JP2010046672A - 鍛造装置および鍛造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な材料を用いることなく，金型の摩耗を効果的に抑止して，精度のよい成形品を製造することのできる鍛造装置および鍛造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の鍛造装置は，製品の軸方向の第１端面に対面するノックアウトパンチ３１と，製品の軸方向の第２端面に対面するパンチ３２と，製品の軸方向の周面を包囲するダイス３３とを有し，ノックアウトパンチ３１とパンチ３２とダイス３３との間の空間に加工対象物を置いた状態で，ノックアウトパンチ３１とパンチ３２とで加工対象物を挟みつけることで，加工対象物を製品の形状に加工するものであって，ノックアウトパンチ３１とパンチ３２とを互いに接近させる駆動部を有し，駆動部は，ノックアウトパンチ３１から見たダイス３３の速度を，ノックアウトパンチ３１から見たパンチ３２の速度より小さくて同じ向きの有限の速度とする。
【選択図】図１

Description

本発明は，鍛造金型を用いて鍛造することによりギヤ等を製造する鍛造装置およびその方法に関する。さらに詳細には，プレスによる鍛造装置および鍛造方法に関するものである。

近年，工程数削減の観点から，ギヤ等の成型において１工程の加工で最終製品が製造できるネットシェイプ化が指向されている。あるいは，さらに１〜２工程加えたニアネットシェイプが実用化されてきている。そのうちでも，成形精度の観点からは，冷間鍛造等の低温での成型が好ましい。しかしながら，低温におけるプレス成形では，被成形材料の硬度が高く，金型の摩耗が速いことが問題点となっていた。

金型の摩耗を抑制できる鍛造方法として，従来より，以下のような各方法が提案されている。例えば，
（１）成形時に潤滑剤を使用する方法，
（２）高硬度な金型材料を用いる方法，
（３）冷間鍛造の場合，リン酸塩処理等による潤滑皮膜をワーク側に被覆する方法，
（４）金型の表面に，ＣＶＤ法等によってコーティングを被覆することにより，耐摩耗性を向上させるとともに摩擦係数を低減するという方法，等である。

なお，特許文献１には，金属板を幅方向にプレスして圧縮する幅圧下装置が開示されている。本文献では，ワークを上下から押さえロールで押さえて，ダイスで幅方向に圧下する装置について記載されている。本文献の装置では，押さえロールをロール軸に沿って移動可能な複数のリングロールによって構成している。ダイスの移動に追従してリングロールが移動することにより，ワークとリングロールとの間の相対速度が小さくなるため，スラブ表面の擦り傷がほとんど無くなるとされている。
特開平６−２７７７１１号公報

しかしながら，前記した従来の鍛造方法は，いずれも満足できるものではなかった。
（１）では，潤滑剤のムラにより，効果にもムラがあった。
（２）では，金型全体に高価な材料を使用する必要があるため，金型がかなり高価なものとなり，実際的ではなかった。
（３）では，処理費用が大きい上に，リン酸塩処理によって環境に対する負荷となる物質を排出してしまうという問題点があった。
（４）では，金型費が大きい上に，コーティングのために金型を高温とする必要があり，金型精度が悪化するという問題点があった。

また，特許文献１の装置は，幅圧下装置であるため，抑えロールはワークに対して上下からのみ抑えればよい。対象物の全周囲を囲んでプレスする鍛造装置にはこのままでは適用できなかった。

本発明は，前記した従来の鍛造方法が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，高価な材料を用いることなく，金型の摩耗を効果的に抑止して，精度のよい成形品を製造することのできる鍛造装置および鍛造方法を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の鍛造装置は，製品の軸方向の第１端面に対面する第１パンチ金型と，製品の軸方向の第２端面に対面する第２パンチ金型と，製品の軸方向の周面を包囲するダイス金型とを有し，第１パンチ金型と第２パンチ金型とダイス金型との間の空間に加工対象物を置いた状態で，第１パンチ金型と第２パンチ金型とで加工対象物を挟みつけることで，加工対象物を製品の形状に加工する鍛造装置であって，第１パンチ金型と第２パンチ金型とを互いに接近させる主動作を行わせる駆動部を有し，駆動部は，第１パンチ金型から見たダイス金型の速度を，第１パンチ金型から見た第２パンチ金型の速度より小さくて同じ向きの有限の速度とする副動作をも行わせるものである。

