JP2014065052A - 異材鍛造方法及びドグクラッチ用鍛造品 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストを下げることができる異材鍛造技術を提供することを課題とする。
【解決手段】図(a)に示すように、第1ダイ41に、第1の金属系部材31が環状段部72の内側に収まるようにして素材71を載せる。(b)に示すように、セットされている素材71へ第1パンチ51を下げる。第1円錐台部73が第2の金属系部材32を径外方へ膨出するように塑性変形させる。第1の金属系部材31は下部が環状段部72により変形が抑制され、第1の金属系部材31の上部が下部よりも径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出する。(c)に示す第1鍛造品86を得る。
【効果】素材を径方向に膨出するように塑性加工を施すにも拘わらず、素材は第1の金属系部材の上端に第2の金属系部材を接合してなる。上下に繋ぐため、素材は容易に製造することができ、製造コストを下げることができる。
【選択図】図6
【解決手段】図(a)に示すように、第1ダイ41に、第1の金属系部材31が環状段部72の内側に収まるようにして素材71を載せる。(b)に示すように、セットされている素材71へ第1パンチ51を下げる。第1円錐台部73が第2の金属系部材32を径外方へ膨出するように塑性変形させる。第1の金属系部材31は下部が環状段部72により変形が抑制され、第1の金属系部材31の上部が下部よりも径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出する。(c)に示す第1鍛造品86を得る。
【効果】素材を径方向に膨出するように塑性加工を施すにも拘わらず、素材は第1の金属系部材の上端に第2の金属系部材を接合してなる。上下に繋ぐため、素材は容易に製造することができ、製造コストを下げることができる。
【選択図】図6
Description
本発明は、異材鍛造品を得る異材鍛造技術に関する。
異材鍛造品は用途は任意であるが、理解を促すために、ドグクラッチを例に説明する。
図11は従来のドグクラッチの使用形態を説明する図であり、歯車変速機200に、駆動軸201と従動軸202が備えられる。駆動軸201に、第1ギヤ203と、この第1ギヤ203より大径の第2ギヤ204が、圧入嵌合により一体的に取付けられる。
図11は従来のドグクラッチの使用形態を説明する図であり、歯車変速機200に、駆動軸201と従動軸202が備えられる。駆動軸201に、第1ギヤ203と、この第1ギヤ203より大径の第2ギヤ204が、圧入嵌合により一体的に取付けられる。
従動軸202に、ニードル軸受205を介して駆動側回転体としての第3ギヤ206が回転自在に取付けられる。この第3ギヤ206は、第1ギヤ203に常時噛み合うと共に軸線方向の一側にドグギヤ部207を有する。
さらに、従動軸202に、ニードル軸受205を介して第4ギヤ208が回転自在に取付けられる。この第4ギヤ208は、第2ギヤ204に常時噛み合うと共に軸線方向の一側にドグギヤ部209を有する。
さらに、従動軸202に、ニードル軸受205を介して第4ギヤ208が回転自在に取付けられる。この第4ギヤ208は、第2ギヤ204に常時噛み合うと共に軸線方向の一側にドグギヤ部209を有する。
第3ギヤ206と第4ギヤ208とに挟まるようにして、従動軸202に筒形ガイド211が嵌められる。さらに、この筒形ガイド211の外周に、スプライン212を介して軸移動自在にスリーブ213が取付けられる。
このスリーブ213は、セレクター214で、軸方向に移動される。
このスリーブ213は、セレクター214で、軸方向に移動される。
セレクター214にて、スリーブ213が第3ギヤ206側へ付勢されると、スリーブ213はスプライン212とドグギヤ部207に跨る。
この状態で、駆動軸201が回されると、駆動力は第1ギヤ203、第3ギヤ206、スリーブ213、筒形ガイド211の順で伝達され、従動軸202が回される。
この状態で、駆動軸201が回されると、駆動力は第1ギヤ203、第3ギヤ206、スリーブ213、筒形ガイド211の順で伝達され、従動軸202が回される。
また、セレクター214にて、スリーブ213が第4ギヤ208側へ付勢されると、スリーブ213はスプライン212とドグギヤ部209に跨る。
この状態で、駆動軸201が回されると、駆動力は第2ギヤ204、第4ギヤ208、スリーブ213、筒形ガイド211の順で伝達され、従動軸202が回される。
この状態で、駆動軸201が回されると、駆動力は第2ギヤ204、第4ギヤ208、スリーブ213、筒形ガイド211の順で伝達され、従動軸202が回される。
セレクター214により、2つのドグギヤ部207、209のどちらかを選択する、またはどちらも選択しない(中立状態)の3態様が選べるため、この動力断接機構は「ドグクラッチ」と呼ばれる。
ところで、第3ギヤ206及び第4ギヤ208はギヤ用鋼を切削することにより製造され得る。しかし、ドグギヤ部207等を形成するため、切削に時間が掛かると共に切り屑が大量に発生する。
地球資源の有効活用が求められる中、切り屑の発生を抑制することが望まれる。
地球資源の有効活用が求められる中、切り屑の発生を抑制することが望まれる。
