JP2015175462A - Process for manufacture of disc brake piston - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等に用いられるディスクブレーキ用ピストンの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a disc brake piston used in an automobile or the like.
ディスクブレーキは、車輪とともに回転するディスクをパッドで押さえつけることにより制動するものであり、自動車等の制動手段として広く用いられている。図5に、一般的なディスクブレーキ51の概要を示す。ブレーキキャリパー55内にピストン56が配置され、ピストン56の先端にパッド54が取り付けられている。ブレーキキャリパー55とピストン56との間にシール材57が設けられ、ブレーキキャリパー55内に油や空気等を出し入れすることにより、ピストン56が図5の左右方向に移動し、パッド54を介してディスク53を押しつけたり離したりする。ピストン56の開口側の端部付近には、ブレーキキャリパー55内に異物が混入しないためにダストブーツ58が取り付けられ、このダストブーツ58をはめ込むために、ピストン56の開口側の外周部に、溝59が形成されている。このようなディスクブレーキ51において、ピストン56は、ブレーキ全体の軽量化を図るために中空のカップ形状に形成され、パッド54をディスク53へ押し付けるための十分な強度を有すると同時に、軽量であることが求められている。
Disc brakes are braked by pressing a disc that rotates with a wheel with a pad, and are widely used as braking means for automobiles and the like. FIG. 5 shows an outline of a
このようなディスクブレーキ用の中空ピストンを製造する方法として、例えば特許文献1に、冷間鍛造による後方押出で有底円筒体を成形した後、有底円筒体の開放端側を前方押出により絞り成形する方法が開示されている。ところが、この製造方法では、ダストブーツが挿入される溝が切削により形成されて、部分的に肉厚が小さい個所が生じるため、その部分の座屈強度が著しく低下する。 As a method for manufacturing such a disc brake hollow piston, for example, in Patent Document 1, after forming a bottomed cylindrical body by backward extrusion by cold forging, the open end side of the bottomed cylindrical body is squeezed by forward extrusion. A method of forming is disclosed. However, in this manufacturing method, since the groove into which the dust boot is inserted is formed by cutting, and a portion having a small thickness is generated partially, the buckling strength of that portion is significantly reduced.
そこで、溝部周辺の強度を向上させるピストンの製造方法として、特許文献2には、鋼棒をカップ状部品に成形した後、カップ状部品の開口部に圧縮加工を加えて溝を形成する位置の肉厚を大きくし、その後、肉厚を大きくした位置の外周にスピニング加工を施して溝部を形成する中空ピストンの製造方法が開示されている。この方法は、冷間鍛造による圧縮加工とスピニングとを組み合わせて溝部を加工硬化させることにより、側壁部の肉厚が薄くてもピストンの座屈強度を確保できるものである。
Therefore, as a method for manufacturing a piston for improving the strength around the groove,
しかしながら、側壁が直立した形状のピストンは座屈強度が十分でなく、開口側の端部の肉厚を厚くするのは困難である。すなわち、例えばカップ状部品の断面減少率を70%以上にして大幅な軽量化を図る場合、圧縮加工時に、肉厚が薄く直立した側壁が座屈変形する可能性がある。また、カップ状部品の断面減少率を70%未満にした場合には、側壁の肉厚が厚く圧縮加工時に大きな力を要するため、やはり側壁が座屈変形する可能性があるという問題点がある。 However, the piston with the side wall standing upright does not have sufficient buckling strength, and it is difficult to increase the thickness of the end portion on the opening side. That is, for example, when a reduction in the cross-section of the cup-shaped part is set to 70% or more and a significant weight reduction is achieved, there is a possibility that the upright side wall is buckled and deformed during compression processing. Further, when the cross-section reduction rate of the cup-shaped part is less than 70%, the side wall is thick and requires a large force during compression processing, so that there is a problem that the side wall may be buckled and deformed. .
