JP2018024012A - 鍛造方法及びこれに用いる鍛造金型 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドルギヤの黒皮に鍛造素材のキズを位置させないようにする。
【解決手段】円柱状の鍛造素材１０を加圧して外周に切削対象の切削部５１、５５を有する製品粗材の鍛造において、ブレイク工程での加圧前の状態で上型と下型の対向面の中心から所定半径を平坦面とし、その外周領域を外方に向けて互いに離反する湾曲面とし、平坦面を鍛造素材１０より小径に設定して、対向面と鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂが接触しないようにする。これにより加圧時に鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂは対向面からの束縛を受けることなく外方へ逃げるので、鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂであったった領域を、後工程で切削されずに残る領域（凹部５３、非切削部５４）よりも外周縁側切削部５１、５５に位置させて、夾雑物の発生原因となるキズが鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂに合ったとしても、キズのある領域を切削して除去することで、夾雑物の発生を防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、製品に黒皮が残される鍛造品の成形方法及びこれに用いる鍛造金型の構造に関する。

車両用変速機は、アウトプットギヤと噛み合うアイドルギヤを有しており（例えば、特許文献１）、このアイドルギヤは、例えば図６に示すような断面形状を有する。
この製品としてのアイドルギヤ１００はほぼ円盤状で、外周側に不図示のアウトプットギヤと噛み合う外歯１０４を備え、中心部に不図示のアイドル軸と噛み合う内歯スプライン１０２を備える。そして、外歯１０４と内歯スプライン１０２部をつなぐ２つのギヤ側面のうち、一方側の側面１０１（図中、上側）には、軽量化のために凹部１０３が形成されており、他方側の側面１０６（図中、下側）には、アイドルギヤ１００の回転軸に直交する平坦面１０５が外周側に形成されている。
ここで、外歯１０４、内歯スプライン１０２、ギヤ側面１０１、及び平坦面１０５は、高い寸法精度や面粗度が要求されるため、製品粗材としての鍛造品の対応部分を切削することにより形成されるが、凹部１０３、及びギヤ側面１０６のうちの平坦面１０５を除く部分（以下、非切削部１０７と標記）については、寸法精度や面粗度は要求されないので、切削せずに製品粗材面（黒皮）のまま残されるのが通常である（図６のハッチング部参照）。

製品粗材である鍛造品は、長尺の円柱材を所定の長さに切断して鍛造素材とし、これに対して金型による複数段階のプレス工程を繰り返して成形される。
プレス工程の第１段階はブレイク工程であり、金型の上型及び下型は互いに平坦な対向面を有して鍛造素材を軸方向に加圧する。これにより、鍛造素材は軸方向に圧縮され、径方向に膨出して円盤状へ変形する。その後、順次に上型及び下型を変えて最終形状へ近づけていく。

特開２０１３−２０４７１５号公報

ところで、上記の円柱材を切断した鍛造素材１０は、図７の（ａ）に示すような外周縁（角部Ｋａ、Ｋｂ）に切断バリや打痕等のキズが生じやすく、ブレイク工程を経た段階では、（ｂ）に示すように、鍛造素材１０において角部Ｋａ、Ｋｂであった領域が、ブレイク工程で得られた円盤の外周部よりも内径側に位置している。
このため、プレス工程の最終段階において、（ｃ）に示すように、角部Ｋａ、Ｋｂであった領域が上述の凹部１０３と非切削部１０７に位置する鍛造品（製品粗材）となる。
このプレス工程の最終段階で得られた鍛造品は、内外周側とギヤ側面が切削されて、前述のように外歯１０４、内歯スプライン１０２、ギヤ側面１０１、及び平坦面１０５が形成されるが、切削されない凹部１０３と非切削部１０７では、黒皮状の製品粗材面（黒皮部）が、そのまま残されることになる。

