JP2008126231A

JP2008126231A - 鍛造加工装置および鍛造加工方法

Info

Publication number: JP2008126231A
Application number: JP2006309894A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Minegishi; 正弘嶺岸
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】歯面の加工精度が高い高精度の歯車を歩留まり良く鍛造加工し得るようにする。
【解決手段】軸方向に往復動自在に装着された可動台２５に取り付けられるダイス３３が下型２１に設けられるとともに、ダイス３３に噛み合うダイスリーブ４１が設けられている。下型２１に対して上下動自在となった上型２２には、ダイス３３を押し込み移動するパンチ５７が設けられるとともに、歯車素材Ｗの貫通孔に挿入されるガイド部６４と歯車素材Ｗを径方向に押し広げる拡径加工部６３とを有するマンドレル５８が上型２２に設けられている。マンドレル５８の拡径加工部６３が歯車素材Ｗを押し広げた後にマンドレル５８は戻され、パンチ５７によりダイス３３をダイスリーブ４１に摺動させながら押し込み移動することにより歯車素材Ｗは内径を縮小しつつ軸方向に押し潰されて歯車が成形される。
【選択図】図３

Description

本発明は平歯車やはすば歯車等の円筒歯車を鍛造加工するための鍛造加工装置および鍛造加工方法に関する。

中心部に貫通孔を有する円筒歯車には、歯筋が中心軸に平行となった平歯車や歯筋がつる巻き線であるはす歯歯車つまりヘリカル歯車がある。このような円筒歯車を鍛造加工するには、固定された下型とこれに対して上下動自在となった上型とを有する鍛造プレスが用いられており、中心部に貫通孔が形成された環状ないし円筒形状の歯車素材を軸方向に押し潰して歯車素材の外周に歯面を形成するようにしている。このような鍛造加工には、複数の加工工程により歯面の形状を加工する方法と、上型を下型に向けて押し付ける１工程で歯面の形状を加工する方法とがある。

１工程で歯面の形状を加工する場合には、特許文献１に記載されるように、上型や下型にピストンを組み込むようにしたり、特許文献２に記載されるように上型内に複数のピストンを組み込むようにした複動式の鍛造プレスと、特許文献３に記載されるように、複動機能を付加して１工程で歯面の形状を加工するようにした鍛造プレスとがある。
特開２００２−３０７１２６号公報特開平１１−１５６４７１号公報特開２００１−４７１７６号公報

複数の加工工程により歯面の形状を加工する場合には、歯車加工に時間がかかるだけでなく、半製品を工程相互間で搬送するために搬送時における不具合発生があるが、このような問題点は、上記公報に示すように、１工程で歯面の形状を加工すると回避することができる。従来の複動式の鍛造プレスや複動機能を持たせた鍛造プレスを用いた加工においては、環状や円筒形状の歯車素材を軸方向に押し潰すとともに径方向に押し広げることにより歯車素材を塑性変形させて外周部に歯面を成形するようにしているが、十分な塑性変形量を確保することができずに、材料の欠肉が生じて歯の両面では加工精度に差が発生することがあった。

特に、はす歯歯車においては歯の両面での加工誤差の発生が大きく、平歯車であっても、歯筋に沿って歯筋方向の中央部から端部に向けて歯厚を漸次減少させるようにしたクラウニングを加工する場合には、歯の両面での加工誤差の発生が大きかった。このため、従来の鍛造プレスを用いた歯車の加工においては、歯車製造の歩留まりを高めることができないという問題点があった。