本発明の目的は、軽量化を図ると同時に、十分な座屈強度を有するディスクブレーキ用ピストンの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a disc brake piston having a sufficient buckling strength while at the same time reducing the weight.
上記問題を解決するため、本発明は、ディスクブレーキ用ピストンの製造方法であって、鋼材を、ピストンの外径と等しい外径を有する円板状に予備成形する第一工程と、前記円板状の鋼材を、冷間鍛造により中空のカップ状部品に成形する第二工程と、冷間鍛造により前記カップ状部品の開口部側の端部を胴部に対して0°<θ≦30°の傾斜角θで絞り成形するとともに前記開口部側の端部を圧縮加工することによって、前記開口部側の端部を縮径して前記端部を前記カップ状部品の胴部に対して内側に傾斜させ、且つ開口端面を平坦にする第三工程と、前記開口部側の端部の外周に、スピニング加工によって溝を形成する第四工程と、を有することを特徴とする、ディスクブレーキ用ピストンの製造方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention is a method for manufacturing a disc brake piston, wherein a first step of preforming a steel material into a disk shape having an outer diameter equal to the outer diameter of the piston, and the disk A second step of forming a shaped steel material into a hollow cup-shaped part by cold forging, and an end of the cup-shaped part on the opening side of the cup-shaped part by cold forging 0 ° <θ ≦ 30 ° The end portion on the opening side is reduced in diameter and the end portion on the inner side with respect to the body portion of the cup-shaped part. And a third step of flattening the opening end surface and a fourth step of forming a groove on the outer periphery of the end portion on the opening side by spinning. A method for manufacturing a piston is provided.
前記開口端面の水平方向の厚さが、前記カップ状部品の胴部側壁の肉厚に対して1〜1.5倍となるように、前記第三工程を行うことが好ましい。 It is preferable to perform the third step so that the thickness of the opening end surface in the horizontal direction is 1 to 1.5 times the thickness of the body side wall of the cup-shaped part.
前記第二工程後の前記カップ状部品は、前記円板状の鋼材の断面に対する断面減少率が0.7〜0.8であってもよい。また、前記第三工程において、前記カップ状部品の中空部にマンドレルを挿入し、絞り成形時の縮径量を規制してもよい。 The cup-shaped component after the second step may have a cross-section reduction rate of 0.7 to 0.8 with respect to the cross-section of the disk-shaped steel material. Further, in the third step, a mandrel may be inserted into the hollow part of the cup-shaped part to restrict the amount of diameter reduction during drawing.
本発明によれば、軽量且つ十分な座屈強度を有するディスクブレーキ用ピストンを製造することができる。 According to the present invention, a disc brake piston having a light weight and sufficient buckling strength can be manufactured.
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification and drawings, elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本実施の形態にかかるディスクブレーキ用ピストンの製造方法によって製造されたピストンを用いたディスクブレーキの概要を示す。ディスクブレーキ1は、タイヤ2とともに回転するディスク3を、両側からパッド4で押さえつけて摩擦力を発生させ、運動エネルギーを熱エネルギーに変換して、タイヤ2を制動させるものである。図1に示すように、ブレーキキャリパー5内に、中空カップ形状で開口側端部が絞り成形されたピストン6が配置され、ピストン6の開口部側先端にパッド4が取り付けられている。ブレーキキャリパー5の内側とピストン6の外周との間にシール材7が設けられ、ブレーキキャリパー5内に油を出し入れすることにより、ピストン6が図1の左右方向に移動する。ピストン6の移動に伴い、ピストン6先端に取り付けられたパッド4が、ディスク3を押しつけたり、ディスク3から離れたりする。ピストン6の開口側の端部付近にはダストブーツ8が取り付けられ、このダストブーツ8をはめ込むために、ピストン6の開口側の外周部に、溝9が形成されている。
