JP2019084569A - 離型方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端面に円形の穴部又は凹部を有する被加工品を鍛造するに際し、被加工品のその穴部又は凹部を、後工程における加工中心を被加工品の穴部又は凹部と３点以上で接触させて固定できるように形成できる離型方法を提供する。【解決手段】離型方法は、端面に円形の穴部２１又は凹部を有する被加工品２０を、鍛造後に離型スリーブパンチ１０で離型する。離型スリーブパンチ１０は、円筒形であり、ｎを３以上の整数として、一方の端面にｎ個の突起（例えば突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を有する。ｎ個の突起は、離型スリーブパンチ１０の外周円に内接する正ｎ角形の内心から正ｎ角形の各頂点への延びる直線に沿って設けられる。この離型方法は、被加工品２０の穴部２１又は凹部を有する端面にｎ個の突起を接触させた状態で、被加工品２０を押し出して離型することで、離型時に被加工品２０の穴部２１又は凹部を有する端面を成形する。【選択図】図１

Description

本発明は、離型方法に関する。

特許文献１には、端面中心にセンタ穴を有するスプラインシャフトの冷間鍛造方法が開示されている。この冷間鍛造方法は、円錐形の先端を平坦にした形状の先端を有する離型スリーブパンチ（ノックアウトパンチ）により、スプラインシャフトの端面を押すことで、離型を行う離型工程を有する。

特開平０７−１８５７２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の離型工程では、離型時に離型スリーブパンチが被加工品のセンタ穴を有する先端と１点又は２点で接触することになるため、不要な成形がなされることになり、被加工品の先端のセンタ穴が歪み、その真円度が損なわれる。

よって、特許文献１に記載の離型工程で離型された被加工品は、後工程として実施される研磨加工等の機械加工時に加工中心とセンタ穴とが２点以下で接触するといった事態が生じる。そして、機械加工時に加工センタと２点で接触してしまうと、加工中心との当たりのない方向に被加工品が弾性変形して逃げる。これにより、加工中心とセンタ穴との固定が不安定で、加工に際して回転させたときの軸の振れが大きく（振れ精度が悪く）なり、加工自体に不具合が生じる。特に研磨工程などの高い面圧をかける工程においては、振れの不具合が顕著になる。また、このような不具合から、加工後の製品にも精度上の問題が生じる。また、発明者は、離型スリーブパンチの先端を円錐形の突起とすることも考えたが、この場合にも同様の不具合が生じた。

さらに、発明者は、センタ穴を成形するパンチ自体を、３点以上で接触できるセンタ穴を成形するような形状にすることも考慮したが、そのパンチの接触箇所（角部）の摩耗が激しく量産には適さなかった。

そこで、本発明の目的は、端面に円形の穴部又は凹部を有する被加工品を鍛造するに際し、被加工品のその端面における穴部又は凹部を、後工程における加工中心を被加工品の穴部又は凹部と３点以上で接触させて固定できるように形成することが可能な離型方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
端面に円形の穴部又は凹部を有する被加工品を、鍛造した後に離型スリーブパンチで離型する離型方法であって、
前記離型スリーブパンチは、円筒形であり、ｎを３以上の整数として、一方の端面にｎ個の突起を有し、
前記ｎ個の突起は、前記離型スリーブパンチの外周円に内接する正ｎ角形の内心から前記正ｎ角形の各頂点への延びる直線に沿って設けられ、
前記被加工品の前記穴部又は凹部を有する端面に前記ｎ個の突起を接触させた状態で、前記被加工品を押し出して離型することで、離型時に前記被加工品の前記穴部又は凹部を有する端面を成形する、
離型方法である。

この一態様に係る離型方法によれば、被加工品の穴部又は凹部を有する端面に離型スリーブパンチのｎ個の突起を接触させた状態で、被加工品を押し出して離型することで、離型時に被加工品の穴部又は凹部を有する端面を成形する。よって、この一態様によれば、端面に円形の穴部又は凹部を有する被加工品を鍛造するに際し、被加工品のその端面における穴部又は凹部を、後工程における加工中心を被加工品の穴部又は凹部と３点以上で接触させて固定できるように形成することが可能な離型方法を提供することができる。