本発明の目的は、歯面の加工精度が高い高精度の歯車を鍛造加工し得るようにすることにある。

本発明の他の目的は、鍛造加工による歯車の製造歩留まりを向上させることにある。

本発明の他の目的は、はす歯歯車を高精度に鍛造加工し得るようにすることにある。

本発明の他の目的は、クラウニング付歯形を有する歯車を高精度に鍛造加工し得るようにすることにある。

本発明の鍛造加工装置は、中心部に貫通孔が形成された歯車素材の外面に歯形を成形する鍛造加工装置であって、第１金型に軸方向に往復動自在に装着された可動台に取り付けられ、前記歯車素材に成形される各歯に対応した歯形成形歯が形成され前記歯車素材が挿入されるダイスと、前記第１金型に装着され、前記ダイスの軸方向移動時に前記歯形成形歯に噛み合って前記ダイスが摺動する噛み合い歯が設けられたダイスリーブと、前記第１金型に向けて軸方向に往復動自在に配置される第２金型に取り付けられ、前記第２金型が前記第１金型に向けて接近移動する際に前記ダイスを押し込み移動するパンチと、加工前の前記歯車素材の貫通孔に挿入されるガイド部と前記歯車素材を径方向に押し広げる拡径加工部とが設けられ、前記パンチに軸方向に往復動自在に組み込まれるマンドレルと、前記第２金型に設けられ、前記パンチが前記ダイスに接触するまで前記第２金型が前記第１金型に接近移動して前記拡径加工部が前記歯車素材を押し広げた後における前記第２金型の引き続く接近移動時に前記マンドレルを戻す方向に移動させるマンドレル戻し手段とを有し、前記マンドレルを戻しながら前記パンチにより前記ダイスを前記ダイスリーブに摺動させながら押し込み移動して前記歯車素材の内径を縮小しつつ軸方向に押し潰して歯車を成形することを特徴とする。

本発明の鍛造加工装置は、前記第２金型に軸方向に移動自在に装着され、前記第２金型の前記第１金型に対する接近移動時に前記第１金型により駆動される駆動ロッドと、前記第２金型に揺動自在に設けられ、前記駆動ロッドの移動を前記マンドレルの戻し移動に変換する揺動アームとにより前記マンドレル戻し手段を構成することを特徴とする。

本発明の鍛造加工装置は、前記ダイスリーブを前記第１金型に回動自在に装着し、前記ダイスが前記ダイスリーブと摺動するときに前記ダイスを回動させて前記歯車素材にはす歯の歯形を成形することを特徴とする。

本発明の鍛造加工装置は、前記第１金型に固定され前記ダイスを軸方向に往復動自在に案内するガイド部材に、前記ダイスのテーパ形状の外周面に接触するテーパ形状のガイド面を形成し、前記ダイスが前記パンチにより押し込み移動する際に前記ダイスの軸方向両端部を径方向および周方向に弾性収縮変形させ、前記歯車素材の各歯の歯面にクラウニングを成形することを特徴とする。

本発明の鍛造加工方法は、中心部に貫通孔が形成された歯車素材の外面に歯形を成形する鍛造加工方法であって、第１金型に軸方向に往復動自在に装着された可動台に取り付けられ、前記歯車素材に成形される各歯に対応した歯形成形歯が形成されたダイスと、前記第１金型に装着され、前記ダイスの軸方向移動時に前記歯形成形歯に噛み合って前記ダイスが摺動する噛み合い歯が設けられたダイスリーブとにより形成される歯車素材収容スペース内に前記歯車素材を挿入する素材セット工程と、前記第１金型に向けて軸方向に往復動自在に配置される第２金型に取り付けられ、前記第２金型が前記第１金型に向けて接近移動する際に前記ダイスを押し込み移動するパンチと、加工前の前記歯車素材の貫通孔に挿入されるガイド部および前記歯車素材を径方向に押し広げる拡径加工部が設けられ、前記パンチに軸方向に往復動自在に組み込まれるマンドレルとを前記第１金型に向けて接近移動させて前記マンドレルの前記拡径加工部により前記歯車素材を押し広げる押し広げ工程と、前記歯車素材を押し広げた後における前記第２金型の引き続く接近移動時に前記マンドレルを戻す方向に移動させながら前記パンチにより前記ダイスを前記ダイスリーブに摺動させながら押し込み移動して前記歯車素材の内径を縮小しつつ軸方向に押し潰す分流工程とを有することを特徴とする。

本発明の鍛造加工方法は、前記ダイスが前記ダイスリーブと摺動するときに前記ダイスを回動させて前記歯車素材にはす歯の歯形を成形することを特徴とする。

本発明の鍛造加工方法は、前記ダイスが前記パンチにより押し込み移動する際に前記ダイスの軸方向両端部を径方向および周方向に弾性収縮変形させ、前記歯車素材の各歯の歯面にクラウニングを成形することを特徴とする。