FIG. 1 shows an outline of a disc brake using a piston manufactured by the method for manufacturing a disc brake piston according to the present embodiment. The disc brake 1 presses the disc 3 that rotates together with the
図2は、本実施の形態にかかるディスクブレーキ用ピストン6の製造方法において、各工程によって製造される部材の形状を示す。まず、第一工程では、図2(a)に示すように、棒材あるいはコイル材から切断された中実材を、ピストン6の外周寸法に合わせた寸法および形状を有する円板状の鋼材11に、冷間鍛造にて予備成形する。なお、ピストン6の外周寸法に合わせた棒材あるいはコイル材から切断した中実材を用いる場合には、予備成形をする必要は無い。また、板状鋼材からピストン6の外周寸法に合わせた円板状に打抜いた素材を鋼材11として用いることも可能である。なお、鋼材11の外径は、成形するピストン6の外径と概ね等しければよく、厳密に同じでなくても構わない。
FIG. 2 shows the shape of a member manufactured in each step in the method for manufacturing the disc brake piston 6 according to the present embodiment. First, in the first step, as shown in FIG. 2A, a disk-
次に、第二工程として、円板状の鋼材11を、冷間鍛造の後方押出により、図2(b)に示すような中空のカップ状部品12に成形する。本実施形態においては、円板状の鋼材11の断面積に対する、カップ状部品12の中空部12aの断面積で表される断面減少率(減面率)Rd(=d2/D2)は、0.7〜0.8とした。断面減少率が0.7未満では、ピストン6の軽量化効果が少なく、一方、断面減少率が0.8を超えると、カップ状に冷間鍛造成形する際の金型寿命が著しく短くなるため、断面減少率は0.7〜0.8の範囲が好ましいからである。
Next, as a second step, the disk-
その後、第三工程として、カップ状部品12の開口側の端部に対し、絞り成形とともに圧縮加工を行い、図2(c)に示したカップ状部品12を成形する。このような形状のカップ状部品12を得るために、例えば図3に示した加工方法で成形する。まず、図3(a)に示すように、第二工程で成形されたカップ状部品12を固定し、中空部12a内にマンドレル21を挿入する。そして、カップ状部品12の開口部側の端部を内側に絞るとともにカップ状部品12の開口端を底部に向けて押圧する金型22が、図3(a)の下方に向けて押し込まれる。金型22は、カップ状部品12の開口側の端部13の側面を、所定角度の傾斜で内側に絞る傾斜面23と、カップ状部品12の開口端を図3の下方へ押圧する押圧面24とを有している。金型22が下方に押し込まれると、図3(b)に示すように、先ず、カップ状部品12の開口部側の端部13が、傾斜面23に沿って徐々に内側に傾斜し、縮径する。開口端の内側がマンドレル21に接触すると、それ以上は縮径されず、絞り加工による縮径量が規制される。その後は、押圧面24によってカップ状部品12の先端が押圧され、図3(c)に示すように、開口端が平坦に形成される。このようにして、カップ状部品12の開口側の端部13を縮径すると同時に、開口端を平坦に形成することができる。
Thereafter, as a third step, the end of the cup-
第三工程は、図2(c)に示したカップ状部品12の開口側の端部13の傾斜角θが、胴部14に対して0°<θ≦30°となるように行われることが好ましい。傾斜角θを設けるのは、後述する第四工程にて溝9を成形した際、溝9からカップ内径側への側壁部肉厚を大きくするためである。この肉厚が薄いと、ピストン6がパッド4からの圧力を受けた際に座屈してしまう。ただし、θが30°を超えると、第三工程にて端部13を圧縮加工する時や第四工程にて溝9を成形した時に、製品形状が成り立たない可能性が生じる。
The third step is performed such that the inclination angle θ of the
また、圧縮加工後の開口端面の水平方向の厚さLは、カップ状部品12の胴部14の肉厚tに対して1〜1.5倍となるようにすることが好ましい。ディスクブレーキのピストン6は、パッド4を通じてディスク3を押し付ける機構であり、ピストン6の開口端面にてその荷重を受ける。開口端面の面積が小さいと、端面の面圧が大きくなり塑性変形する可能性があることから、端面の面積は大きい方が良い。したがって、開口端面の水平方向の厚さLは、カップ状部品12の胴部14の肉厚以上とする必要がある。一方、開口端面の厚さLを大きくするには、図3(b)の成形時に金型22を押し込む必要あるが、側壁部肉厚tに対して1.5倍を超えるようにするには金型22への負荷が大きくなり、金型22の寿命が著しく低下する。
Further, it is preferable that the horizontal thickness L of the opening end face after the compression processing is 1 to 1.5 times the thickness t of the