ここで、凹部１０３と非切削部１０７に内包される角部Ｋａ、Ｋｂであった領域にキズが存在していると、黒皮部の一部がキズを起点として剥離して夾雑物となり、例えばベルトを用いるＣＶＴでは、剥離した夾雑物のベルト？み込みが発生する虞がある。
そのため、黒皮部がそのまま残された領域（凹部１０３と非切削部１０７）でのキズ検査を欠かすことができないので、黒皮部のない製品と比較して製造工数が増加する。
このような問題は、凹部を有するアイドルギヤだけでなく、円柱材をプレス成型した鍛造品を製品粗材とし、外周縁部よりも内側に黒皮を残す種々の製品についても同様である。

したがって本発明は、上述の問題点に鑑み、鍛造品の外周縁部よりも内側に鍛造素材のキズを位置させないようにした鍛造方法及び鍛造金型を提供することを目的とする。

このため、本発明は、円柱状の素材を加圧して円盤状の製品粗材とし、製品粗材の黒皮を所定部位に残し他の部位を切削して得る製品のための製品粗材の鍛造方法であって、加圧前の状態で上型と下型の対向面が素材の端部外周縁と接触しないように設定した金型を用いる加圧工程を有して、素材の端部外周縁を製品粗材における上記所定部位より外周側に位置させるものとした。
そして上記金型は、上型と下型の対向面がそれぞれの中心から所定半径の領域を平坦面とし、その外周領域を外方に向けて互いに離反する湾曲面として、平坦面の所定半径を素材の半径よりも小さく設定するのが好ましい。

本発明によれば、素材の端部外周縁にキズが受けることがあっても、端部外周縁は製品粗材において黒皮が残される所定部位から外れた切削部位に位置するので、キズが除去されて、栗皮の剥がれなどが回避される。
上型と下型の対向面の中心から所定半径を平坦面とし、その外周領域を外方に向けて互いに離反する湾曲面として、平坦面の所定半径を素材の半径よりも小さくすることにより、対向面と素材の端部外周縁との非接触状態を確実に保持できる。

実施の形態にかかる鍛造過程を示す図である。 各過程におけるワーク形状の半部を拡大して示す図である。 ブレイク工程の金型の拡大図である。 ブレイク型に対するフィンガーの調整要領を示す図である。 アイドル型に対するフィンガーの調整要領を示す図である。 アイドルギヤを示す図である。 アイドルギヤにおけるキズの発現態様を示す図である。

以下、本発明をアイドルギヤの鍛造に適用した実施の形態について説明する。
図１は実施の形態にかかる鍛造過程を金型（上型、下型）とともに示す図である。
（ａ）は鍛造素材、（ｂ）はブレイク、（ｃ）はアイドル、（ｄ）はフィニッシュの各段階を示しており、ブレイク以降の金型としてそれぞれブレイク型１ａ、アイドル型１ｂ、フィニッシュ型１ｃが用いられる。
ワークとして円柱材から切断した（ａ）の鍛造素材１０は、（ｂ）のブレイク工程においてブレイク型１ａ（上型３ａ、下型２ａ）で軸方向に加圧され、略円盤状に成形されて１次成形品２０となる。以下、各工程での加工後のワーク形状が離間した上型と下型の間に示される。

図２は各過程におけるワーク形状の半部を拡大して示す断面図である。
１次成形品２０は、鍛造素材１０（円柱材）の側壁が外方（径方向）へ押し出されるとともに、外周側が内方よりも厚肉となっている。そして、図２の（ａ）に示す鍛造素材１０の両端の外周縁Ａ、Ｂも側壁とともに外方へ押し出されて、図２の（ｂ）に示すように、円盤の外周縁Ａａ、Ｂａに位置するものとなっている。
図２の（ｃ）のアイドル工程では、図１の（ｃ）に示したアイドル型１ｂ（上型３ｂ、下型２ｂ）で外周側が厚肉の１次成形品２０の厚みを平準化するとともに、最終形状へ向けた若干の形状付与を行って２次成形品３０とする。
この際、１次成形品２０時の外周縁Ａａ、Ｂａは、図２の（ｃ）に示すように、わずかに内方へ移動するが、新たな外周縁Ａｂ、Ｂｂ近傍にとどまる。