本発明によれば、歯形成形歯を有するダイスと歯形成形歯に噛み合う噛み合い歯を有するダイスリーブとにより形成されるスペースに円筒形状の歯車素材を挿入した状態のもとで、先端にガイド部が設けられその基端部側にガイド部よりも大径の拡径加工部が一体となったマンドレルを用いて拡径加工部により歯車素材を押し広げた後に、マンドレルを戻してダイスリーブとパンチとにより歯車素材を径方向内方と外方とに分流するようにしたので、歯面に欠肉の発生がない高品質の歯車を歩留まり良く製造することができる。

歯車としては、平歯車、はす歯歯車のいずれをも鍛造加工することができるとともに、これらの歯車の歯面にクラウニングを形成することもできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の鍛造加工装置により加工された歯車を示す斜視図であり、図２は本発明の一実施の形態である鍛造加工装置を示す断面図であり、図３は図２の要部を拡大して示す鍛造加工装置の断面図であり、図４は上型が下型に接触した状態における鍛造加工装置を示す断面図であり、図５はマンドレルが戻り移動している状態における鍛造加工装置を示す断面図であり、図６は歯車加工が完了した状態における鍛造加工装置を示す断面図であり、図７（Ａ）〜（Ｄ）は図３〜図６にそれぞれ示した７Ａ部〜７Ｄ部の拡大断面図である。

図１に示す歯車１０ははす歯歯車であり、歯１１の歯面１２とピッチ面との交線である歯筋がつる巻線となっており、中心部に貫通孔１３が形成されている。歯車１０はクラウニング付歯形となっており、歯面１２は歯筋方向の中央部から両端部に向けて肉厚が漸次減少するように成形され、歯面１２と歯先面１４との交線は湾曲している。

図２に示すように、鍛造加工装置２０は、第１金型としての下型２１と、これに向けて上下方向に接近離反移動自在となった第２金型としての上型２２とを備えている。下型２１は基台２３に固定されるボルスタ２４を有し、ボルスタ２４は基台２３にボルトにより締結される基部筒体２４ａとこれの上部に固定される支持筒体２４ｂとを備えている。支持筒体２４ｂの内部には外周面が円形となった可動台２５が軸方向つまり上下方向に往復動自在に装着され、可動台２５に形成された段部２６ａが支持筒体２４ｂに形成された段部２６ｂに接触すると、可動台２５は下降限位置となる。可動台２５の上側に位置させて支持筒体２４ｂの内部に固定された取付板２７には支持板２８が取り付けられており、可動台２５が取付板２７に接触すると可動台２５は上昇限位置となる。可動台２５の上下動はガイドロッド２９に案内されるようになっており、ガイドロッド２９はボルスタ２４の基部筒体２４ａの内部に固定された台座３０に取り付けられ、台座３０と基台２３の間には台座ブロック３１が組み込まれている。なお、ガイドロッド２９は図２には１本のみが示されているが、台座３０には複数本のガイドロッド２９が取り付けられている。

可動台２５の上には取付板２７および支持板２８の径方向中央部に形成された貫通孔を貫通して支持台３２が設けられており、支持台３２は可動台２５とともに上下方向に往復動自在となっている。支持台３２の上にはダイス３３が配置されており、ダイス３３の外側にはダイスホルダー３４が嵌合され、ダイス３３およびダイスホルダー３４は支持台３２および可動台２５とともに上下方向に往復動自在となっている。ダイス３３は円筒形状となっており、その内面には図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように歯車素材Ｗに成形される各歯１１に対応して歯形成形歯３５が形成されている。この鍛造加工装置２０ははす歯歯車を鍛造成形するので、ダイス３３に形成された歯形成形歯３５は、それぞれの歯形成形歯３５の歯面１２とピッチ面との交線である歯筋がつる巻線となっている。

ダイス３３の外側にはガイドリング３６がガイド部材として嵌合しており、このガイドリング３６は支持板２８に上に固定されている。ガイドリング３６と支持筒体２４ｂとの間には環状の固定部材３７が取り付けられており、固定部材３７は支持筒体２４ｂに固定される締結リング３８により固定されている。固定部材３７には当接板３９が固定され、この当接板３９は中央部に貫通孔が形成されダイス３３とダイスホルダー３４の外周部とを覆っている。

