JP2012035292A - 棒状ワークの鍛造用金型及びその鍛造方法 - Google Patents

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【課題】ノックアウトの負担の軽減を図ることができる棒状ワークの鍛造技術を提供することを課題とする。
【解決手段】突き出しピンで矢印4の方向にワークを上昇させると、下型31の第1筒部52と棒状ワーク23の第2柱部65が向かい合う。下型31がスプリングバックにより想像線で示す第1筒部52から実線で示す第1の筒部52の位置にδ1だけ移動する。下型31のスプリングバックにより小さくなった第1筒部52の内径よりも、棒状ワーク23の第2柱部65の外径が小さい。すなわち、第1筒部52の内径D1と、第2柱部65の外径D2+αを比較すると、D1>(D2+α)となる。結果、第1筒部52と第2柱部65との間に隙間67が生じる。
【効果】突き出しピンを一つの筒部の長さ分上昇させるだけで負担が小さくなり、全体として突き出しピンに掛かるノックアウトの負担の軽減を図ることができる。
【選択図】図6

Description

本発明は、棒状ワークの型鍛造技術の改良に関する。
棒状ワークを下型にセットし、上型パンチを下降させることで棒状ワークを押して成形品を得る鍛造技術が知られている(例えば、特許文献1(図4)参照。)。
この特許文献1の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図10に示されるように、下型101にセットした棒状ワーク102を上型103で押すことで鍛造が実施されている。鍛造が実施されることで、棒状ワーク102は、柱部104と、この柱部104の端部に鍔部105と、を有する成形品となる。
上型103を上昇させ、突き出しピン106を上昇させることで棒状ワーク102を下型101から離型させる。
ところで、鍛造の際、下型101に棒状ワーク102が押し込められるので、下型101のキャビティ106は外側に若干押し広げられる。しかし、上型103を上昇させて押力を解くと、キャビティ106は内側に戻ろうとするスプリングバックにより、棒状ワーク102を締め付ける。すると、キャビティ107と棒状ワーク102の柱部104との間の摩擦力が大きくなる。突き出しピン106の突き出しの力を大きく保った状態で、柱部104の長さS分だけストロークさせる必要があり、突き出しピン106にノックアウトの負担が掛かる。すなわち、突き出しピン106に掛かるノックアウトの負担の軽減を図ることができる棒状ワークの鍛造技術が求められている。
特開2002−273543公報
本発明は、ノックアウトの負担の軽減を図ることができる棒状ワークの鍛造技術を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明は、棒状ワークの鍛造用金型において、前記金型は、前記棒状ワークを上から差し込み、この棒状ワークの上端を上型パンチで押して塑性変形させる下型であって、この下型は、前記棒状ワークを差し込む筒形キャビティと、この筒形キャビティの下端から先細り状に延び塑性加工中に棒状ワークの下部が進入するテーパ状キャビティとを有し、前記筒形キャビティは、前記下型の上面から下方へ、所定の内径の第1筒部と、この第1筒部より小径の第2筒部とからなる少なくとも2つの筒部が連続しており、これらの筒部は、30mm〜90mmの範囲に収まり、前記第1筒部と前記第2筒部との間の段差に代表される隣り合う前記筒部間の段差は、大径側の筒部の内径に0.25%を乗じて得た値より大きく、0.4mmより小さく設定されていることを特徴とする。
請求項2に係る発明では、請求項1記載の棒状ワークの鍛造用金型を使用し、柱部の下端から先細り状に延びる棒状ワークに鍛造を実施する棒状ワークの鍛造方法において、下型に棒状ワークを差し込むワークセット工程と、上型パンチを下降させ、筒形キャビティの面及びテーパ状キャビティの面に棒状ワークが到達するように塑性変形させる鍛造成形工程と、成形された棒状ワークを下型から離型させる突き出し工程と、からなることを特徴とする。