図3では、中空部12a内にマンドレル21を挿入して、金型22にてカップ状部品12の上端面の肉厚を増肉している。これは、実生産では素材重量や潤滑状態のバラツキにより製品寸法のバラツキが生じるので、厚さLを安定して生産するために、マンドレル21を用いている。厚さLの寸法精度が必要ない製品であったり、素材の重量バラツキが小さい場合には、マンドレル21を挿入しなくても良い。
In FIG. 3, the
この第三工程で行われる冷間鍛造による塑性変形によって、端部13は肉厚を増すとともに加工硬化される。
The
また、本実施の形態の第三工程において、端部13を胴部14に対して屈曲させることで、端部13に圧縮力を加えた際、胴部14が座屈しにくくなる。前述の特許文献2では、側壁全体が直立した状態でカップ上端を圧縮してカップ上部の肉厚を増肉させているが、カップ上部のみを塑性変形させて増肉させるためには、金型(本発明では図3における金型22)においてカップ上端面と接触する部分の摩擦を小さくする必要があり、金型の面粗さが少なくなるようにラッピングを施すなどして管理する必要がある。なお、金型面が粗いとカップ上端面の厚さLが増肉せず、カップ側壁全体が変形したり、場合によっては側壁が座屈する可能性がある。
Further, in the third step of the present embodiment, the
こうして絞り成形と圧縮加工とからなる第三工程で成形されたカップ状部品12に対して、第四工程を行う。第四工程は、第三工程で縮径された開口部側の端部13の外周に、図2(d)に示したように、スピニング加工によって、ダストブーツはめ込み用の溝9を形成する。こうして、ピストン6が完成する。溝9の形成を、切削でなくスピニング加工なる塑性変形によって成形することにより、鍛流線を切断させることがなく、溝9およびその周辺部を加工硬化させることができる。すなわち、上述した第三工程での端部13の肉厚増加と、第三工程及び第四工程の2回の加工硬化によって、溝9は、パッド4から受ける荷重に対して十分な座屈強度を確保できる。
A fourth step is performed on the cup-shaped
したがって、本実施の形態によれば、カップ状部品の断面減少率が0.7以上となり、側壁の肉厚が薄くなっても、十分な座屈強度を確保することができる。そして、断面減少率を大きくできることにより、従来よりもピストン6の軽量化を図ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the cross-sectional reduction rate of the cup-shaped component is 0.7 or more, and sufficient buckling strength can be ensured even when the thickness of the side wall is reduced. And since the cross-section reduction rate can be increased, the weight of the piston 6 can be reduced as compared with the prior art.
ところで、ピストン6の開口側の端面は、ディスクブレーキ1のパッド4を押圧するために、平坦にする必要がある。この点に関し、第三工程で絞り成形しか行わなかった場合、次の工程であるスピニング加工時に、カップ上端部を平坦に成形するロール等を設けて端面の成形を行わなければならず、設備が複雑になり手間がかかる。本実施の形態では、上記したように、第三工程で、絞り成形と端面の圧縮加工とを同時に行うようにしたので、簡易な設備でピストン6を製造することができる。なお、第四工程においてカップ上端面を平坦に成形しながら溝部成形を行うと、溝部成形ロールと素材との密着が強くなり、溝部成形ロールの寿命が悪化するなどの問題が発生する。 By the way, the end surface on the opening side of the piston 6 needs to be flat in order to press the pad 4 of the disc brake 1. In this regard, when only drawing is performed in the third step, the end surface must be formed by providing a roll or the like for forming the upper end of the cup flat during the spinning process, which is the next step. Complicated and time-consuming. In the present embodiment, as described above, the drawing process and the compression process of the end face are performed simultaneously in the third step, so that the piston 6 can be manufactured with simple equipment. In addition, when the groove part is formed while the upper end surface of the cup is formed flat in the fourth step, there is a problem that the close contact between the groove part forming roll and the material becomes strong and the life of the groove part forming roll is deteriorated.