支持台３２の径方向中央部にはダイスリーブ４１が組み込まれており、このダイスリーブ４１は中心部にガイド孔４２が設けられ、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示すように、外面にはダイス３３に形成された歯形成形歯３５に噛み合う噛み合い歯４３が形成されている。ダイスリーブ４１はスリーブ支持台４４の上に配置されており、スリーブ支持台４４は、台座３０の中心部の取付孔に上下動自在となった支持ロッド４５の上にスラストベアリング４６を介して回転自在に配置されている。

下型２１内にはクッションピン４７が軸方向に移動自在に装着され、その先端は可動台２５に当接しており、このクッションピン４７には油圧シリンダやコイルばね等の駆動源により上方に向かう推力が加えられている。このクッションピン４７により可動台２５には上型２２に向かう推力が加えられ、この推力によって可動台２５は取付板２７に当接する位置まで上型２２に向けて上昇移動する。可動台２５が上昇限位置となると、ダイス３３はダイスホルダー３４が当接板３９に当接する上昇限位置となる。このように、ダイス３３、支持台３２および可動台２５は、図３および図４に示すように、ストロークＳの範囲で上下方向に往復動自在となっている。なお、クッションピン４７は、図２には１本のみが示されているが、下型２１には複数本のクッションピン４７が装着されている。

鍛造加工時におけるダイス３３、ダイスホルダー３４等の軸方向の移動時には、ダイスリーブ４１は軸方向には移動することなく、ダイス３３の歯形成形歯３５がダイスリーブ４１の噛み合い歯４３に沿って摺動しながらダイス３３が軸方向に移動することになる。歯車素材Ｗにはす歯歯車を成形するときには、歯形成形歯３５および噛み合い歯４３が歯車１０に対応してはす歯となっているので、ダイス３３がダイスリーブ４１に沿って摺動するときにダイスリーブ４１は回動することになる。歯車１０を鍛造加工した後には、加工された歯車１０を下型２１から外部に取り出すために、下型２１内にはエジェクターピン４８が上下動自在に設けられており、このエジェクターピン４８の上端は支持ロッド４５に当接している。このエジェクターピン４８を上型２２に向けて上昇移動させると、支持ロッド４５およびスリーブ支持台４４を介してダイスリーブ４１が上昇移動して、鍛造加工後の歯車１０が外部に取り出される。

図３〜図６に示すように、ダイスホルダー３４の外周のガイド面４９ａは下端面から上型２２側の上端面に向けて径が大きくなるテーパ形状となっており、このガイド面４９ａに接触するガイドリング３６の内周のガイド面４９ｂはガイド面４９ａに対応して下端面から上端面に向けて径が大きくなるテーパ形状となっている。したがって、ダイス３３とダイスホルダー３４とが下方に向けて押し込まれると、ダイスホルダー３４はガイドリング３６によって径方向に弾性収縮変形することになる。図７に示すように、ダイス３３とダイスホルダー３４の軸方向中間部には空隙５０が環状となって形成されており、ダイス３３とダイスホルダー３４とが下方に押し込まれると、ダイス３３の軸方向両端部が径方向および周方向に弾性収縮変形し、歯車素材Ｗの各歯の歯面にクラウニングが成形されることになる。

図２に示すように、上型２２は下型２１に対して軸方向に接近離反移動自在となったメインラム５１を有し、このメインラム５１は油圧シリンダ等を駆動源として上下方向に往復動されるようになっている。メインラム５１に形成された嵌合孔５２には下型２１の基台２３に固定されたガイドポスト５３が嵌合しており、メインラム５１はガイドポスト５３により案内されて上下動することになる。なお、ガイドポスト５３は、図２には１本のみが示されているが、下型２１には複数本のガイドポスト５３が取り付けられている。

