JP2015136704A - 鍛造処理を含む歯付きギヤを製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、オートバイに適用される部材、歯付きギヤを製造する方法に関する。前記歯付きギヤの形成は、主として鍛造処理により行われる。【解決手段】密閉ダイを用いた水平ホット鍛造プロセスを含むステップにより、歯付きギヤを製造する方法であって、中央孔の形成および歯の形成は、前記鍛造プロセス中に行われ、当該方法は、ホビングおよびデバリングプロセスを実施するステップを有さないことを特徴とする方法。【選択図】図１

Description

本発明は、主としてオートバイに使用される車両部材となる、歯付きギヤの製造に関する。前記ギヤの歯は、主として鍛造プロセスで調製される。

主として歯を備えるギヤは、オートバイのエンジン変速機に使用される重要な車両部材である。通常、そのようなギヤは、ホビング（hobbing）およびデバリング（deburring）プロセスを含む機械加工プロセスにより製造される。

歯を備えるギヤの製造用のそのような従来のプロセスのため、前記車両部材は、多くのリソースおよび時間の消費、中央孔の形成および歯のプロファイルの形成のための、各種機械加工ステップの存在、ならびに相当量の廃棄材料の形成などのような、ある種の問題を抱える。

複数の機械加工作業により、ワークピースの内部構造またはグレインが影響を受け、これにより、極めて高い応力支持機能、耐食性、高温耐久性、および極めて高い構造強度等が悪影響を受ける。

ギヤの歯を調製する際の多くの数の機械加工ツールの関与により、大きな器機エラー、ワークピースハンドリングエラー、および偶発的エラーが生じ得る。これらは、主として、各種作業のツールデザインおよびその後の適切なハンドリングの専門知識に依存する。歯付きギヤの製造の際に含まれるこれらの意図しないエラーは、ギヤ部材の予測寿命よりもずっと前に、前記歯付きギヤに不測の破損が生じる原因となる。

これまで、主に以下の理由により、歯付きギヤの製造における単一の鍛造プロセスの適用は、実施されていない：
（i）前記部材の量産用のダイ設計における技術的複雑さ、
（ii）量産可能な歯付きギヤの製造用の理想的な鍛造条件の実現の困難さ、
（iii）特に、前記車両部材の全ての必要な、ならびに好適な構造および機能的な特徴を得るために、中央孔形成、前記部材のサイズ最適化、歯の形成など、前記車両部材に、各種サイズ範囲の多くの寸法上の態様が含まれ、これらは単一の標準化されたプロセスでは考慮することが難しいこと。

従って、本発明では、主に、車両部材の歯付きギヤの製造のための鍛造ステップを含む製造方法を提供することを目的とする。このプロセスは、さらに、ギヤの歯の形成のため、前記鍛造ステップを実施した後に、熱処理（アニール処理）、ショットブラスト処理、リン酸処理、および歯の冷間押出処理のような二次的な支援ステップを有する。前記発明では、歯付きギヤ車両部材が提供され、これは、従来のプロセスで準備された従来の同様の車両部材に比べて有意に優れた特性を有する。すなわち、極めて高い応力支持機能、耐食性、高温耐久性、および極めて高い構造強度等を有する。

本発明の主な目的は、主として歯の形成の際に、ホビングおよびデバリングプロセスを含まず、主として水平ホット鍛造処理を含むプロセスにより、歯付きギヤを製造することである。この場合、前記製造された歯付きギヤは、高い応力支持機能、耐食性、高温耐久性、および高い構造強度など、優れた特性を有することが予想される。

本発明の別の大きな目的は、歯付きギヤを製造する新たな方法を提供することである。ここで、前記方法は、主として、前記ギヤ部材に歯を形成するため水平ホット鍛造処理を有し、その後、段階的に、ショットブラスト処理、リン酸処理、および歯の冷間押出処理等の二次的作業が行われる。前記提案された方法は、前記ギヤ部材における歯の形成のための、ギヤのホビングおよびデバリング作業を含まない。

本発明のさらに別の目的は、所望の形状、サイズ、寸法、表面パターン、および配置の各種範囲内での歯付きギヤの製造のため、水平ホット鍛造処理に適した新たなダイを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、歯付きギヤを製造する方法を提供することである。ここで、当該方法は、水平ホット鍛造処理およびその支援作業、すなわち熱処理、ショットブラスト処理、リン酸処理、および歯の冷間押出処理、を段階的に実施した後、主として最終仕上げ製品を得るため、CNC機械加工、ブローチ（broach）処理、セーブ処理、ケース浸炭処理、およびショットブラスト処理を段階的に実施するステップを有する。

ギヤは、パワー伝達のため幅広く使用される。これらは、自動車、ギヤボックス、オイルエンジン、機械ツール、産業機械、農業機械、ギヤ式モータ等の用途に使用される。激しい使用条件に合致するため、ギヤは、ロバストな構造を有し、信頼性のある特性、高い効率、および経済的で長い寿命を有する必要がある。ギヤは、疲労フリーであり、高応力を回避し、繰り返し破損を回避する必要がある。ギヤドライブは、ノイズおよび機械音フリーであり、一定の速度比で高い負荷支持機能を有する必要がある。全ての前述の条件を満たすため、ギヤ製造プロセスは、高度に専門化された分野となる。

