JP2018075618A

JP2018075618A - 閉塞鍛造方法

Info

Publication number: JP2018075618A
Application number: JP2016220334A
Authority: JP
Inventors: 泰輔堀; Taisuke Hori; 弘行安藤; Hiroyuki Ando
Original assignee: AMC KK
Current assignee: AMC KK
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2018-05-17

Abstract

【課題】鍛造成型において上型と素材上端部の間の過剰な荷重の低減を図りつつ、鍛造方法を簡略化して装置の小型化やコストの低減を図り、従来と同等以上の精度で製造加工を行うことが可能な閉塞鍛造方法を提供する。
【解決手段】上型３と上パンチ１と下型４を上下方向から近づけて密接させることにより閉塞されたキャビティを形成する第一ステップと、前記上型３と上パンチ１と下型４に任意の圧力をかけて鉛直下向き移動させ、キャビティの形状を維持したまま、固定された下パンチ２により素材Ｗを押圧し、前記キャビティに配置された素材Ｗの下端部を下型４で成形し、かつ上型３によって上端部Ｍを成形する第二ステップと、前記上端部Ｍにかかる圧力が最大となる下死点近傍で上パンチ用油圧シリンダ７によって前記上パンチ１の圧力が除荷されて前記素材Ｗの成型品Ｇを得る第三ステップとを順次行なうことで成型品Ｇを製造する。
【選択図】図４

Description

本発明は、素材を押圧し所定形状に成形する閉塞鍛造方法に関する。

自動車、航空機、産業機械等に用いられる機械部品の製造方法として鍛造が知られている。鍛造は鍛流線が連続することで組織が緻密になるため、鋳造に比べて空洞が生じにくく強靭な機械部品をつくることができる。鍛造には大きく分けて型鍛造と自由鍛造と回転鍛造の加工方法があり、型鍛造は、対をなす鍛造用金型である上型及び下型の間に素材を入れて圧縮成形する方法で、部品の大量生産に向く。型鍛造において、金型はダイセットを介してプレス機に取り付けられ、金型には素材がセットされる。鍛造用金型装置に備えられたスライドやパンチを上下動させることで金型を介して素材を押圧し、塑性流動させて成形する。

型鍛造の方法としては、閉塞鍛造と据込み鍛造とが一般に知られている。本明細書では、上型と下型とが合わさったキャビティ（型空所）内に素材を完全に密閉した状態で素材を押圧する方法を閉塞鍛造と定義し、また、上型と下型とに隙間があって素材を完全に密閉しない状態で素材の一部を押圧する方法を据込み鍛造と定義して、両者を区別している。閉塞鍛造は、トリポード又はベベルギアのように、軸部から半径方向へ向けて突出した部分を持つ部品の成型で良く行われる。閉塞鍛造における押圧では側方押出し変形によって材料流動が生じるため、加工荷重が比較的低いことが特徴である。

閉塞鍛造で成形されるベベルギアは、交わる２軸間に運動を伝達する円錐形状をした傘歯車であり、自動車や二輪車等の部品となる。また等速ジョイントのベアリング等に使用されるインナーレースも閉塞鍛造により成形される。トリポードはボス部の周囲に３本の軸部を放射状に有する部品であり、自動車等の部品として使用されている。これらの機械部品を製造するに際して、生産コストの低減や付加価値向上を考慮した方法が多数検討されている。

特許第２８１３７０３号公報特許第３０３１８４８号公報特許第３０３１８５０号公報特許第４２７４４３９号公報

特許文献１には、ギア歯部１を成型する第１金型２とギアボス部２を成型する第２金型４とを相対接近駆動して、両金型２，４間に装填した素材をスパイラルベベルギアに冷間鍛造成型するとともに、金型分離工程において、前記第１金型２をギア軸芯Ｘ周りに遊転回動可能に構成してあるスパイラルベベルギアの製造装置が記載されている（請求項１を参照）。上部金型２が支持部８に対してベアリング１０を介してベベルギアＧの軸心Ｘ周りで回動しながら上方に持ち上がることで、ギア歯部１における抜き方向障害が解消され、円滑に両金型２，４が離間することが記載されている（明細書００１０段落を参照）。