メインラム５１には円筒形状の固定台５４が取り付けられており、この固定台５４にはナット部材５５によりパンチホルダー５６が取り付けられている。パンチホルダー５６の径方向中央部にはパンチ５７が固定されており、このパンチ５７は上型２２を下型２１に向けて接近移動させるとダイス３３の表面に当接し、ダイス３３を支持台３２および可動台２５とともにクッションピン４７により加えられる推力に抗して押し込み移動する。このように、メインラム５１を下型２１に向けて移動させる推力は、クッションピン４７によりダイス３３に上型２２に向けて加えられる推力よりも大きく設定されている。

パンチ５７の径方向中央部にはマンドレル５８がパンチ５７に対して軸方向に往復動自在に組み込まれており、マンドレル５８はパンチ５７に軸方向に摺動自在に組み込まれた円筒形状のホルダー６１に嵌合して固定される基部６２とこれの先端に一体となった拡径加工部６３とこれの先端に一体となったガイド部６４とを有している。ガイド部６４は歯車素材Ｗに予め形成された貫通孔の内径よりもやや小径となっており、拡径加工部６３は貫通孔の内径よりも大きく設定されている。つまり、拡径加工部６３はガイド部６４よりも大径となっている。

ホルダー６１およびマンドレル５８の基端には係合プレート６５が固定されており、メインラム５１に固定された支持プレート６６と係合プレート６５の間には、マンドレル５８に対して下型２１に向かう推力を加えるための推力付加手段６７が設けられている。この推力付加手段６７はばね部材や油圧シリンダ等により形成されており、上型２２を下型２１に接近移動させてマンドレル５８の拡径加工部６３が歯車素材Ｗの貫通孔１０ｗ内に押し込まれて歯車素材Ｗの径を押し広げる際には、後退移動しないような推力が推力付加手段６７によりマンドレル５８に加えられている。

パンチホルダー５６には駆動ロッド７１が軸方向に往復動自在にマンドレル５８と平行となって装着され、駆動ロッド７１の下端部はパンチホルダー５６の下面から下方に突出しており、この駆動ロッド７１はコイルスプリング内蔵のガススプリング７２が付設されている。パンチホルダー５６には支持ピン７３を中心に揺動自在に揺動アーム７４が装着され、この揺動アーム７４の先端部は係合プレート６５に当接してマンドレル５８に係合している。揺動アーム７４には駆動ロッド７１の上端部に設けられた頭部７１ａが揺動アーム７４の長手方向中央部に当接している。当接板３９には駆動ロッド７１に対向する位置に当接駒３９ａが設けられており、上型２２を下型２１に向けて接近移動させて、駆動ロッド７１の先端が当接駒３９ａに当接した後における上型２２の引き続く接近移動により、駆動ロッド７１は下型２１の当接板３９により停止されるので、パンチホルダー５６に対しては上方に駆動される。このように、駆動ロッド７１がパンチホルダー５６に対して上方に向けて駆動されると、支持ピン７３を中心に揺動する揺動アーム７４を介してマンドレル５８は戻される方向に上方に向けて駆動される。

このように、駆動ロッド７１および揺動アーム７４は、上型２２が下型２１に向けて所定ストローク以上接近移動した後における引き続く上型２２の接近移動をマンドレル５８の戻し移動に変換してマンドレル５８を戻す方向に移動させるためのマンドレル戻し手段を構成している。図３に示すように、揺動アーム７４の先端が係合プレート６５と接触する接点と、揺動アーム７４の回動中心点との間の寸法をＬとすると、回動中心と駆動ロッド７１の作用点との間の距離Ｌ１は、作用点と接点との間の距離Ｌ２よりも短く設定されており、上型２２が下型２１に向けて移動するストロークよりも、駆動ロッド７１と揺動アーム７４により形成されるマンドレル戻し手段により戻されるマンドレル５８の戻り移動ストロークの方が大きくなるように設定されている。なお、駆動ロッド７１は、図２には１本のみが示されているが、パンチホルダー５６には複数本の駆動ロッド７１が装着されており、それぞれの駆動ロッド７１に対応して揺動アーム７４がパンチホルダー５６に装着されている。

