JP2010149152A - Metallic mold mechanism, manufacturing method, and component with multi-directional axis - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射状に軸部が延びた金属製の多方軸部品を、製品精度を低下させることなく、工程の簡略化を図ることのできる金型機構及び製造方法並びにこれらによって製造された多方軸部品に関する。 The present invention relates to a metal mold and a manufacturing method capable of simplifying the process of a metal multi-directional shaft component having radially extending shaft portions without reducing product accuracy, and a multi-directional shaft manufactured by these. Regarding parts.
従来、例えば自在継手など放射状に軸部が延びた部品の製造方法として、以下の特許文献1,2が知られている。
特許文献1には、それまでのスパイダ部品を製造する工程、すなわち、丸棒の熱間鍛造、ばりの除去のための切削加工、焼きなまし又は焼ならし、切削加工、浸体焼入及び焼戻し、成型のための研削加工、のうち、切削加工を省略すべく、素材を閉塞鍛造により自在継手のほぼ軸の形状に形成し、軸部分にサイジングを施した後、熱処理を行うようにすることが記載されている。 Patent Document 1 discloses a process for manufacturing spider parts so far, that is, hot forging of a round bar, cutting for removing a flash, annealing or normalizing, cutting, immersion quenching and tempering, Of the grinding process for molding, in order to omit the cutting process, the material is formed into the shape of the shaft of the universal joint by closed forging, and the shaft part is sized and then heat-treated. Are listed.
特許文献2には、ジャーナル部の軸と平行な分割線を有する平面金型で作成した際に、該ジャーナル部の該金型の開閉部位に生じる、ジャーナル部の付根に存在するばりを問題として、それまで当該ばりを除去していたことに代え、ジャーナル部を含むボスの円周方向三等分の一を成型単位とする3つの鍛造金型で形成してパーティングラインを互いに隣接するジャーナル部間のボスの外周面における継手軸方向部位に形成することが記載されている。
In
しかしながら、特許文献1では閉塞鍛造後にサイジングを施す必要があった。また、特許文献2では製品に現れるパーティングラインの位置を規定しているだけであり、製造工程上での効果としては、該パーティングラインを切削、ショットブラスト、バレル処理などコストを掛けて処理することを止めることで簡略化が図られる程度に止まっていた。
However, in Patent Document 1, it is necessary to perform sizing after closed forging.
本発明が解決しようとする問題点は、特許文献1及び特許文献2は製品精度を低下させることなく製造工程の簡略化を図ることができない点である。
The problem to be solved by the present invention is that Patent Document 1 and
上記課題を解決するために、軸部が放射状に延びた金属製の多方軸部品を製造するための本発明の金型機構は、軸部を形成する複数の金型と、これら金型を型締方向に同時に移動させる型締手段とを有し、前記各金型には、型締方向を正面としたときの、正面視両端に該軸部間中央位置で等角度に分割した分割テーパ部と、正面視中央に該軸部を形成する軸形成孔部が設けられ、離型方向を背面としたときの背面視上部位又は下部位に、前記型締手段が型締方向と直交方向に相対移動することで金型に閉塞力を発揮させるためのテーパ部が設けられたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a mold mechanism of the present invention for manufacturing a metal multi-axis shaft part with a radially extending shaft part includes a plurality of molds that form the shaft part, and these molds as molds. A die-clamping means that is moved at the same angle at the center position between the shafts at both ends when viewed from the front when the die-clamping direction is the front surface. And a shaft forming hole portion that forms the shaft portion in the center when viewed from the front, and the mold clamping means is disposed in a direction perpendicular to the mold clamping direction at the upper or lower portion when viewed from the rear when the mold release direction is the rear surface. A taper portion is provided for causing the mold to exert a closing force by relative movement.
また、上記の金型機構を用いた本発明の金属製の多方軸部品の製造方法は、型締手段により、成形荷重の50〜150%の閉塞荷重で全金型を同時に閉塞することとした。 Further, in the method for manufacturing a metal multi-directional shaft component of the present invention using the above-described mold mechanism, all molds are simultaneously closed with a closing load of 50 to 150% of the molding load by the clamping means. .
