JP2008168313A - 体積が不均一な区分からなるフランジ部を有する部材のフラッシュ無し鍛造法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フラッシュ無し鍛造により、鍛造後のバリ取り作業を必要とせずに、非軸対称性の高いフランジ部のハブ外輪を効率よく低コストで鍛造する方法を提供する。
【解決手段】 据込工程後の予成形においてフランジ部１の外周の非軸対称形状の凸部４及び凹部５に対応するフランジ部１の上面２を、凸部４の部分では凸面６からなりかつ凹部５の部分では凹面７からなるウェーブ状に、及びフランジ部１の凹部５の部分の下面３を凹面状に成形する予成形において、予成形形状の凸部４及び凹部５の体積配分差を、本成形における最終形状の凸部４及び凹部５の体積配分差より５％〜１０％大きくし、次いで本成形によりフランジ部１１を有する部材のハブ外輪に成形する高非軸対称性のフランジ部１１を有するハブ外輪のフラッシュ無し鍛造法。
【選択図】 図１

Description

この発明は、非軸対称性の高い体積が不均一な区分からフランジ部を有する部材、特にハブ外輪、をフラッシュ無し鍛造により成形する方法に関する。

従来、熱間鍛造で異形フランジ部を有する自動車のハブ外輪を製造している。しかし、このハブ外輪は異形フランジ部を有し、このフランジ部外周が高非軸対称形状の凸部及び凹部からなる異形であることから、従来の軸対称形状の予成形を用いてフラッシュ無し鍛造を行うと、本成形においてフランジ凸部よりも凹部が先に充填し、フランジ凹部でバリが発生するため、成形ができない。このため、このように非軸対称性の高いフランジ部を有するハブ外輪の鍛造は、従来、バリを有するフラッシュ出し鍛造法にせざるを得なかった。

上記の従来の方法におけるバリを有するフラッシュ出し鍛造の工程を説明すると、図２に示すように、鍛造の第１工程で素材の据込を行い、第２工程で軸対称形状の予成形を行い、第３工程で予めフランジ部１１の凹部５にフラッシュ８を出した状態で本成形を行って非軸対称形状に仕上げ、第４工程で中央の連結部のポンカス１０を抜くポンカス抜きをしてリング形状とし、第５工程でフラッシュ８を抜くフラッシュ抜きを行っている。このように、従来の工法では、予め付けたフラッシュ８を最終工程で打ち抜かなければならない分、非常に歩留りが悪い鍛造方法であり、またフラッシュ８を出すことで圧下面積が大きくなるため、鍛造に要する荷重も大きくなってしまい、型割れも生じ易いなどというコストデメリットもあった。なお、第２工程の上段の図は予成形の成形体の平面図で、その下段の図は、全て、平面図の点線イ−イで示すように平面図の上から見て中心から右側の最凸部と中心から左斜め下側の最凹部でそれぞれ切断した縦断面を示す立面図であり、第３工程から第５工程の立面図は、中心より右側にフランジ部外周面の凸部４の側の縦断面を、中心より左側にフランジ部外周面の凹部５の側の縦断面をそれぞれ示している。

そこで、これまで、フラッシュ無し鍛造法によるバリ発生の問題を改善するため対策として、予成形形状の変更を実施してきた。予成形形状をこれまでの軸対称形状から非軸対称形状へ変更することにより、本成形で発生するバリの高さをある程度低く緩和することができるようになってきた。しかしながら、現状は図４に示すように、依然として最終形状でバリが発生している状態であるので、得られた製品は、鍛造後にグラインダー等によりバリを除去する必要があり、そのために工数の増加とコスト上昇をもたらしていた。したがって、本成形工程におけるバリ発生の防止、すなわち、フラッシュ無し鍛造による成形法の確立に向けた一層の改善が望まれている。