本発明の鍛造装置によれば，加工対象物は，第１パンチ金型と第２パンチ金型とダイス金型との間の空間に置かれ，第１パンチ金型と第２パンチ金型とで挟みつけられることにより成形される。例えば，筒状のダイス金型の内側で軸方向に第１パンチ金型と第２パンチ金型とを互いに接近させる。そのため，加工対象物の第１端面と第２端面との間の大きさは，第１パンチ金型から見た第２パンチ金型の速度（主動作の速度）で減少する。これにより加工対象物は，この主動作の方向と交わる方向にふくらみ，ダイス金型と接触する。そしてこの加工対象物のうちダイス金型と接触する箇所も主動作とともに移動する。本発明では，ダイス金型を，第１パンチ金型から見て，第１パンチ金型から見た第２パンチ金型の速度より小さくて同じ向きの有限の速度で移動させている。従って，加工対象物のうちダイス金型と接触する箇所とダイス金型との間の相対速度をごく小さくすることができる。これにより，高価な材料を用いることなく，金型の摩耗を効果的に抑止して，精度のよい成形品を製造することができる。

さらに本発明では，駆動部は，第１パンチ金型から見たダイス金型の速度を，第１パンチ金型から見た第２パンチ金型の速度の４０％〜６０％の範囲内とするものであることが望ましい。
このようなものであれば，ダイス金型と加工対象物の接触箇所との相対速度をごく小さいものとすることができる。

さらに本発明では，駆動部は，副動作を，少なくとも，加工対象物がダイス金型の内面に接触してから，主動作の終了までの間にわたって行わせるものであることが望ましい。
このようなものであれば，少なくとも，加工対象物がダイス金型に対して接触して移動する期間中は，ダイス金型と加工対象物の接触箇所との相対速度をごく小さいものとすることができる。

さらに本発明では，第１パンチ金型が固定されているものであることが望ましい。
このようなものであれば，第２パンチ金型とダイス金型との速度の関係のみを考慮すればよい。

さらに本発明では，ダイス金型が固定されているものであることが望ましい。
このようなものであれば，ダイス金型を移動させる必要がない。この場合には，第１パンチ金型と第２パンチ金型とをほぼ同じ速度で互いに接近させればよい。

また，本発明は，製品の軸方向の第１端面に対面する第１パンチ金型と，製品の軸方向の第２端面に対面する第２パンチ金型と，製品の軸方向の周面を包囲するダイス金型とを有する鍛造装置を用いて，第１パンチ金型と第２パンチ金型とダイス金型との間の空間に加工対象物を置いた状態で，第１パンチ金型と第２パンチ金型とで加工対象物を挟みつけることで，加工対象物を製品の形状に加工する鍛造方法であって，第１パンチ金型と第２パンチ金型とを互いに接近させる主動作を行わせ，第１パンチ金型から見たダイス金型の速度を，第１パンチ金型から見た第２パンチ金型の速度より小さくて同じ向きの有限の速度とする副動作をも行わせる鍛造方法にも及ぶ。

本発明の鍛造装置および鍛造方法によれば，高価な材料を用いることなく，金型の摩耗を効果的に抑止して，精度のよい成形品を製造することができる。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，据え込み成形によって成形品を得るための鍛造装置および鍛造方法に本発明を適用したものである。

本形態の鍛造装置１は，図１に示すように，フレーム１１，ベッド１２，プランジャ１３を有している。フレーム１１は，床等に固定されて装置全体を支える枠組みである。ベッド１２は，フレーム１１の下部に固定されているものである。また，フレーム１１の図中中程の高さには，サイドフレーム１１ａが張り出して形成されている。プランジャ１３は，サイドフレーム１１ａによって移動方向が制限されており，図中上下方向のみに移動可能にされているものである。

さらに本形態の鍛造装置１は，図１中上部に，装置の駆動源であるメインモータ２１および，メインギア２２，リンク２３，第１ロッド２４，第２ロッド２５を含む駆動構成を有している。メインモータ２１は，例えばサーボモータである。メインモータ２１は，フレーム１１に取り付けられて，メインギア２２を図中に矢印で示す向きに回転させるものである。メインギア２２には，リンク２３の一端２３ａが取り付けられている。リンク２３は，メインギア２２の回転によってともに回転され，その角度位置が移動されるものである。

さらに，第１ロッド２４と第２ロッド２５とは，それぞれの一端２４ａ，２５ａがリンク２３のそれぞれ異なる位置に，いずれも回転可能に取り付けられているものである。第１ロッド２４の一端２４ａは，リンク２３のほぼ中央位置に取り付けられている。第２ロッド２５の一端２５ａは，リンク２３の他端に取り付けられている。従って，リンク２３の回転によって，第１ロッド２４の一端２４ａは，第２ロッド２５の一端２５ａの約半分の回転径で回転される。

さらに，第１ロッド２４の他端２４ｂは，後述するダイス３３に回転可能に取りつけられている。また，第２ロッド２５の他端２５ｂは，プランジャ１３に回転可能に取り付けられている。従って，プランジャ１３は，サイドフレーム１１ａによって支持された姿勢を保ちつつ，リンク２３の回転に伴ってリンク２３の長さのほぼ２倍の距離範囲を往復動する。