本発明では、歯付きギヤを製造する新たな方法が示される。歯は、適切に設計された新たな密閉ダイを用いて、水平ホット鍛造処理により形成され、従来のホビングおよびデバリング作業は、含まれない。鍛造処理の後、ワークピースは、段階的に、熱処理、ショットブラスト処理、リン酸処理、および歯の冷間押出処理のような、他の支援作業に供される。

ホットまたはウオーム鍛造処理は、多くのコスト削減に関する利点を有し、これは、製造方法としての利用を高める。鋼のウオーム鍛造処理の温度範囲は、室温超から再結晶化温度未満までであり、あるいは約800から1800゜Fの範囲である。ただし、ウオーム鍛造処理には、1000から1330゜Fの狭い範囲が最も好ましい。冷間鍛造処理に比べて、ウオーム鍛造処理は、ツールの負荷が抑制され、鍛造圧力の負荷が抑制され、鋼の延性が増し、鍛造前の熱処理の必要性が排除されるという利点を有する。また、好ましい鍛造後特性が得られ、熱処理を除去することができる。

原材料、すなわち鋼ビレット片は、検査の後、歯付きギヤのプロファイルの所定のサイズおよび寸法を有する適当な密閉ダイを用いて、水平ホット鍛造処理に供される。歯付きギヤの本体は、鍛造され調製される。そのような歯付きギヤの製造プロセスにより、ギヤの製造プロセスおよび歯の形成プロセスに含まれる従来のプロセスの全体は、除去され、または完全に変更される。本発明では、主として、鍛造処理のみで前記歯のパターンを有するギヤの全ての必要な構造的特徴を形成するため、ホット鍛造処理が実施され、従来のホビング作業およびその後のデバリング作業に含まれるステップが完全に除去される。以下の概略的な表には、本願で提案された製造方法に含まれるステップ組が示されている。

鍛造処理によって得られる構造的信頼性の度合いは、他のいかなる金属加工プロセスよりも優れている。内部ガスポケットまたはボイドは存在せず、応力または衝撃の下、予期できない不具合が生じる可能性は少ない。鍛造処理では、部分形状（part shape）に配向したグレイン構造が得られ、その結果、最適な強度、延性、ならびに衝撃および疲労に対する耐性が得られる。機械加工された装置または部材は、疲労および応力腐食に対してより感受性を示す。機械加工処理では、材料のグレインパターンが切断されるためである。提案された本方法では、中央孔および完全な歯のプロファイルのような、全ての主要な構造的特徴が、水平ホット／ウオーム鍛造処理中に形成される。中央孔径、歯の長さ／形状／配向等の適切な設計および寸法選択により、適切な密閉ダイが調製され、本発明の歯付きギヤを調製するため提案された水平ホット鍛造処理が実施される。

前記鍛造処理の実施直後に、構造強度およびギヤ部材の他の特性を高め、前記歯付きギヤ部材のグレインプロファイルを最適化するため、ワークピースは、熱処理、ショットブラスト処理、リン酸処理、および歯の冷間押出処理の一連の作業に供される。

熱処理の間、鍛造されたワークピースは加熱され、前記ワークピースの材料は、変化する。これにより、強度および硬度のような、その特性に変化が生じる。プロセス条件は、前述の再結晶化温度を超える温度への加熱、適当な温度での維持、およびその後の冷却により構成される。熱処理の使用により、延性が生じ、材料が軟化し、内部応力が緩和され、均質化により構造が精製され、冷間加工特性が改善される。

ショットブラスト処理または研磨剤ブラスト処理の段階では、ワークピースは、粗表面の平滑化処理に晒され、表面の形状化、および表面コンタミネーション物質の除去が行われる。操作時には、通常、空気または遠心分離ホイールのような加圧流動床が使用され、メディアが動かされる。

リン酸コーティング処理（リン酸処理）は、コンバージョンコーティングであり、基板金属と金属イオン（亜鉛、鉄、またはマグネシウム）含有リン酸溶液との間の化学反応で形成された、難溶性結晶質金属リン酸塩で構成される。

次のステップでは、前記歯付きギヤのワークピースは、歯の冷間押出処理に供される。ここでは、前記ワークピースの歯全体のプロファイルが、室温または室温近傍の温度で冷間押出処理される。そのような処理は、対象物の強度および応力耐久性をさらに高め、ギヤの歯に、優れた表面仕上げを提供する。

前述の鍛造プロセスおよび他の支援プロセスとは別に、歯付きギヤ部材の仕上げのため、ある追加のギヤ形成プロセスが実施される。これは、主としてCNC機械加工処理、ブローチ処理、シェービング処理、ケース浸炭処理、およびショットブラスト処理である。これらの追加のステップは、本発明の歯付きギヤの構造的特徴、前記歯付きギヤ部材の特性、および寿命を高めるために実施される。

