JP2019089078A - 歯車の鍛造方法 - Google Patents

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寧照 權
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Abstract

【課題】ピアス加工工程を削減しながら、スプライン歯と外径歯との位置がずれることを抑制すること。【解決手段】下型3と上型6とを備え、下型3と上型6の対向する下型成形面31と上型成形面61によりワークを加圧して成形し、スプライン歯12と外径歯13を有するサイドギヤ11の鍛造方法である。このサイドギヤ11の鍛造方法において、ワークを、円筒状ワーク10とし、下型3の下型成形面31にスプライン歯成形部42を有し、上型6の上型成形面61に外径歯成形部82を有する。そして、このサイドギヤ11の鍛造方法において、設置工程と、同時成形工程と、を有する。設置工程は、円筒状ワーク10を、下型3と上型6との間に設置する工程である。同時成形工程は、設置工程の後、下型3と上型6の少なくとも一方の金型をY1方向に動作させ、下型3と上型6により円筒状ワーク10を加圧して、スプライン歯12と外径歯13を同時に成形する。【選択図】図8

Description

本開示は、歯車の鍛造方法に関する。
従来、歯車の製造方法では、鍛造にて外径歯を形成後、ピアス加工にて軸心に孔を形成している。その後、孔の内周面にスプライン歯を形成している(例えば、特許文献1参照)。
特開2008-036642号公報
しかし、従来の製造方法では、ピアス加工が必須の工程であるため工程数が増大する、という問題がある。また、従来では、外径歯とスプライン歯の形成工程が別工程で行われる。このため、外形歯とスプライン歯との位置がずれる恐れがある、という問題がある。
本開示は、上記問題に着目してなされたもので、ピアス加工工程を削減しながら、スプライン歯と外径歯との位置がずれることを抑制することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示は、第1金型と第2金型とを備え、第1金型と第2金型の対向する成形面によりワークを加圧して成形し、スプライン歯と外径歯を有する歯車の鍛造方法である。
この歯車の鍛造方法において、ワークを、円筒状ワークとする。また、第1金型の第1成形面のうち、加圧により円筒状ワークのワーク内周面と接触する外周面に、スプライン歯成形部を有する。さらに、第2金型の第2成形面のうち、加圧により円筒状ワークのワーク外周面と接触する内周面に、外径歯成形部を有する。
そして、設置工程と、同時成形工程と、を有する。設置工程は、円筒状ワークを、第1金型と第2金型との間に設置する工程である。同時成形工程は、設置工程の後、第1金型と第2金型の少なくとも一方の金型を加圧方向に動作させ、第1金型と第2金型により円筒状ワークを加圧して、スプライン歯と外径歯を同時に成形する工程である。
このように、第1金型と第2金型により円筒状ワークを加圧して、スプライン歯と外径歯を同時に成形するので、ピアス加工工程を削減しながら、スプライン歯と外径歯との位置がずれることを抑制することができうる。
実施例1の歯車の鍛造方法が適用された冷間鍛造機の全体概略断面図である。 実施例1の歯車の鍛造方法が適用された冷間鍛造機で成形されたサイドギヤを示す斜視図である。 実施例1のスプライン歯成形部を示す概略断面図である。 実施例1の冷間鍛造前における円筒状ワークを示す斜視図である。 実施例1の歯車の鍛造方法が適用された荒地成形工程の工程図である。 実施例1の歯車の鍛造方法が適用された第1荒成形の動作例を示すタイムチャートである。 実施例1の歯車の鍛造方法が適用された第2荒成形の動作例を示すタイムチャートである。 実施例1の歯車の鍛造方法が適用された同時成形工程の鍛造動作例を示すタイムチャートである。 スプライン歯と外径歯を有するサイドギヤを成形する複数の方法を示す工程例である。 冷間鍛造におけるスプライン成形時に用いられるスプラインパンチの歯成形部を示す概略断面図である。
以下、本開示の歯車の鍛造方法を実現する最良の形態を、図面に示す実施例1に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
