JP2017042789A - 鍛造方法および鍛造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 後工程で加工しない箇所に鍛造前における円柱状ワークの角部が移動するのを抑制できる鍛造方法および鍛造装置を提供する。
【解決手段】 凸部7aを有する上型7により円柱状ワークWの一端面20の中央部を加圧し、凸部7aの高さよりも低く、かつ大径の凸部8aを有する上型8により一端面20を加圧し、円環状の凸部9aを有する上型9により一端面20を加圧する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鍛造方法および鍛造装置に関する。

特許文献１には、円柱状ワークから円盤形状のギア部品用粗形材を成形する鍛造方法が開示されている。

特開平05-007972号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、円柱状ワークの角部には打痕や切断バリ等が生じやすいため、粗形材を成形したときに後工程で加工しない箇所に鍛造前における円柱状ワークの角部が移動し、角部に生じていた打痕や切断バリ等がキズとして残るという問題があった。
本発明の目的は、後工程で加工しない箇所に鍛造前における円柱状ワークの角部が移動するのを抑制できる鍛造方法および鍛造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の鍛造方法では、第１の凸部を有する第１の型により円柱状ワークの一端面の中央部を加圧し、第１の凸部の高さよりも低く、かつ大径の第２の凸部を有する第２の型により前記一端面を加圧し、円環状の第３の凸部を有する第３の型により前記一端面を加圧する。

本発明にあっては、第１の型により円柱状ワークの一端面の中央部を凹ませた後、第２の型により拡径を行うため、円柱状ワークの一端面の中央部を凹ませない場合よりも鍛造前における円柱状ワークの角部をより径方向外側に移動させることができる。これにより、第３の型により成形された円環状の凹部、すなわち、後工程で加工しない箇所に鍛造前における円柱状ワークの角部が移動するのを抑制できる。

実施例１の鍛造装置の模式図である。 角部加圧用金型2による第１の鍛造工程を示す図である。 中央部加圧用金型3による第２の鍛造工程を示す図である。 拡径用金型4による第３の鍛造工程を示す図である。 円環状凹部形成用金型5による第４の鍛造工程を示す図である。 従来の鍛造方法における各工程を示す図である。

〔実施例１〕
図１は、実施例１の鍛造装置の模式図である。
実施例１の鍛造装置1は、円柱状のワークを一定の搬送方向に搬送しながら複数の鍛造工程において金型でワークを圧縮成形し、連続的に円盤形状のギア部品用粗形材を成形する横型多段式鍛造装置である。鍛造装置1は、角部加圧用金型2、中央部加圧用金型3、拡径用金型4および円環状凹部形成用金型5を備える。ワークは、図外の搬送機構部により、角部加圧用金型2→中央部加圧用金型3→拡径用金型4→円環状凹部形成用金型5の順に搬送される。各金型2,3,4,5は、搬送方向に一直線上に配置され、1対の上型6,7,8,9および下型10,11,12,13を有する。実施例１では、搬送方向を地面と平行とする。各下型10,11,12,13は、下部をフレーム14に固定されている。各上型6,7,8,9は、上部を往復移動機構15に固定されている。往復移動機構15は、図示しないガイド部材等を介してフレーム14に支持されている。往復移動機構15は、例えば電動モータを動力源とし、搬送方向と直交する方向（鉛直方向）に往復移動可能に設けられている。

角部加圧用金型2は、ワークの軸方向一端面の角部を潰すための第１の鍛造工程を行うもので、上型（第４の型）6には、凹部（第１の凹部）6aが設けられている。凹部6aは、開口側から底部側にかけて徐々に小径となる截頭円錐状に形成されている。凹部6aの開口端は、鍛造前（第１の鍛造工程を行う直前）のワークの外径よりも大径に設定されている。また、凹部6aの底部は、鍛造前のワークの外径よりも小径に設定されている。凹部6aの中心は上型6の中心と一致する。
中央部加圧用金型3は、ワークの軸方向一端面の中央部を凹ませて鍛造前におけるワークの角部を径方向外側へ移動させるための第２の鍛造工程を行うもので、上型（第１の型）7には、凸部（第１の凸部）7aが設けられている。凸部7aは、所定の高さを有する截頭円錐状に形成されている。凸部7aは上型7の中央に設けられ、その中心は上型7の中心と一致する。

拡径用金型4は、ワークを拡径するための第３の鍛造工程を行うもので、上型（第２の型）8には、凸部（第２の凸部）8aが設けられている。凸部8aは、凸部7aの高さよりも低く、かつ大径に形成されている。凸部8aは上型8の中央に設けられ、その中心は上型8の中心と一致する。
円環状凹部形成用金型5は、ワークの軸方向一端面に円環状の凹部および円形の凹部を形成するための第４の鍛造工程を行うもので、上型（第３の型）9には、凸部（第３の凸部）9aおよび凸部9bが設けられている。凸部9aは、円環状に形成されている。凸部9bは、凸部9aよりも径方向内側に設けられ、凸部9aよりも僅かに高い円筒状に形成されている。凸部9aおよび凸部9bの中心は上型9の中心と一致する。