他社の類似の成形方法として、薄肉の異形フランジ製品では、図３に示す工程で成形している。図３において、各図の上側は平面図で、下側は立面図であり、第２工程および第３工程では、平面図の点線イ−イで切断した縦断面の立面図を下部に示している。先ず、ａに示す素材を用いて鍛造の第１工程で据込を行って形状ｂとし、第２工程で異形のフランジ部１の中心に近い外周の凹部５をｃに示すように、局部的に型打ちして肉流れの変形抵抗を大きくするように薄肉成形を行い、次いで、第３工程として、フランジ部１の中心から遠い外周の凸部４をｄに示すように、局部的に型打ちにより局部型打部９に成形して肉を外側へ張り出すように薄肉成形することで、薄肉の異形フランジ製品をフラッシュ無し鍛造法で成形することを可能にしている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、本発明で述べるような、厚肉の異形フランジ製品の場合だと、このような成形方法は難しいと考えられる。

また他に、従来の方法として、ポンチと対向マンドレルの間で鍛造する鍛造装置において、マンドレルの素材との接触面に溝または傾斜部からなる案内部を形成し、この案内部により素材を圧縮して横方向に流出させて異形の非軸対称度の高い製品を予成形工程を短縮する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。また、鍛造によりフランジ部の周囲の間に同時に張り出すバリ内に偏肉部を形成し、これを位置決めとして抜き型にセットしてバリを高精度で剪断除去する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、これら上記の方法はいずれもバリ出し工法であり、最終的にバリ取りを必要とする方法である。

特公昭５８−３８２６１号公報 特開平０５−２００４７４号公報 特開２００１−１８０３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、非軸対称性の高いフランジ部を有するハブ外輪の鍛造方法において、従来必要であった鍛造後のグラインダーによるバリ取り作業を不要とすることを可能としたフラッシュ無し鍛造法によって、非軸対称性の高いフランジ部を有するハブ外輪を製造でき、かつその生産能率を高めコストを下げる鍛造方法を提供することである。

本発明の手段は、高非軸対称形状の厚肉のフランジ部１１を有するハブ外輪の鍛造方法である。すなわち、パンチ及びダイからなる鍛造装置において、予成形パンチ及び予成形ダイの環状外周部に凸部及び凹部を設け、据込した素材をこれらの予成形パンチ及び予成形ダイを用いて鍛造してフランジ部１の凸部４及び凹部５に凹凸形状の体積配分を施した予成形を行い、この予成形した部材を用いて本成形することにより、フランジ部１１の外周の凸部４及び凹部５への材料充填を同時に終了させるものとする。これにより、バリ１２のないフラッシュ無し鍛造による高非軸対称性のフランジ部１１を有する部材であるハブ外輪の成形を可能とする方法である。

すなわち、上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の手段では、非軸対称性の高いフランジ部１１の外周を有する厚肉の部材すなわちハブ外輪の鍛造方法において、図６に示すように、素形材の鍛造により予成形のフランジ部１のフランジ面の中心を頂点とする複数の放射状の扇状部位に区分し、例えば８区分し、該フランジ部１の区分を該扇状部位の平均体積よりも大きな体積の扇状部位Ａと小さな体積の扇状部位Ｂの２種類とする。そしてこれらの扇状部位Ａと扇状部位Ｂの体積比Ａ／Ｂを１．１〜２．０とする。この体積比とする際に、素形材の据え込み工程後にフランジ部１の扇状部位Ａ及び扇状部位Ｂに対応する凸面６を有する扇状部位Ａ’及び凹面７を有する扇状部位Ｂ’からなるウェーブ状のフランジ部１に予成形し、次いで本成形工程によりフランジ部１１を扇状部位Ａ及び扇状部位Ｂを有する部材に成形することを特徴とする体積が不均一な区分からなるフランジ部１１を有する部材のフラッシュ無し鍛造法である。なお、図１の第２工程の予成形の（ｂ’）の平面図の点線イ−イは（ｂ）の立面図の断面の切断線を示す。