さらに、上記の金型機構及び製造方法により製造された本発明の多方軸部品は、金型を離型した状態で真円度が±0.01mm以下とされたものである。 Furthermore, the multi-axial component of the present invention manufactured by the above-described mold mechanism and manufacturing method has a roundness of ± 0.01 mm or less with the mold released.
本発明に係る多方軸部品の金型機構は、型締方向を正面としたときの上下に分割された(以下、横割という)金型を用いず、型締方向の左右に分割された、つまり縦割の金型を用いている。金型は、例えば四方向に十字状に延びた多方軸部品であれば4個用いられる。これら金型は、個々に同一形状とされており、これらを閉塞して素材を塑性変形させることで多方軸部品が形成される。 The mold mechanism of the multi-axis component according to the present invention is divided into right and left in the mold clamping direction without using a mold divided in the upper and lower directions (hereinafter referred to as horizontal split) when the mold clamping direction is the front. A vertically divided mold is used. For example, four molds are used if they are multi-axis parts extending in a cross shape in four directions. These molds are individually formed in the same shape, and multi-axial parts are formed by closing them and plastically deforming the material.
さらに、金型は、同時に閉塞するための型締手段が相対移動すると、テーパ部を介して型締方向の閉塞力を発揮する。また、後述の分割テーパ部により、型締の最終に至るまでには各金型の閉塞力の均等化が図られる。これにより、例えば型締方向中央に対して同距離だけ離れた位置に設けた型締手段をテーパ部に対して例えば上方に移動させるだけで、金型や型締手段の動きの特段の同期を図る必要がなくなる。 Furthermore, when the mold clamping means for simultaneously closing the mold relatively moves, the mold exhibits a closing force in the mold clamping direction via the taper portion. In addition, the divided taper portion described later can equalize the closing force of each mold before the end of mold clamping. Thus, for example, by simply moving the mold clamping means provided at the same distance from the center of the mold clamping direction, for example, upward with respect to the tapered portion, special synchronization of the movement of the mold and the mold clamping means is achieved. There is no need to plan.
金型における正面視上下左右の中央に設けられた軸形成孔部により形成された軸部は、該軸部の周面に、金型の分割線が形成されない。したがって、金型離型後に、軸部に形成された金型分割線(ばり)を除去する必要がなく、よってこの点でまず製造工程の省略化が図られる。 As for the shaft part formed by the shaft forming hole provided at the center of the mold in the vertical and horizontal directions when viewed from the front, the dividing line of the mold is not formed on the peripheral surface of the shaft part. Therefore, it is not necessary to remove the mold parting line (flash) formed on the shaft portion after the mold release, and therefore the manufacturing process can be omitted first in this respect.
また、分割テーパ部は、金型を同時に型締する際の閉塞荷重を分散させ、各金型に均等にこの閉塞荷重(閉塞力)がかかるから、軸形成孔部で形成される軸部の中心がぶれることがなく、また、この閉塞力に対する素材の応力で復元する際に、素材の流入口以外の開口が存在しない断面真円状の軸形成孔部の内周に沿って復元するから、金型を開いた状態における軸部の真円度が高くなり、後の仕上げ工程などを省略できる。 In addition, the divided taper portion disperses the closing load when the molds are simultaneously clamped, and this closing load (closing force) is uniformly applied to each mold. The center does not move, and when restoring by the stress of the material against this blocking force, it is restored along the inner periphery of the shaft-forming hole having a perfectly circular cross section where there is no opening other than the material inlet. The roundness of the shaft portion in the state where the mold is opened is increased, and the subsequent finishing step and the like can be omitted.
