JP2013244517A - 鍛造部品の製造方法および鍛造部品の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属棒材から鍛造する際、材料の金型への片当たりが生じず、小さな加工推力で高い形状精度を出すことができる鍛造部品の製造方法を提供する。
【解決手段】鍛造部品の製造方法は、第１成形パンチ１４と第１成形ダイ１５から構成される第１成形金型と、第２成形パンチ２０と第２成形ダイ２１、２２から構成される第２成形金型を用い、第１成形金型を用いて成形ワークの軸方向に垂直な方向に加圧する第１成形工程と、第２成形金型を用いて成形ワークの軸方向に垂直な方向かつ第１成形工程の加圧方向とは平行でない方向に加圧する第２成形工程とから成る。
【選択図】図１

Description

この発明は、金属棒材から鍛造により非回転対称形状の部品を形成する鍛造部品の製造方法およびその製造装置に関するものである。

回路遮断器に使用される可動接触子は、金属板を打ち抜き加工することで形成していたが、この方法では、精度および歩留まりが悪かった。
この問題を解決する方法として、非回転対称形状の部品である可動接触子を、金属棒材から鍛造する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１０１７６４号公報（段落［００１５］〜［００１７］および図１）

特許文献１開示の鍛造部品の製造方法では、金属棒材から鍛造する際、第２成形の前に第１成形として粗成形を行なっているが、第１成形および第２成形において同じ方向から加圧し鍛造加工している。このため、材料の金型への片当たりが生じ、材料と金型の摩擦が著しく高まり、形状精度の低下や加工推力・金型への負荷増大により設備が大型化する問題がある。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、材料の金型への片当たりが生じず、小さな加工推力で高い形状精度を出すことができる鍛造部品の製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。

この発明に係る鍛造部品の製造方法は、第１成形パンチと第１成形ダイから構成される第１成形金型と、第２成形パンチと第２成形ダイから構成される第２成形金型を用い、第１成形金型を用いて成形ワークの軸方向に垂直な方向に加圧する第１成形工程と、第２成形金型を用いて成形ワークの軸方向に垂直な方向かつ第１成形工程の加圧方向とは平行でない方向に加圧する第２成形工程とから成るものである。

この発明に係る鍛造部品の製造装置は、第１成形金型と第２成形金型を搭載し、第１成形金型と第２成形金型をプレス駆動部に連結した構成の加工装置と、成形ワークを把持、開放するハンドと、ハンドを上下、前後に移動させるとともに、第１成形金型による成形後の成形ワークを第２成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成されるものである。

この発明に係る鍛造部品の製造方法は、第１成形パンチと第１成形ダイから構成される第１成形金型と、第２成形パンチと第２成形ダイから構成される第２成形金型を用い、第１成形金型を用いて成形ワークの軸方向に垂直な方向に加圧する第１成形工程と、第２成形金型を用いて成形ワークの軸方向に垂直な方向かつ第１成形工程の加圧方向とは平行でない方向に加圧する第２成形工程とから成るものであるため、鍛造部品の製造において、材料の金型への片当たりが生じず、小さな加工推力で高い形状精度を出すことができる。

この発明に係る鍛造部品の製造装置は、第１成形金型と第２成形金型を搭載し、第１成形金型と第２成形金型をプレス駆動部に連結した構成の加工装置と、成形ワークを把持、開放するハンドと、ハンドを上下、前後に移動させるとともに、第１成形金型による成形後の成形ワークを第２成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成されるものであるため、鍛造部品の製造において、材料の金型への片当たりが生じず、小さな加工推力で高い形状精度を出すことができる。