図１に示す状態では，鍛造装置１に，金型を構成する部材として，ノックアウトパンチ３１，パンチ３２，ダイス３３が組み付けられている。そして，それらの金型の間にワークである荒地成形品３４が置かれている状態を示している。本形態の鍛造装置１は，ノックアウトパンチ３１とパンチ３２とダイス３３とで挟むことによって，この荒地成形品３４を据え込み成形するためのものである。なおこれらの金型は，特別に高硬度の材料で形成する必要はない。従来から金型用に用いられている一般的な材料によるもので十分である。

ノックアウトパンチ３１は，ベッド１２に固定されて使用されるものである。パンチ３２は，プランジャ１３の図１中下部に取り付けられ，プランジャ１３とともに図中上下方向に往復動されるものである。また，ダイス３３は，ノックアウトパンチ３１とパンチ３２との外周を囲んで配置されている略円筒状のものである。これらのうち，ノックアウトパンチ３１の図中上面とパンチ３２の図中下面とダイス３３の内周面とが協働して，金型として作用する。そのため，これらの面は成型する部品に応じて，それぞれ適切な形状に形成されている。

このうち，ダイス３３は，上述したように，第１ロッド２４の他端２４ｂに取り付けられて使用される。そして，リンク２３の回転に伴って，図１中上下方向に往復動される。この往復動は，当然，プランジャ１３およびパンチ３２の往復動と連動した動きである。すなわち，ダイス３３は，パンチ３２と同一の周期・タイミングで約半分の距離を往復する。最も速度の大きい箇所での速度は，約半分である。なお，図中のＰ：Ｑを調整することにより，これらの速度比は調整可能である。本形態では，ダイス３３の速度がパンチ３２の速度の４０〜６０％の範囲内となっていることが望ましい。

次に，本形態の鍛造装置１によって，荒地成形品３４を成形する工程について説明する。まず，パンチ３２とダイス３３とを図１中の上方へ待避させておいて，ノックアウトパンチ３１の上に荒地成形品３４をセットする。そして，メインモータ２１を駆動させ，リンク２３を回転させる。これにより，パンチ３２とダイス３３とが図中下方へ動く。荒地成形品３４の上面にパンチ３２が接触したときには，図２の（ａ）に示すようになっている。

図２（ａ）の位置から，パンチ３２とダイス３３とをさらに下降させる。ノックアウトパンチ３１は移動しない。パンチ３２の移動によって，パンチ３２とノックアウトパンチ３１との間で荒地成形品３４が上下から押しつぶされることにより，図２中横方向へ，特に中央部分が大きくふくらむ。パンチ３２を距離Ｖだけ下降させたときに，荒地成形品３４の外周の一部は，図２の（ｂ）に示すようにダイス３３の内周側と接触する。この接触箇所は，荒地成形品３４の図中縦方向のほぼ中央辺りであり，接触の初期では，比較的狭い領域で接触することが分かっている。

この時点では，まだ所望の製品形状は得られていないので，さらにパンチ３２を下降させ，加圧方向に据え込む。このとき，パンチ３２の下降に伴って，荒地成形品３４の最もふくらんでいる箇所も次第に下方へ移動する。この箇所は，そのときの荒地成形品３４の縦方向長さの約中央を中心とした範囲である。その範囲が広がりながら，縦方向長さの減少速度の約半分の速度で移動する。すなわち，荒地成形品３４のダイス３３への接触箇所は，パンチ３２の速度の約半分の速度で移動する。

本形態では，パンチ３２の約半分の速度でダイス３３を下降させているので，荒地成形品３４のダイス３３への接触箇所の移動とほぼ等速でダイス３３が移動していることになる。従って，ダイス３３と荒地成形品３４との相対速度はほとんど０となっている。すなわち，これらの間で滑りはほとんど無いので，ワークとの間の滑りによるダイス３３の摩耗はほとんど発生しない。

成形工程が終了した状態を図２（ｃ）に示す。成形前の荒地成形品３４は，パンチ３２とノックアウトパンチ３１とにのみ接触していたが，成形後はこれらの他にダイス３３にも接触した状態となっている。成形工程が終了した状態では，成形開始時の状態（図２（ａ））と比較して，パンチ３２は全体で距離Ｓだけ下降した。この間にダイス３３は，パンチ３２の半分の距離だけ下降した。すなわち，荒地成形品３４が接触するまで（図２（ａ）〜（ｂ）の間）に距離（Ｖ／２），接触してから（図２（ｂ）〜（ｃ）の間）に距離Ｔだけ下降し，その合計は距離Ｓの半分となっている。