このあと、図２の（ｄ）のフィニッシュ工程において２次成形品３０は、図１の（ｄ）に示したフィニッシュ型１ｃ（上型３ｃ、下型２ｃ）によって、凹部５３を有する最終形状に成形され、鍛造完了品５０（製品粗材）となる。
なお、この最終形状では中央部の内歯スプライン形成部５２が閉じているが、追って当該部位を打ち抜くことにより貫通孔としてから軸方向にスプライン加工される。
フィニッシュ工程を経て成形された鍛造完了品５０では、円柱材であった鍛造素材１０の両端の外周縁Ａａ（Ａ）、Ｂａ（Ｂ）が、図２の（ｄ）に示すように、最終形状における外周縁Ａｃ、Ｂｃ近傍にとどまっており、鍛造素材１０において外周縁Ａ、Ｂ（角部）であった領域（外周縁Ａａ（Ａ）、Ｂａ（Ｂ））が、後工程で切削される所定範囲内（ギヤ側面の切削部５１、５５となる領域内）に収まっている。
したがって、鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂにキズが生じていたとしても、このキズは、後工程の切削により切屑と共に除去されるので、黒皮部がそのまま残された領域（後工程で切削されない領域：凹部５３、非切削部５４）に、そこにキズが内包されることはない。

つぎに上述した鍛造に用いられる金型の要部について説明する。
図３はブレイク工程の金型の拡大図である。
ブレイク型１ａにおける上型３ａと下型２ａの対向面は対称であり、いずれも中心から所定半径ｒの領域は平坦面４で、これを囲む外周領域は外方に向けて互いに離反する湾曲面５を呈する加工形状を有している。
なお、下型２ａには湾曲面５の外周にさらに治具受け部６が設定されている。治具受け部６は円筒面７と平坦な端面８を有し、端面８は湾曲面５に連なったリング状である。治具については追って説明する。
平坦面４の上記所定半径ｒは、鍛造素材（円柱）１０の半径Ｒよりも小さく設定されており、このため、鍛造素材１０が下型２ａと上型３ａ間に挟まれても未だ加圧されていない段階から鍛造粗材１０の外周縁Ａ、Ｂ部分は下型２ａ及び上型３ａと接触していない状態にある。

これにより、その後加圧が進行する際、従来の対向面全面が平坦な金型と異なり、鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂは接触による上型３ａ及び下型２ａからの束縛を受けることなく、側壁が外方へ膨出する変形とともに外方へ逃げる結果、先の図２の（ｂ）に示されるように、１次成形品２０の外周縁Ａａ、Ｂａに位置するようになる。
また円盤状となる１次成形品２０は、中央部の平坦面２１（図中、上面）及び平坦面２３（図中、下面）に続いて外方に湾曲面２２（図中、上面）及び湾曲面２４（図中、下面）を有し、外周側が厚肉となる。

次段のアイドル工程では、前工程で外周側が厚肉となった１次成形品２０の外周側の厚さを平準化するため、アイドル型１ｂ（上型３ｂ及び下型２ｂ）の対向面の外周領域に平坦面９（図１の（ｃ）参照）を有している。
これにより、１次成形品２０の外周縁Ａａ、Ｂａは加圧時に上型３ｂ及び下型２ｂの平坦面９、９との接触により束縛され、図２の（ｃ）に示されるように、鍛造素材１０に遡る当初の外周縁Ａ、Ｂは２次成形品３０においては新たな外周縁Ａｂ、Ｂｂの内側近傍に位置することになる。
フィニッシュ工程においても、当初の外周縁Ａ、Ｂは図２の（ｄ）に示されるように、外周縁Ａｃ、Ｂｃの内側近傍の位置に保持される。