そこで、第3ギヤ206又は第4ギヤ208とほぼ同形でドグギヤ部207又はドグギヤ部209を有する鍛造品を製造し、この鍛造品の外周ギヤを切削することで、切り屑の発生量を少なくすることが提案されている(例えば、特許文献1(図1)参照。)。
特許文献1を次図に基づいて説明する。
図12は従来の鍛造法によるドグクラッチの製造工程を説明する図であり、(a)に示すように円板素材220を準備し、(b)に示すように予備鍛造品221を鍛造成形し、(c)に示すように、ドグギヤ部222が付いたドグクラッチ用鍛造品223に成形する。そして、(d)に示すように切削加工を施して外周ギヤ224及びドグギヤ部222を備えるギヤ225を得る。
図12は従来の鍛造法によるドグクラッチの製造工程を説明する図であり、(a)に示すように円板素材220を準備し、(b)に示すように予備鍛造品221を鍛造成形し、(c)に示すように、ドグギヤ部222が付いたドグクラッチ用鍛造品223に成形する。そして、(d)に示すように切削加工を施して外周ギヤ224及びドグギヤ部222を備えるギヤ225を得る。
このドグギヤ部222を備えるギヤ225は、ドグクラッチの主要素である。そこで、本書では便宜上、ドグギヤ部222を備えるギヤ225を「ドグクラッチ」と呼ぶことにする。
ドグクラッチ225は、外周ギヤ224を外周部に備える関係上、ギヤ用鋼で造られる。ギヤ用鋼は、いわゆる硬い材料である。
一方、図11で説明したように、ドグクラッチ(第3ギヤ206)のドグギヤ部207及び第4ギヤ208のドグギヤ部209には、スリーブ213が軸方向に移動しつつ噛み合う。
一方、図11で説明したように、ドグクラッチ(第3ギヤ206)のドグギヤ部207及び第4ギヤ208のドグギヤ部209には、スリーブ213が軸方向に移動しつつ噛み合う。
すなわち、図12に示す外周ギヤ224とドグギヤ部222とは、使われ方が異なり、そのために、強度上の要求が相違する。
このような要求に応えるために、従来、物性が異なる2つの異材に鍛造を施す異材鍛造法が提案されてきた(例えば、特許文献2(図6)参照。)。
このような要求に応えるために、従来、物性が異なる2つの異材に鍛造を施す異材鍛造法が提案されてきた(例えば、特許文献2(図6)参照。)。
特許文献2は、鍛造ホイールを対象とする発明に係るが、同文献の図6(c)に示すビレット(22)(特許文献2に記載される符号を括弧付きで示す。以下同じ)が素材となる。ビレット(22)は外筒状の外周部ビレット(22a)にテーパ柱状の中央部ビレット(22b)を嵌めてなる。この嵌合は回転摩擦圧接により実施される。
先ず、外周部ビレット(22a)にテーパ穴を開ける必要があり、中央部ビレット(22b)をテーパ穴に合致するように正確にテーパ仕上げする必要がある。このテーパ切削加工のため、外周部ビレット(22a)の加工費が嵩むと共に中央部ビレット(22b)の加工費が嵩み、ビレット(22)は高価になる。
特許文献2では説明されていないが、摩擦圧接時、中央部ビレット(22b)を把持する必要がある。摩擦圧接時に把持する構造が知られている(例えば、特許文献3(図1参照)。)。
特許文献3の図1では、外周部ビレットに相当する被補修材(3)(特許文献3に記載される符号を括弧付きで示す。以下同じ)のテーパ穴(3)に、中央部ビレットに相当するプラグ(2)を回転摩擦圧接する場合に、プラグ(2)に把持部(2b)を設け、この把持部(2b)をチャック(1)で把持させる。
特許文献3の図1では、外周部ビレットに相当する被補修材(3)(特許文献3に記載される符号を括弧付きで示す。以下同じ)のテーパ穴(3)に、中央部ビレットに相当するプラグ(2)を回転摩擦圧接する場合に、プラグ(2)に把持部(2b)を設け、この把持部(2b)をチャック(1)で把持させる。
すなわち、把持部(2b)を設ける必要がある上、用済み後に、把持部(2b)をテーパプラグ部(2a)から切除する必要も生じ、こられの点からも高価になる。
よって、特許文献2、3により、ドグクラッチを製造することにしても、ドグクラッチの製造コストが増大する。製造コストが嵩むと、折角の技術が採用され難くなる。
よって、特許文献2、3により、ドグクラッチを製造することにしても、ドグクラッチの製造コストが増大する。製造コストが嵩むと、折角の技術が採用され難くなる。
そこで、製造コストを下げることができる異材鍛造技術が、求められる。
本発明は、製造コストを下げることができる異材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、第1の金属系部材及びこの第1の金属系部材とは異なる物性の第2の金属系部材からなる異材鍛造品を得る異材鍛造方法であって、
前記第1の金属系部材の上端に、前記第2の金属系部材を接合してなる第1素材を準備する素材準備工程と、
前記第1素材の下端の外径より大きな内径の環状段部を有する第1ダイ及び前記第1素材の上端の外径より先端の外径が小さな第1円錐台部を有する第1パンチからなる第1鍛造金型を準備する第1金型準備工程と、
前記第1ダイに、前記第1の金属系材料が前記環状段部内に収まるようにして前記第1素材を載せる第1素材セット工程と、
セットされた前記第1素材へ前記第1パンチを下げ、前記第1円錐台部で前記第2の金属系部材を径外方へ膨出するように塑性変形させる第1鍛造工程とからなり、
前記第1の金属系材料は下部が前記環状段部により変形が抑制され、前記第1の金属系材料の上部が前記下部より径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出し、このような第1の金属系部材の前記外周部から外側上方へ前記第2の金属系部材が延びる軸方向断面形態の第1鍛造品を得ることを特徴とする。