また、上記金型機構を用いた同士にかかる多方軸部品の製造方法は、型締手段により、閉塞荷重を成形荷重の50〜150%で全金型を同時に閉塞することにより、誤差が±0.01mm以下の真円の軸部を形成することができる。
Moreover, the manufacturing method of the multi-axis | shaft components concerning each other using the said metal mold | die mechanism WHEREIN: An error is +/- 0 by simultaneously closing | closing all the metal mold | die with the
閉塞荷重が成形荷重の50%より低いと金型離型時に、軸部が左右に扁平した状態となり真円度が低くなる。一方、閉塞荷重が成形荷重の150%より高いと金型離型時に、軸部が上下に扁平した状態となり真円度が低くなる。 When the closing load is lower than 50% of the molding load, the shaft portion is flattened left and right when the mold is released, and the roundness is lowered. On the other hand, when the closing load is higher than 150% of the molding load, the shaft portion is flattened up and down when the mold is released, and the roundness is lowered.
そして、上記金型機構と上記製造方法により製造された多方軸部品は、金型離型時で真円度が±0.01mm以下とされているから、後の工程において、形状的な仕上げ加工を施す必要がほとんどなく、よって大幅な製造工程の簡略化を図ることとなり、低コストで量産化が可能となる。 And since the multi-axis parts manufactured by the mold mechanism and the manufacturing method have a roundness of ± 0.01 mm or less at the time of mold release, the shape finishing process is performed in the subsequent process. Therefore, the manufacturing process is greatly simplified, and mass production is possible at low cost.
本発明は以下の図1〜図6に示す形態にて実施可能である。図1は、本発明の金型機構に用いられる金型を示す。図2及び図3は、本発明の金型機構を用いた多方軸部品の製造方法を説明するための図である。図4は、軸部成型状態を説明するための図である。図5及び図6は、金型離型直後の本発明の多方軸部品の状態を説明するための図である。 The present invention can be implemented in the forms shown in FIGS. FIG. 1 shows a mold used in the mold mechanism of the present invention. 2 and 3 are views for explaining a method of manufacturing a multi-directional component using the mold mechanism of the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining a shaft part molding state. 5 and 6 are views for explaining the state of the multi-axial component of the present invention immediately after mold release.
本例では、金属、例えば、円柱状の、SCr415、SCr420、SCM415、SCM420などのクロム鋼、クロムモリブデン鋼の素材Pを四方向で放射状に軸部分が延びた十字の多方軸部品10とする場合について説明する。多方軸部品10は、例えば、ボス部11の側周面において同一平面上に該ボス部11の中心から放射状に本例では4個の断面中実円形の軸部12が形成され、後述金型2から離型した状態で、該軸部12の断面真円度が±0.01mm以下とされたことを特徴としたものである。
In this example, a metal, for example, a columnar chrome steel such as SCr415, SCr420, SCM415, or SCM420, or a material P of chrome molybdenum steel is used as a cross-shaped multi-axis shaft component 10 in which shaft portions extend radially in four directions. Will be described. For example, the multi-axis shaft part 10 is formed with four solid
本発明の金型機構1は、次のように構成されている。2は、多方軸部品10の軸部12の個数だけ用意(本例では4個)される金型である。この金型2は、図1(a)に示す平面視で、軸部12の軸間中央においてボス部11の中心から等分割されており、型締時に互いが当接する本例では45°の分割テーパ部2Aが図1(b)に示す正面視の両端に設けられている。
The mold mechanism 1 of the present invention is configured as follows.