上述の鍛造に際しては、プレス機に付設されたフィンガーによりワーク（鍛造素材、１次成形品、２次成形品、・・）を掴んで金型へ搬送する。
図４は、治具を用いてブレイク型１ａに対するフィンガー４９の調整を行う要領を示す。
なお、図４のうち（ａ）は各部位の詳細を示すため、（ｂ）よりも大きく描いている。
下型２ａの上面は前述のように、中心から所定半径ｒまでが平坦面４でその外側に湾曲面５をもつ加工形状を有するとともに、さらにその外周に治具受け部６を有している。
前述のように、治具受け部６は円筒面７と平坦な端面８を有し、端面８は湾曲面５に連なっている。

とくに図４の（ａ）に示すように、治具４０は、第１治具４１と第２治具４５からなる。
第１治具４１は、内側面が治具受け部６の円筒面７と整合する側壁４２と、平坦な端面８に着座する端壁４３と、を有する断面Ｌ字形のリングである。端壁４３のリング幅（径方向幅）は、治具受け部６の平坦な端面８のリング幅よりも小さく、したがって端壁４３の内側は下型２ａの湾曲面５の外周径よりも大径の第１の孔４４となっている。
第１治具４１は、その端壁４３を治具受け部６の平坦な端面８上にセットされる。

第２治具４５は、第１治具４１の第１の孔４４と整合する外径を有するとともに、内側に所定径の第２の孔４７を有するリングであって、第１治具４１の第１の孔４４の内側にセットして下端面を平坦な端面８上に着座させる。
第２治具４５の第２の孔４７の所定径は、鍛造素材１０の外径と整合するように設定してある。
第２治具４５は、その外周部で平坦な端面８上に着座するが、内周側は下型２ａの湾曲面５と干渉しないように切除した逃げ部４６となっている。第２の孔４７は逃げ部４６に開口している。
鍛造素材１０は第２治具４５の第２の孔４７を通して下型２ａにセットされ、これにより、鍛造素材１０の軸心は正確に下型２ａの中心に一致した状態となる。

プレス機の稼動前、すなわち下型２ａと上型３ａによる加圧前の状態において、図４の（ａ）に示すように、鍛造素材１０を、第２治具４５の第２の孔４７から下型２ａにセットした状態で、フィンガー４９に鍛造素材１０をクランプさせることにより、不図示の搬送制御装置にフィンガー４９のアンクランプ位置を記憶させる。これにより、ブレイク型１ａに対するフィンガー４９の調整が完了する。
なお、このフィンガー４９の調整においては、鍛造素材１０の現物を用いる代わりに、鍛造素材１０と同一形状の円柱体を第３治具として第２治具４５の孔４７からセットしてもよい。

フィンガー４９の調整が完了すると、下型２ａから第１治具４１及び第２治具４５を撤去してプレス機のブレイク型１ａによる稼動状態に入る。
図４の（ｂ）に示すように、上型３ａと下型２ａの間に鍛造素材１０を搬送してくるフィンガー４９は、記憶した位置でアンクランプするので、先の治具４０で下型２ａ上の正確に設定された位置に鍛造素材１０がセッティングされる。

アイドル型１ｂに対するフィンガー４９の調整においても、同様に治具を用いて行うことができる。
ここで、先のブレイク型１ａに対するフィンガー４９の調整に用いた治具４０において、第２治具４５の外径を、ブレイク型１ａで成形した１次成形品２０の外径と同一に設定することにより、アイドル型１ｂに対するフィンガー４９の調整にも共用することができる。この場合には、第１治具４１の第１の孔４４も、１次成形品２０の外径と整合する径に設定しておけばよい。

アイドル型１ｂに対するフィンガー４９の調整は、具体的には図５の（ａ）に示すように、ブレイク型１ａの段階で、第１治具４１と第２治具４５を下型２ａ上にセットして、フィンガー４９に第２治具４５をクランプさせることにより、搬送制御装置にフィンガー４９のアンクランプ位置を記憶させる。これにより、アイドル型１ｂに対するフィンガー４９の調整が完了する。