請求項２の発明では、凸面６を有する扇状部位Ａ’はその凸面６を上面２及び下面３の一面または両面に有し、該凸面６を有する面をウェーブ状に予成形することを特徴とする請求項１の手段の体積が不均一な区分からなるフランジ部１１を有する部材のフラッシュ無し鍛造法である。

請求項３の発明では、凹面７を有する扇状部位Ｂ’はその凹面７を上面２又は下面３のいずれか一面または両面に有し、該凹面７を有する面をウェーブ状に予成形することを特徴とする請求項１の手段の体積が不均一な区分からなるフランジ部１１を有する部材のフラッシュ無し鍛造法である。

請求項４の発明では、凸面６を有する扇状部位Ａ’及び凹面７を有する扇状部位Ｂ’はその凸面６及び凹面７を上面２及び下面３の一面または両面に有し、該凸面６及び凹面７を有する面をウェーブ状に予成形することを特徴とする請求項１の手段の体積が不均一な区分からなるフランジ部１１を有する部材のフラッシュ無し鍛造法である。

予成形工程において、成形形状のフランジ部１１の外周面が凸部４である部分は予成形のフランジ部１の上面２を凸面６とし、フランジ部１１の外周面が凹部５である部分はフランジ部１の上面２を凹面７とするウェーブ状とし、さらにフランジ部１１の外周面が凸部４である部分はフランジ部１の下面３を凸面６とし、フランジ部１１の外周面が凹部５である部分はフランジ部１の下面３を凹面７とするウェーブ状とすることからなる成形方法は、予成形のフランジ部１の外周面の凸部４を有する扇状部位の体積部分及び凹部５を有する扇状部位の体積部分の体積配分差を、本成形における最終形状の凸部４を有する扇状部位の体積部分と及び凹部５を有する扇状部位の体積部分との体積配分差より５％〜１０％大きくして行う鍛造方法である。

図６に示すように予成形の形状を軸方向真上から見た平面図で、外周面の凸部４と凹部５の境目で８分割した場合のそれぞれ４個分ずつの凸部４と凹部５において、上記の体積配分差とは、凸部４の４個分の体積の予成形全体積に占める割合と、凹部５の４個分の体積の予成形全体に占める割合との差のことをいう。すなわち、凸部４を有する扇状部位の１個の体積をＶａとし、凹部５を有する扇状部位の１個の体積をＶｂとするとき、体積配分差（％）＝｛１００・Ｖａ／（Ｖａ＋Ｖｂ）｝−｛１００・Ｖｂ／（Ｖａ＋Ｖｂ）｝である。

本発明の方法における限定理由を説明する。従来の鍛造方法では、非軸対称性のフランジ部１１を有する部材、例えば、ハブ外輪の成形において、フランジ部１１の非軸対称性がきわめて高い場合、予成形のフランジ部１の外周面に凸部４及び凹部５を設けただけでは、十分な凸部４の扇状部位と凹部５の扇状部位との間に体積配分差のある予成形形状とならず、この状態でフラッシュ無し鍛造を行うと、本成形工程で凹部５で軸方向にバリ１２が発生してしまって成形ができない。したがって、予成形工程でフラッシュ８を周方向に発生した状態で成形し、本成形後、最終工程でそのフラッシュ抜きを行うフラッシュ出し鍛造にせざるを得ない。しかし、本発明の鍛造方法では、予成形形状をフランジ部１の上面２を凸面６及び凹面７としたウェーブ状とし、かつ凸部４の扇状部位及び凹部５の扇状部位の素材の体積配分差を、最終形状の凸部４の扇状部位及び凹部５の扇状部位の体積配分差の５％〜１０％大きくすることで、本成形工程において凹部５で軸方向へのバリ１２を発生させることなく、凸部４及び凹部５を同時に充填させることができる。このため、フラッシュ無し鍛造で、高非軸対称形状のフランジ部１１を有する部材、例えばハブ外輪を成形することができ、結果として鍛造後のバリ取り工程を不要とする。