ブローチ処理およびセービング処理は、歯付きギヤ部材に形成される各種凹凸の端部およびコーナー部、特に歯のプロファイルを精製し平滑化する。ケース硬化処理または表面硬化処理は、金属、しばしば低炭素鋼の表面を硬化させるプロセスであり、材料の表面に元素を注入し、より硬い合金の薄膜を形成することにより行われる。通常、ケース硬化処理は、関心部分の最終形状が形成された後に行われる。基本的に浸炭処理は、鉄または鋼が別の材料の存在下で加熱される（900乃至950℃の範囲（1650乃至1740゜Ｆ））熱処理プロセスであって、それが分解する際に炭素が放出される。時間および温度の程度に応じて、被影響領域における炭素量が変化する。浸炭時間が長くなり温度が高くなると、部材への炭素の拡散がより顕著となり、炭素拡散の深さが大きくなる。最終的に、ショットブラスト処理により、歯付きギヤ部材に、平滑な仕上げ表面が形成される。

本発明の記載は、さらに、図面により支援される。これらの図の簡単な説明は、以下の通りである。

本願により提案された、鍛造処理された歯付きギヤのワークピースを概略的に示した図である。 本願により提案された、仕上げられた歯付きギヤ部材の概略的に示した図である。 従来の歯のプロファイルを有するギヤを製造する際に含まれる、従来の主なステップを表す概略的なフローチャート図である。 、水平ホット鍛造処理、熱処理、ショットブラスト処理、リン酸溶液、および歯の冷間押出処理のような、本発明の歯付きギヤの製造方法に含まれる主要なステップを表す、概略的なフローチャート図である。ここで、提案された方法は、特に、前記ギヤに中央孔および歯のパターンを形成するための、ホビングおよびデバリング作業を実施するステップを有さない。

図1に示すように、鍛造処理されたワークピース1は、図2において参照符号4および5で示された完全な表面およびギヤパターンとともに、歯のプロファイル2および中央孔3のような、実質的な全ての構造的特徴を有する。ワークピース1は、前記ギヤの歯のプロファイルの精製とともに、本体部の表面強化処理および精製が必要である。そのような鍛造処理後の作業は、図4に示すように、一つずつ連続的に実施される。鍛造処理の後、ワークピース1は、熱処理に晒され、その後、主としてショットブラスト処理、リン酸溶液、歯の冷間押出処理、CNC機械加工処理、ブローチ処理、セービング処理、ケース浸炭処理、およびショットブラスト処理等のような作業に供される。図4には、提案された本方法がが示されている。ここでは、図3に示したような従来の方法とは異なり、ホビングおよびデバリング作業は、完全に排除される。

具体的な実施例を参照して本発明について説明したが、この記載は、限定的に解されることを意図するものではない。記載された実施例は、各種変更が可能であり、当業者には、本発明の記載に基づいて、本発明の代替実施例が明らかである。従って、そのような変更は、本発明の範囲および思想から逸脱しないで実施できることが考慮される。

１ ワークピース
２ 歯のプロファイル
３ 中央孔
４ 表面
５ ギヤパターン

Claims (9)

1. 密閉ダイを用いた水平ホット鍛造プロセスを含むステップにより、歯付きギヤを製造する方法であって、
   中央孔の形成および歯の形成は、前記鍛造プロセス中に行われ、
   当該方法は、ホビングおよびデバリングプロセスを実施するステップを有さないことを特徴とする方法。
2. 当該方法は、適切な密閉ダイを用いて、前記水平ホット鍛造プロセスを実施するステップを有し、
   歯の製造ステップにおいて、ホビングプロセスを実施しないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 歯付きギヤを製造する当該方法は、前記鍛造プロセスの実施の後、熱処理、ショットブラスト処理、リン酸処理、および歯の冷間押出処理のプロセスを、段階的に実施することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 当該方法は、前記製造された歯付きギヤ部材の構造特性および機能特性に特徴を有し、
   主として、高い応力支持機能、耐食性、高温耐久性、および高構造強度に特徴を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記鍛造プロセスは、中央孔、歯のプロファイル、および前記ギヤ部材の他の主要な表面凹凸のような構造的特徴を形成するため、適当な密閉ダイを使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記ギヤ、さらに任意で、異なる形状、サイズ、寸法、歯のプロファイル、表面パターン、および配置は、対応する形状、サイズ、寸法、歯のプロファイル、表面パターン、および配置の適当な密閉ダイを使用した、前記水平ホット鍛造プロセスを含む当該方法で製造され、
   当該方法は、ホビングおよびデバリングプロセスを実施するステップを有さないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記密閉ダイは、所望の形状、サイズ、寸法、表面パターン、および配置の各種任意の範囲の歯付きギヤの製造用の、水平ホット鍛造処理に適することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 当該方法は、前記鍛造プロセス、ならびに熱処理、ショットブラスト処理、リン酸処理、および歯の冷間押出処理の一連の段階的な支援プロセスの実施の後、さらに、CNC機械加工処理、ブローチ処理、シェービング処理、ケース浸炭処理、およびショットブラスト処理という、追加のプロセスを段階的に実施することを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 実質的に本願に記載され添付図面に示された鍛造処理を含む、歯付きギヤを製造する方法。

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