JP2012143779A

JP2012143779A - 鍛造用金型

Info

Publication number: JP2012143779A
Application number: JP2011003418A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yajima; 忠矢島; Tsutomu Ando; 勤安藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2012-08-02

Abstract

【課題】等速ジョイント外輪部材の後方押出し成形に用いられる鍛造用金型において、従来よりも長寿命の鍛造用金型を提供すること。
【解決手段】周方向に所定の間隔で設けられ、中心軸Ｘ方向に沿って鍛造用金型１０の先端まで延在する複数の凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、複数の凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの間に設けられ、中心軸Ｘ方向に沿って先端まで延在する複数の溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃと溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの境界部に設けられ、中心軸Ｘ方向に沿って先端まで延在する複数の鍔部１３ａ〜１３ｃと、を側面２５に備える鍛造用金型１０である。先端部の側面２５には、外方に突出するランド面２１が全周に亘って設けられ、鍔部１３ａ〜１３ｃにおけるランド面２１は、中心軸Ｘ方向に対して傾斜した傾斜面のみで構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、鍛造用金型に関する。より詳しくは、等速ジョイント外輪部材の後方押出し成形に用いられる鍛造用金型に関する。

従来より、自動車の駆動力伝達部においてミッションと車軸とを連結し、エンジンの回転駆動力を車軸に伝達する等速ジョイントが知られている。この等速ジョイントは、ミッションに連結される軸部を備える外環部材と、車軸の先端部に嵌合する内輪部材と、を備える。外輪部材は中空のカップ形状を有し、その内周面に設けられた溝に、内輪部材の一部が摺動自在に係合する。これにより、ミッションと車軸とが連結され、エンジンの回転駆動力が車軸に伝達される。

ところで、外輪部材は、主に４つの工程からなる冷間鍛造法により製造される。具体的には、前方押出し成形により軸部を形成する第１工程と、据込み成形により据込み部を形成する第２工程と、後方押出し成形により中空部を形成する第３工程と、しごき成形により完成品を得る第４工程と、を経ることで、外輪部材が製造される。

例えば、上記の第３工程で用いられる柱状の鍛造用金型として、周方向に所定の間隔で設けられ、軸方向に沿って鍛造用金型の先端まで延在する複数の凸部と、これら複数の凸部の間に設けられ、軸方向に沿って鍛造用金型の先端まで延在する複数の溝部と、これら凸部と溝部との境界部に設けられ、軸方向に沿って鍛造用金型の先端まで延在する複数の鍔部と、を備える鍛造用金型が知られている（特許文献１参照）。また、鍛造用金型の先端部の側面には、外方に突出するランド面が全周に亘って設けられており、当該ランド面は、軸方向に対して平行なストレート面と、軸方向に対して傾斜した傾斜面とから構成されている。

実公平６−４１７０４号公報

ここで、上記第１工程〜第４工程のうち、後方押出し成形により中空部を形成する第３工程の成形荷重が最も高く、第３工程で用いる鍛造用金型に対する負荷が最も大きい。このため従来の鍛造用金型では、特に鍛造用金型を引抜く際に、外方に突出したランド面を有する鍔部のランド部が成形体の開口部と接触する等して破損し易く、鍛造用金型の寿命が短いという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、等速ジョイント外輪部材の後方押出し成形に用いられる鍛造用金型において、従来よりも長寿命の鍛造用金型を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、等速ジョイント外輪部材（例えば、後述の等速ジョイント外輪部材４）の後方押出し成形に用いられる柱状の鍛造用金型（例えば、後述の鍛造用金型１０）であって、前記鍛造用金型の側面（例えば、後述の側面２５）には、周方向に所定の間隔で設けられ、軸方向（例えば、後述の中心軸Ｘ方向）に沿って前記鍛造用金型の先端まで延在する複数の凸部（例えば、後述の凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）と、前記複数の凸部の間に設けられ、前記軸方向に沿って前記先端まで延在する複数の溝部（例えば、後述の溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と、前記凸部と前記溝部との境界部に設けられ、前記軸方向に沿って前記先端まで延在する複数の鍔部（例えば、後述の鍔部１３ａ〜１３ｃ）と、を備え、前記鍛造用金型の先端部の側面には、外方に突出するランド面（例えば、後述のランド面２１）が全周に亘って設けられ、前記鍔部における前記ランド面は、前記軸方向に対して傾斜した傾斜面のみで構成されていることを特徴とする。