請求項3に係る発明では、請求項1記載の棒状ワークの鍛造用金型を使用して製造される鍛造中間体において、鍛造中間体は、所定の外径の第1柱部と、この第1柱部より小径の第2柱部とからなる少なくとも2つの柱部が連続しており、これら柱部は、30mm〜90mmの範囲に収まり、第1柱部と第2柱部との間の段差に代表される隣り合う柱部間の段差は、0mmより大きく0.4mmより小さいものであることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、筒形キャビティは、少なくとも2つの筒部が連続しており、これらの筒部は、30mm〜90mmの範囲に収まり、第1筒部と第2筒部との間の段差に代表される隣り合う筒部間の段差は、大径側の筒部の内径に0.25%を乗じて得た値より大きく、0.4mmより小さく設定されている。
ノックアウトの際、一つの筒部の長さ分だけ突き出しピンを上昇させると、棒状ワークの第2柱部が、筒形キャビティの第1筒部に対応する高さに位置する。スプリングバックにより筒形キャビティの第1筒部の径が小さくなるが、この小さくなった径よりも、棒状ワークの第2柱部の径の方が小さいので、筒形キャビティと棒状ワークの間に隙間が生じる。結果、突き出しピンを一つの筒部の長さ分上昇させるだけで負担が小さくなり、全体として突き出しピンに掛かるノックアウトの負担の軽減を図ることができる。
請求項2に係る発明では、請求項1記載の棒状ワークの鍛造用金型を使用した棒状ワークの製造方法であって、ワークセット工程と、鍛造成形工程と、突き出し工程と、からなる。ノックアウト時、突き出しピンを一つの筒部の長さ分上昇させると負担が小さくなるので、ノックアウトのストロークを小さくすることができ、鍛造作業に要する時間を短くすることができる。
請求項3に係る発明では、第1柱部と第2柱部との間の段差に代表される隣り合う柱部間の段差は、0mmより大きく0.4mmより小さいものである。0.4mmより小さい段差であれば、機械加工の際、バイトで1回切削するだけで、段差を除去でき、棒状ワークの仕上げを簡単に行うことができる。
本発明に係る鍛造装置の正面図である。 図1の2部拡大図である。 上型パンチの作用を説明する図である。 突き出しピンの作用を説明する図である。 図4の5部拡大図である。 下型の作用を説明する図である。 ノックアウト作業を説明する図である。 ワーク直径と段差のスプリングバック量の関係を説明する図である。 棒状ワークの段差を除去する工程を説明する図である。 従来の技術に係る鍛造用金型を説明する図である。
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1に示されるように、鍛造装置10は、ベース11と、このベース11から上へ延びる柱12と、この柱12の上端から水平に延びる梁13と、ベース11に支持部材14を介して載せられるロアプレート15と、このロアプレート15から上へ延びるガイドポスト16と、このガイドポスト16で案内されるアッパプレート17と、梁13に設けられアッパプレート17を昇降する昇降シリンダ18とからなる。
詳細には、昇降シリンダ18から下へ延びるピストンロッド21にアッパプレート17が連結され、アッパプレート17の下部にワークとしての棒状ワーク23を押す上型パンチ24が設けられている。上型パンチ24は上型枠25に支持され、この上型枠25は第1のクランププレート26に支持され、この第1のクランププレート26は第1のボルト27によってアッパプレート17に固定されている。
なお、上型パンチ24の下面28は平面であるが、ワークの形状に合わせて下面としてのコア28の形状を適宜変更しても差し支えない。
ロアプレート15の上部に棒状ワーク23を支持する下型31が設けられている。この下型31は下型枠32に囲われ、この下型枠32は第2のクランププレート33に支持され、この第2のクランププレート33は第2のボルト34によってロアプレート15に固定されている。