本発明によれば、端面に円形の穴部又は凹部を有する被加工品を鍛造するに際し、被加工品のその端面における穴部又は凹部を、後工程における加工中心を被加工品の穴部又は凹部と３点以上で接触させて固定できるように形成することが可能な離型方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る離型方法で用いる離型スリーブパンチの一構成例を示す図である。 図１の離型スリーブパンチで離型される被加工品の一例を示す断面図である。 図１の離型スリーブパンチで離型する被加工品を鍛造する鍛造装置の一例を示す概略断面図である。 図１の離型スリーブパンチで被加工品を離型する様子の一例を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る離型方法で離型した被加工品の穴部の真円度について説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態に係る離型方法について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係る離型方法は、被加工品を鍛造した後に離型する方法である。ここで、被加工品は、鍛造品であり、鍛造された後、機械加工等により加工される対象の部品（製品）を言う。

図１は、本実施形態に係る離型方法で用いる離型スリーブパンチの一構成例を示す図で、図１（ａ）はその断面図、図１（ｂ）はその下面図、図１（ｃ）はその離型スリーブパンチにおける突起の断面形状の一例を示す図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態に係る離型方法で用いる離型スリーブパンチ１０は、円筒部１１、肉厚部１２、及び突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する。円筒部１１の内径部分に相当する穴部１３は、後述するパンチを挿入した状態で上下動させるために円柱形状に形成されている。なお、図１（ａ）では、後述する図３に合わせ、断面部分にも斜線等を入れずに描いている。離型スリーブパンチ１０は、ノックアウトスリーブと称することもできる。

離型スリーブパンチ１０は、円筒形であり、一方の端面（先端面）にｎ個の突起を有する。ここで、ｎは３以上の整数とする。そして、このｎ個の突起は、離型スリーブパンチ１０の外周円に内接する正ｎ角形の内心からその正ｎ角形の各頂点への延びる直線に沿って設けられる。

図１（ａ），（ｂ）では、その一例として、ｎ＝３の場合を示しており、離型スリーブパンチ１０が３個（３片）の突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する。図１（ｂ）に示すように、この例における突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、離型スリーブパンチ１０の外周円に内接する正三角形の内心からその正三角形の各頂点への延びる直線に沿って設けられることになる。つまり、突起１４ａと突起１４ｂ、突起１４ｂと突起１４ｃ、及び突起１４ｃと突起１４ａは、いずれも１２０°の角度をなすように形成されている。なお、例えばｎ＝４の場合には、４個の突起は、正方形の対角線上に沿って設けられることになる。また、図１（ｃ）に示すように、突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、いずれもその断面形状が三角形となっている。

図２は、図１の離型スリーブパンチ１０で離型される被加工品の一例を示す断面図である。図２に示す被加工品２０は、概略的に円筒形状の被加工品で、長手方向において肉厚が異なる（余肉部２３を有する）ように冷間鍛造された鍛造品（鍛造製品）である。なお、被加工品２０には、その外周においてスプライン又は歯形部を形成しておくこともできる。

被加工品２０は、端面に円形の穴部２１を有する。穴部２１は、被加工品２０の長手方向の一端から他端まで繋がるように形成された穴（孔）である。穴部２１は、鍛造後の機械加工等の後加工時の位置決めに用いることができる。なお、穴部２１は、鍛造によって形成される、後加工時の位置決め用のセンタ穴であり、鍛造センタ穴と称することもできる。また、穴部２１及びその開口部２２は、ネットシェイプ化のために後加工時ではなく、離型工程を含む鍛造工程において形成される部分であり、ネットシェイプ部位と称することもできる。機械加工の初工程としての穴形成工程を削減するネットシェイプ化により、製品コストを下げることができる。

次に、図３及び図４を併せて参照しながら、本実施形態に係る離型方法及びその離型方法を含む鍛造方法の一例について説明する。図３は、離型スリーブパンチ１０で離型する被加工品２０を鍛造する鍛造装置（鍛造装置の型構造）の一例を示す概略断面図、図４は、離型スリーブパンチ１０で被加工品２０を離型する様子の一例を示す概略断面図である。

図３に示す鍛造装置３０は、被加工品２０を鍛造する装置であり、離型時に用いる上述の離型スリーブパンチ１０のほかに、ダイス３１、複数のパンチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、及び複数のホルダ３３などを有することができる。なお、隣り合うホルダ３３同士の間は、図示しない締結手段により締結することができる。

鍛造装置３０では、ダイス３１内に下側から被加工品２０の材料（鍛造素材）を入れ、パンチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃによって鍛造素材をダイス３１に押し当てて鍛造を行う。上側のパンチ３２ａ及び下側のパンチ３２ｂは、被加工品２０が筒状となるように穴を形成するために用いられる。下側の他のパンチ３２ｃは、被加工品２０の余肉部２３を形成するために用いられる。なお、鍛造の手順については特に問わない。