実施例1における歯車の鍛造方法は冷間鍛造機に適用されるものであり、その冷間鍛造機により「差動機構におけるサイドギヤ(歯車、成形品)」を成形するものである。図1は、実施例1の歯車の鍛造方法が適用された冷間鍛造機の全体概略断面図を示す。図2は、実施例1の歯車の鍛造方法が適用された冷間鍛造機で成形されたサイドギヤの斜視図を示す。図3は、実施例1のスプライン歯成形部の概略断面図を示す。図4は、実施例1の冷間鍛造前における円筒状ワークの斜視図を示す。以下、図1〜図4に基づき、実施例1における冷間鍛造機の全体構成を説明する。
冷間鍛造機1は、図1に示すように、金型2を備えている。冷間鍛造機1は、この他に、金型2を固定する枠(下枠と上枠)と、その枠の動作等を制御するコントローラと、油圧系シリンダやストッパ等を備えている。冷間鍛造機1は、円筒状ワーク10(鍛造品、金属材料)を、金型2により加圧して成形する。ここで、「冷間鍛造」とは、円筒状ワーク10の温度を常温又は材料の再結晶温度未満とし、円筒状ワーク10の成形を行う鍛造である。また、円筒状ワーク10は、図4に示すように、中空のパイプ材を切断したものである。
金型2は、図1に示すように、下型3(第1金型)と、上型6(第2金型)と、を備える。金型2は、図1に示すように、円筒状ワーク10を、下型3と上型6の対向する下型成形面31(第1成形面)と上型成形面61(第2成形面)により加圧して成形する。実施例1における金型2は、図2に示すように、ディファレンシャルのサイドギヤ11を成形するものである。サイドギヤ11は、図2に示すように、スプライン歯12と外径歯13を有する。
下型3は、図1に示すように、固定下型4と可動下型5を有する。固定下型4と可動下型5は、別々の下枠に取り付けられる。固定下型4と可動下型5は円柱状であり、下枠と接する面が円形である。固定下型4と可動下型5との間は、図1に示すように、X方向(径方向)に一部が離間して配置されている。固定下型4の円柱の径は、円筒状ワーク10の内径よりも僅かに小さくなっている。可動下型5は、図1に示すように、Y方向(軸方向)に動作する。可動下型5は、同時成形工程の初期では図1の位置に配置される。また、同時成形工程を開始し可動上型8の可動上型下面8aが可動下型5の可動下型上面5aに接触している間、可動下型5は、可動上型8と共に動作する。この固定下型4と可動下型5は、それぞれの下枠に回り止めされている。また、下型成形面31は、固定下型4の固定下型成形面41と、可動下型5の可動下型成形面51と、を備えている。
固定下型成形面41は、図1に示すように、X方向に延びる下型底面41aと、Y方向に延びる下型外周面41bと、を備えている。下型底面41aは、加圧により円筒状ワーク10のワーク底面10aと接触する。下型外周面41bは、加圧により円筒状ワーク10のワーク内周面10bと接触する。また、下型外周面41bに、スプライン歯成形部42を有する。
スプライン歯成形部42は、下型外周面41bに、複数設けられ、周方向に等間隔に配置されている。スプライン歯成形部42は、図1及び図3に示すように、上部に傾斜部42aを有し、下部にY方向へ延びるフラット(ストレート)なフラット部42bを有している。傾斜部42aは、図3に示すように、下型外周面41bから外径側に傾斜すると共に下型外周面41bから外径側へ延び、断面がX方向に凸形状である。フラット部42bは、図3に示すように、下型外周面41bから外径側へ凸形状すなわち断面がX方向へ凸形状である。つまり、傾斜部42aの凸形状を除いた凸形状におけるX方向寸法42x(径方向寸法)は、図3に示すように、Y方向に均一(同等)であり、この均一の凸形状部分をフラット部42bという。スプライン歯成形部42は、図2に示すようなサイドギヤ11の内周にスプライン歯12を成形するものである。
可動下型成形面51は、図1に示すように、Y方向に延びる下型垂直面51aと、段差のある逆テーパ状の下型逆テーパ面51bと、を備えている。可動下型成形面51は、加圧により円筒状ワーク10のワーク外周面10cと接触する。
上型6は、図1に示すように、可動上型8である。可動上型8は、上枠に取り付けられる。可動上型8は、円柱状であり、上枠と接する面が円形である。固定下型4と可動上型8との間は、図1に示すように、一部が離間して配置されている。可動上型8が取り付けられた上枠は、Y方向に動作する(図1参照)。このため、可動上型8は、上枠と共に動作する。可動上型8は、冷間鍛造が開始されると、Y1方向(下降方向)に動作して可動下型5と接触する。可動上型8は、可動下型5と接触すると、可動下型5をY1方向に押しながら動作する。この可動上型8は、上枠に回り止めされている。また、上型成形面61は、可動上型8の可動上型成形面81である。ここで、Y1方向が加圧方向であり、Y2方向(上昇方向)が離型方向である。