下型31は、筒形キャビティ37及びこの筒形キャビティ37の下端から先細り状に延びるテーパ状キャビティ38を有し、筒形キャビティ37とテーパ状キャビティ38とでキャビティ41が構成される。
なお、実施例において、テーパ状キャビティ38は、テーパ部を2ヵ所有しているが、これに限定されず、1ヵ所、3ヵ所以上のテーパ部を有する形態でも差し支えない。
ベース11に、突き出しピン42によって棒状ワーク23をノックアウトするノックアウト用シリンダ43が設けられている。
次に下型31の要部について説明する。
図2に示されるように、筒形キャビティ37は、下型31の上面51から下方へ、所定の内径D1の第1筒部52と、この第1筒部52より小径である内径D2の第2筒部53と、この第2筒部53より小径である内径D3の第3筒部54と、からなる筒部52、53、54が連続している。
なお、実施例では筒形キャビティ37は、筒部52、53、54が3個連続しているが3個に限定されず、2個、4個など複数個の筒部が連続して設けられていれば差し支えない。
これらの筒部52、53、54の内径D1、D2、D3は、30mm〜90mmの範囲に収まっている。第1筒部52と第2筒部53との間に第1の段差55が設けられ、第2筒部53と第3筒部54との間に第2の段差56が設けられている。第1の段差55の幅はm1であり、第2の段差56の幅はm2である。
また、第1筒部52の高さはS1であり、第2筒部53の高さはS2であり、第3筒部の54の高さはS3である。
以上の述べた鍛造装置10の作用を次に述べる。
図3に示されるように、下型31へ矢印(1)の向きに棒状ワーク23を差し込む(ワークセット工程)。
昇降シリンダ18を可動させ上型パンチ24を矢印(2)のように下降させ、筒形キャビティ37の面57及びテーパ状キャビティ38の面58に棒状ワーク23が達するように塑性変形させ成形品を得る(鍛造成形工程)。
図4に示されるように、棒状ワーク23は、キャビティ41に押し込まれて塑性変形し、柱部61とこの柱部61の下端から先細りに延びるテーパ部62と柱部61の他端に形成される鍔部63とからなる成形品となる。
上型パンチ24を、上昇させて棒状ワーク23の上方を解放する。ノックアウト用シリンダ43を可動させ、突き出しピン42を上昇させることで、棒状ワーク23を下型31から離型する(突き出し工程)。
また、テーパ部62の段差をLとする。テーパ部62の段差Lに比較して、図2に示した段差m1は極端に小さい。
次に棒状ワークの状態について説明する。
図5に示されるように、鍛造成形工程により棒状ワーク23は、筒形キャビティの面57に合うように塑性変形される。柱部61は、鍔部63の付け根部から下方へ、所定の外径A1の第1柱部64と、この第1柱部64より小径の外径A2の第2柱部65と、この第2柱部65より小径の外径A3の第3柱部66と、からなる。実施例では柱部61は、柱部64、65、66が3個連続しているが3個に限定されず、2個、4個など複数個の柱部が連続して設けられていても差し支えない。
棒状ワーク23によって、筒形キャビティの面57を外径方向に押し出す力が作用する。第1筒部52には押力F1が作用し、第2筒部53には押力F2が作用し、第3筒部54には押力F3が作用する。
押力F1、F2、F3により筒形キャビティの面57は、直径がα大きくなる方法に若干押し広げられる。この状態で、突き出しピン(図4、符号42)で矢印(3)のように棒状ワーク23を押し上げる。
次に下型31の作用について説明する。
図6に示されるように、棒状ワーク23を矢印(4)の向きにさらに上昇させる。すると、下型31の第1筒部52と棒状ワーク23の第2柱部65が向かい合う。押力F1、F2、F3(図5参照)が解かれ、下型31がスプリングバックにより想像線で示す第1筒部52から実線で示す第1の筒部52の位置にδ1だけ移動する。
下型31のスプリングバックにより小さくなった第1筒部52の内径よりも、棒状ワーク23の第2柱部65の外径が小さい。すなわち、第1筒部52の内径D1と、第2柱部65の外径D2+αを比較すると、D1>(D2+α)となる。結果、第1筒部52と第2柱部65との間に隙間67が生じる。