前記第1の金属系部材の上端に、前記第2の金属系部材を接合してなる第1素材を準備する素材準備工程と、
前記第1素材の下端の外径より大きな内径の環状段部を有する第1ダイ及び前記第1素材の上端の外径より先端の外径が小さな第1円錐台部を有する第1パンチからなる第1鍛造金型を準備する第1金型準備工程と、
前記第1ダイに、前記第1の金属系材料が前記環状段部内に収まるようにして前記第1素材を載せる第1素材セット工程と、
セットされた前記第1素材へ前記第1パンチを下げ、前記第1円錐台部で前記第2の金属系部材を径外方へ膨出するように塑性変形させる第1鍛造工程とからなり、
前記第1の金属系材料は下部が前記環状段部により変形が抑制され、前記第1の金属系材料の上部が前記下部より径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出し、このような第1の金属系部材の前記外周部から外側上方へ前記第2の金属系部材が延びる軸方向断面形態の第1鍛造品を得ることを特徴とする。
請求項2に係る発明では、下位の前記第1の金属系部材の体積よりも、上位の前記第2の金属系部材の体積が大きいことを特徴とする。
請求項3に係る発明では、前記第1素材は、摩擦圧接法により、前記第1の金属系部材へ前記第2の金属系部材を接合したものであることを特徴とする。
請求項4に係る発明では、前記第1ダイは、前記環状段部の内側に水平に延びる底面を有すると共にこの底面の中央に下へ窪む中央凹部を有することを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項1記載の異材鍛造方法で製造された前記第1鍛造品を第2素材とし、この第2素材に更なる鍛造を施す異材鍛造方法であって、
前記第2素材の下半部を収納する収納凹部を有する第2ダイ及び前記第2素材の上端の外径より先端の外径が小さな第2円錐台部を有する第2パンチからなる第2鍛造金型を準備する第2金型準備工程と、
前記第2ダイに、前記第2素材の下半部が前記収納凹部に収まるようにして前記第2素材を載せる第2素材セット工程と、
セットされた前記第2素材へ前記第2パンチを下げ、前記第2円錐台部で前記第2素材の上半部を径外方へ膨出するように塑性変形させる第2鍛造工程とからなり、
前記第2パンチで前記第2素材の第2の金属系部材に加えて、前記第2素材の第1の金属系部材の上部を膨出させることで、前記前記第2素材の第1の金属系部材は水平部とこの水平部の外周部から外側上方へ延びる立ち上がり部とからなり、前記第2の金属系部材が前記立ち上がり部の上端から外側上方へ延びる軸方向断面形態の第2鍛造品を得ることを特徴とする。
前記第2素材の下半部を収納する収納凹部を有する第2ダイ及び前記第2素材の上端の外径より先端の外径が小さな第2円錐台部を有する第2パンチからなる第2鍛造金型を準備する第2金型準備工程と、
前記第2ダイに、前記第2素材の下半部が前記収納凹部に収まるようにして前記第2素材を載せる第2素材セット工程と、
セットされた前記第2素材へ前記第2パンチを下げ、前記第2円錐台部で前記第2素材の上半部を径外方へ膨出するように塑性変形させる第2鍛造工程とからなり、
前記第2パンチで前記第2素材の第2の金属系部材に加えて、前記第2素材の第1の金属系部材の上部を膨出させることで、前記前記第2素材の第1の金属系部材は水平部とこの水平部の外周部から外側上方へ延びる立ち上がり部とからなり、前記第2の金属系部材が前記立ち上がり部の上端から外側上方へ延びる軸方向断面形態の第2鍛造品を得ることを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項5記載の異材鍛造方法で製造された前記第2鍛造品を第3素材とし、この第3素材に更なる鍛造を施す異材鍛造方法であって、
前記第3素材の外周部を軸方向へ膨出させ得る外周凹部と前記第3素材の内周部を軸方向へ膨出させ得る内周凹部とを有する第3ダイ及びこの第3ダイに向かって進める第3パンチからなる第3金型を準備する第3金型準備工程と、
前記第3ダイに、前記第3素材をセットする第3素材セット工程と、
セットされた前記第3素材へ前記第3パンチを下げて前記第3素材の外周部及び内周部を軸方向へ膨出させる第3鍛造工程とからなり、
内周部が前記第1の金属系部材からなり、外周部が前記第2の金属系部材からなる第3鍛造品を得ることを特徴とする。
前記第3素材の外周部を軸方向へ膨出させ得る外周凹部と前記第3素材の内周部を軸方向へ膨出させ得る内周凹部とを有する第3ダイ及びこの第3ダイに向かって進める第3パンチからなる第3金型を準備する第3金型準備工程と、
前記第3ダイに、前記第3素材をセットする第3素材セット工程と、
セットされた前記第3素材へ前記第3パンチを下げて前記第3素材の外周部及び内周部を軸方向へ膨出させる第3鍛造工程とからなり、
内周部が前記第1の金属系部材からなり、外周部が前記第2の金属系部材からなる第3鍛造品を得ることを特徴とする。
請求項7に係る発明では、前記第1鍛造工程は、熱間鍛造工程であることを特徴とする。