従来の鍛造用金型では、軸方向に対して平行なストレート面と、軸方向に対して傾斜した傾斜面とで鍔部のランド面が形成されていたところ、本発明では、軸方向に対して平行なストレート面を設けず、軸方向に対して傾斜した傾斜面のみで鍔部のランド面を形成した。
これにより、例えば鍛造用金型を引抜く際に、外方に突出したランド面を有する鍔部のランド部（例えば、後述のランド部２０）が成形体の開口部と接触することによって当該ランド部に生ずる引張り応力値を低減できる。このため、薄肉な鍔部のランド部が破損するのを抑制でき、鍛造用金型を長寿命化できる。また、ランド部に生ずる引張り応力値を低減できるため、鍛造用金型の引抜き荷重を低減できる。

本発明によれば、等速ジョイント外輪部材の後方押出し成形に用いられる鍛造用金型において、従来よりも長寿命の鍛造用金型を提供できる。

本発明の一実施形態に係る鍛造用金型を適用した冷間鍛造法の各工程を示す図である。上記実施形態に係る鍛造用金型を適用した鍛造用金型装置の型が開いている状態の縦断面図である。上記実施形態に係る鍛造用金型を適用した鍛造用金型装置の型が閉じている状態の縦断面図である。上記実施形態に係る鍛造用金型の先端部の斜視図である。上記実施形態に係る鍛造用金型の先端部の横断面図である。鍔部のランド面を構成する傾斜面の傾斜角度を説明するための図である。鍔部のランド面を構成する傾斜面の傾斜角度と応力値との関係を示す図である。鍔部のランド面を構成するストレート面の中心軸方向の長さを説明するための図である。鍔部のランド面を構成するストレート面の中心軸方向の長さと応力値との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る鍛造用金型を適用した、等速ジョイント外輪部材４の冷間鍛造法の各工程を示す図である。
図１に示すように、等速ジョイント外輪部材４の冷間鍛造法は、第１工程〜第４工程の４つの工程から構成される。

第１工程では、円柱状のビレットＢに対して、前方押出し成形を施す。これにより、軸部１ａが形成された第１成形体１を得る。
第２工程では、第１成形体１に対して、据込み成形を施す。これにより、断面積が大きい据込み部２ａが形成された第２成形体２を得る。
第３工程では、第２成形体２に対して、後方押出し成形を施す。これにより、中空部３ａが形成された第３成形体３を得る。
第４工程では、第３成形体３に対して、しごき成形を施す。これにより、所望の形状及び仕上げ寸法に成形された完成品、即ち等速ジョイント外輪部材４を得る。

ここで、各工程の成形荷重（鍛造荷重）は、例えば、第１工程では５５０ｔｏｎ、第２工程では５７０ｔｏｎ、第３工程では７４５ｔｏｎ、第４工程では８５ｔｏｎである。このように、第１工程〜第４工程のうち、後方押出し成形により中空部３ａを形成する第３工程の成形荷重が最も高い。本実施形態に係る鍛造用金型は、この成形荷重が最も高く、鍛造用金型に対する負荷が最も大きい第３工程に適用される。

図２は、本実施形態に係る鍛造用金型１０を適用した鍛造用金型装置３０の型が開いている状態の縦断面図であり、図３は、当該鍛造用金型装置３０の型が閉じている状態の縦断面図である。以下、鍛造用金型装置３０の概略構成について説明する。