なお、同様に第2筒部53はδ2だけ移動し、第3筒部54はδ3だけ移動する。
結果、棒状ワーク23を距離S1上昇させるだけで、突き出しピン(図4、符号42)の負担が小さくなり、ノックアウト全体としても負担の軽減を図ることができる。
図7に示されるように、突き出しピン42を矢印(5)のようにさらに上昇させることで、棒状ワーク23を取り出すことができる。この際、筒形キャビティ37の長さはS4であるが、ノックアウトのストロークはS4より短くてよい。
次に棒状ワーク23の直径と下型31の段差のスプリングバック量の関係について説明する。
図8に示されるように、棒状ワーク(図6、符号23)の直径に対応した下型31のスプリングバックの量は、比例関係にあり、棒状ワーク23の直径が160mmのとき、下型31の段差55、56のスプリングバック量は0.4mmとなる。
例えば、自動車のCVTでは、棒状ワーク23の柱部の筒部は、30mm〜90mmの範囲に収まる場合が多い。下型31のスプリングバック量は、棒状ワーク23の直径の0.2%〜0.5%である。すなわち、段差55、56においては、棒状ワーク23の直径の0.1%〜0.25%分だけスプリングバックとして移動する。スプリングバック量が大きい程、前述した隙間67が小さくなるので、隙間67に余裕を作るためにも、段差55、56は、棒状ワーク23の筒部52に0.25%を乗じて得た値より大きくする必要がある。
一方、棒状ワーク23の筒部52を30mm〜90mmの範囲にすると、筒部52が90mmのときに最大で0.25%、すなわち0.225mmだけスプリングバックとして移動する。よって、段差55、56を0、225mmよりも大きい0.4mmを最大値として設定すれば必ず隙間67が生じ、且つ、段差55、56を除去し易い。
次に段差55、56の除去方法について説明する。
図9に示されるように、旋盤71に成形された棒状ワーク23をセットする。段差55、56は、0.4mm以下に設定されている。0.4mm以下の段差であれば、機械加工の際、バイト72で1回切削するだけで、段差を除去できる。よって、段差55、56を0.4mm以下にする必要がある。
以上に述べた鍛造用金型としての下型31の作用効果を以下に記載する。
上記の図6に示されるように、棒状ワークの鍛造用金型31において、金型31は、棒状ワーク23を上から差し込み、この棒状ワーク23の上端を上型パンチ(図1、符号24)で押して塑性変形させる下型31であって、この下型31は、棒状ワーク31を差し込む筒形キャビティ37と、この筒形キャビティ37の下端から先細り状に延び塑性加工中に棒状ワーク23の下部が進入するテーパ状キャビティ38とを有し、筒形キャビティ37は、下型31の上面51から下方へ、所定の内径の第1筒部52と、この第1筒部52より小径の第2筒部53とからなる少なくとも2つの筒部が連続しており、これらの筒部52、53は、30mm〜90mmの範囲に収まり、第1筒部52と第2筒部53との間の段差に代表される隣り合う筒部間の段差55は、大径側の筒部の内径に0.25%を乗じて得た値より大きく、0.4mmより小さく設定されている
この構成により、ノックアウトの際、一つの筒部の長さS1分だけ突き出しピン42を上昇させると、棒状ワーク23の第2柱部65が、筒形キャビティ37の第1筒部52に対応する高さに位置する。スプリングバックにより筒形キャビティ37の第1筒部52の径が小さくなるが、この小さくなった径よりも、棒状ワーク23の第2柱部65の径の方が小さいので、筒形キャビティ37と棒状ワーク23の間に隙間67が生じる。結果、突き出しピン42を一つの筒部の長さ分上昇させるだけで負担が小さくなり、全体として突き出しピンに掛かる42ノックアウトの負担の軽減を図ることができる。