本発明の手段における予成形方法とすることにより、高非軸対称形状のフランジ部を有する部材すなわちハブ外輪をフラッシュ無し鍛造法で成形可能となり、その結果、フラッシュ出し方法で最終工程に必須であったフラッシュ抜き工程や、従来のフラッシュ無し鍛造方法で鍛造後に必要であったバリ取り作業が不要となり、高効率で鍛造でき、かつ、コストを低減を図ることができるなど、本発明は優れた効果を奏するものである。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。先ず、本願の方法に先立ち、現状の鍛造による図４に示す第１工程〜第４工程の成形方法を説明する。現状の方法の予成形形状では、フランジ部１の外周は（ｂ’）の平面図に見られるように、非軸対称形状としているが、（ｂ）の立面図に見られるようにフランジ部１の上面２及び下面３は凹凸をつけず平らであり、凸部４及び凹部５の体積配分差が十分でないため、図４の第３工程の終了時では、フランジ部１１の凸部４または凹部５への材料の充填時期に差が生じる。すなわち、図５の平面図に示すように、本成形では、フランジ部１１の凸部４には鍛造のストローク率１００％で材料が充填されるが、凹部５ではそれよりも先のストローク率９７％で充填されてしまうこととなる。このため、鍛造により材料を凸部４に１００％充填しようとすると、図４の（ｃ）の第３工程に示すように、凹部５の外周上部に高さ１．５ｍｍ以内の僅かなバリ１２を発生することとなる。そこで、このバリ１２は鍛造後に、グラインダーによるバリ取り作業やショットブラスト等により除去するのが現状である。

これに対し、本発明では、最終形状のバリ１２を後でグラインダーによるバリ取り作業をする必要のないように、バリ１２の発生を抑制することを目標とするものである。このために、予成形を、最終工程におけるフランジ部１１の外周の凸部４及び凹部５への材料充填を同時に終了するように形状化する必要がある。

そこで、予成形のフランジ部１の非軸対称形状を、図６に示すように、真上から見た平面図で、フランジ部１の外周の凸部４と凹部５の境目で区切って８分割し、凸部４の部分のフランジ部１の上面２には膨らみの凸面６に設け、凹部５の部分のフランジ部１の上面２に凹みを有する凹面７に設ける。このようにすることで、フランジ部１の上面２を凸面６及び凹面７からなるウェーブ形状として本成形工程の最終形状に成形できるようにするために、予成形における凸部４と凹部５の間に体積配分差をつけるものとする。さらに、図１に示すフランジ部１の凹部５の下面３にも、図６に示すフランジ部１の上面２を凹面７にとしている様に、図示しないが下面３を凹面７にすることで、予成形の凸部４と凹部５の部分の体積配分にさらに差をつけ、本成形工程におけるフランジ部１１の凹部５の部分での外側方向への材料流動量を小さくすることにより、凸部４及び凹部５の外周への材料の充填を同時終了となるようにしてフランジ部１１を形状化するものである。

このため、同一型番の非軸対称形状のフランジ部１１を有するハブ外輪について、ＣＡＥ（コンピュータ支援エンジニアリング）解析により、本方法について以下の検討を行った。すなわち、予成形のフランジ部１の外周の凸部４及び凹部５の部分のうち、凹部５の上面２及び下面３に当接するパンチ面及びダイ面にそれぞれ膨らみを有し、凸部４の上面２に当接するパンチ面に凹みを有する予成形パンチ及び予成形ダイを用いたことで、予成形の凸部４及び凹部５の体積配分の差は３４％となって、本成形工程においてフランジ部１１の凸部４及び凹部５の外周に対して同時に充填終了して形状化することを可能とした。なお、本成形（最終）形状の凸部４と凹部５の体積配分差は２５％であった。