この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る加工工程の説明図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る丸棒切断工程の金型の斜視図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る第１成形金型の加工前の斜視図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る第１成形金型の加工前の断面図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る第１成形金型の加工後の断面図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る第２成形金型の加工前の斜視図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る第２成形金型の加工前の断面図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る第２成形金型の加工後の断面図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る打ち抜き工程の斜視図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る鍛造部品断面の加工硬化の分布図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る鍛造部品断面の加工硬化の対比図である。 この発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法に係る第２成形金型および鍛造部品の断面図である。 この発明の実施の形態２の鍛造部品の製造方法に係る第２成形金型および接合部品の斜視図である。 この発明の実施の形態３の鍛造部品の製造装置の側面図である。 この発明の実施の形態３の鍛造部品の製造装置の上面図である。

実施の形態１．
実施の形態１は、丸棒切断工程、第１成形工程、第２成形工程、打ち抜き加工工程の４工程から成り、第１成形工程および第２成形工程における成形ワークに対する加圧方向を垂直方向とした鍛造部品の製造方法に関するものである。

以下、本願発明の実施の形態１の鍛造部品の製造方法について、加工工程の説明図である図１、丸棒切断工程の金型の斜視図である図２、第１成形金型の加工前の斜視図である図３、第１成形金型の加工前の断面図である図４、第１成形金型の加工後の断面図である図５、第２成形金型の加工前の斜視図である図６、第２成形金型の加工前の断面図である図７、第２成形金型の加工後の断面図である図８、打ち抜き工程の斜視図である図９、鍛造部品断面の加工硬化の分布図である図１０、鍛造部品断面の加工硬化の対比図である図１１、第２成形金型および鍛造部品の断面図である図１２に基づいて説明する。

実施の形態１の鍛造部品の製造方法は丸棒切断、第１成形、第２成形、打ち抜き加工の４工程から成り、各工程について図に基づいて順次説明する。
まず、実施の形態１に係る鍛造部品の製造方法により成形した加工対象であるワークの流れを図１に示す。

図１は本発明の鍛造部品の製造方法の実施例として、回路遮断器の可動接触子を金属丸棒材から成形する各工程のワークの形状を示したものである。
丸棒切断、第１成形、第２成形、打ち抜き加工の４工程を経て、金属丸棒材から製品である回路遮断器の可動接触子が成形される。丸棒切断後のワークをブランク材Ｗ１、第１成形後のワークを第１成形ワークＷ２ａ、第１成形ワークＷ２ａを長手方向の軸を中心として回転した、回転後のワークを第１成形ワークＷ２ｂ、回転後の第１成形ワークＷ２ｂを第２成形工程で加工した後のワークを第２成形ワークＷ３、第２成形ワークＷ３に打ち抜き加工で穴等を開け製品形状としたワークを製品ワークＷ４としている。
なお、以降の説明では、回転後の第１成形ワークＷ２ｂであることが明らかで、特に第１成形ワークＷ２ａと区別する必要がない場合は、適時「回転後の」を省略して第１成形ワークＷ２ｂと記載する。

ブランク材Ｗ１、第１成形ワークＷ２ａ、第２成形ワークＷ３、製品ワークＷ４はそれぞれ後述する冷間鍛造金型によって加工され、加工後はトランスファ装置に代表される搬送装置により、各ワークを金型から取出し、次の工程に搬送する。
第１成形工程から第２成形工程に移行する搬送時にワークを回転することで、加工方向の変更（第１成形ワークＷ２ａから回転後の第１成形ワークＷ２ｂ）を行う。

なお、第２成形工程の下死点において材料が金型に均等に接触するように、第１成形ワークＷ２ｂの加工推力方向と直行する方向の高い精度で、第１成形ワークＷ２ａ、Ｗ２ｂの外形形状を設計する。加工推力の方向と同一に高い精度で形状を転写した第１成形ワークＷ２ａを回転させることで、第１成形工程と第２成形工程において、ワークに対する加圧方向を垂直とすることができる。

以下、各工程について使用する金型を含めて説明する。
まず、丸棒切断工程について説明する。図２はブランク材Ｗ１を加工する丸棒切断工程に使用する金型の斜視図である。
丸棒切断工程の金型は、丸棒切断金型１１と傾斜面１２から構成される。
丸棒切断金型１１は図示しないプレス動力部により金属丸棒材１３を定尺に切断し、切断されたブランク材Ｗ１は傾斜面１２により所定部所に滑り落とされる。