請求項8に係る発明では、請求項6又は請求項7記載の異材鍛造方法で塑性加工された前記第3鍛造品はドグクラッチ用鍛造品であり、前記第2の金属系部材は外周ギヤに適した鋼材料であり、前記第1の金属系部材は前記第2の金属系部材より軟らかくてドグギヤ部の形成に適した鋼材料であることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、第1素材を径方向に膨出するように塑性加工を施すにも拘わらず、第1素材は第1の金属系部材の上端に第2の金属系部材を接合してなる。上下に繋ぐため、第1素材は容易に製造することができる。
そして、第1素材は、鍛造により、第1の金属系部材が中心部が外周部より膨らみ、第2の金属系部材が外側へ張り出すように塑性加工される。すなわち、下位の第1の金属系部材を中心部に残しつつ、下位の第1の金属系部材と上位の第2の金属系部材となる第1素材を、中心から外側へ、すなわち径外方へ流動させることができる。
そして、第1素材は、鍛造により、第1の金属系部材が中心部が外周部より膨らみ、第2の金属系部材が外側へ張り出すように塑性加工される。すなわち、下位の第1の金属系部材を中心部に残しつつ、下位の第1の金属系部材と上位の第2の金属系部材となる第1素材を、中心から外側へ、すなわち径外方へ流動させることができる。
請求項2に係る発明では、下位の第1の金属系部材の体積よりも、上位の第2の金属系部材の体積を大きくした。第2の金属系部材は体積を大きいため、より径外方へ膨出させることができる。すなわち、第2の金属系部材が体積の大きい外周側へ移動しても、充分な量が確保され、外周側の機能上の問題が発生しない。
請求項3に係る発明では、摩擦圧接法で第1の金属系部材に第2の金属系部材を接合する。摩擦圧接法は、拡散接合法であるため、接合強度が母材と遜色ないほど高まり、鍛造工程中に接合部位が剥がれる心配はない。また、拡散接合法は異材の接合にも適しており、物性の異なる第1の金属系部材に第2の金属系部材を容易に接合することができる。
請求項4に係る発明では、第1ダイは、環状段部の内側に、下へ窪む中央凹部を有する。中央凹部に第1の金属系部材の一部が流入する。この後は、中央凹部で第1の金属系部材の位置決めがなされる。また、次工程でのダイ(第2ダイ)に中央凹部を設けておけば、第2ダイに第2素材(第1鍛造品)を容易に位置決めすることができる。
請求項5に係る発明では、第1鍛造金型で塑性加工された第1鍛造品に、第2鍛造金型で更なる塑性加工を加えるため、複雑な形状の第2鍛造品を得ることができる。
請求項6に係る発明では、第2鍛造金型で塑性加工された第2鍛造品に、第3鍛造金型で更なる塑性加工を加えるため、より複雑な形状の第3鍛造品を得ることができる。
請求項7に係る発明では、第1鍛造工程を熱間で実施する。冷間や温間に比較して熱間であれば、素材の流動性がよくなり、鍛造圧力を下げることができると共により複雑な形状の鍛造品を得ることができる。ただし、熱間ではスケールが発生し易い。本発明では第1鍛造工程で第1素材を中心から外側へ膨出させる。この移動により、スケールは外周面から剥がれ、鍛造直後のエアブローでスケールが除去される。結果、得られる第1鍛造品はスケールレスとなる。スケールが付着していなければ、後工程で塑性成形の際、スケールが一緒に鍛造されてしまうことなく、ドグギヤ部は綺麗になる。
最後に(例えば熱間鍛造が終わると)スケールを落とすためにショットを打たなければならない。しかし、ショットを打ってもスケールが噛み込み鍛造されないので、ショットによるスケール落としの際、ドグギヤ部がぼろぼろになることはない。
請求項8に係るドグクラッチ用鍛造品は、請求項6又は請求項7記載の異材鍛造方法で塑性加工された第3鍛造品であり、第2の金属系部材は外周ギヤに適した鋼材料であり、第1の金属系部材は第2の金属系部材より軟らかい鋼材料でドグギヤ部に適した鋼材料である。
外周ギヤとドグギヤ部とは使われ方が違い、要求品質以上の材料費が発生することを防止できる。
外周ギヤとドグギヤ部とは使われ方が違い、要求品質以上の材料費が発生することを防止できる。
また、比較的軟らかい第1の金属系部材であれば鍛造金型への負荷が軽減され、鍛造金型の寿命を延ばすことができる。また、第1の金属系部材は、第2の金属系部材より、造形が容易であるため、より複雑な形状の鍛造品が製作可能となる。
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。
異材鍛造品の用途は任意であるが、理解を促すために、ドグクラッチ及びドグクラッチ用鍛造品を例に説明する。
図1に示すように、ある種の歯車減速機10では、駆動軸11に第1ギヤ12と第2ギヤ13が一体的に設けられる。また、従動軸15に、ニードル軸受16、16を介して第3ギヤ17と第4ギヤ18が取付けられる。
図1に示すように、ある種の歯車減速機10では、駆動軸11に第1ギヤ12と第2ギヤ13が一体的に設けられる。また、従動軸15に、ニードル軸受16、16を介して第3ギヤ17と第4ギヤ18が取付けられる。
第3ギヤ17と第4ギヤ18とに挟まるようにして、従動軸15に筒形ガイド21が嵌められる。さらに、この筒形ガイド21の外周に、スプライン22を介して軸移動自在にスリーブ23が取付けられる。
このスリーブ23は、セレクター24で、軸方向に移動される。
このスリーブ23は、セレクター24で、軸方向に移動される。
セレクター24にて、スリーブ23が第3ギヤ17側へ付勢されると、スリーブ23はスプライン22とドグギヤ部27に跨る。
この状態で、駆動軸11が回されると、駆動力は第1ギヤ12、第3ギヤ17、スリーブ23、筒形ガイド21の順で伝達され、従動軸15が回される。