特許文献２には、傘歯車を鍛造成型により成型するための方法において、下型と上型とを当接させ、上ポンチが予備成型品の上部に当接して、前記上型に形成された歯型と前記予備成型品とが非接触状態に保持されて前記下型と前記上型とを互いに閉塞させる工程と、前記下型と上型と該上型に設けられた上ポンチとを相対的に前記下ポンチに対して移動させることにより該下ポンチを前記下型と上型との間に画成されたキャビティに進入させて前記予備成型品を押圧してすえ込み成型する工程とを有する傘歯車の鍛造成型方法が記載されている（請求項１および図１から３を参照）。これにより上型の歯型が損傷することが抑制され、上型の耐久性が向上し長く使用でき、製造コストの低廉化が可能となることが記載されている（明細書００３９段落を参照）。

特許文献３には、下型と上型とを閉塞させる際、一次成型品の上部は上型に形成された歯型から離間し、下ポンチまたは上ポンチの少なくともいずれか一方をキャビティに進入させて前記一次成型品を塑性変形させて成型する方法及び装置が記載されており、これにより上型の歯型の損傷が抑制され、一回の鍛造成型で傘歯車の歯型を成型可能であると記述されている（明細書００５５段落）。

特許文献４には、上型１，下型２を上下方向より加圧してキャビティ１ａ，２ａを両側閉塞するとともに、第２の油圧室１２ｂに圧油を充満して上カウンタパンチ８に背圧を付与し、かつ第４の油圧室２０ｂに圧油を充満して下カウンタパンチ２２に背圧を付与してキャビティ１ａ，２ａ内のワーク７を加圧分流し、スライド６が上昇する前で、かつ上記キャビティ１ａ，２ａ内にワークが充満されたら上記第２の油圧室１２ｂ及び上記第４の油圧室２０ｂ内の圧油をタンク３５へドレーンさせ、背圧を除圧する構成とした閉塞鍛造用金型装置が記載されている（請求項１を参照）。この構成とすることで、異常高圧が発生して金型が破損することや、金型寿命が早期に低下することがないことが記載されている（明細書００１０段落）。

しかしながら、既知の型鍛造方法には依然として問題がある。特許文献１の方法では、第１金型２と第２金型４とを相対接近駆動して、両金型２，４間に装填した素材をスパイラルベベルギアに冷間鍛造成型する際、第１金型２と素材のギア歯部１との間に過剰な荷重がかかる。また、特許文献２又は３の方法では、上型と下型によって閉塞させてキャビティを形成させる際には、予備成型品（一次成型品）の上部が上型に形成された歯型から離間しているため、上型の歯型の損傷が抑制されるが、キャビティ形成後に下ポンチまたは上ポンチの一方をキャビティに進入させて予備成型品を押圧する際に、上型の歯型と予備成型品（一次成型品）の上部との間で過剰な荷重がかかる。したがって特許文献１から３の方法では、金型や素材に破損が生じることや、金型の寿命が低下することがある。
特許文献４の場合では、上型１、下型２、上カウンタパンチ８、下カウンタパンチ２２の各々を油圧制御するため、制御方法も複雑化し、かつ高価で大型な装置が必要となる。また、スライド６は上下動することがなく、かつ、上型１や下型２を何らかの油圧制御手段により同調（シンクロ）させてワーク７を上下方向から均等に押圧して成型する構成ともなっておらず、上型１と下型２の圧力制御を毎回同様に行うには困難性を伴う。その結果製品形状が不安定になりやすく、品質にばらつきが生じやすい。また上カウンタパンチと下カウンタパンチを共に除圧するため、素材上端部や上型にかかる最大荷重を厳密に制御することは難しい。

このような実情に鑑みて、本発明の目的は、鍛造成型において上型と素材上端部の間の過剰な荷重の低減を図りつつ、鍛造方法を簡略化して装置の小型化やコストの低減を図り、従来と同等以上の精度で製造加工を行うことが可能な閉塞鍛造方法を提供するものである。