可動上型成形面81は、図1に示すように、X方向に延びる上型頂面81aと、上型内周面81bと、を備えている。上型内周面81bは、図1に示すように、外径側へ延びる上型傾斜面81cと、Y方向に延びる上型垂直面81dと、を備えている。また、上型頂面81aは、加圧により円筒状ワーク10のワーク頂面10dと接触する。上型内周面81bは、加圧によりワーク外周面10cと接触する。また、上型内周面81bに、外径歯成形部82を有する。
外径歯成形部82は、上型内周面81bに、複数(例えば図2に示すように14本)設けられ、周方向に等間隔に配置されている。外径歯成形部82は、図1に示すように、上型内周面81bから内径側へ出ている凸形状である。外径歯成形部82は、多面体形状である(図1参照)。外径歯成形部82は、図2に示すようなサイドギヤ11の外周に外径歯13を成形するものである。
次に、作用を説明する。
実施例1における歯車の鍛造方法における作用を、「サイドギヤの冷間鍛造作用」と、「課題発生作用」と、「サイドギヤの冷間鍛造の特徴作用」と、「スプライン歯成形作用」に分けて説明する。
[サイドギヤの冷間鍛造作用]
図5は、実施例1の歯車の鍛造方法が適用された荒地成形工程を示す。図6は、実施例1の歯車の鍛造方法が適用された第1荒成形の動作例のタイムチャートを示す。図7は、実施例1の歯車の鍛造方法が適用された第2荒成形の動作例のタイムチャートを示す。図8は、実施例1の歯車の鍛造方法が適用された同時成形工程の鍛造動作例のタイムチャートを示す。以下、図4〜図8に基づいて、サイドギヤの冷間鍛造作用を説明する。
まず、第1工程である設置工程では、図4の円筒状ワーク10を金型2の中心軸CL(鍛造の軸)となる固定下型4に挿通させる。即ち、円筒状ワーク10を、固定下型4に設置する。
このように、円筒状ワーク10を用いることにより、後述するピアス加工工程を省略することができる。
次いで、第2工程である荒地成形工程では、図5に示すように、主に円筒状ワーク10の下部をX方向に圧縮する第1荒成形と、主に円筒状ワーク10の上部をX方向に圧縮する第2荒成形と、が行われる。以下、第1荒成形を図6に基づいて説明し、第2荒成形を図7に基づいて説明する。
第1荒成形では、図6に示すように、固定下型4のX方向に抜きピン15を取り付けた状態で、抜きピン15のX方向に第1荒成形型16の第1固定荒成形型17をセットする。第1固定荒成形型17は、段差状の段差内周成形面17aを備えている。次に、固定下型4と第1固定荒成形型17の間で、Y1方向へ第1荒成形型16の可動第1荒成形パンチ18を動作させる。この可動第1荒成形パンチ18の下面18aは、平面である。そして、円筒状ワーク10が、固定下型4と第1荒成形型16で加圧される。この第1荒成形における加圧動作を、図6に示す第1荒成形の動作例に基づき、各時刻について説明する。
時刻t11において、第1荒成形型16がセットされ、第1荒成形が開始される。時刻t11から時刻t13までの間において、可動第1荒成形パンチ18がY1方向へ動作され、可動第1荒成形パンチ18により円筒状ワーク10は押圧される。これにより、円筒状ワーク10の下部が、固定下型4(上側の下型外周面41b)と第1固定荒成形型17(段差内周成形面17a)との間に流動する。そして、円筒状ワーク10の下部は上部よりX方向に短くなる。時刻t13において、第1荒成形が終了する。時刻t13から時刻t14までの間において、可動第1荒成形パンチ18がY2方向へ動作される。時刻t14において、抜きピン15がY2方向へ動作されることにより、加圧された円筒状ワーク10を固定下型4と第1固定荒成形型17から抜く。そして、第1荒成形型16を取り外して、第2荒成形に進む。なお、加圧された円筒状ワーク10を固定下型4と第1固定荒成形型17から抜く方法はこれに限られない。また、固定下型4と第1固定荒成形型17は、下枠等にそれぞれ回り止めされている。