本実施形態では、上述のように離型スリーブパンチ１０を用いて、型外に鍛造品である被加工品２０を排出する。より具体的には、本実施形態に係る離型方法では、被加工品２０が形成された後（つまり鍛造後）、図３に示す状態から下側のポンチ３２ｂ，３２ｃ及び下側のホルダ３３を離型に支障のない位置まで移動させる。その後、離型スリーブパンチ１０によって被加工品２０を下方向に（図４の太線矢印で示す方向に）押し出し、被加工品２０を離型する。離型スリーブパンチ１０は、肉厚部１２の端面側から押圧され、また、肉厚部１２の反対側にあるテーパ部がダイス３１に当接するまで（図４に示す状態まで）押圧される。これにより、被加工品２０の離型が完了する。

そして、上述したように、離型スリーブパンチ１０は、被加工品２０の穴部２１を有する端面と３点で接触するような突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する。そのため、本実施形態に係る離型方法では、被加工品２０の穴部２１を有する（開口部２２を有する）端面に３個の突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃを接触させた状態で、被加工品２０を押し出して離型することになる。よって、本実施形態に係る離型方法では、被加工品２０の穴部２１を成形するパンチ３２ａとは別に、離型時のノックアウトを利用して突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃによって離型時に被加工品２０の穴部２１を有する端面（開口部２２の近辺を含む）を成形することになる。

このような端面の成形（造り込み）により、穴部２１の開口部２２の真円度形状が後加工時の機械加工の中心に対して３点以上で当接するような形状になる。なお、機械加工の中心は加工センタと称することもできる。このように、突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する離型スリーブパンチ１０を用いることで、鍛造センタ穴と加工センタとを３点以上で接触させることが可能になり、鍛造センタ穴の精度不良による機械加工時の振れの不具合を抑制することができる。例えば、機械加工として高い面圧がかかる研磨工程がなされる場合、鍛造センタの真円度不良による、研磨工程における被加工品の振れの不具合を抑制することができる。無論、それによって研磨等による加工後の製品の振れの不具合も抑制することができる。

なお、本実施形態に係る離型方法は、被加工品２０を離型スリーブパンチ１０で離型させる際に鍛造センタ穴を成形する鍛造センタ成形方法、或いは同じく離型させる際に被加工品２０の穴部２１側の端面を成形する端面成形方法と称することもできる。

＜実施例＞
図５は、本実施形態に係る離型方法で離型した被加工品２０の穴部２１の真円度について説明するための図である。図５（ａ）は、離型スリーブパンチ１０に４個の突起を設けた場合に離型された被加工品２０の穴部２１の真円度を測定した結果を示す図である。図５（ｂ）は、比較例として、離型スリーブパンチに２個の突起を設けた場合に離型された被加工品の穴部２１の真円度を測定した結果を示す図である。

ｎ＝４として４個の突起で被加工品２０の開口部２２を含む端面に接触させた場合、開口部２２の真円度は、図５（ａ）に示すように４点で機械加工センタと接触できるような形状となった。図５（ａ）は、真円からのずれを２０００倍で１目盛５μｍとして図示しており、離型時に接触させた点だけが５μｍ程度、内径側に変形しているのが分かる。

この変形した部位が機械加工工程で、加工センタと接触する点となる。加工センタでは３点以上で接触しないと不安定で振れ精度が悪くなる（振れの不具合を生じる）が、４点で接触するため、この不具合を抑制することができた。また、図示しないが、３個の突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃで接触した場合も同様に、３点で機械加工センタと接触できるような開口部２２の真円度となり、上述の不具合を抑制することができた。

一方で、比較例として、２点の突起で被加工品２０の開口部２２を含む端面に接触させた場合、開口部２２の真円度は、図５（ｂ）に示すように２点で機械加工センタと接触できるような形状となる。図５（ｂ）は、真円からのずれを１０００倍で１目盛１０μｍとして図示しており、離型時に接触させた点だけが１０μｍ程度、内径側に変形しているのが分かる。この比較例の場合には、加工センタでは２点で接触しており、振れ精度が悪くなり振れの不具合が生じた。この結果からも、本実施形態のように、３点以上で機械加工センタと接触できるようにすることが有益であることが分かる。

なお、更なる比較のために、穴部２１を鍛造した後に、本実施形態とは異なり、積極的に成形せずに（突起を設けずに）被加工品を型外に排出した結果の真円度を測定した。その結果、積極的に成形していないことから予想されるように、不要な成形がなされて真円度が損なわれ、振れ精度が悪化した。