これに対し、従来のフランジ部１の外周の凸部４の上面２及び凹部５の上面２、下面３に当接するパンチ面及びダイ面に凹凸を有しない平らな予成形パンチ及び予成形ダイを用い、図４に示す現状の手段では、第１工程の据込部材を第２工程の（ｂ）及び（ｂ’）で示すように、予成形する場合の予成形形状の凸部４と凹部５の体積配分の差は２７％であった。このものは、本成形工程の最終形状の鍛造において、凸部４及び凹部５の外周に対して同時に充填できないため、フランジ部１１の凹部５の外周上部にバリ１２が発生し、完全な形状に成形できなかった。これは予成形形状の凸部４と凹部５の体積配分差が十分でなかったためと考えられる。また、図７に示すように、第２工程の予成形において、フランジ部１の凹部５の外周面上の中心側への凹みを増大させたものでは、予成形の凸部４と凹部５の体積配分差は３２％と十分であるが、第２工程の予成形工程でフランジ部１の凹部５にバリ１２が発生し、完全な形状に成形できなかった。なお、図７の第２工程の上部は平面図で、この平面図の点線イ−イで切断して縦断面図の立面図を下部に示す。ところで、完全に成形できなかった理由は、予成形のフランジ部１の上面２及び下面３を凹面としたのではなく、外周面の凹部５に凹面を設けたために、予成形の段階で凹部５に先に材料が充填されることとなり、バリ１２が発生したためである。なお、本発明における「高非軸対称性」とは、最終の本成形の形状の凸部４及び凹部５の体積配分差が１５％を超えるもの、と定義して使用している。

本成形工程におけるフランジ部１１の外周の凸部４及び凹部５への材料の同時充填の挙動について、さらに説明する。図１に示すように、第２工程では、フランジ部１の凸部４の上面２及び凹部５の上面２と下面３に当接するパンチ面及びダイ面にそれぞれ膨らみ及び凹みを有するパンチ及びダイを用いて予成形を成形する。この予成形したものを用いることで、第３工程の本成形において、充填直前では、予成形したフランジ部１の外周の凹部５の中央部がダイ壁面の凸部へ到達し、そこから変形余地のある上面２及び下面３の方向に流動し始める。その時点では、まだフランジ部１の凸部４はダイ壁面に到達しておらず、ダイの壁面へ材料流動が進行する。その後、フランジ部１の凹部５の中央部材料の上面２及び下面３への材料流動により凹部５が充填完了する時期と、フランジ部１の凸部４のダイ壁面への材料流動により凸部４が充填完了する時期が重なって同時となり、フランジ部１１を形成した第３工程は終了する。

以上のＣＡＥ解析による検討結果、単にフランジ部１の外周の凹部５をフランジ部１の中心方向に凹ませたのみでは、体積配分の差は増大できたにもかかわらず、第２工程の予成形工程でフランジ部１の凹部５の外周上部にバリ１２が発生し、図４に見られるように、完全な成形は不可能となった。しかし、フランジ部１の外周の凹部５をフランジ部１の中心方向に大きく凹ませるのではなく、図１の本発明の方法のように、フランジ部１の外周の凹部５の部分のフランジ部１の上面２及びフランジ部１の下面３を凹ませてフランジ部１の凹部５を肉薄とし、またフランジ部１の凸部４は肉厚として、予成形の凸部４と凹部５の体積配分差を増大することで、第３工程の本成形工程でフランジ部１の凹部５の外側への材料流動量が小さくなる。その結果、フランジ部１１の凸部４及び凹部５が同時充填して終了できることとなった。さらに、本成形工程でバリ１２の発生を抑制できることが明らかとなった。

本発明の実施の形態では、非軸対称性の高いフランジ部１１の外周を有するハブ外輪の鍛造方法として、丸鋼材を図１の（ａ）に示す第１工程の形状に据込鍛造する。次いで、フランジ部１の底面凹部に凸面を有する予成形ダイス及び、下面に凸面及び凹面からなる成形面を有する予成形パンチを用いて、図１の（ｂ）に示す第２工程のフランジ部１の上面２を、図６に示す凸面６及び凹面７からなるウェーブ状に、さらに、凹部５の下面３を凹面状に予成形する。さらに、図１の（ｃ）に示す第３工程の本成形を行い、次いで常法どおりのポンカス抜きを図１の（ｄ）に示す第４工程で行って、高非軸対称性のフランジ部１１を有するハブ外輪のフラッシュ無し鍛造法とした。