この状態で、駆動軸11が回されると、駆動力は第1ギヤ12、第3ギヤ17、スリーブ23、筒形ガイド21の順で伝達され、従動軸15が回される。
また、セレクター24にて、スリーブ23が第4ギヤ18側へ付勢されると、スリーブ23はスプライン22とドグギヤ部28に跨る。
この状態で、駆動軸11が回されると、駆動力は第2ギヤ13、第4ギヤ18、スリーブ23、筒形ガイド21の順で伝達され、従動軸15が回される。
この状態で、駆動軸11が回されると、駆動力は第2ギヤ13、第4ギヤ18、スリーブ23、筒形ガイド21の順で伝達され、従動軸15が回される。
セレクター24により、2つのドグギヤ部27、28のどちらかを選択する、またはどちらも選択しない(中立状態)の3態様が選べるため、この動力断接機構は「ドグクラッチ」と呼ばれる。
第3ギヤ17をドグクラッチ17と読み替えると、このドグクラッチ17は、ドグギヤ部27及びその近傍が第1の金属系材料31で構成され、外周ギヤ29を含む外周部が第2の金属系材料32で構成される。
第1の金属系材料31は、例えば、クロム鋼(SCr420)、機械構造用炭素鋼(S25C、S35Cなど)、S25C、S35C相当のボロン鋼である。
また、第2の金属系材料32は、例えば、ニッケルクロムモリブデン鋼である。ニッケルクロムモリブデン鋼は、焼入れ性を高めるNiとMoを含んでいるために、熱処理後の強度や表面硬度が著しく高まる。一方、クロム鋼に含まれるCrも焼入れ性に寄与するが、熱処理後の強度や表面硬度は、ニッケルクロムモリブデン鋼より低い。
また、第2の金属系材料32は、例えば、ニッケルクロムモリブデン鋼である。ニッケルクロムモリブデン鋼は、焼入れ性を高めるNiとMoを含んでいるために、熱処理後の強度や表面硬度が著しく高まる。一方、クロム鋼に含まれるCrも焼入れ性に寄与するが、熱処理後の強度や表面硬度は、ニッケルクロムモリブデン鋼より低い。
そこで、便宜上、ニッケルクロムモリブデン鋼を「硬い鉄鋼材料」、クロム鋼をそれよりも「軟らかい鉄鋼材料」と呼ぶことにする。
このような2つの異なる物性の金属系材料31、32で造られるドグクラッチ17の製造技術を以下に詳しく説明する。
図2に示すように、鍛造装置40は、等ピッチで配置される第1ダイ41、第2ダイ42、ピアスダイ43及び第3ダイ44を支える丈夫な基盤45と、この基盤45に向かって昇降し等ピッチで配置される第1パンチ51、第2パンチ52、ピアスパンチ53及び第3パンチ54を支える丈夫な昇降盤55とからなるタンデム型装置である。
第1ダイ41と第1パンチ51で第1鍛造金型61が構成される。同様に、第2ダイ42と第2パンチ52で第2鍛造金型62が構成され、ピアスダイ43とピアスパンチ53でピアス金型63が構成され、第3ダイ44と第3パンチ54で第3鍛造金型64が構成される。
ワーク(各素材)は、第1鍛造金型61で第1次造形が行われ、第2鍛造金型62で第2次造形が行われ、ピアス金型63で穴開けが行われ、第3鍛造金型64で第3次造形、すなわち最終造形が行われる。
ワーク(各素材)は、第1鍛造金型61で第1次造形が行われ、第2鍛造金型62で第2次造形が行われ、ピアス金型63で穴開けが行われ、第3鍛造金型64で第3次造形、すなわち最終造形が行われる。
金型61〜64の詳細構造及び作用を、以下に説明する。
図3に示すように、第1鍛造金型61は、第1素材71の下端の外径D1より大きな内径d1の環状段部72を有する第1ダイ41、及び第1素材71の上端の外径D2より先端の外径D3が小さく、上方にいくに従い大径となる第1円錐台部73を有する第1パンチ51からなる。第1円錐台部73の最大外周は、抑え面(図4、符号79 )に繋がる。
図3に示すように、第1鍛造金型61は、第1素材71の下端の外径D1より大きな内径d1の環状段部72を有する第1ダイ41、及び第1素材71の上端の外径D2より先端の外径D3が小さく、上方にいくに従い大径となる第1円錐台部73を有する第1パンチ51からなる。第1円錐台部73の最大外周は、抑え面(図4、符号79 )に繋がる。
図4に示すように、第1ダイ41は、環状段部72の内側に水平に延びる底面74を有すると共にこの底面74の中央に下へ窪む中央凹部(第1中央凹部)75を有する。環状段部72の外側に上方へ広がる円弧面76、76を有する。
また、第1パンチ51に設けられる第1円錐台部73は、下端面(先端面)77と、この下端面77の縁から上に拡径する傾斜面78と、抑え面79とを有する。
また、第1パンチ51に設けられる第1円錐台部73は、下端面(先端面)77と、この下端面77の縁から上に拡径する傾斜面78と、抑え面79とを有する。
次に、好ましい第1素材71の製造方法を説明する。
図5(a)に示すように、ギヤ用鋼より軟らかい鋼(例えばクロム鋼)からなる第1の金属系部材31と、ギヤ用鋼に代表される硬い鋼(例えばニッケルクロムモリブデン鋼)からなる第2の金属系部材32とを準備する。
図5(a)に示すように、ギヤ用鋼より軟らかい鋼(例えばクロム鋼)からなる第1の金属系部材31と、ギヤ用鋼に代表される硬い鋼(例えばニッケルクロムモリブデン鋼)からなる第2の金属系部材32とを準備する。
そして、(b)に示すように、固定チャック83に第2の金属系部材32を固定し、回転チャック84に第1の金属系部材31をチャックする。次に、回転チャック84を高速で回すと共に押圧シリンダ85で前進せることにより、第1の金属系部材31の一端31aと第2の金属系部材32の一端32aを突合わせる。