次に、鍛造装置1によるワークの鍛造方法を、工程順に説明する。
（第１の鍛造工程）
図２は、角部加圧用金型2による第１の鍛造工程を示す図である。
ワークWは、鍛造用のコイル材を矯正機により直線状に矯正した後、ナイフ・クイルにより一定寸法の長さに切断したものであり、搬送機構部により軸方向を上下に向けた状態で上型6および下型10間に載置される。上型6を下降させると、図２(a)に示すように、ワークWの軸方向一端面20の角P2は、凹部6aの傾斜面21に当接する。ここで、ワークWを軸方向と直交する方向から見たとき、一端面20側の角P2からワークWの中心方向に所定距離離れた点をP1、ワークWの軸方向に所定距離離れた点をP3とし、ワークWの表面における点P1から点P3までの領域を、鍛造前におけるワークWの角部と称する。
図２(a)の状態から上型6を下降させると、ワークWは軸方向に圧縮されて径方向に膨らむ。ワークWの一端面20は凹部6aの形状に沿って塑性変形し、図２(b)に示すように、角P2および点P1,P3は傾斜面21に沿う直線上に並び、角部が潰れた状態となる。

（第２の鍛造工程）
図３は、中央部加圧用金型3による第２の鍛造工程を示す図である。
第１の鍛造工程と同様に、ワークWは搬送機構部により一端面20側を上方に向けて上型7および下型11間に載置される。上型7を下降させると、図３(a)に示すように、上型7の凸部7aは一端面20の中央部に当接する。このとき、実施例１では、第１の鍛造工程によりワークWの角部を潰しているため、角部を潰していない場合と比較して、角部と上型7との軸方向間の距離は広くなっている。
図３(a)の状態から上型7を下降させると、ワークWは軸方向に圧縮される。ワークWの一端面20は凸部7aの形状に沿って塑性変形し、図３(b)に示すように、ワークWの中央部が外周部よりも潰れることで、角部は凸部7aの傾斜面22に沿ってワークWの径方向外側へ押し出される。ここで、角部の径方向外側への移動は、角部が上型7に密着したタイミングで停止するが、予め角部を潰しているため、角部を潰していない場合よりも角部と上型7とが密着するタイミングを遅延できる。つまり、第１の鍛造工程により予め角部を潰しておくことにより、第２の鍛造工程において角部はより径方向外側へ移動する。

（第３の鍛造工程）
図４は、拡径用金型4による第３の鍛造工程を示す図である。
第１および第２の鍛造工程と同様に、ワークWは搬送機構部により一端面20側を上方に向けて上型8および下型12間に載置される。上型8を下降させると、図４(a)に示すように、上型7の凸部8aは一端面20の角部よりも径方向内側（点P1よりも径方向内側）の点でワークWと当接する。
図４(a)の状態から上型8を下降させると、ワークWは軸方向に圧縮される。ワークWの一端面20は凸部8aの形状に沿って塑性変形し、図４(b)に示すように、ワークWの中央部が外周部よりも潰れることで、外周部は凸部8aの傾斜面23に沿ってワークWの径方向外側へ押し出される。このとき、点P1は凸部8aに密着していないため、角部はさらに径方向外側へ移動する。

（第４の鍛造工程）
図５は、円環状凹部形成用金型5による第４の鍛造工程を示す図である。
第１、第２および第３の鍛造工程と同様に、ワークWは搬送機構部により一端面20側を上方に向けて上型9および下型13間に載置される。上型9を下降させると、図５(a)に示すように、ワークWは上型9および下型13で囲まれた空間内で密閉状態となり、上型8の凸部9aは一端面20の角部よりも径方向内側（点P1よりも径方向内側）の点でワークWと当接する。
図５(a)の状態から上型9を下降させると、ワークWは上型9および下型13で囲まれた密閉空間の形状に沿って塑性変形する。図５(b)に示すように、一端面20において角部の径方向内側（点P1よりも径方向内側）には、凸部9aの形状に沿った円環状の凹部24が成形される。また、凹部24の径方向内側には、凸部9bの形状に沿った円形の凹部25が成形される。