次に、第１成形工程および金型について、図３から図５に基づいて説明する。
第１成形工程の金型は、第１成形パンチ１４、第１成形ダイ１５、側面押さえカム１６、バネ１７、第１成形上型１８、および第１成形下型１９から構成される。
第１成形パンチ１４は、図４に示す第１成形上型１８に取り付けられている。第１成形ダイ１５は、バネ１７を介して第１成形下型１９に取り付けられている。側面押さえカム１６は、第１成形下型１９に取り付けられている。なお、ブランク材Ｗ１が投入される時は、第１成形ダイ１５は、バネ１７により上昇している。

ブランク材Ｗ１は第１成形工程の金型に投入され、第１成形ワークＷ２ａが成形される。図３はブランク材Ｗ１投入時の斜視図、図４はその断面図である。
図３では、手前側の側面押さえカム１６は省略されている。第１成形ダイ１５は、バネ１７によりブランク材Ｗ１を投入可能な位置に上昇している。第１成形パンチ１４と第１成形ダイ１５は、第１成形ワークＷ２ａの外形形状となっており、成形によりブランク材Ｗ１に転写される。

図５は第１成形が完了した時の断面図である。手前側のカム１６、バネ１７は省略されている。第１成形パンチ１４が下降するにつれて、ブランク材Ｗ１が押され、バネ１７が縮み、第１成形ダイ１５が下降する。
第１成形ダイ１５は下死点において停止し、成形が完了し、第１成形ワークＷ２ａが成形される。第１成形ワークＷ２ａの成形過程では、側面方向への伸びが生じる。形状精度を保つために、側面方向への伸びを両側にある側面押さえカム１６で抑制している。

次に、第２成形工程および金型について、図６から図８に基づいて説明する。
図６は第２成形の第１成形ワーク投入時の斜視図であり、図７はその断面図である。
第２成形工程の金型は、第２成形パンチ２０、第２成形リフトダイ２１、第２成形ダイ２２、第２成形ハウジング２３、バネ２４、２５、第２成形上型２６、および第２成形下型２７から構成される。
第２成形パンチ２０は第２成形上型２６に取り付けられている。第２成形ハウジング２３は第２成形下型２７に固定されている。第２成形リフトダイ２１と第２成形ダイ２２はそれぞれバネ２４、バネ２５を介して、第２成形下型２７に取り付けられている。
ここで、第１成形工程の金型との主な違いは、ダイを第２成形リフトダイ２１と第２成形ダイ２２に分割していることである。

第１成形ワークＷ２ａを第２成形の金型に投入する際、回転を加え、回転後の第１成形ワークＷ２ｂとする。第２成形金型により回転後の第１成形ワークＷ２ｂは第２成形ワークＷ３に成形される。
第１成形工程と同様に、第２成形リフトダイ２１と第２成形ダイ２２はバネにより第１成形ワークＷ２ｂを投入可能な位置に上昇している。この時、第２成形ダイ２２よりも第２成形リフトダイ２１を上昇させることで、ワーク周辺に空間を設け、搬送装置で掴み易くしている。
第２成形パンチ２０と第２成形リフトダイ２１、第２成形ダイ２２、第２成形ハウジング２３は第２成形ワークＷ３の外形形状となっており、成形により第１成形ワークＷ２ｂに転写される。
図８は、下死点における、すなわち成形完成時における第２成形金型の断面図である。第２成形パンチ２０が下降するにつれて、バネ２４、２５が縮み、第２成形ダイ２２および第２成形リフトダイ２１が下降し、下死点において停止し、成形が完了する。第２成形ワークＷ３は第２成形リフトダイ２１により上昇し、搬送装置にて次工程に搬送される。