なお，本形態では，リンク２３によって，パンチ３２とダイス３３とをともに移動させているが，リンク式に限らず，ギヤ式でもよい。またその駆動源は，油圧によるものでもよい。またあるいは，パンチ３２とダイス３３をそれぞれ別の駆動源によって駆動させるようにしてもよい。その場合は，パンチ１３を距離Ｖだけ移動させた後にダイス３３の移動を開始するようにしてもよい。少なくとも，荒地成形品３４がダイス３３の内面に接触してからは，ダイス３３をパンチ３２の速度の約半分の速度で移動させるようにする。なお，成形品の荒地形状等によって，はじめにダイス３３に接触する箇所やその進行速度は異なるものとなる。従って，成形品の種類等に応じて，ダイス３３の移動速度を適切に設定するようにすればよい。

本形態の鍛造装置１によって成形を繰り返したところ，図３に実線Ｌ１で示すように，金型の摩耗の程度はごく小さいものに抑えられた。これに対して，ダイス３３の移動を行わず固定配置とした場合には，図中に破線Ｌ２で示すように，１０⁴ショットを超えたあたりから急激にダイス３３の摩耗が進行した。この図の結果からも，本形態の有効性が確認できた。

以上詳細に説明したように本形態の鍛造装置１によれば，ダイス３３をパンチ３２の半分の速度で同方向へ移動させているので，荒地成形品３４とダイス３３との相対速度は，ほとんど０となる。従って，ダイス３３の摩耗は効果的に抑制されている。すなわち，高価な材料を用いることなく，金型の摩耗を効果的に抑止して，精度のよい成形品を製造することのできる鍛造方法となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，上記の形態では，ノックアウトパンチ３１は移動しないとしたが，図４に示すように，パンチ３２の下降とともにノックアウトパンチ３１が同じスピードで上昇することにより，荒地成形品３４を挟み込むようにしてもよい。この場合には，ダイス３３は，固定されているものとすればよい。

本形態の鍛造装置を示す概略構成図である。 本形態の鍛造装置による鍛造工程を示す説明図である。 ショット数と金型の摩耗の程度との関係を示すグラフ図である。 本形態の鍛造装置の別の例を示す説明図である。

符号の説明

１ 鍛造装置
２１ メインモータ
２３ リンク
３１ ノックアウトパンチ
３２ パンチ
３３ ダイス

Claims (6)

1. 製品の軸方向の第１端面に対面する第１パンチ金型と，
   製品の軸方向の第２端面に対面する第２パンチ金型と，
   製品の軸方向の周面を包囲するダイス金型とを有し，
   前記第１パンチ金型と前記第２パンチ金型と前記ダイス金型との間の空間に加工対象物を置いた状態で，前記第１パンチ金型と前記第２パンチ金型とで加工対象物を挟みつけることで，加工対象物を製品の形状に加工する鍛造装置において，
   前記第１パンチ金型と前記第２パンチ金型とを互いに接近させる主動作を行わせる駆動部を有し，
   前記駆動部は，前記第１パンチ金型から見た前記ダイス金型の速度を，前記第１パンチ金型から見た前記第２パンチ金型の速度より小さくて同じ向きの有限の速度とする副動作をも行わせるものであることを特徴とする鍛造装置。
2. 請求項１に記載の鍛造装置において，
   前記駆動部は，前記第１パンチ金型から見た前記ダイス金型の速度を，前記第１パンチ金型から見た前記第２パンチ金型の速度の４０％〜６０％の範囲内とするものであることを特徴とする鍛造装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の鍛造装置において，
   前記駆動部は，前記副動作を，少なくとも，加工対象物が前記ダイス金型の内面に接触してから，前記主動作の終了までの間にわたって行わせるものであることを特徴とする鍛造装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の鍛造装置において，
   前記第１パンチ金型が固定されているものであることを特徴とする鍛造装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の鍛造装置において，
   前記ダイス金型が固定されているものであることを特徴とする鍛造装置。
6. 製品の軸方向の第１端面に対面する第１パンチ金型と，
   製品の軸方向の第２端面に対面する第２パンチ金型と，
   製品の軸方向の周面を包囲するダイス金型とを有する鍛造装置を用いて，
   前記第１パンチ金型と前記第２パンチ金型と前記ダイス金型との間の空間に加工対象物を置いた状態で，前記第１パンチ金型と前記第２パンチ金型とで加工対象物を挟みつけることで，加工対象物を製品の形状に加工する鍛造方法において，
   前記第１パンチ金型と前記第２パンチ金型とを互いに接近させる主動作を行わせ，
   前記第１パンチ金型から見た前記ダイス金型の速度を，前記第１パンチ金型から見た前記第２パンチ金型の速度より小さくて同じ向きの有限の速度とする副動作をも行わせるものであることを特徴とする鍛造方法。

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