ピストンの素材となる鋼材のC量は、0.06〜0.25質量%程度とするのがよい。ただし、本実施形態では、前述の通り、ピストンの軽量化を図るために断面減少率Rdを0.7以上とすることが望ましく、その際、C量が0.15質量%を超えると、成形時の金型への負荷が大きくなり金型寿命が低下する。また、C量が0.06質量%未満ではピストンの強度が確保できないことから、C量は0.06〜0.15質量%であることがさらに好ましい。 The C amount of the steel material used as the material for the piston is preferably about 0.06 to 0.25% by mass. However, in this embodiment, as described above, in order to reduce the weight of the piston, it is desirable that the cross-sectional reduction rate Rd is 0.7 or more. In this case, if the amount of C exceeds 0.15% by mass, molding is performed. The load on the mold at the time increases, and the mold life decreases. Moreover, since the intensity | strength of a piston cannot be ensured if C amount is less than 0.06 mass%, it is still more preferable that C amount is 0.06-0.15 mass%.
なお、図2および図3では、第三工程で絞り成形されるカップ状部品12の端部13の縦断面が直線状に傾斜して縮径されているが、端部13の縦断面が湾曲部を有する曲線状になるように縮径してもよい。
2 and 3, the longitudinal section of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this example. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to.
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 Hereinafter, the effects of the present invention will be made clearer by examples. In addition, this invention is not limited to a following example, In the range which does not change the summary, it can change suitably and can implement.
被加工材としてJIS G4051(1979年)機械構造用炭素鋼S10C(C:0.11質量%、Si:0.22質量%、Mn:0.45質量%、P:0.021質量%、S:0.010質量%)を用い、形状が異なる種々のカップ状ピストンを成形した。図4に示すように、本発明例、比較例とも溝の上下方向の寸法は4mm一定、溝の深さは2mm以上とし、上端から5mmの位置から溝を設けた。成形品の高さHは外径Dと等しく、底部の肉厚は側壁の壁厚に等しいt1とした。 JIS G4051 (1979) machine structural carbon steel S10C (C: 0.11 mass%, Si: 0.22 mass%, Mn: 0.45 mass%, P: 0.021 mass%, S as work material : 0.010 mass%), and various cup-shaped pistons having different shapes were molded. As shown in FIG. 4, the dimension of the groove in the vertical direction was constant 4 mm, the depth of the groove was 2 mm or more, and the groove was provided from a position 5 mm from the upper end. The height H of the molded product was equal to the outer diameter D, and the thickness of the bottom was t1, which was equal to the wall thickness of the side wall.
本発明例としては、請求項に記載した製造方法で成形した(No.1〜14)。また、比較例として、冷間鍛造後、溝を切削で成形する従来法によるピストン(No.20〜23)、第三工程において開口部側の端部の絞り成形を行わないもの(No.17、18)、第三工程において開口部側の端部の絞り成形の角度が請求項1の範囲から外れたもの(No.15、16、19)を成形した。冷間鍛造は10000kNのクランク鍛造機を用いた。スピニング成形にはCNCスピニングマシンを用いて成形した。 As an example of this invention, it shape | molded with the manufacturing method described in the claim (No. 1-14). Moreover, as a comparative example, after cold forging, a piston (No. 20 to 23) according to a conventional method in which a groove is formed by cutting, and in the third step, the end portion on the opening side is not drawn (No. 17). 18), in the third step, the one in which the angle of drawing at the end on the opening side is outside the range of claim 1 (No. 15, 16, 19) was formed. For cold forging, a 10000 kN crank forging machine was used. The spinning molding was performed using a CNC spinning machine.