次に、打ち抜き加工工程について説明する。
図９は打ち抜き加工工程の斜視図である。打ち抜き加工工程は、一般的な製造法のため、図９では製品ワークＷ４とパンチ以外は省略している。
打ち抜き加工工程の金型は、打ち抜きパンチ２８、２９と図示しない下型ダイから構成される。
固定された第２成形ワークＷ３に対して、打ち抜きパンチ２８、２９を押付、加圧することで穴を打ち抜き、製品ワークＷ４を成形する。

次に、実施の形態１の鍛造部品の製造方法で成形した場合の効果を、従来の方法で成形した場合と比較して説明する。
本実施の形態１の鍛造部品の製造方法で成形した鍛造部品は、従来の方法で成形した鍛造部品と比較して高い曲げ強度を示す。これは後で説明するように、加工硬化の分布が異なるためである。
図１０に第２成形ワークＷ３の加工硬化の分布を表す断面図を示す。なお、加工硬化は解析により導出した。
図１０では、相当ひずみ０．５［ｍｍ／ｍｍ］以下の部分を相当ひずみ小部分３１、相当ひずみ０．５［ｍｍ／ｍｍ］から０．８［ｍｍ／ｍｍ］以下の部分を相当ひずみ中部分３２、相当ひずみ０．８［ｍｍ／ｍｍ］から１．０［ｍｍ／ｍｍ］の部分を相当ひずみ大部分３３として示している。

図１１は同様の形状を、第１成形工程、第２成形工程とも同じ方向から鍛造した場合の加工硬化の分布である。
断面２次モーメントは、加工硬化が大きい部分、すなわち相当ひずみ大部分が外側にある方が大きくなることが知られている。図１０の分布は図１１と比較して、相当ひずみ大部分３３が外側に分布していることから、本発明の鍛造部品の曲げ強度が向上することがわかる。

図１２に第２成形における加工完了時の金型および第２成形ワークＷ３の断面図を示す。材料と金型角部が接触すると成形推力が著しく高まり、金型に大きな圧力がかかることが知られている。
第１成形ワークＷ２ａと第２成形ワークＷ３の加工方向を変えることで、第１成形ワークＷ２ａを高精度に成形することが容易となり、材料が金型に均等に接触する形状とすることができる。このため、第２成形金型の第２成形パンチ２０、第２成形リフトダイ２１、第２成形ダイ２２の角部と第２成形ワークＷ３に隙間３４を設けて、加工推力と金型への負荷を低減することができる。

なお、実施の形態１の鍛造部品の製造方法では、ワークに対する第１成形の加圧方向と第２成形の加圧方向を垂直としたが、垂直である必要はなく、同一方向でなければ、高精度に成形でき、加工推力と金型への負荷を低減できる効果を奏することができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る鍛造部品の製造方法は、丸棒切断工程、第１成形工程、第２成形工程、打ち抜き加工工程の４工程から成り、第１成形工程および第２成形工程における成形ワークに対する加圧方向を垂直方向としたので、鍛造部品の製造において、材料の金型への片当たりが生じず、小さな加工推力で高い形状精度を出すことができる。

実施の形態２．
実施の形態２の鍛造部品の製造方法は、実施の形態１の第２成形工程において、第２成形の金型と成形ワークとの間に他の接合部品を挟み込む作業を追加したものである。

以下、本願発明の実施の形態２の鍛造部品の製造方法について、第２成形金型および接合部品の斜視図である図１３に基づいて説明する。なお、図において、第２成形パンチ２０、第２成形ハウジング２３は省略している。

図１３は、第２成形工程において、第２成形ダイ２２に接合部品３５を乗せて、第２成形パンチ２０と第１成形ワークＷ２ｂの間に接合部品３５を挟み込む作業をした状態を示している。この接合部品３５を挟み込んだ後に、第２成形加工を行う。
第１成形ワークＷ２ｂと第２成形ダイ２２の間に接合部品３５を挟み込んで加圧することで、鍛造の高い面圧により鍛造部品と接合部品３５を接合して一体化することができる。
第２成形パンチ２０と第２成形ダイ２２、接合部品３５により、第１成形ワークＷ２ｂは塑性変形し、新生面が露出する。接合部品３５は新生面に密着しているため、酸素接触が防止され固相接合される。