第2荒成形では、図7に示すように、固定下型4のX方向に抜きピン15を取り付けた状態で、抜きピン15のX方向に第2荒成形型19の第2固定荒成形型20をセットする。第2固定荒成形型20の上部は、外周側から内周側に傾斜する固定傾斜内周面20aを備えている。次に、Y1方向へ第2荒成形型19の可動荒成形型21を動作させる。この可動荒成形型21は、径方向に延び、内周側から外周側に傾斜する可動傾斜内周面21aを備えている。そして、第1荒成形を経た円筒状ワーク10が、固定下型4と第2荒成形型19で加圧される。この第2荒成形における加圧動作を、図7に示す第2荒成形の動作例に基づき、各時刻について説明する。
時刻t21において、第1荒成形で加圧された円筒状ワーク10がセットされ、第2荒成形が開始される。時刻t21から時刻t22までの間において、円筒状ワーク10の上部は、可動傾斜内周面21aによりY1方向へ押圧される。この加圧により、円筒状ワーク10の上部は外径側すなわち固定傾斜内周面20aと可動傾斜内周面21aとの間に流動する。そして、円筒状ワーク10の上部は下部よりさらにX方向に長くなる。時刻t22において、第2荒成形が終了する。時刻t22から時刻t23までの間において、可動荒成形型21がY2方向へ動作される。時刻t23において、抜きピン15がY2方向へ動作されることにより、加圧された円筒状ワーク10を固定下型4と第2固定荒成形型20から抜く。そして、抜きピン15と第2荒成形型19を取り外す。なお、加圧された円筒状ワーク10を固定下型4と第2固定荒成形型20から抜く方法はこれに限られない。また、固定下型4と第2荒成形型19は、下枠等にそれぞれ回り止めされている。
このように、荒地成形工程により、図4の円筒状ワーク10の形状をサイドギヤ11の基本形状(概略形状)に成形される。即ち、サイドギヤ11の形状に近づけられる。
続いて、第3工程である同時成形工程では、荒地成形工程を経た円筒状ワーク10に、スプライン歯12と外径歯13を同時に成形する。同時成形工程では、図8に示すように、可動下型5と可動上型8をセットして、円筒状ワーク10を下型3と上型6で加圧する。この同時成形工程における加圧動作を、図8に示す鍛造動作例に基づき、各時刻について説明する。
時刻t31において、可動下型5と可動上型8がセットされ、同時成形工程が開始される。時刻t31から時刻t32までの間において、スプライン歯成形部42により、ワーク内周面10bの下部にスプライン歯12が徐々に成形される。
時刻t32において、可動上型8がY1方向へ動作され、可動上型8により円筒状ワーク10は押圧される。これにより、円筒状ワーク10の下部が、固定下型4(下型外周面41b)と可動下型5(下型垂直面51a)との間に流動する。そして、スプライン歯成形部42により、ワーク内周面10bの下部にスプライン歯12が成形される。また、外径歯成形部82により、ワーク外周面10cの上部に外径歯13の成形が開始される。さらに、ワーク底面10aが下型底面41aに当たり、円筒状ワーク10はY1方向にさらに加圧される。
時刻t33において、可動上型下面8aは、可動下型上面5aに接触する。これにより、下型3と上型6との間で密閉状態になるので、金型2が閉塞される。また、下型3と上型6で閉塞された成形空間2Sが形成される。このため、バリ量が低減される。そして、時刻t33から時刻t36まで、可動下型5は可動上型8に押圧されてY1方向に動作する。
時刻t33から時刻t36までの間に、可動上型8がY1方向へ動作されるため、円筒状ワーク10が成形空間2Sの隅々へ流動する。特に、円筒状ワーク10が、成形空間2Sの外径側へ流動する。このため、時刻t33から時刻t36までの間に、外径歯成形部82により、ワーク外周面10cの上部に外径歯13が徐々に成形される。これにより、スプライン歯12の成形状態を保持したままで外径歯13が徐々に成形される。また、ワーク外周面10cが、下型逆テーパ面51b及び上型内周面81bへ流動する。これにより、サイドギヤ11の外径側の形状が徐々に成形される。さらに、ワーク内周面10bの上端部には、下型外周面41bにより曲面が成形される。そして、スプライン歯成形部42の周辺に隙間が生じていても、円筒状ワーク10が徐々に押圧されているため、その隙間に円筒状ワーク10が流動する。即ち、スプライン歯12の仕上げ成形(補助成形)となる。また、時刻t35において、ワーク頂面10dが上型頂面81aに加圧される。これにより、円筒状ワーク10の内径側のワーク頂面10dに平面が成形される。
