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

Abstract

【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_０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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