本発明の閉塞鍛造方法は、上型と上パンチと下型を上下方向から近づけて密接させることにより閉塞されたキャビティを形成する第一ステップと、前記上型と上パンチと下型に任意の圧力をかけて鉛直下向き移動させ、キャビティの形状を維持したまま、固定された下パンチにより素材を押圧し、前記キャビティに配置された素材の下端部を下型で成形し、かつ前記上型によって前記上端部を成形する第二ステップと、前記上端部にかかる圧力が最大となる下死点近傍で上パンチ用油圧シリンダによって前記上パンチの圧力が除荷されて前記素材の成型品を得る第三ステップとを順次行なうことで成型品を製造することを特徴とする。
また本発明の閉塞鍛造方法は、前記第三ステップでは、前記下死点近傍で、前記鉛直下向き移動に追従して前記上パンチ用油圧シリンダによって前記上パンチが鉛直上向き移動することで前記上パンチの圧力が除荷されることを特徴とする。

本発明によれば、素材上端部の成形において素材上端部における圧力が最大となる下死点近傍で下型の鉛直下向き移動に追従して上パンチ用油圧シリンダによって上パンチの圧力が除荷されることで、鍛造成形において上型と素材上端部の間の過剰な荷重の低減を図ることができる。

本発明の閉塞鍛造方法は、前記上型の中央部に配置された前記上パンチと、前記上型に対向配置された前記下型と、前記上パンチに対向配置された下パンチとを備え、前記第二ステップでは、前記下型での前記下端部の成形完了前、かつ前記上型での前記上端部の成型完了前に第三ステップに移行することを特徴とする。
また本発明の閉塞鍛造方法は、前記上型の位置を制御するスライドと、前記下型の圧力を制御する下型用油圧シリンダとを備え、前記第三ステップでは、前記下死点直前であって前記上端部と下端部の成型完了前に、前記鉛直下向き移動に追従して前記上パンチ用油圧シリンダによって前記上パンチが鉛直上向き移動することで前記上パンチの圧力が除荷されることを特徴とする。

本発明によれば、成形時に上型と素材上端部の間に生じる過剰な荷重の低減を図ることができる。すなわち下パンチは固定されており移動しないため、下パンチが油圧制御される装置又は方法と比較して小型化し装置コストも抑えられる。また上パンチのみで除荷を行うので、素材上端部や上型にかかる最大荷重の制御が容易になる。

本発明の閉塞鍛造方法は、前記成型品はべべルギア、インナーレース、又は、トリポードであることを特徴とする。

本発明によれば、鍛造成形時に素材上端部や上型にかかる圧力を厳密に制限できる。そのため、べべルギアのように素材上端部がギア形状となった成型品や、インナーレースのような凹凸形状を持つ成型品であっても、鍛造成形時の異常な高圧を抑制することができる。従って高圧負荷に弱い金型を使用する場合には金型の長寿命化が可能である。

本発明によれば、鍛造成型において素材上端部に接触した上型にかかる最大荷重を制御して押圧することが可能であるため、上型と素材上端部との間に生じる過剰な荷重の低減を図ることができ、上型が長寿命化する。また鍛造方法が簡略化されるため装置の小型化やコストの低減を図ることができ、従来と同等以上の精度で製造加工を行うことが可能となる。