本実施の形態では、鍛造素材１０が発明における素材に該当し、鍛造完了品５０が、後工程において外歯形成部５９、内歯スプライン形成部５２及びギヤ側面の切削部５１、５５を切削して製品としてのアイドルギヤを得るための製品粗材に該当する。
そして、後工程で切削されない領域（凹部５３、非切削部５４）が、製品粗材の黒皮を残す部位に該当する。

また、鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂが端部外周縁に該当する。
ブレイク型１ａの上型３ａと下型２ａが発明における上型と下型に該当し、ブレイク工程がとくに請求項１における加圧工程で、請求項２、１０における最初の工程に該当する。
１次成形品２０が最初の工程による成形品に該当する。

実施の形態は以上のように構成され、
円柱状の鍛造素材１０を軸方向に加圧して円盤状の２次成形品３０とし、
この２次成形品３０の鍛造により、後工程での切削加工で、一部領域（凹部５３、非切削部５４）に黒皮状の製品粗材面（黒皮部）を残しつつ、他の領域（部位）に、外歯形成部５９、内歯スプライン形成部５２及び切削部５１、５５を形成したアイドルギヤを得るための製品粗材（鍛造完了品５０）を鍛造する鍛造方法において、
最初のブレイク工程での加圧前の状態で、上型３ａと下型２ａの対向面が、鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂと接触しないように設定したブレイク型１ａを用いて、鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂを鍛造完了品５０における凹部５３及び非切削部５４より外周側に位置させるものとしたので、外周縁Ａ、Ｂにキズを受けることがあっても、このキズは、例えば切削部５１、５５などを切削することで切屑と共に除去されて、切断バリが剥がれて夾雑物となることなどが回避される。（請求項１、２、５、６及び１０に対応する効果）

より具体的には、上型３ａと下型２ａは、それぞれの対向面の中心から半径ｒの領域が平坦面４をなし、その外周領域が外方に向けて互いに離反する湾曲面５をなして、半径ｒを鍛造素材１０の半径Ｒよりも小さく設定してあるので、ブレイク工程完了まで鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂと加圧面（上型３ａ及び下型２ａの対向面）との非接触状態を保持可能で、外周縁Ａ、Ｂが１次成形品２０の新たな外周縁Ａａ、Ｂａに確実に位置される。（請求項３及び７に対応する効果）

最初のブレイク工程における鍛造素材１０と上型３ａ及び下型２ａとの中心合わせのため、鍛造素材１０を金型へ搬送するフィンガー４９に治具４０を用いて鍛造素材１０のアンクランプ位置を記憶させるので、鍛造素材１０の外周縁Ａ、Ｂと上型３ａ及び下型２ａの対向面との正確な非接触状態を実現できる。（請求項４及び８に対応する効果）
とくに、治具４０は、所定径の第１の孔４４を有して下型２ａに支持され、第１の孔４４が下型２ａの中心と同心に保持される第１治具４１と、第１の孔４４に整合する外径を有するとともに、内径が鍛造素材１０の外径Ｒと整合する同心の第２の孔４７を有するリング状の第２治具４５と、からなるので、第２の孔４７を通して鍛造素材１０を下型２ａに載置するだけで中心が合う。（請求項９に対応する効果）

また、第２治具４５の外径を、ブレイク工程による１次成形品２０の外径と同一に設定することにより、治具４０を共用して１次成形品２０を次工程のアイドル型（下型２ｂ）へ搬送する際のフィンガー４９の調整も可能となる。（請求項１１に対応する効果）

なお、実施の形態では、製品において黒皮を残す部位として、アイドルギヤの凹部５３及び非切削部５４を例示したが、本発明は、この凹部５３と非切削部５４を有するアイドルギヤに限定されるものではない。
鍛造素材１０の鍛造により得られた製品素材（鍛造完了品）であって、切削させずに残る黒皮状の非切削部（黒皮部）を有する種々の製品に対する製品粗材の鍛造に適用することができる。