上記の図3に示されるように、請求項1記載の棒状ワークの鍛造用金型31を使用し、柱部61の下端から先細り状に延びる棒状ワーク23に鍛造を実施する棒状ワークの鍛造方法において、下型31に棒状ワーク23を差し込むワークセット工程と、上型パンチ24を下降させ、筒形キャビティ37の面57及びテーパ状キャビティ38の面58に棒状ワーク23が到達するように塑性変形させる鍛造成形工程と、成形された棒状ワーク23を下型31から離型させる突き出し工程と、からなる。
この工程により、ノックアウト時、突き出しピン42を一つの筒部の長さS1分上昇させると負担が小さくなるので、ノックアウトのストロークを小さくすることができ、鍛造作業に要する時間を短くすることができる。
上記の図9に示されるように、請求項1記載の棒状ワークの鍛造用金型31を使用して製造される棒状ワークとしての鍛造中間体23において、鍛造中間体23は、所定の外径の第1柱部64と、この第1柱部64より小径の第2柱部65とからなる少なくとも2つの柱部64、65が連続しており、これら柱部64、65は、30mm〜90mmの範囲に収まり、第1柱部64と第2柱部65との間の段差55に代表される隣り合う柱部間の段差55は、0mmより大きく0.4mmより小さいものである。
この構成により、0.4mmより小さい段差55であれば、機械加工の際、バイト72で1回切削するだけで、段差を除去でき、棒状ワーク23の仕上げを簡単に行うことができる。
尚、本発明に係る棒状ワークの鍛造用金型は、実施の形態ではビレットを円柱状の長尺ワークとして適用したが、ビレットは円柱部とテーパ部とからなる長尺ワークに適用可能であり、一般の長尺ワークに適用することは差し支えない。
本発明の鍛造用金型は、棒状ワークの鍛造に好適である。
10…鍛造装置、23…ワーク(棒状ワーク、鍛造中間体)、24…上型パンチ、31…下型、37…筒形キャビティ、38…テーパ状キャビティ、41…キャビティ、42…突き出しピン、51…下型の上面、52…第1筒部、53…第2筒部、55…第1の段差、57…筒形キャビティの面、58…テーパ状キャビティの面、64…第1柱部、65…第2柱部、67…隙間。

Claims (3)

  1. 棒状ワークの鍛造用金型において、
    前記金型は、前記棒状ワークを上から差し込み、この棒状ワークの上端を上型パンチで押して塑性変形させる下型であって、
    この下型は、前記棒状ワークを差し込む筒形キャビティと、この筒形キャビティの下端から先細り状に延び塑性加工中に棒状ワークの下部が進入するテーパ状キャビティとを有し、
    前記筒形キャビティは、前記下型の上面から下方へ、所定の内径の第1筒部と、この第1筒部より小径の第2筒部とからなる少なくとも2つの筒部が連続しており、
    これらの筒部は、30mm〜90mmの範囲に収まり、
    前記第1筒部と前記第2筒部との間の段差に代表される隣り合う前記筒部間の段差は、大径側の筒部の内径に0.25%を乗じて得た値より大きく、0.4mmより小さく設定されていることを特徴とする棒状ワークの鍛造用金型。
  2. 請求項1記載の棒状ワークの鍛造用金型を使用し、柱部の下端から先細り状に延びる棒状ワークに鍛造を実施する棒状ワークの鍛造方法において、
    前記下型に前記棒状ワークを差し込むワークセット工程と、
    前記上型パンチを下降させ、前記筒形キャビティの面及び前記テーパ状キャビティの面に前記棒状ワークが到達するように塑性変形させる鍛造成形工程と、
    成形された前記棒状ワークを前記下型から離型させる突き出し工程と、からなることを特徴とする棒状ワークの鍛造方法。
  3. 請求項1記載の棒状ワークの鍛造用金型を使用して製造される鍛造中間体において、
    前記鍛造中間体は、所定の外径の第1柱部と、この第1柱部より小径の第2柱部とからなる少なくとも2つの柱部が連続しており、
    これら柱部は、30mm〜90mmの範囲に収まり、
    前記第1柱部と前記第2柱部との間の段差に代表される隣り合う前記柱部間の段差は、0mmより大きく0.4mmより小さいものであることを特徴とする鍛造中間体。
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