本発明の実施形態の閉塞鍛造装置を側面側から示す構造図であり、素材をセットした状態の図である。上記構造図において、第一ステップを行った状態を示す図である。上記構造図において、第二ステップを行った状態を示す図である。上記構造図において、第三ステップを行った状態を示す図である。上記実施形態において、第一ステップを行った状態の閉塞鍛造装置の要部拡大図である。上記実施形態において、第二ステップを行った状態の閉塞鍛造装置の要部拡大図である。上記実施形態において、第三ステップを行った状態の閉塞鍛造装置の要部拡大図である。本発明を適用した鍛造用金型装置における工程手順を示す工程フロー図である。鍛造加工を行う素材と、鍛造加工後の素材の成型品を例示する斜視図である。上記実施形態において、シミュレーション解析によって素材表面にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、第一ステップにおいて素材にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、第二ステップにおいて素材にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、第二ステップにおいて素材にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、第二ステップにおいて素材にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、第二ステップにおいて素材にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、第三ステップにおいて素材にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、第三ステップにおいて素材にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、第三ステップにおいて素材にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、第三ステップにおいて素材にかかる圧力を示した側面図と斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、素材にかかる圧力を示した斜視図であり、従来法と比較した図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、金型にかかる圧力を示した斜視図であり、従来法と比較した図である。鍛造加工後の素材の成型品を例示する斜視図である。上記実施形態のシミュレーション解析によって、素材にかかる荷重を示したグラフであり、従来法と比較したグラフである。上記実施形態のシミュレーション解析の、要部を拡大した斜視図である。

本発明を実施するための最良の形態を以下に説明する。

本発明を適用した鍛造用金型装置（閉塞鍛造装置）１００を側面側から示す構造図を図１から図４に示す。図５は上記実施形態における第一ステップを行った状態の閉塞鍛造装置１００の要部拡大図であり、同様に図６は第二ステップ、図７は第三ステップを行った状態の閉塞鍛造装置１００の要部拡大図である。本実施形態の鍛造用金型装置１００は、上型３の中央部に配置された上パンチ１と、上型３に対向配置された下型４と、上パンチ１に対向配置された下パンチ２と、上パンチ１の圧力を制御する上パンチ用油圧シリンダ７と、前記下型４の圧力を制御する下型用油圧シリンダ８とを備え、上型ホルダ５１と下型ホルダ５２と下型用油圧シリンダ８とがダイセット８０に内蔵された構成であり、スライド２０１とボルスタ２０２からなるプレス機２００に取り付けて使用される。本実施形態では、ダイセット８０の下側６２がボルスタ２０２に取り付けられ、ダイセット８０の上側６１がスライド２０１に取り付けられている。本実施形態の鍛造用金型装置１００は、円柱形状の金属素材Ｗを押圧して加工を施す（図１）。

金属素材Ｗを鍛造成型した後の成型品Ｇとしては、ベベルギアＧ又はインナーレースＧ又はトリポードＧ等の凹凸形状をなした部品が考えられる（図９、図２２）。その他成型品Ｇとしては、閉塞鍛造成形を行う際に素材Ｗや金型にかかる最大荷重が大きく、素材Ｗの一端が欠けやすい部品や金型の寿命が短い部品等が考えられるが、これらに限定はされない。

前記上型ホルダ５１には、素材Ｗの上部又は上端部を押圧して加工を施すための上型３が下向きに配され、上型ホルダ５１の上方には上パンチ用油圧シリンダ７がダイセット８０の上側６１に内蔵されている（図１）。上型３の中心部には上パンチ１が上下摺動自在に内嵌され、上パンチ１は素材Ｗの上部を押圧する。上パンチ１の先端部１ａは穴加工の為の突起であり、下向きに縮径したテーパ形状をなす（図５）。

前記下型ホルダ５２には、素材Ｗの下部の押圧加工を施すための下型４が上向きに配されており、下型ホルダ５２の下方には油圧シリンダ８がダイセット８０の下側６２に内蔵されている（図１）。下型４の中心部には下パンチ２が上下摺動自在に内嵌され、下パンチ２は素材Ｗの下部を押圧する。下パンチ２の先端部２ａは穴加工の為の突起であり、上向きに縮径したテーパ形状をなす（図５）。下パンチ２の下方には成型品Ｇを突き上げるためのノックアウトピン２０４が配されている。

上パンチ用油圧シリンダ７は、上パンチ１を上下摺動自在に運動制御するために使用され、油室の油圧を調節することで上パンチ１の圧力が調節される。（図１）。下型用油圧シリンダ８は、油圧エネルギをシリンダ力に変換して下型を上下摺動自在に運動制御するために使用される。下型用油圧シリンダ８は、上下方向に直線運動する構成であり、リング形状のシリンダ本体にピンが所定間隔で立設して下型４を持ち上げている（図１）。上パンチ用油圧シリンダ７、下型用油圧シリンダ８がダイセット８０に内蔵されていることによって油圧の伝達ロスが抑えられる。