なお、第1の金属系部材31の一端31aの端面と第2の金属系部材32の一端32aの端面は、鋸切断面である。
なお、第1の金属系部材31の一端31aの端面と第2の金属系部材32の一端32aの端面は、鋸切断面である。
第1の金属系部材31の一端31aと第2の金属系部材32の一端32aが摩擦熱で溶融未満の高温になる。高温になると分子や原子が活性化され、第1の金属系部材31の一端31aの分子や原子が第2の金属系部材32の一端32aに拡散され、同時に、第2の金属系部材32の一端32aの分子や原子が第1の金属系部材31の一端31aに拡散され、拡散接合現象が起こる。結果、溶融させないにも拘わらず第1の金属系部材31の一端31aに第2の金属系部材32の一端32aを接合させることができる。この接合法は摩擦圧接法と呼ばれる。なお、摩擦圧接の際に出た境界面のバリは、切削により除去される。
結果、(c)に示すように、第1の金属系部材31の上端に、第2の金属系部材32を接合してなる第1素材71が得られる。なお、接合法は摩擦圧接法に限定するものではなく、ろう材によるろう接法、融接による溶接法、その他の接合法であってもよい。
図4で説明したように、第1ダイ41と第1パンチ51からなる第1鍛造金型61を準備するとともに、図5で説明したように、第1素材71を準備する。
次に、図6(a)に示すように、第1ダイ41に、第1の金属系部材31が環状段部72の内側に収まるようにして第1素材71を載せる(第1素材セット工程)。
(b)に示すように、セットされている第1素材71へ第1パンチ51を下げる。すると、第1円錐台部73が第2の金属系部材32を径外方へ膨出するように塑性変形させる(第1鍛造工程)。この工程の際に第1の金属系部材31は下部が環状段部72により変形が抑制され、第1の金属系部材31の上部が下部よりも径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出する。併せて、中央凹部75により、第1の金属系部材31の一部が下方へ膨出して中央凸部31bが形成される。
(b)に示すように、セットされている第1素材71へ第1パンチ51を下げる。すると、第1円錐台部73が第2の金属系部材32を径外方へ膨出するように塑性変形させる(第1鍛造工程)。この工程の際に第1の金属系部材31は下部が環状段部72により変形が抑制され、第1の金属系部材31の上部が下部よりも径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出する。併せて、中央凹部75により、第1の金属系部材31の一部が下方へ膨出して中央凸部31bが形成される。
結果、(c)に示すように、第1の金属系部材31の外周部から外側上方へ第2の金属系部材32が延びる軸方向断面形態の第1鍛造品86を得る。
次に、第2鍛造金型62の構成と作用を説明する。
図7(a)に示すように、第2鍛造金型62は、第1鍛造品86(以下、第2素材86と読み替える。)の下半部を概ね収納する収納凹部87を有する第2ダイ42及び第2素材86の上端の外径D4より先端の外径D5が小さな第2円錐台部88を有する第2パンチ52からなる。ただし、外径D5は、外径D3(図4)より大きい。
さらに、第2ダイ42の上部に、所定寸法を超えて径外方への膨出することを防止する壁部89を備える。
図7(a)に示すように、第2鍛造金型62は、第1鍛造品86(以下、第2素材86と読み替える。)の下半部を概ね収納する収納凹部87を有する第2ダイ42及び第2素材86の上端の外径D4より先端の外径D5が小さな第2円錐台部88を有する第2パンチ52からなる。ただし、外径D5は、外径D3(図4)より大きい。
さらに、第2ダイ42の上部に、所定寸法を超えて径外方への膨出することを防止する壁部89を備える。
第2鍛造金型62を準備した上で(第2金型準備工程)、第2ダイ42に、第2素材86の下半部が収納凹部87に収まるようにして第2素材86を載せる(第2素材セット工程)。このときに、収納凹部87の中央に中央凹部91を設けておくと、中央凸部31bを嵌めることができ、第2ダイ42に正確に第2素材86を位置決めすることができる。
次に、第2素材86へ第2パンチ52を下げ、第2円錐台部88で第2素材86の上半部を径外方へ膨出するように塑性変形させる(第2鍛造工程)。この第2鍛造工程では、第2パンチ52で第2の金属系部材32に加えて、第1の金属系部材31の上部を径外方へ膨出させる。
結果、図7(b)に示すように、第1の金属系部材31は水平部92とこの水平部92の両端から上へ延びる立ち上がり部93とからなり、第2の金属系部材32が立ち上がり部93の上端から外側へ延びる軸方向断面形態の第2鍛造品94を得ることができる。
次に、ピアス金型63の構成と作用を説明する。
図8(a)に示すように、ピアスダイ43とピアスパンチ53からなるピアス金型63を準備する。ピアスダイ43には、第2鍛造品94の下半部を収納する凹部95と、この凹部95から下へ延びる切断片排出穴96を備える。
図8(a)に示すように、ピアスダイ43とピアスパンチ53からなるピアス金型63を準備する。ピアスダイ43には、第2鍛造品94の下半部を収納する凹部95と、この凹部95から下へ延びる切断片排出穴96を備える。
加えて、ピアス金型63は、第2鍛造品94を抑える押さえ板98と、この押さえ板98を付勢するスプリング97、97を備える。