１ａ ブレイク型
１ｂ アイドル型
１ｃ フィニッシュ型
２ａ、２ｂ、２ｃ 下型
３ａ、３ｂ、３ｃ 上型
４ 平坦面
５ 湾曲面
６ 治具受け部
７ 円筒面
８ 端面
９ 平坦面
１０ 鍛造素材
２０ １次成形品
２１ 平坦面
２２ 湾曲面
２３ 平坦面
２４ 湾曲面
３０ ２次成形品
４０ 治具
４１ 第１治具
４２ 側壁
４３ 端壁
４４ 第１の孔
４５ 第２治具
４６ 逃げ部
４７ 第２の孔
４９ フィンガー
５０ 鍛造完了品
５１、５５ 切削部
５２ 内歯スプライン形成部
５３ 凹部（黒皮部）
５４ 非切削部（黒皮部）
５９ 外歯形成部
Ａ、Ａａ、Ａｂ、Ａｃ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｂ、Ｂｃ 外周縁

Claims (11)

1. 円柱状の素材を加圧して円盤状の製品粗材とし、該製品粗材の黒皮を所定部位に残し他の部位を切削して得る製品のための前記製品粗材の鍛造方法であって、
   加圧前の状態で上型と下型の対向面が前記素材の端部外周縁と接触しないように設定した金型を用いる加圧工程を有して、前記素材の端部外周縁を前記製品粗材における前記所定部位より外周側に位置させることを特徴とする鍛造方法。
2. 前記加圧工程が複数の工程からなる鍛造過程のうち最初の工程であることを特徴とする請求項１に記載の鍛造方法。
3. 前記金型は上型と下型のそれぞれの対向面の中心から所定半径の領域が平坦面をなし、その外周領域が外方に向けて互いに離反する湾曲面をなして、
   前記所定半径を前記素材の半径よりも小さく設定したことを特徴とする請求項２に記載の鍛造方法。
4. 前記素材と前記金型との中心合わせのため、前記素材を前記金型へ搬送するフィンガーに治具を用いて前記素材のアンクランプ位置を記憶させることを特徴とする請求項３に記載の鍛造方法。
5. 前記製品がアイドルギヤであって、前記製品粗材の外周側と中心部が切削により外歯と内歯スプラインとされ、その中間部が凹部とされて、該凹部が前記所定部位として前記製品粗材の黒皮が残されるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の鍛造方法。
6. 円柱状の素材を加圧して円盤状の製品粗材に成形する鍛造金型であって、前記製品粗材がその黒皮を所定部位に残し他の部位を切削して得る製品のためのものであり、
   上型と下型の対向面が加圧前の状態で前記素材の端部外周縁と接触しないように設定して、
   前記素材の端部外周縁が前記製品粗材における前記所定部位より外周側に位置するようにしたことを特徴とする鍛造金型。
7. 前記上型と下型の対向面はそれぞれの中心から所定半径の領域が平坦面をなし、その外周領域が外方に向けて互いに離反する湾曲面をなして、
   前記所定半径が前記素材の半径よりも小さく設定してあることを特徴とする請求項６に記載の鍛造金型。
8. 前記素材と前記下型との中心合わせのための治具が設定され、
   中心合わせした状態の前記素材を、該素材を前記下型上へ搬送するフィンガーに掴ませることにより当該素材のアンクランプ位置を記憶可能としたことを特徴とする請求項７に記載の鍛造金型。
9. 前記治具は、
   所定径の第１の孔を有して前記下型に支持され前記第１の孔が前記下型の中心と同心に保持される第１治具と、
   前記第１の孔に整合する外径を有するとともに、内径が前記素材の外径と整合する同心の第２の孔を有するリング状の第２治具とからなり、
   前記第２の孔を通して前記素材を前記下型に載置するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の鍛造金型。
10. 前記対向面が加圧前の状態で前記素材の端部外周縁と接触しないように設定した前記上型と下型が、複数の加圧工程からなる鍛造過程のうち最初の工程に設定されたものであることを特徴とする請求項９に記載の鍛造金型。
11. 前記第２治具の外径を前記最初の工程による成形品の外径と同一に設定してあることを特徴とする請求項１０に記載の鍛造金型。

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