図８は、本発明を適用した鍛造用金型装置１００における鍛造加工の工程手順を示す工程フロー図である。本実施形態の鍛造加工の工程手順は、素材Ｗをセットする工程（符号Ｓ１）と、上パンチ用油圧シリンダ７、そして下型用油圧シリンダ８の油圧を制御してキャビティを形成する第一ステップ（符号Ｓ２）と、上パンチ用油圧シリンダ７、そして下型用油圧シリンダ８の油圧を上げた状態で素材Ｗの下端部と上端部Ｍを形成する第二ステップ（符号Ｓ３）と、上パンチ用油圧シリンダ７の油圧を下げた状態として上パンチ１の除圧を行う第三ステップ（符号Ｓ４）とからなる。本実施形態の鍛造加工の工程手順の詳細を図８に示す工程フロー図に沿って、以下に説明する。

素材Ｗをセットする工程（図８の符号Ｓ１）では、図９（ａ）に示す円柱形状の金属素材Ｗを鍛造用金型装置１００の下パンチ２上に載置する（図１）。

図２は、第一ステップとしてキャビティを形成させた状態の鍛造用金型装置１００を示した構成図であり、図５はその要部を側面からみた拡大図である。素材Ｗをセットすると、第一ステップ（図８の符号Ｓ２）として、上パンチ１と上型３と下型４を上下方向から近づけて密接させることにより閉塞されたキャビティ（型空所）を形成させる。すなわち、まず上パンチ１は上パンチ用油圧シリンダ７によって油圧をかけた状態としておき、下型４も下型用油圧シリンダ８によって油圧をかけた状態としておく。そしてスライド２０１を下方へ移動させることにより、上型３と上パンチ１を全体的に下方へ押し下げることで、上パンチ１と上型３と下型４を密接させて、キャビティを形成させる。なお下パンチ２はクッションが無く、成形中は固定されており移動せず、ノックアウト時にはプレスのボトムノックアウトを使いノックアウトピン２０４で上昇させる。
第一ステップでは、下型用油圧シリンダ８の油圧は低圧で下型４を押し上げて保持している（図２，５）。下型４の中心部分に位置する下パンチ２は上下移動しないが、下型４が油圧シリンダ８によって上方に押し上げられているため、下パンチ２は下型４に対して相対的にみて下方に位置している（図２，５）。

素材Ｗは第一ステップを行うと、第二ステップ（図８の符号Ｓ３）として、下型用油圧シリンダ８の油を徐々に排出させて油量を下げることで、上パンチ１、上型３、そして下型４を同調させながらキャビティの形状を維持したまま下方へ移動させる。下パンチ２は固定されており、上下移動しないため、上パンチ１、上型３、そして下型４が下方へ移動することで、素材Ｗが上下方向から押圧される。なお上型３と下型４とを密接させてキャビティを形成させた状態で、上パンチ１と上型３と下型４を下方へ移動させて、固定された下パンチ２で素材Ｗを押圧するが、その際に、上型３と下型４の当接面（密接ライン）が開かないようにする為に、上型３と下型４には任意の圧力をかけている（図３，６）。したがって、素材Ｗがキャビティ内で側方押出し変形されて素材Ｗの材料流動が生じる。このようにして素材Ｗは、キャビティ内で横方向にも広がることにより、上パンチ１、下パンチ２、上型３、そして下型４によって形成されたキャビティの凹凸形状部に押し込まれる（図６）。下型４で前記キャビティに配置された素材Ｗの下端部を成形し、かつ前記上型３によって前記素材Ｗの上端部Ｍを成形する。この時、油圧シリンダ８により下型４の油圧制御を行って、過剰な負荷をかけずに成形を行う。また第二ステップでは、下型４での素材下端部の完全な成形が完了する前、かつ上型３での上端部Ｍの完全な成型が完了する前に、第三ステップに移行することで、金型において圧力負荷に脆弱な稜線部分や頂点部分に、過剰な負荷をかけずに成形を行う。なお、キャビティの凹凸形状部には、素材Ｗの上端部Ｍを成形するための上型３の素材上端成形部９や、素材Ｗの下端部を成形するための下型４の素材下端成形部１０や、上パンチ１の先端部１ａと上型３の素材上端成型部９によって形成された空間である、上部空所１１や、下パンチ２の先端部２ａと下型４によって形成された空間である下部空所１２がある（図５）。