図２及び図３に示すように、鍛造用金型装置３０は、後述する成形ダイを支持する第１ダイホルダ３２及び第２ダイホルダ３４を備える。
また、第１ダイホルダ３２上に第３成形ダイ４３を備え、この第３成形ダイ４３上に第２成形ダイ４２を備え、この第２成形ダイ４２上に第１成形ダイ４１を備える。

第１成形ダイ４１、第２成形ダイ４２及び第３成形ダイ４３には、それぞれ、第１リング体４４、第２リング体４５及び第３リング体４６が外嵌されている。

第１成形ダイ４１の内部には、第２成形体２の据込み部２ａを、中空部３ａを有するカップ形状に成形するためのキャビティ５６が設けられている。このキャビティ５６内に、柱状の鍛造用金型１０が挿入される。

第２成形ダイ４２の内部には、第２成形体２の軸部を挿入するための軸部挿入部４７が設けられている。軸部挿入部４７の径は、キャビティ５６の径よりも小さく設定されている。

軸部挿入部４７の鉛直下方には、第３成形ダイ４３から第１ダイホルダ３２に亘って形成された孔部５２と、この孔部５２に連通する貫通孔５４とが設けられている。この貫通孔５４内には、上昇又は下降自在なノックアウトピン５５が配設されている。

鍛造用金型１０は、治具７２を介して昇降部材７０に固定されている。この昇降部材７０は、図示しない機械プレスのラムに連結され、このラムと一体的に上下方向に変位する。これにより、鍛造用金型１０は、機械プレスの駆動作用下で上昇又は下降自在となっている。

鍛造用金型１０は、等速ジョイント外輪部材４における中空部４ａの内周面形状に型彫りされた外周面形状を有する。以下、本実施形態に係る鍛造用金型１０について詳しく説明する。
図４は、本実施形態に係る鍛造用金型１０の先端部の斜視図であり、図５は、鍛造用金型１０の先端部の横断面図である。

図４及び図５に示すように、鍛造用金型１０の側面２５には、鍛造用金型１０の中心軸Ｘ方向に沿ってその先端まで延在する３つの凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃが、所定の幅をもって、周方向に等間隔で設けられている。また、凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの間には、中心軸Ｘ方向に沿ってその先端まで延在する３つの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃが、所定の幅をもって、周方向に等間隔で設けられている。
これら凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃと溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃとにより、等速ジョイント外輪部材４の内部に、内輪部材のトラニオンを受容する空間が形成される。

凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃと溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの境界部には、中心軸Ｘ方向に沿って鍛造用金型１０の先端まで延在する６つの薄肉状の鍔部１３ａ〜１３ｃが、周方向に所定の間隔で設けられている。鍔部１３ａ〜１３ｃは、例えば凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃが突出する方向に対して略直交する方向に突出して設けられており、図５に示すように横断面視で、その突出する方向の先端部が曲面となっている。
これら鍔部１３ａ〜１３ｃにより、等速ジョイント外輪部材４の内周面に、トラニオンを構成するスライドローラの動作範囲を規制するアンダカット部が形成される。

鍛造用金型１０の先端部の側面２５には、外方に突出するランド面２１が、全周に亘って形成されている。ランド面２１は、鍛造用金型１０の側面２５（凸部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び鍔部１３ａ〜１３ｃを構成する鍛造用金型１０の側壁）の先端部を構成し、このランド面２１を有するランド部２０が、鍛造用金型１０の先端部に設けられている。
本実施形態のランド面２１は、中心軸Ｘ方向に対して傾斜した傾斜面のみで構成されている。即ち、鍔部１３ａ〜１３ｃにおけるランド面２１が、中心軸Ｘ方向に対して傾斜した傾斜平面と曲面とから構成されている。

ここで、鍔部１３ａ〜１３ｃのランド面２１（図３の破線部分）の形状に関して、以下のような検証を実施した。
先ず、鍔部のランド面を、最も外方に突出して中心軸方向に平行なストレート面と、中心軸方向に対して傾斜した傾斜平面と、所定の曲率半径を有する曲面とから構成した。また、ランド面の最も基端側の根元部（以下、ランド面の根元部）を構成する傾斜平面の中心軸方向に対する傾斜角度（以下、「傾斜角度」という）を、１４°、９°、８°、６°と変化させた。