次に、上述した鍛造加工装置２０により歯車素材Ｗを加工して図１に示すはす歯歯車１０を成形する手順について説明する。上型２２が下型２１から離れた状態のもとで、円筒形状の歯車素材Ｗがダイス３３の内部に挿入されてダイスリーブ４１の上端面の上に配置される。これにより、歯車素材Ｗはダイス３３とダイスリーブ４１とにより形成される歯車素材スペースの内部に挿入される。このようにして素材セット工程が終了した後に、パンチ５７とマンドレル５８とを有する上型２２が下型２１に接近するように下降移動される。

図３および図７（Ａ）は、上型２２の移動によってマンドレル５８の先端のガイド部６４が歯車素材Ｗの貫通孔１０ｗの中に挿入した状態を示す。引き続く上型２２の下型２１に向かう下降移動によって、マンドレル５８の拡径加工部６３が歯車素材Ｗの貫通孔１０ｗの内部に入り込み、拡径加工部６３により歯車素材Ｗは径が大きくなるように押し広げられる。

図４および図７（Ｂ）は、パンチ５７の先端がダイス３３とダイスホルダー３４の上面に当接して押し広げ工程が終了した状態を示す。歯車素材Ｗが押し広げ加工されると、その外周部の一部はダイス３３の内面に形成された歯形成形歯３５相互間の歯溝の中に入り込んで歯車素材Ｗに歯１１の一部が塑性加工される。この状態のもとでは、駆動ロッド７１は当接駒３９ａには接触しておらず、パンチ５７が引き続いて下型２１に向けて接近移動すると、ダイス３３がパンチ５７により押し込まれて歯車素材Ｗは軸方向に押し潰され、径が大きくなるように塑性加工される。

引き続いて上型２２が下型２１に向けて下降移動すると、図５および図７（Ｃ）に示すように、駆動ロッド７１が下型２１の当接板３９の当接駒３９ａに当接して移動が阻止され、駆動ロッド７１はパンチ５７およびパンチホルダー５６に対しては相対的に上方に移動する。これにより、パンチ５７の下降移動に伴って、駆動ロッド７１により揺動アーム７４が駆動されてマンドレル５８はホルダー６１とともに上方、つまり戻す方向に移動される。

このように、マンドレル５８を戻す方向に移動させながら、パンチ５７によりダイス３３をダイスリーブ４１に沿って摺動させながら押し込み移動させると、マンドレル５８の先端部のガイド部６４が歯車素材Ｗの貫通孔１０ｗ内に位置することになるので、歯車素材Ｗは拡径加工部６３よりも小径のガイド部６４との間に形成される隙間の中に塑性変形により入り込みながら軸方向に押し潰されることになる。つまり、歯車素材Ｗは径方向内方に塑性変形すると同時に軸方向に押し潰されるように塑性変形することになり、歯車素材Ｗは外側の歯形部分と内側の中空部分とで分流状態となって塑性変形する。これにより、塑性変形量が大きくなって、鍛造加工後の歯車１０の歯面１２に欠肉の発生が無くなり、ダイス３３の歯形成形歯３５の形状に対応した高精度の歯面１２を有する歯車１０を加工することができる。

この分流加工工程においては、上述のように、マンドレル５８の戻り移動ストロークは、上型２２の下降移動トスロークよりも大きく設定されているので、図７（Ｃ）に示すように、マンドレル５８の拡径加工部６３とガイド部６４との境界部である段差面６８はダイスリーブ４１の上端面との間に隙間６９を形成するようにして戻り移動することになり、歯車素材Ｗの径方向内外両方向への分流変形が円滑に行われるようになる。

ダイス３３がパンチ５７によって押し込まれると、ダイス３３はガイドリング３６に対して下降移動することになり、この移動時にはダイスホルダー３４はその外周面のテーパ形状のガイド面４９ａがガイドリング３６のガイド面４９ｂに沿って摺動するので、径が縮小する方向に弾性縮小変形することになる。この弾性縮小変形によってダイス３３は軸方向両端部が径方向および周方向に弾性収縮変形することになり、歯車１０の各歯１１の歯面１２にはクラウニングが成形される。ただし、この鍛造加工装置２０によって、クラウニングが施されない歯車を鍛造加工する場合には、ダイスホルダー３４のガイド面４９ａとガイドリング３６のガイド面４９ｂとをテーパ形状とすることなく、それぞれをストレートな外周面とすることになる。

