部に第２の穴を有する有底円筒部が冷間鍛造のプレス加工で形成されることを特徴とする請求項１に記載のＶ型溝プレス成形方法。
5. 前記素材が、鋼を含む鉄、チタン合金、コバルト合金、ベリリウム合金、青銅を含む銅合金、アルミニウム合金を含む金属であることを特徴とする請求項１又は請求項４に記載のＶ型溝プレス成形方法。
6. 中央部に第１の穴が設けられたフランジ部と、
   フランジ部の下端に第１の穴に連続した形態の連通穴が設けられると共に、円形外周面に少なくとも１以上のＶ型溝が形成されてなる円筒形状部と
   を備えた形状部材を、素材を原材料にして当該原材料のマス（量）の増減なしに冷間鍛造のプレス加工で成形されてなることを特徴とする円形外周面にＶ型溝が形成された成形品。

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