また、金型2は、図1(b)に示す正面視において分割テーパ部2A,2A間に、ボス部11の側周面を形成するボス形成部2Bが設けられており、このボス形成部2Bの上下左右の中央位置、すなわち正面視中央に、軸部12を形成するための軸形成孔部2Cが設けられている。
Further, the
さらに、金型2は、図1(c)に示す背面、すなわち離型方向の面における本例では下部位に、後述する型締機構3のカム3A(型締手段)が型締方向と直交方向に相対的に移動することで該金型2に閉塞力を発揮させるためのテーパ部2Dが設けられている。なお、図1(d)には、金型2を側面視した状態が示されている。
Furthermore, the
3は、本発明の金型機構1における、上記金型2を型締する際に用いる型締機構である。この型締機構3には、通常のプレス装置におけるメインラム3aに対応するベッド3b、成型する素材Pを保持すると共に金型2を所定位置に配置し、この状態で素材Pに対する所定位置へ移動させるべく上下動するスリーブ3cを備えている。そして、本発明の金型機構1は、本例では、型締手段としてのカム3Aをベッド3b上に固定配置している点を特徴とする。
3 is a mold clamping mechanism used when the
カム3Aは、本例では、ベッド3b上において、型締時に金型2のテーパ部2Dが当接して、このカム3Aに対する金型2の相対的な垂直方向の移動により、該金型2に水平方向の閉塞力を発揮させるべく、上部に、型締方向の下方に傾斜した斜面部3Aaが形成されている。
In this example, the
また、図2及び図3に示される型締機構3において、3Bはボス部11の平面形成部位に設けられた上パンチ、3Cは上パンチに対応してボス部11の底面形成部位に設けられた下パンチである。上パンチ3B、下パンチ3Cは、ボス部11の平面、底面、の形成部位において中央から外周部に向けて拡径状に傾斜した斜面3Ba,3Caが形成されると共に、この斜面3Ba,3Caの所定拡径部位に平坦状の段部3Bb,3Cbが各々形成されている。
Further, in the
上パンチ3B,下パンチ3Cの、斜面3Ba,3Ca、段部3Bb,3Cbにより、ボス部11の成型時に、本来、金型2との間にばりとして生じる余肉部を補強リブとしての形状とすることができると共に、速やかに成型する素材Pを金型2の軸形成孔部2Cへ流入させることができる。
Due to the slopes 3Ba and 3Ca and the stepped portions 3Bb and 3Cb of the
次に、上記の金型機構1を用いた多方軸部品10を製造する工程について説明する。図2(a)に示すように、ベッド3b上に、カム3Aを、下パンチ3Cの中心から(本例では四方に)等距離だけ離間させて固定配置する。そして、下パンチ3C上とスリーブ3cに囲まれた部位に、円柱状の素材Pを配置する。
Next, a process for manufacturing the multi-axis component 10 using the mold mechanism 1 will be described. As shown in FIG. 2A, the
上記の後、図2(b)に示すように、メインラム3a下面とスリーブ3cの上端面に金型2を配置し、メインラム3aを、上パンチ3Bと共に、ベッド3bに向けて接近移動させて型締を開始する。このとき、スリーブ3cは図示下方、未だ移動していない下パンチ3Cの段部3Cbと同高さにまで下降させる。
After the above, as shown in FIG. 2B, the
なお、本例では図3(a)に示すように、下パンチ3Cを上パンチ3Bに向けて移動させて型締を行うようにしており、これにより、成型の偏りが生じない均質な多方軸部品10を速やかに製造できる。
In this example, as shown in FIG. 3 (a), the
図3(a)に示すように、型締を開始し、金型2のテーパ部2Dがカム3Aの斜面部3Aaに当接すると、金型2は、それまでの垂直下方向の移動から、水平中心方向への閉塞力を発揮するようになり、このとき、隣接する互い金型2の分割テーパ部2Aが各々当接して該閉塞力が全体として均一となる。
As shown in FIG. 3A, when mold clamping is started and the
また、図3(b)に示すように、金型2を同時に、閉塞荷重が成形荷重の50〜150%の範囲内である例えば78.75%(=本例においては閉塞力630KN相当)で閉塞し、後に上パンチ3B、下パンチ3Cを互いに接近可動させることで、素材Pを塑性変形させる。これにより、金型離型時で真円度が±0.01mm以下の多方軸部品10が完成する。
Further, as shown in FIG. 3 (b), the
本発明の金型機構1を用いた本発明の製造方法により真円度が±0.01mm以下の多方軸部品10が製造可能な原理について図4を参照して説明する。型締された状態の時に、軸部12が成型される部位は、金型2及び上パンチ3Bと下パンチ3Cにより軸形成孔部2Cに流入する素材Pにより構成される。
The principle by which the multi-axial component 10 having a roundness of ± 0.01 mm or less can be manufactured by the manufacturing method of the present invention using the mold mechanism 1 of the present invention will be described with reference to FIG. The portion where the