凹部95に第2鍛造品94を載せ、抑え板98で、第2鍛造品94を抑える。次に、ピアスパンチ53を下げる。
凹部95に第2鍛造品94を載せ、抑え板98で、第2鍛造品94を抑える。次に、ピアスパンチ53を下げる。
すると、(b)に示すように、第2鍛造品94は、中央が打ち抜かれて、中央穴99が開く。切断片101は、切断片排出穴96を介して排出される。
中央穴99が開けられた第2鍛造品94を、第3素材94と呼ぶ。なお、ピアス工程を次に述べる第3鍛造金型64による塑性加工の後に実施することもできる。この場合は、図7(b)に示される第2鍛造品94が第3素材94となる。
第3鍛造金型64の構成と作用を説明する。
図9(a)に示すように、第3素材94の外周部94aを軸方向下方へ膨出させる外周凹部102と、第3素材94の内周部94bを軸方向下方へ膨出させる内周凹部103と、ギヤ形成部106とを有する第3ダイ44、及びこの第3ダイ44に向かって進める第3パンチ54からなる第3鍛造金型64を準備する(第3金型準備工程)。この例では、第3ダイ44は上に延びる中央ピン104を備える。
第3ダイ44に、第3素材94をセットする(第3素材セット工程)。
図9(a)に示すように、第3素材94の外周部94aを軸方向下方へ膨出させる外周凹部102と、第3素材94の内周部94bを軸方向下方へ膨出させる内周凹部103と、ギヤ形成部106とを有する第3ダイ44、及びこの第3ダイ44に向かって進める第3パンチ54からなる第3鍛造金型64を準備する(第3金型準備工程)。この例では、第3ダイ44は上に延びる中央ピン104を備える。
第3ダイ44に、第3素材94をセットする(第3素材セット工程)。
(b)に示すように、セットされた第3素材94へ第3パンチ54を下げる。すると、第3素材94の外周部94a及び内周部94bを軸方向下方へ膨出させることができる(第3鍛造工程)。
結果、内周部94bが第1の金属系部材31からなり、外周部94aが第2の金属系部材32からなる第3鍛造品105が得られる。
結果、内周部94bが第1の金属系部材31からなり、外周部94aが第2の金属系部材32からなる第3鍛造品105が得られる。
この第3鍛造品105が、ドグクラッチ用鍛造品である場合は、ドグギヤ部27が鍛造で成形され、外周部に歯切りを含む切削加工を施すことにより、外周ギヤ(図1、符号29)を形成することができ、図1に示すドグクラッチ(第3ギヤ17)を得ることができる。
なお、第1〜第3鍛造工程は、熱間で行われ、表面にスケールが発生するが、第1鍛造工程と第2鍛造工程の金属系部材の素材流動により、鍛造時にスケールが剥がれ、それをエアブローで落とすので、第3鍛造工程でドグギヤ部を造形する際、スケールがドグギヤ部に噛み込まれた状態で鍛造されることを抑制する。
図4で説明した第1鍛造金型61の変更例を、次に説明する。
図10(a)に示すように、第1ダイ41と第1パンチ51からなる第1鍛造金型61において、第1ダイ41の環状段部72が重要である。反面、図4で説明した円弧面76や中央凹部75を省くことができる。結果、図10(a)に示すように、第1ダイ41は、環状段部72を備える簡単な形態の第1ダイ41にすることができ、金型製作費用を節約することができる。第1パンチ51は図4と同一であるため、詳細な説明は省略する。
図10(a)に示すように、第1ダイ41と第1パンチ51からなる第1鍛造金型61において、第1ダイ41の環状段部72が重要である。反面、図4で説明した円弧面76や中央凹部75を省くことができる。結果、図10(a)に示すように、第1ダイ41は、環状段部72を備える簡単な形態の第1ダイ41にすることができ、金型製作費用を節約することができる。第1パンチ51は図4と同一であるため、詳細な説明は省略する。
(b)に示すように、第1ダイ41の環状段部72内に第1素材71をセットする。そして、第1パンチ51を下げる。
(c)に示すように、第1の金属系部材31の両端から斜め上へ第2の金属系部材32が延びる軸方向断面形態の第1鍛造品86が得られる。
(c)に示すように、第1の金属系部材31の両端から斜め上へ第2の金属系部材32が延びる軸方向断面形態の第1鍛造品86が得られる。
尚、本発明に係る異材鍛造方法は、ドグクラッチ用鍛造品の製造に適しているが、その他の用途の鍛造品に適用することは差し支えない。
また、実施例ではタンデム型鍛造装置を使用したが、いわゆる、シングルステージ(単段)の鍛造装置を使用することは差し支えない。
また、実施例ではタンデム型鍛造装置を使用したが、いわゆる、シングルステージ(単段)の鍛造装置を使用することは差し支えない。
さらにまた、実施例では第1の金属系部材と第2の金属系部材の組み合わせを、鉄(鋼)と鉄(鋼)としたが、鉄とアルミニウム、鉄と銅、鉄と非鉄金属、アルミニウムとマグネシウム、非鉄金属と非鉄金属としてもよく、組み合わせは任意である。
本発明に係る異材鍛造方法は、ドグクラッチ用鍛造品の製造に好適である。
17…第3ギヤ(ドグクラッチ)、31…第1の金属系材料、32…第2の金属系材料、41…第1ダイ、42…第2ダイ、44…第3ダイ、51…第1パンチ、52…第2パンチ、54…第3パンチ、61…第1鍛造金型、62…第2鍛造金型、64…第3鍛造金型、71…第1素材、72…環状段部、73…第1円錐台部、74…底面、75…中央凹部、86…第1鍛造品(第2素材)、87…収納凹部、88…第2円錐台部、92…水平部、93…立ち上がり部、94…第2鍛造品(第3素材)、102…外周凹部、103…内周凹部、105…第3鍛造品(ドグクラッチ用鍛造品)。