図６および図７（Ｄ）は、上型２２が下死点まで下降移動しパンチ５７が下降限位置となって、分流工程が終了した状態を示す。これにより、円筒形状の歯車素材Ｗは鍛造加工によって図１に示す歯車１０に成形される。このようにして歯車１０の鍛造加工が終了した後には、上型２２は下型２１から離すように上昇駆動され、上昇移動の初期にはクッションピン４７によりダイス３３は可動台２５，支持台３２とともに上昇限位置まで駆動される。上型２２が上昇限位置まで駆動されたら、エジェクターピン４８によりダイスリーブ４１を上昇移動させることにより、製造された歯車１０はダイス３３の外部にまで取り出されることになる。

塑性加工時におけるダイス３３の押し込み移動と、塑性加工後に歯車１０を外部に取り出す際のダイス３３の上昇移動とにおいては、ダイス３３はダイスリーブ４１に対して摺動することになり、この摺動時にはダイス３３の歯形成形歯３５とダイスリーブ４１の噛み合い歯４３との噛み合いにより、ダイスリーブ４１は回動することになる。ただし、この鍛造加工装置２０によって、歯筋が中心軸に平行となった平歯車を鍛造加工する場合には、歯形成形歯３５と噛み合い歯４３の歯筋は中心軸に平行となっているので、ダイスリーブ４１を回動させることは不要となる。

このように、本発明の鍛造加工装置２０は、図１に示すようなはす歯歯車を鍛造加工することができるとともに、ダイス３３とダイスリーブ４１を交換することにより鍛造加工装置２０によって平歯車を鍛造加工することできる。また、ダイスホルダー３４とガイドリング３６を交換することによってクラウニングが形成されていない歯車を成形加工することができる。これらの歯車を鍛造加工するときには、歯車素材Ｗは径方向に内外両方向に分流されて塑性変形することになるので、塑性変形量を増加させることができ、歯面における欠肉の発生を防止して高品質の歯車を製造することができる。欠肉の発生を防止できるので、歯車製造の歩留まりを向上させることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、ガイド部材としてのガイドリング３６は環状に一体に連なった部材としても良く、ガイドリング３６にスリットを形成したり、複数のセグメントによりガイドリング３６を形成することによって径方向に変形し易くするようにしても良い。また、ダイス３３とダイスホルダー３４との間に形成される空隙５０は、ダイス３３の外周面とダイスホルダー３４の内周面との少なくともいずれか一方に環状の凹部を設けることによって形成することができる。

本発明の鍛造加工装置により加工された歯車を示す斜視図である。本発明の一実施の形態である鍛造加工装置を示す断面図である。図２の要部を拡大して示す鍛造加工装置の断面図である。上型が下型に接触した状態における鍛造加工装置を示す断面図である。マンドレルが戻り移動している状態における鍛造加工装置を示す断面図である。歯車加工が完了した状態における鍛造加工装置を示す断面図である。（Ａ）は図３における７Ａ部の拡大断面図であり、（Ｂ）は図４における７Ｂ部の拡大断面図であり、（Ｃ）は図５における７Ｃ部の拡大断面図であり、（Ｄ）は図６における７Ｄ部の拡大断面図である。

符号の説明

２１下型（第１金型）
２２上型（第２金型）
２５可動台
３２支持台
３３ダイス
３４ダイスホルダー
３５歯形成形歯
３６ガイドリング（ガイド部材）
４１ダイスリーブ
４３噛み合い歯
４９ａ，４９ｂガイド面
５７パンチ
５８マンドレル
６３拡径加工部
６４ガイド部
６５係合プレート
６７推力付加手段
７１駆動ロッド（マンドレル戻し手段）
Ｗ歯車素材