以上説明したように、実施の形態２に係る鍛造部品の製造方法では、第２成形工程において、第２成形の金型と成形ワークとの間に他の接合部品を挟み込んで加圧するので、鍛造部品に接合部品を固相接合することができる。

実施の形態３．
実施の形態３の鍛造部品の製造装置は、丸棒切断金型と第１成形金型と第２成形金型と打ち抜き加工金型を搭載し、丸棒切断金型と第１成形金型と第２成形金型と打ち抜き加工金型をプレス駆動部に連結した構成の加工装置と、成形ワークを把持、開放するハンドと、ハンドを上下、前後に移動させるとともに、第１成形金型による成形後の成形ワークを第２成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成されるものである。

以下、本願発明の実施の形態３に係る鍛造部品の製造装置の構成、動作について、鍛造部品の製造装置の側面図である図１４、上面図である図１５に基づいて説明する。

図１４、１５において、鍛造部品の製造装置１は、加工装置２と搬送装置３から構成される。
加工装置２は、４対の冷間鍛造金型（以降、鍛造金型という）４０、プレス動力部４１、プレスフレーム４２および加工装置基部４３から構成される。搬送装置３は、ハンド４４、ハンド駆動部４５および搬送装置基部４６から構成される。
なお、４対の鍛造金型４０は、実施の形態１で説明した丸棒切断工程の金型、第１成形工程の金型、第２成形工程の金型、打ち抜き加工工程の金型を使用するため説明は省略する。

まず加工装置２について説明する。
図１４では、鍛造金型４０は４対搭載されており、プレスフレーム４２により精度よくガイドされ、加工装置基部４３内のプレス動力部４１に連結されている。プレス動力部４１が上昇することで、鍛造金型４０は順次閉じられ、ワークＷ１、Ｗ２ａ、Ｗ３、Ｗ４が成形される。
成形が完了後、プレス動力部４１が下降し、鍛造金型４０が順次開き、成形されたワークが次工程の鍛造金型４０、本実施の形態３では１つ上の鍛造金型４０に搬送装置３にて搬送される。

次に搬送装置３について説明する。
ハンド４４は、ワークを把持し、解放する。ハンド４４は、図示されていないサーボモータやエア等のアクチュエータを介して、ハンド駆動部４５に固定されている。ハンド駆動部４５は、搬送装置３の搬送装置基部４６に固定されており、取り付けられた複数のハンド４４を、アクチュエータにより上下・前後に移動させるとともに回転させる。
開いた鍛造金型４０内にハンド４４を進入させ、ワークを把持し、鍛造金型４０から取り出した後に、次工程の鍛造金型４０へ搬送し、鍛造金型４０内にワークを位置決めする。
図１５は、回転後の第１成形ワークＷ２ｂを次工程に搬送している状態を表している。この搬送過程で成形後の第１成形ワークＷ２ａを回転させ、回転後の第１成形ワークＷ２ｂとすることができる。ハンド４４を回転させることで、搬送時間を伸ばすことなく実施の形態１で説明した加工工程を実施できる。

実施の形態３の鍛造部品の製造装置では、４対の鍛造金型４０、すなわち丸棒切断工程の金型、第１成形工程の金型、第２成形工程の金型、打ち抜き加工工程の金型を設けて、加工装置基部４３内のプレス動力部４１に連結している。しかし、加工装置２に第１成形工程の金型、第２成形工程の金型のみを設けて、丸棒切断工程の金型と打ち抜き加工工程の金型は、別の加工装置に設ける構成とすることもできる。
また、実施の形態３の鍛造部品の製造装置では、ワークを把持し、解放するハンド４４を、４対の鍛造金型４０に対応して、４対設ける構成としているが、例えば１対のみ設けて、搬送装置の構造を簡素化することができる。