＜代替例＞
次に、本実施形態における代替例について説明する。
本実施形態では、被加工品２０が穴部２１を有するものであることを前提に説明したが、穴部２１の代わりに、凹部を有するものであってもよい。

また、本実施形態で離型する被加工品は、特に、センタ穴を基準に加工する、スプラインシャフト等の軸物部品の元となる被加工品において好適に適用可能であるが、これに限ったものではない。

また、図１（ｂ）では突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃがいずれも離型スリーブパンチ１０の端面の内径から外径に渡って延伸されている例を挙げたが、例えば、内径付近に接する程度に延伸されていればよい。また、図１（ｃ）では、突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃの断面形状がいずれも三角形である例を挙げたが、これに限らず、例えば、突起の先端は丸みを帯びていてもよい。

また、ネットシェイプ化（最終形状化）を進めた例として、被加工品２０が長手方向において肉厚が異なるように冷間鍛造された鍛造品である例を挙げたが、長手方向において肉厚が均一な鍛造品であってもよい。また、本実施形態に係る離型方法は、冷間鍛造時のようにある程度の変形能とあまり高くない変形抵抗をもつ材料を鍛造する鍛造方法において適用することが好ましい。但し、本実施形態に係る離型方法は、冷間鍛造後の離型に限らず、温間鍛造など、他の鍛造方法で鍛造された鍛造品を離型する場合にも適用することはできる。

以上において、離型方法及びその離型方法で用いる離型スリーブパンチについて説明したが、離型スリーブパンチの形状や鍛造に用いる型は、いずれも図示するものに限ったものではない。また、鍛造装置についても図３で例示した装置に限らず、離型工程を必要とする鍛造装置であって、被加工品の形状に応じて鍛造が可能なものであればよい。

以上に、本実施形態について説明したが、上記実施形態は、以下の特徴を有する。
即ち、上記実施形態に係る離型方法は、端面に円形の穴部２１又は凹部を有する被加工品２０を、鍛造後に離型スリーブパンチ１０で離型する。離型スリーブパンチ１０は、円筒形であり、ｎを３以上の整数として、一方の端面にｎ個の突起（例えば３個の突起１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を有する。ｎ個の突起は、離型スリーブパンチ１０の外周円に内接する正ｎ角形の内心から前記正ｎ角形の各頂点への延びる直線に沿って設けられる。この離型方法は、被加工品２０の穴部２１又は凹部を有する端面にｎ個の突起を接触させた状態で、被加工品２０を押し出して離型することで、離型時に被加工品２０の穴部２１又は凹部を有する端面を成形する。

以上の離型方法によれば、被加工品の穴部又は凹部を有する端面に離型スリーブパンチのｎ個の突起を接触させた状態で、被加工品を押し出して離型することで、離型時に被加工品の穴部又は凹部を有する端面を成形する。よって、この離型方法によれば、端面に円形の穴部又は凹部を有する被加工品を鍛造するに際し、被加工品のその端面における穴部又は凹部を、後工程における加工中心を被加工品の穴部又は凹部と３点以上で接触させて固定できるように形成することが可能になる。これにより、後工程において被加工品が機械加工の中心に固定でき、加工時の被加工品の振れ精度を向上させることができ、加工に不具合を及ぼすことを抑制することができる。また、以上の離型方法によれば、穴部又は凹部を形成するパンチ自体でこのような成形を行うわけではないため、ｎ個の突起の摩耗度合いも量産に適した程度に抑えることができる。

１０ 離型スリーブパンチ
１１ 円筒部
１２ 肉厚部
１３ 穴部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 突起
２０ 被加工品
２１ 被加工品の穴部
２２ 開口部
２３ 余肉部
３０ 鍛造装置
３１ ダイス
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ パンチ
３３ ホルダ

Claims (1)

1. 端面に円形の穴部又は凹部を有する被加工品を、鍛造した後に離型スリーブパンチで離型する離型方法であって、
   前記離型スリーブパンチは、円筒形であり、ｎを３以上の整数として、一方の端面にｎ個の突起を有し、
   前記ｎ個の突起は、前記離型スリーブパンチの外周円に内接する正ｎ角形の内心から前記正ｎ角形の各頂点への延びる直線に沿って設けられ、
   前記被加工品の前記穴部又は凹部を有する端面に前記ｎ個の突起を接触させた状態で、前記被加工品を押し出して離型することで、離型時に前記被加工品の前記穴部又は凹部を有する端面を成形する、
   離型方法。

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