素材Pは、流入する開口以外は閉じた軸形成孔部2C内においてしだいに充満し、充満後、つまり、型締された状態のときに、該軸形成孔部2Cに沿った成型が行われることとなる。
The material P gradually fills in the closed
このとき、軸部12となる素材P(以下、軸部12とのみ記す)の断面においては、金型2同士で不均等にかかる閉塞力は、分割テーパ部2Aにより互いに均等に分散され、また、軸形成孔部2Cは素材Pの流入部位以外に開いた部位がないので、軸部12にはその外周から軸中心に向けた均等な閉塞力がかかる。
At this time, in the cross section of the material P to be the shaft portion 12 (hereinafter referred to as only the shaft portion 12), the blocking force applied non-uniformly between the
一方、この閉塞力の応力、すなわち素材Pの復元力によって軸部12には、中心から外周へ均等な内部圧力がかかる。このときも軸形成孔部2Cは素材Pの流入部位以外に開いた部位がないと共に、金型2同士が分割テーパ部2Aにより互いに力が均等分散されるから、結果的に、周面均等に閉塞力と復元力が働き、軸形成孔部2Cの断面真円状に沿って成形されるのである。
On the other hand, a uniform internal pressure is applied to the
そして、上記、閉塞力は、図5(a)に示すように、成形荷重の50〜150%とすれば、図5(b)に示すように、真円度が±0.01mm以下の軸部12が形成される。成形荷重の50%より低いと図5(c)に示すように水平方向に扁平した状態となり、150%より高いと図5(d)に示すように垂直方向に扁平した状態となる。
As shown in FIG. 5 (a), when the closing force is 50 to 150% of the molding load, as shown in FIG. 5 (b), the roundness is ± 0.01 mm or less.
ちなみに、図6(a)に示すように、従来の横割の金型を用いた際には、本発明条件範囲内の成形荷重の78.75%(=閉塞力:630KN相当)とした状態であっても、金型離型時の軸部は真円度が図6(b)に示すように最大で約0.04mmで大きく歪んだ断面形状となった。ゆえに、従来の金型機構及び製造方法では、軸部を真円状に仕上げたり、上型と下型の分割部位に生じるばりを除去する後処理が必要となる。 Incidentally, as shown in FIG. 6 (a), when a conventional horizontal mold is used, 78.75% of the molding load within the condition range of the present invention (= blocking force: equivalent to 630KN) is used. Even in this case, the shaft portion at the time of mold release had a cross-sectional shape in which the roundness was greatly distorted at a maximum of about 0.04 mm as shown in FIG. Therefore, the conventional mold mechanism and manufacturing method require post-processing that finishes the shaft part into a perfect circle or removes the flash generated in the divided part of the upper mold and the lower mold.
一方、本発明の金型機構1を用いた本発明の製造方法による本発明の多方軸部品10は、同じ成形荷重の78.75%であれば、図6(c)に示すように、金型2離型時で真円度が±0.005mm程度であり、軸部12を真円状に仕上げる処理は必要なく、また、軸部12にばりが生じないので、これを除去する処理も不要である。
On the other hand, if the multi-axial component 10 of the present invention by the manufacturing method of the present invention using the mold mechanism 1 of the present invention is 78.75% of the same molding load, as shown in FIG. When the
1 金型機構
2 金型
2A 分割テーパ部
2C 軸形成孔部
2D テーパ部
3 型締機構
3A カム(型締手段)
3Aa 斜面部
3B 上パンチ
3C 下パンチ
10 多方軸部品
11 ボス部
12 軸部
P 素材
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