表1に、各成形品の形状、絞り成形形状、製品の重量の一覧を示す。スピニング成形により溝を所定の形状に成形すると、図4に示す溝部の壁厚t2が得られるが、ピストンの座屈強度を確保するには、溝部の壁厚t2を一定以上確保する必要がある。本実施例では、溝部の壁厚t2が外径Dの4%以上である(D×0.04≦t2)場合に、座屈強度が十分であると判断した。 Table 1 shows a list of the shape of each molded product, the drawn shape, and the weight of the product. When the groove is formed into a predetermined shape by spinning, the wall thickness t2 of the groove shown in FIG. 4 is obtained. To secure the buckling strength of the piston, it is necessary to ensure the wall thickness t2 of the groove more than a certain value. . In this example, it was determined that the buckling strength was sufficient when the wall thickness t2 of the groove portion was 4% or more of the outer diameter D (D × 0.04 ≦ t2).
表1に示すように、本発明例では、全ての場合でピストンが成形できた。これに対して、No.20〜23は、切削により溝を成形するため、肉厚t1を大きくする必要があり、重量が重くなる。No.17,18は、第三工程の絞りを行わなかったため、端面精度が悪く端面の厚さLが不均一になった。また、t2が薄く座屈強度が低い。No.15,16,19は傾斜角θが大きいため、第三工程での絞り加工で座屈発生し、形状不良となり加工不可になった。 As shown in Table 1, in the examples of the present invention, the piston could be formed in all cases. In contrast, no. Since 20-23 form a groove | channel by cutting, it is necessary to enlarge thickness t1, and a weight becomes heavy. No. For Nos. 17 and 18, since the third step was not performed, the end face accuracy was poor and the end face thickness L was non-uniform. Moreover, t2 is thin and buckling strength is low. No. Since 15, 16 and 19 had a large inclination angle θ, buckling occurred in the drawing process in the third step, and the shape became defective and the machining was impossible.
本発明は、ディスクブレーキ用ピストンの製造に有用である。 The present invention is useful for manufacturing a piston for a disc brake.
1 ディスクブレーキ
2 タイヤ
3 ディスク
4 パッド
5 ブレーキキャリパー
6 ピストン
7 シール材
8 ダストブーツ
9 溝
11 鋼材
12 カップ状部品
13 端部
14 胴部
21 マンドレル
22 金型
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
鋼材を、ピストンの外径と等しい外径を有する円板状に予備成形する第一工程と、
前記円板状の鋼材を、冷間鍛造により中空のカップ状部品に成形する第二工程と、
冷間鍛造により前記カップ状部品の開口部側の端部を胴部に対して0°<θ≦30°の傾斜角θで絞り成形するとともに前記開口部側の端部を圧縮加工することによって、前記開口部側の端部を縮径して前記端部を前記カップ状部品の胴部に対して内側に傾斜させ、且つ開口端面を平坦にする第三工程と、
前記開口部側の端部の外周に、スピニング加工によって溝を形成する第四工程と、を有することを特徴とする、ディスクブレーキ用ピストンの製造方法。 A method of manufacturing a disc brake piston,
A first step of preforming a steel material into a disk shape having an outer diameter equal to the outer diameter of the piston;
A second step of forming the disk-shaped steel material into a hollow cup-shaped part by cold forging;
By cold forging, the end on the opening side of the cup-shaped part is drawn with an inclination angle θ of 0 ° <θ ≦ 30 ° with respect to the body, and the end on the opening side is compressed. A third step of reducing the diameter of the end on the opening side, inclining the end to the inside of the body of the cup-shaped part, and flattening the opening end surface;
And a fourth step of forming a groove on the outer periphery of the end portion on the opening side by a spinning process.
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