従来の鍛造方法では、図６に示すように、(a)鍛造用のコイル材から円柱状のワークを形成する前工程、(b)ワークを軸方向に圧縮して軸方向に圧縮して拡径する第１の鍛造工程、(c)円環状の凹部を成形する第２の鍛造工程、(d)穴開けおよび切削加工を行う後工程によりギア部品用粗形材を成形している。鍛造工程前におけるワークの角部(P1〜P3)は、鍛造工程後、円環状の凹部に移動する。ここで、円環状の凹部よりも径方向外側の部分は後工程の切削加工により除去されるものの、円環状の凹部は後工程で加工されない。このため、従来の鍛造方法では、鍛造工程の前にワークの角部に打痕や切断バリ等が生じた場合、鍛造工程により角部が円環状の凹部に移動し、製品にキズが残ってしまう。
これに対し、実施例１の鍛造方法では、中央部加圧用金型3の上型7によりワークWの一端面20の中央部を凹ませた後、拡径用金型4の上型8により拡径を行うため、図５(b)に示したように、鍛造前におけるワークWの角部は凹部24よりも径方向外側に移動する。凹部24よりも径方向外側の部分は、後工程で切削加工されるため、第１の鍛造工程前にワークWの角部に生じていた打痕や切断バリ等がキズとなって製品に残るのを防止できる。

実施例１にあっては、以下の効果を奏する。
(1) 凸部7aを有する上型7により円柱状ワークWの一端面20の中央部を加圧し、凸部7aの高さよりも低く、かつ大径の凸部8aを有する上型8により一端面20を加圧し、円環状の凸部9aを有する上型9により一端面20を加圧する。
上型7により円柱状ワークWの一端面20の中央部を凹ませた後、上型8により拡径を行うため、円柱状ワークWの一端面20の中央部を凹ませない場合よりも鍛造前における円柱状ワークWの角部をより径方向外側に移動させることができる。これにより、上型9により成形された円環状の凹部24、すなわち、後工程で加工しない箇所に鍛造前における円柱状ワークWの角部が移動するのを抑制できる。

(2) 上型7により一端面20を加圧する前に、底部側ほど小径となる凹部6aを有する上型6により一端面20の外周部を加圧する。
上型7により円柱状ワークWの一端面20の中央部を凹ませる前に、予め鍛造前における円柱状ワークWの角部を潰すことにより、角部を潰さない場合よりも上型7で一端面20を加圧するときの角部と上型7との密着タイミングを遅延できる。これにより、鍛造前におけるワークWの角部をより径方向外側に移動できる。

(3) 鍛造装置1は、凸部7aを有し、円柱状ワークWの一端面20の中央部を加圧する上型7と、凸部7aの高さよりも低く、かつ大径の凸部8aを有し、上型7により加圧された一端面20を加圧する上型8と、円環状の凸部9aを有し、上型8により加圧された一端面20を加圧する上型9と、を備える。
上型7により円柱状ワークWの一端面20の中央部を凹ませた後、上型8により拡径を行うため、円柱状ワークWの一端面20の中央部を凹ませない場合よりも鍛造前における円柱状ワークWの角部をより径方向外側に移動させることができる。これにより、上型9により成形された円環状の凹部24、すなわち、後工程で加工しない箇所に鍛造前における円柱状ワークWの角部が移動するのを抑制できる。

(4) 鍛造装置1は、底部側ほど小径となる凹部6aを有し、上型7により加圧される前の一端面20の外周部を加圧する上型6を備える。
上型7により円柱状ワークWの一端面20の中央部を凹ませる前に、予め鍛造前における円柱状ワークWの角部を潰すことにより、角部を潰さない場合よりも上型7で一端面20を加圧するときの角部と上型7との密着タイミングを遅延できる。これにより、鍛造前におけるワークWの角部をより径方向外側に移動できる。

1 鍛造装置
2 角部加圧用金型
3 中央部加圧用金型
4 拡径用金型
5 円環状凹部形成用金型
6 上型（第４の型）
6a 凹部（第１の凹部）
7 上型（第１の型）
7a 凸部（第１の凸部）
8 上型（第２の型）
8a 凸部（第２の凸部）
9 上型（第３の型）
9a 凸部（第３の凸部）
20 一端面
W ワーク

Claims (4)

1. 第１の凸部を有する第１の型により円柱状ワークの一端面の中央部を加圧し、
   前記第１の凸部の高さよりも低く、かつ大径の第２の凸部を有する第２の型により前記一端面を加圧し、
   円環状の第３の凸部を有する第３の型により前記一端面を加圧することを特徴とする鍛造方法。
2. 請求項１に記載の鍛造方法において、
   前記第１の型により前記一端面を加圧する前に、底部側ほど小径となる第１の凹部を有する第４の型により前記一端面の外周部を加圧することを特徴とする鍛造方法。
3. 第１の凸部を有し、円柱状ワークの一端面の中央部を加圧する第１の型と、
   前記第１の凸部の高さよりも低く、かつ大径の第２の凸部を有し、前記第１の型により加圧された前記一端面を加圧する第２の型と、
   円環状の第３の凸部を有し、前記第２の型により加圧された前記一端面を加圧する第３の型と、
   を備えたことを特徴とする鍛造装置。
4. 請求項３の鍛造装置において、
   底部側ほど小径となる第１の凹部を有し、前記第１の型により加圧される前の前記一端面の外周部を加圧する第４の型を備えたことを特徴とする鍛造装置。

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