Claims (8)
- 第1の金属系部材及びこの第1の金属系部材とは異なる物性の第2の金属系部材からなる異材鍛造品を得る異材鍛造方法であって、
前記第1の金属系部材の上端に、前記第2の金属系部材を接合してなる第1素材を準備する素材準備工程と、
前記第1素材の下端の外径より大きな内径の環状段部を有する第1ダイ及び前記第1素材の上端の外径より先端の外径が小さな第1円錐台部を有する第1パンチからなる第1鍛造金型を準備する第1金型準備工程と、
前記第1ダイに、前記第1の金属系材料が前記環状段部内に収まるようにして前記第1素材を載せる第1素材セット工程と、
セットされた前記第1素材へ前記第1パンチを下げ、前記第1円錐台部で前記第2の金属系部材を径外方へ膨出するように塑性変形させる第1鍛造工程とからなり、
前記第1の金属系材料は下部が前記環状段部により変形が抑制され、前記第1の金属系材料の上部が前記下部より径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出し、このような第1の金属系部材の前記外周部から外側上方へ前記第2の金属系部材が延びる軸方向断面形態の第1鍛造品を得ることを特徴とする異材鍛造方法。 - 下位の前記第1の金属系部材の体積よりも、上位の前記第2の金属系部材の体積が大きいことを特徴とする請求項1記載の異材鍛造方法。
- 前記第1素材は、摩擦圧接法により、前記第1の金属系部材へ前記第2の金属系部材を接合したものであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の異材鍛造方法。
- 前記第1ダイは、前記環状段部の内側に水平に延びる底面を有すると共にこの底面の中央に下へ窪む中央凹部を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の異材鍛造方法。
- 請求項1記載の異材鍛造方法で製造された前記第1鍛造品を第2素材とし、この第2素材に更なる鍛造を施す異材鍛造方法であって、
前記第2素材の下半部を収納する収納凹部を有する第2ダイ及び前記第2素材の上端の外径より先端の外径が小さな第2円錐台部を有する第2パンチからなる第2鍛造金型を準備する第2金型準備工程と、
前記第2ダイに、前記第2素材の下半部が前記収納凹部に収まるようにして前記第2素材を載せる第2素材セット工程と、
セットされた前記第2素材へ前記第2パンチを下げ、前記第2円錐台部で前記第2素材の上半部を径外方へ膨出するように塑性変形させる第2鍛造工程とからなり、
前記第2パンチで前記第2素材の第2の金属系部材に加えて、前記第2素材の第1の金属系部材の上部を膨出させることで、前記前記第2素材の第1の金属系部材は水平部とこの水平部の外周部から外側上方へ延びる立ち上がり部とからなり、前記第2の金属系部材が前記立ち上がり部の上端から外側上方へ延びる軸方向断面形態の第2鍛造品を得ることを特徴とする異材鍛造方法。 - 請求項5記載の異材鍛造方法で製造された前記第2鍛造品を第3素材とし、この第3素材に更なる鍛造を施す異材鍛造方法であって、
前記第3素材の外周部を軸方向へ膨出させ得る外周凹部と前記第3素材の内周部を軸方向へ膨出させ得る内周凹部とを有する第3ダイ及びこの第3ダイに向かって進める第3パンチからなる第3金型を準備する第3金型準備工程と、
前記第3ダイに、前記第3素材をセットする第3素材セット工程と、
セットされた前記第3素材へ前記第3パンチを下げて前記第3素材の外周部及び内周部を軸方向へ膨出させる第3鍛造工程とからなり、
内周部が前記第1の金属系部材からなり、外周部が前記第2の金属系部材からなる第3鍛造品を得ることを特徴とする異材鍛造方法。 - 前記第1鍛造工程は、熱間鍛造工程であることを特徴とする請求項1記載の異材鍛造方法。
- 請求項6又は請求項7記載の異材鍛造方法で塑性加工された前記第3鍛造品はドグクラッチ用鍛造品であり、前記第2の金属系部材は外周ギヤに適した鋼材料であり、前記第1の金属系部材は前記第2の金属系部材より軟らかくてドグギヤ部の形成に適した鋼材料であることを特徴とするドグクラッチ用鍛造品。
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JP2012211437A JP2014065052A (ja) | 2012-09-25 | 2012-09-25 | 異材鍛造方法及びドグクラッチ用鍛造品 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101679810B1 (ko) * | 2016-03-10 | 2016-11-25 | 백산산업 (주) | 자동차의 더블클러치용 스플라인허브의 제조방법 및 그 금형 |
-
2012
- 2012-09-25 JP JP2012211437A patent/JP2014065052A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101679810B1 (ko) * | 2016-03-10 | 2016-11-25 | 백산산업 (주) | 자동차의 더블클러치용 스플라인허브의 제조방법 및 그 금형 |
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