図６は、上記のようにして作製した鍛造用金型について、鍔部が突出する方向に対して直交する方向から当該ランド面を視たときの模式図である。
図６（Ａ）は、傾斜角度を１４°に設定し、ランド面の中心軸方向の長さ（以下、「ランド面の長さ」という）を１２．３ｍｍ、ストレート面の中心軸方向の長さ（以下、「ストレート面の長さ）という）を１．８ｍｍ、ランド面の根元部を構成する傾斜平面とストレート面との間に設けられた曲面（以下、「曲面」という）の曲率半径を１０ｍｍとしたものである。
図６（Ｂ）は、傾斜角度を９°に設定し、ランド面の長さを１３．８ｍｍ、ストレート面の長さを０．８ｍｍ、曲面の曲率半径を１０ｍｍとしたものである。
図６（Ｃ）は、傾斜角度を８°に設定し、ランド面の長さを１４．５ｍｍ、ストレート面の長さを１．５ｍｍ、曲面の曲率半径を２０ｍｍとしたものである。
図６（Ｄ）は、傾斜角度を６°に設定し、ランド面の長さを１７．５ｍｍ、ストレート面の長さを１．５ｍｍ、曲面の曲率半径を２０ｍｍとしたものである。

図６（Ａ）〜（Ｄ）に示す形状のランド面を有する各鍛造用金型について、型寿命を調査した。具体的には、鍔部のランド部に破損が生じるまでのショット数を調査した。その結果、図６に示すように、傾斜角度が９°のときに最も寿命が長いことが分かり、傾斜角度は９°に設定するのが最も好ましいことが検証された。
これは、従来の鍛造用金型の傾斜角度はおよそ１１°〜１２°であったところ、傾斜角度をより緩やかな９°とすることにより、後方押出し成形時に塑性変形し、鍛造用金型１０の外周側に流れ込む成形素材の流動性が向上したことに起因するものと推測される。即ち、成形素材の流動性が向上することによって、鍔部のランド部に対する負荷が軽減され、鍛造用金型が長寿命化したものと推測される。

また、鍛造用金型を引抜く際に、ランド面の根元部と、上記の傾斜平面と曲面との境界部に生ずる引張り応力値（以下、応力値）を調査した。各応力値は図６に示す通りであり、これらの結果に基づいて、傾斜角度と応力値との関係を図７に示した。この図７から、いずれの部位においても応力値が８００ＭＰａを下回っていたのは、傾斜角度を９°に設定したもののみであり、引抜き時に両部位に生ずる応力値が低いものほど、寿命が長いことが検証された。
これは、傾斜角度を従来に比して緩やかな９°とすることにより、引抜き時に鍔部のランド部が成形体の開口部に接触することによってランド部に生ずる応力値を低減でき、ランド部が破損するのを抑制できるため、鍛造用金型が長寿命化したものと推測される。
また、図６に示すように、傾斜角度が９°のものは引抜き荷重が低いことも検証された。

次いで、傾斜角度を９°に固定し、ストレート面の長さを、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、０ｍｍと変化させた。
図８は、このようにして作製した各鍛造用金型について、図６と同様に、鍔部が突出する方向に対して直交する方向から当該ランド面を視たときの模式図である。
図８（Ａ）は、ストレート面の長さを０．５ｍｍに設定し、ランド面の長さを１２．８ｍｍ、曲面の曲率半径を２０ｍｍとしたものである。
図８（Ｂ）は、ストレート面の長さを１．０ｍｍに設定し、ランド面の長さを１３．３ｍｍ、曲面の曲率半径を２０ｍｍとしたものである。
図８（Ｃ）は、ストレート面の長さを１．５ｍｍに設定し、ランド面の長さを１３．８ｍｍ、曲面の曲率半径を２０ｍｍとしたものである。
図８（Ｄ）は、ストレート面の長さを２．０ｍｍに設定し、ランド面の長さを１４．３ｍｍ、曲面の曲率半径を２０ｍｍとしたものである。
図８（Ｅ）は、ストレート面の長さを０ｍｍに設定、即ちストレート面を設けず、ランド面の長さを１２．３ｍｍ、曲面の曲率半径を２０ｍｍとしたものである。