素材Ｗに第二ステップを行うと、第三ステップ（図８のＳ４）として、素材上端部Ｍにかかる圧力が最大となる下死点近傍で上パンチ用油圧シリンダ７によって上パンチ１の圧力が除荷（除圧）されて素材Ｗの成型品Ｇを得る（図４、図７）。すなわち、第二ステップにおける、上パンチ用油圧シリンダ７、そして下型用油圧シリンダ８の鉛直下向き移動に追従して、下死点近傍で上パンチ用油圧シリンダ７によって上パンチ１が鉛直上向き移動することで上パンチ１の圧力が除荷されながら、素材Ｗの成型品Ｇを得る。このことにより素材Ｗの素材上端部Ｍへの最大負荷を制限する。なお、第三ステップは上パンチ用油圧シリンダ７の油圧は下げ、下型用油圧シリンダ８は任意の設定圧とした状態で行うことが望ましい。なお、第三ステップでは、下死点直前、すなわち素材上端部Ｍや素材下端部の成形完了前に、該鉛直下向き移動に追従して上パンチ用油圧シリンダ７によって上パンチ１が鉛直上向き移動することで上パンチ１の圧力が除荷されるため、圧力負荷に脆弱な金型の稜線部分や頂点部分に、過剰な負荷をかけずに成形を行うことが可能となる。
以上のようにして第三ステップが完了すると、スライド２０１が上型３とともに上昇を開始し、スライドノックアウトによりノックピンが押し下げられて、上型３に付着した成型品Ｇがノックアウトされる。その後さらにスライド２０１が上昇するのに伴い、プレスのボトムノックアウトにより、ノックアウトピン２０４が押し上げられて下型４より成型品Ｇがノックアウトされた後、ワーク搬送装置により成型品Ｇが搬出される。

図１０から図１９までの各図（ｂ）は本実施形態に関し、シミュレーション解析によって、閉塞鍛造方法の第一ステップにおける素材Ｗにかかる負荷を継時的に示した側面図と斜視図である。図１０から図１９までの各図（ａ）は、第三ステップにおいて上パンチ用油圧シリンダ７により上パンチ１の除圧を行わなかった場合の閉塞鍛造方法であって、素材Ｗにかかる負荷を継時的に示した側面図と斜視図である。各図において、素材Ｗ、上パンチ１、下パンチ２、上型３、そして下型４は一部だけが示されており、図２４はその様子を立体的に示した斜視図である。図１１は第一ステップ、図１２から図１５までは第二ステップ、図１６から図１９までは第三ステップの状態をシミュレーションしており、スライド２０１のストローク（ｍｍ）が各々異なる。図２０は、本実施形態のシュミレーション解析によって、素材ＷをベベルギアＧに成型する際に素材表面にかかる圧力を示した斜視図である。図２０（ａ）は本発明の閉塞鍛造方法を用いた場合である。図２０（ｂ）は従来の方法を用いた場合として、第三ステップにおいて上パンチ１の除圧を行わなかった場合を示している。