Claims

中心部に貫通孔が形成された歯車素材の外面に歯形を成形する鍛造加工装置であって、
第１金型に軸方向に往復動自在に装着された可動台に取り付けられ、前記歯車素材に成形される各歯に対応した歯形成形歯が形成され前記歯車素材が挿入されるダイスと、
前記第１金型に装着され、前記ダイスの軸方向移動時に前記歯形成形歯に噛み合って前記ダイスが摺動する噛み合い歯が設けられたダイスリーブと、
前記第１金型に向けて軸方向に往復動自在に配置される第２金型に取り付けられ、前記第２金型が前記第１金型に向けて接近移動する際に前記ダイスを押し込み移動するパンチと、
加工前の前記歯車素材の貫通孔に挿入されるガイド部と前記歯車素材を径方向に押し広げる拡径加工部とが設けられ、前記パンチに軸方向に往復動自在に組み込まれるマンドレルと、
前記第２金型に設けられ、前記パンチが前記ダイスに接触するまで前記第２金型が前記第１金型に接近移動して前記拡径加工部が前記歯車素材を押し広げた後における前記第２金型の引き続く接近移動時に前記マンドレルを戻す方向に移動させるマンドレル戻し手段とを有し、
前記マンドレルを戻しながら前記パンチにより前記ダイスを前記ダイスリーブに摺動させながら押し込み移動して前記歯車素材の内径を縮小しつつ軸方向に押し潰して歯車を成形することを特徴とする鍛造加工装置。
請求項１記載の鍛造加工装置において、前記第２金型に軸方向に移動自在に装着され、前記第２金型の前記第１金型に対する接近移動時に前記第１金型により駆動される駆動ロッドと、前記第２金型に揺動自在に設けられ、前記駆動ロッドの移動を前記マンドレルの戻し移動に変換する揺動アームとにより前記マンドレル戻し手段を構成することを特徴とする鍛造加工装置。
請求項１または２記載の鍛造加工装置において、前記ダイスリーブを前記第１金型に回動自在に装着し、前記ダイスが前記ダイスリーブと摺動するときに前記ダイスを回動させて前記歯車素材にはす歯の歯形を成形することを特徴とする鍛造加工装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の鍛造加工装置において、前記第１金型に固定され前記ダイスを軸方向に往復動自在に案内するガイド部材に、前記ダイスのテーパ形状の外周面に接触するテーパ形状のガイド面を形成し、前記ダイスが前記パンチにより押し込み移動する際に前記ダイスの軸方向両端部を径方向および周方向に弾性収縮変形させ、前記歯車素材の各歯の歯面にクラウニングを成形することを特徴とする鍛造加工装置。
中心部に貫通孔が形成された歯車素材の外面に歯形を成形する鍛造加工方法であって、
第１金型に軸方向に往復動自在に装着された可動台に取り付けられ、前記歯車素材に成形される各歯に対応した歯形成形歯が形成されたダイスと、前記第１金型に装着され、前記ダイスの軸方向移動時に前記歯形成形歯に噛み合って前記ダイスが摺動する噛み合い歯が設けられたダイスリーブとにより形成される歯車素材収容スペース内に前記歯車素材を挿入する素材セット工程と、
前記第１金型に向けて軸方向に往復動自在に配置される第２金型に取り付けられ、前記第２金型が前記第１金型に向けて接近移動する際に前記ダイスを押し込み移動するパンチと、加工前の前記歯車素材の貫通孔に挿入されるガイド部および前記歯車素材を径方向に押し広げる拡径加工部が設けられ、前記パンチに軸方向に往復動自在に組み込まれるマンドレルとを前記第１金型に向けて接近移動させて前記マンドレルの前記拡径加工部により前記歯車素材を押し広げる押し広げ工程と、
前記歯車素材を押し広げた後における前記第２金型の引き続く接近移動時に前記マンドレルを戻す方向に移動させながら前記パンチにより前記ダイスを前記ダイスリーブに摺動させながら押し込み移動して前記歯車素材の内径を縮小しつつ軸方向に押し潰す分流工程とを有することを特徴とする鍛造加工方法。
請求項５記載の鍛造加工方法において、前記ダイスが前記ダイスリーブと摺動するときに前記ダイスを回動させて前記歯車素材にはす歯の歯形を成形することを特徴とする鍛造加工方法。
請求項５または６記載の鍛造加工方法において、前記ダイスが前記パンチにより押し込み移動する際に前記ダイスの軸方向両端部を径方向および周方向に弾性収縮変形させ、前記歯車素材の各歯の歯面にクラウニングを成形することを特徴とする鍛造加工方法。