以上説明したように、実施の形態３に係る鍛造部品の製造装置では、丸棒切断金型と第１成形金型と第２成形金型と打ち抜き加工金型を搭載し、丸棒切断金型と第１成形金型と第２成形金型と打ち抜き加工金型をプレス駆動部に連結した構成の加工装置と、成形ワークを把持、開放するハンドと、ハンドを上下、前後に移動させるとともに、第１成形金型による成形後の成形ワークを第２成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成する構造としたものであるため、鍛造部品の製造において、材料の金型への片当たりが生じず、小さな加工推力で高い形状精度を出すことができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 鍛造部品の製造装置、２ 加工装置、３ 搬送装置、１１ 丸棒切断金型、
１２ 傾斜面、１３ 金属丸棒材、１４ 第１成形パンチ、１５ 第１成形ダイ、
１６ 側面押さえカム、１７ バネ、１８ 第１成形上型、１９ 第１成形下型、
２０ 第２成形パンチ、２１ 第２成形リフトダイ、２２ 第２成形ダイ、
２３ 第２成形ハウジング、２４，２５ バネ、２６ 第２成形上型、
２７ 第２成形下型、２８，２９ 打ち抜きパンチ、３１ 相当ひずみ小部分、
３２ 相当ひずみ中部分、３３ 相当ひずみ大部分、３４ 隙間、３５ 接合部品、
４０ 冷間鍛造金型、４１ プレス動力部、４２ プレスフレーム、
４３ 加工装置基部、４４ ハンド、４５ ハンド駆動部、４６ 搬送装置基部、
Ｗ１ ブランク材、Ｗ２ａ 第１成形ワーク、Ｗ２ｂ 回転後の第１成形ワーク、
Ｗ３ 第２成形ワーク、Ｗ４ 製品ワーク。

Claims (7)

1. 第１成形パンチと第１成形ダイから構成される第１成形金型と、第２成形パンチと第２成形ダイから構成される第２成形金型を用い、
   前記第１成形金型を用いて成形ワークの軸方向に垂直な方向に加圧する第１成形工程と、
   前記第２成形金型を用いて前記成形ワークの軸方向に垂直な方向かつ前記第１成形工程の加圧方向とは平行でない方向に加圧する第２成形工程と、
   から成る鍛造部品の製造方法。
2. 前記第１成形工程の加圧方向と、前記第２成形工程の加圧方向が直交する請求項１に記載の鍛造部品の製造方法。
3. 前記第２成型工程において、加圧する前に前記第２成型パンチと前記成形ワークの間に接合部品を挟み込む作業を追加した請求項１または請求項２に記載の鍛造部品の製造方法。
4. 第１成形金型と第２成形金型を搭載し、前記第１成形金型と前記第２成形金型をプレス駆動部に連結した構成の加工装置と、
   成形ワークを把持、開放するハンドと、前記ハンドを上下、前後に移動させるとともに、前記第１成形金型による成形後の前記成形ワークを前記第２成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成される鍛造部品の製造装置。
5. さらに、前記加工装置に丸棒切断金型と打ち抜き加工金型を搭載し、前記丸棒切断金型と前記打ち抜き加工金型を前記プレス駆動部に連結した構成の請求項４に記載の鍛造部品の製造装置。
6. 前記第１成形金型は、第１成形パンチと第１成形ダイから構成され、
   前記第２成形金型は、第２成形パンチと第２成形ダイから構成される請求項４または請求項５に記載の鍛造部品の製造装置。
7. 前記第２成形ダイは、リフトダイとダイに分割されており、前記成形ワークを前記第２成形金型に投入する時は、前記リフトダイが前記ダイより上昇している構成とした請求項６に記載の鍛造部品の製造装置。

Images