上パンチ１の除圧を下死点近傍で行う本発明の閉塞鍛造方法を適用した結果、第三ステップにおいて上パンチ用油圧シリンダ７により上パンチ１の除圧を行わなかった従来の閉塞鍛造方法と比較して、第二ステップまでは素材Ｗにかかる荷重に優位な差は無いが（図１１−図１５）、第三ステップにおいて上パンチ用油圧シリンダ７により上パンチ１の除圧を行うため（図１６（ｂ）、図１７（ｂ））、除圧を行わなかった閉塞鍛造方法と比較して（図１６（ａ）、図１７（ａ））、素材上端部Ｍや、金型の素材上端成形部９にかかる最大荷重が減弱する（図１６−図１９）。特に、本実施形態のベベルギアＧの成型において、素材上端部Ｍは凹凸形状のギア部ｇを備え、ギア部ｇの凸部は、凸部上端位置ｇ１、凸部中間位置ｇ２、凸部下端位置ｇ３からなる（図１９）。本実施形態では、凸部中間位置ｇ２の最大荷重を顕著に減弱させることが可能であり、素材Ｗの中心部ｗ１にかかる荷重も一部減弱可能である。また、荷重が減弱するとともに素材中心部ｗ１の側部ｗ２にエネルギが一部分散され、側部ｗ２にはより均一に荷重が分散される（図１９（ａ），（ｂ））。
また素材内部で均一な荷重分散効果を得られる他、素材表面部でも均一に荷重が分散される（図２０）。すなわち、上パンチ１の除圧を行った場合（図２０（ａ））、行わなかった閉塞鍛造方法と比較して（図２０（ｂ））、素材上端部Ｍの側面ｇ４にも圧力がかかり、エネルギが分散されることで、上端部Ｍにはより全体に均一に荷重がかかる。素材上端部Ｍの稜線部分ｇ５や頂点部ｇ６、及びそれらを押圧する上型３の当接部は、過剰な圧力負荷に対して脆弱であり割れや欠けが生じやすいが、上パンチ１の除圧を行うことで上型３の欠陥品が生じにくくなる。

図２１は本実施形態のシミュレーション解析によって、上型３の凹凸形状部にかかる圧力を示した斜視図であり、図２０で示したベベルギアＧに関し、成型時にかかる上型３への応力を示した図である。図２１（ａ）は、実施形態１に示した上パンチ１の除圧を行う方法を適用した結果を示し、図２１（ｂ）除圧を行わない従来の閉塞鍛造方法である。図２２は鍛造加工後の素材Ｗの成型品Ｇを例示する斜視図であって、図２２（ａ）はトリポードＧを示し、図２２（ｂ）はインナレースＧを示す。
上パンチ１の除圧を行うことで、上型３の凹凸形状部のうち上型３の凹部であって、素材上端部Ｍと当接する部位ｇ７にかかる圧力負荷が軽減される。従って、上型３の素材上端部Ｍと当接する部位ｇ７、例えば素材上端部Ｍの稜線部分ｇ５や頂点部ｇ６と当接する部位について割れや欠けが生じにくくなり、金型の寿命も長期化する。ベベルギアＧを用いて示したが、その他トリポードＧやインナレースＧの素材上端部Ｍの稜線部分ｇ５や頂点部ｇ６、或いは稜線部分ｇ５や頂点部ｇ６と当接する上型３の凹形状部（稜線部分当接部、頂点部当接部）の割れや欠けを防止することができる。

図２３は本実施形態のシミュレーション解析グラフであり、ストローク（ｍｍ）をＸ軸として、素材Ｗにかかる荷重（Ｔｏｎ）をＹ軸として示した図である。なおストローク（ストローク長さ）とは、鍛造装置１００の１工程におけるスライド２０１の運動距離であり、言い換えれば、スライド２０１の上死点の位置から下死点までの距離のことである。
第三ステップにおいて上パンチ用油圧シリンダ７により上パンチ１の除圧を行わなかった場合、ストロークが最大となるスライド２０１の下死点付近では、素材Ｗにかかる荷重が異常に高圧になる（図２３（ａ））。この素材Ｗの上端部Ｍへの異常な最大荷重によって金型の欠損が生じる。本発明の閉塞鍛造方法では、第三ステップにおいて上パンチ用油圧シリンダ７により上パンチ１の除圧を行うため、この素材Ｗへの異常な負荷が抑制され（図２３（ｂ））、金型が長寿命化する。また設備の小型化も可能となる。