さらに、上記方法における第２工程のフランジ部１の上面２を凸面６及び凹面７からなるウェーブ状に、フランジ部１の下面３を凹面７からなる凹面状に予成形する際に、非軸対称性のフランジ部１における凸部４及び凹部５の体積配分差を、本成形における最終形状の凸部４及び凹部５の体積配分差より５％〜１０％大きくした。この結果、本成形において非軸対称性のフランジ部１１における凸部４及び凹部５への材料流動による充填は同時に行われ、結果として、バリ１２を発生させることなくハブ外輪を成形することができた。

本発明のフラッシュ無し鍛造工程の模式図で、（ａ）は第１工程の立断面図、（ｂ）は第２工程の立断面図で（ｂ’）は平面図、（ｃ）は第３工程の立断面図、（ｄ）は工程４の立断面図で、第２工程以降は左側は凹面部を右側は凸面部を示す。 従来のフラッシュ出し鍛造工程を示す模式図で第３工程以降は左側は凹面部を右側は凸面部を示す。 従来の他のフラッシュ無し鍛造工程の模式図で第２工程及び第３工程は左側は凹面部を右側は凸面部を示す。 現状のフラッシュ無し鍛造工程を示す模式図で、第２工程以降は左側は凹面部を右側は凸面部を示す。ある。 上記の最終工程のフランジ部を上面から見た模式図である。 本発明の予成形のフランジ部の非軸対称形状の上面を８分割して示す模式図である。 現状の他のフラッシュ無し鍛造工程の据込の第１工程と予成形の第２工程を示す模式図である。

符号の説明

１ 予成形のフランジ部
２ 上面
３ 下面
４ （フランジ部外周面の）凸部
５ （フランジ部外周面の）凹部
６ 凸面
７ 凹面
８ フラッシュ
９ 局部型打部
１０ ポンカス
１１ 成形形状のフランジ部
１２ バリ

Claims (4)

1. 素形材の鍛造によりフランジ部のフランジ面の中心を頂点とする複数の扇状部位に区分し、該フランジ部の区分を該扇状部位の平均体積よりも大きな体積の扇状部位Ａと小さな体積の扇状部位Ｂの２種類の扇状部位とし、扇状部位Ａと扇状部位Ｂの体積比Ａ／Ｂを１．１〜２．０とする際に、素形材の据え込み工程後にフランジ部の扇状部位Ａ及び扇状部位Ｂに対応する凸面を有する扇状部位Ａ’及び凹面を有する扇状部位Ｂ’からなるウェーブ状のフランジ部に予成形し、次いで本成形工程によりフランジ部を扇状部位Ａ及び扇状部位Ｂを有する部材に成形することを特徴とする体積が不均一な区分からなるフランジ部を有する部材のフラッシュ無し鍛造法。
2. 凸面を有する扇状部位Ａ’はその凸面を上面及び下面の一面または両面に有し、該凸面を有する面をウェーブ状に予成形することを特徴とする請求項１に記載の体積が不均一な区分からなるフランジ部を有する部材のフラッシュ無し鍛造法。
3. 凹面を有する扇状部位Ｂ’はその凹面を上面及び下面の一面または両面に有し、該凹面を有する面をウェーブ状に予成形することを特徴とする請求項１に記載の体積が不均一な区分からなるフランジ部を有する部材のフラッシュ無し鍛造法。
4. 凸面を有する扇状部位Ａ’及び凹面を有する扇状部位Ｂ’はその凸面及び凹面を上面及び下面の一面または両面に有し、該凸面及び凹面を有する面をウェーブ状に予成形することを特徴とする請求項１に記載の体積が不均一な区分からなるフランジ部を有する部材のフラッシュ無し鍛造法。

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