図８（Ａ）〜（Ｅ）に示す形状のランド面を有する各鍛造用金型について、鍛造用金型を引抜く際に、ランド面の根元部と、傾斜平面と曲面との境界部に生ずる応力値を調査した。各応力値は図８に示す通りであり、これらの結果に基づいて、ストレート面の長さと応力値との関係を図９に示した。図９に示すように、いずれの部位においても応力値はストレート面の長さが短いほど応力値が低減し、最も低いのはストレート面を設けないものであった。この結果と上述の結果とから、最も応力値が低減したストレート面を設けないものが最も寿命が長いことが検証された。
また、図８に示すように、ストレート面を設けないものは引抜き荷重が最も低いことも検証された。

以上のような構成を備える本実施形態の鍛造用金型１０を適用した鍛造用金型装置３０は、以下のように動作する。
先ず、鍛造用金型装置３０のキャビティ５６内に、第２成形体２を配置する。このとき、第２成形体２の軸部を軸部挿入部４７に挿入する。
次いで、鍛造用金型１０を下降させ、所定の成形荷重で後方押出し成形を施す。すると、塑性変形した成形素材は、鍛造用金型１０の先端面から側面２５側に移動し、ランド面２１とキャビティ５６の内壁面との間に形成される隙間に流れ込む。流れ込んだ成形素材は、鍛造用金型１０の側面２５とキャビティ５６の内壁面との間を、鍛造用金型１０の基端側に向かって流動する（図３参照）。これにより、カップ形状の中空部３ａが形成される。
次いで、鍛造用金型１０を引抜くことにより、中空のカップ形状を有する第３成形体３が得られる。

本実施形態に係る鍛造用金型１０によれば、以下の効果が奏される。
従来の鍛造用金型では、中心軸方向に対して平行なストレート面と、中心軸方向に対して傾斜した傾斜面とで鍔部のランド面が形成されていたところ、本実施形態では、中心軸Ｘ方向に対して平行なストレート面を設けず、中心軸Ｘ方向に対して傾斜した傾斜面のみで鍔部１３ａ〜１３ｃのランド面２１を形成した。
これにより、例えば鍛造用金型１０を引抜く際に、外方に突出したランド面２１を有する鍔部１３ａ〜１３ｃのランド部２０が成形体の開口部と接触することによって当該ランド部２０に生ずる応力値を低減できる。このため、薄肉な鍔部１３ａ〜１３ｃのランド部２０が破損するのを抑制でき、鍛造用金型１０を長寿命化できる。また、ランド部２０に生ずる応力値を低減できるため、鍛造用金型１０の引抜き荷重を低減できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

４…等速ジョイント外輪部材
１０…鍛造用金型
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…凸部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…溝部
１３ａ〜１３ｃ…鍔部
２０…ランド部
２１…ランド面
２５…側面
３０…鍛造用金型装置
Ｘ…中心軸

Claims

等速ジョイント外輪部材の後方押出し成形に用いられる柱状の鍛造用金型であって、
前記鍛造用金型の側面には、周方向に所定の間隔で設けられ、軸方向に沿って前記鍛造用金型の先端まで延在する複数の凸部と、
前記複数の凸部の間に設けられ、前記軸方向に沿って前記先端まで延在する複数の溝部と、
前記凸部と前記溝部との境界部に設けられ、前記軸方向に沿って前記先端まで延在する複数の鍔部と、を備え、
前記鍛造用金型の先端部の側面には、外方に突出するランド面が全周に亘って設けられ、
前記鍔部における前記ランド面は、前記軸方向に対して傾斜した傾斜面のみで構成されていることを特徴とする鍛造用金型。