なお本実施形態では、本発明の閉塞鍛造方法の工程に入る前に、上記のようなシミュレーション解析を行うことで第一ステップの閉塞キャビティを形成する圧力を具体的に決定して圧力制御することができる。実施例１の場合、素材Ｗの成型品ＧはベベルギアＧであるため、素材上端部Ｍに最大荷重がかかるが、成型品Ｇの形状や物性によって最大荷重がかかる部分は異なってくる。例えば、成型品Ｇの形状によってキャビティの形状が変わる。すなわち素材上端成形部９、素材下端成形部１０、上部空所１１や下部空所１２の凹凸形状は変わるため、下パンチ２による素材Ｗへの押圧時、キャビティ内での素材Ｗの側方流動の仕方も変わり、素材Ｗに対して最大荷重のかかる場所も変化する。シミュレーション解析を行い予め成型品Ｇの形状や物性に合わせた油圧値の設定を行うことで、本発明の閉塞鍛造方法を、多様な形状および物性の成型品Ｇに応じて適用することが可能となる。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。前記ダイセット８０に複数の油圧シリンダを備えて複数の油圧回路を構成することもできる。複数の油圧シリンダを備えることで、素材Ｗにかかる最大荷重の場所に応じた除圧が可能となる。例えば素材Ｗの下端部に最大荷重が生じる場合、下パンチ２に油圧シリンダを備えて下パンチ２の除圧を行うことで、同様の効果を得ることができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。

１００鍛造用金型装置（閉塞鍛造装置）、
１上パンチ、
１ａ上パンチ先端部、
２下パンチ、
２ａ下パンチ先端部、
３上型、
４下型、
５、６ピン、
７上パンチ用油圧シリンダ、
８下型用油圧シリンダ、
９素材上端成形部、
１０素材下端成形部、
１１上部空所、
１２下部空所、
５１上型ホルダ、
５２下型ホルダ、
６１上側、
６２下側、
７２マニホールド、
８０ダイセット、
２００プレス機、
２０１スライド、
２０２ボルスタ、
２０４ノックアウトピン、
Ｗ素材（ワーク）、
Ｍ素材上端部、
Ｇ成型品

Claims

上型と上パンチと下型を上下方向から近づけて密接させることにより閉塞されたキャビティを形成する第一ステップと、前記上型と上パンチと下型に任意の圧力をかけて鉛直下向き移動させ、キャビティの形状を維持したまま、固定された下パンチにより素材を押圧し、前記キャビティに配置された素材の下端部を下型で成形し、かつ前記上型によって前記上端部を成形する第二ステップと、前記上端部にかかる圧力が最大となる下死点近傍で上パンチ用油圧シリンダによって前記上パンチの圧力が除荷されて前記素材の成型品を得る第三ステップとを順次行なうことで成型品を製造することを特徴とする閉塞鍛造方法。
前記第三ステップでは、前記下死点近傍で、前記鉛直下向き移動に追従して前記上パンチ用油圧シリンダによって前記上パンチが鉛直上向き移動することで前記上パンチの圧力が除荷されることを特徴とする請求項１記載の閉塞鍛造方法。
前記上型の中央部に配置された前記上パンチと、前記上型に対向配置された前記下型と、前記上パンチに対向配置された下パンチを備え、前記第二ステップでは、前記下型での前記下端部の成型完了前、かつ前記上型での前記上端部の成型完了前に第三ステップに移行することを特徴とする請求項１記載の閉塞鍛造方法。
前記上型の位置を制御するスライドと、前記下型の圧力を制御する下型用油圧シリンダを備え、前記第三ステップでは、前記下死点直前であって前記上端部と下端部の成形完了前に、前記鉛直下向き移動に追従して前記上パンチ用油圧シリンダによって前記上パンチが鉛直上向き移動することで前記上パンチの圧力が除荷されることを特徴とする請求項３記載の閉塞鍛造方法。
前記成型品はべべルギア、インナーレース、又は、トリポードであることを特徴とする請求項１記載の閉塞鍛造方法。