そして、時刻t36において、外径歯成形部82により、ワーク外周面10cの上部に外径歯13が成形される。なお、この時刻t36が、サイドギヤ11が成形される時刻である。なお、時刻t36の後に、例えば、可動上型8がY2方向へ動作され、可動下型5がY2方向へ動作されることにより、サイドギヤ11を固定下型4から抜く。なお、サイドギヤ11を固定下型4から抜く方法はこれに限られない。
このように、同時成形工程において、先にスプライン歯12が成形され、スプライン歯12の成形状態を保持したままで外径歯13が成形される。ここで、「スプライン歯12と外径歯13を同時に成形する」とは、スプライン歯12と外径歯13を同一工程で成形することである。
そして、サイドギヤ11の冷間鍛造において、3つの設置工程と荒地成形工程と同時成形工程で、サイドギヤ11が成形される。また、設置工程にて円筒状ワーク10を固定下型4に挿通させた状態で、設置工程から同時成形工程までが行われるため、同軸上(中心軸CL上)で円筒状ワーク10がサイドギヤ11に成形される。これにより、スプライン歯12と外径歯13の位置精度のずれが抑制される。即ち、スプライン歯12の位置に対する外径歯13の位置精度のずれが抑制される。また、荒地成形工程の後に同時成形工程を行っているので、図4の円筒状ワーク10に対し荒地成形工程を行わずに同時成形工程を行う場合よりも、荒地成形工程の後に同時成形工程を行う方が円筒状ワーク10の流動による移動量が低減される。このため、荒地成形工程を行わずに同時成形工程を行う場合よりも、荒地成形工程の後に同時成形工程を行う方が成形時における円筒状ワーク10の偏りやプレス力が低減される。
[課題発生作用]
図9は、スプライン歯と外径歯を有するサイドギヤを成形する複数の方法における工程例を示す。以下、図9に基づいて、課題発生作用を説明する。
従来、差動機構におけるサイドギヤ(歯車)の製造方法では、鍛造にて外径歯を形成後、ピアス加工にて軸心に孔を形成している。その後、孔の内周面にスプライン歯を形成している。しかし、従来の製造方法では、ピアス加工が必須の工程であるため工程数が増大する、という課題がある。また、従来の製造方法では、外径歯とスプライン歯の形成工程が別工程で行われる。このため、外形歯とスプライン歯との位置がずれる恐れがある、という課題がある。
また、スプライン歯と外径歯を有するサイドギヤを成形する方法として、図9に示すように、複数の方法が考えられる。
まず、第1工程では、設置・据込工程と設置工程に分かれる。設置・据込工程は、円柱状ワークを型に設置して、円柱状ワークを軸方向に圧縮する工程である。一方、設置工程は、上述したとおり、円筒状ワークを中心軸となる金型に設置する工程である。以下、先に第1工程で設置・据込工程を行う方法について説明する。
次いで、第1工程で設置・据込工程を行うと、第2工程では外径歯成形工程又は荒地成形工程を行う方法がある。外径歯成形工程は、鍛造にて先に外径歯のみを成形する工程である。一方、荒地成形工程は、上述したとおり、鍛造にてワークの形状をサイドギヤの基本形状に成形する工程である。
次いで、第2工程で外径歯成形工程を行うと、第3工程ではピアス成形工程又はピアス・スプライン歯同時成形工程を行う方法がある。ピアス成形工程は、ピアス加工であり、パンチを用いて軸方向に貫通孔を成形する工程である。このため、外径歯成形工程の後にピアス成形工程を行うと、パンチと外径歯の軸心がずれることにより、外径歯の寸法にずれが発生する恐れがある、という課題がある。また、ピアス加工の際、内径に傷が付いたり、貫通孔の内周面は精度が粗くなったりする(ザラザラしている) 、という課題がある。一方、ピアス・スプライン歯同時成形工程において、ピアス成形工程はピアス加工(鍛造ではない機械加工)を行うのに対し、スプライン歯成形工程はブローチ加工(鍛造ではない機械加工)を行う。このように2つの工程では加工方法が異なるため、同時に実行するのは構造上、不可能となる。ここで、「ブローチ加工」とは、ブローチという工具を孔にセットして、スプライン歯を切削加工する方法である。そのブローチを入れる孔の内径寸法は、比較的に高い精度が要求される。この理由は、例えば、孔がブローチより小さいと、ブローチが孔に入らないからである。また、第2工程で荒地成形工程を行うと、第3工程ではピアス成形工程が行われる。このため、上述したとおり、ピアス加工による課題が生じる。
次いで、第2工程で外径歯成形工程又は荒地成形工程を行い、第3工程でピアス成形工程を行うと、第4工程では内径サイジング工程を行うか否かの方法がある。内径サイジング工程は、この後のスプライン歯成形工程を行うために、ブローチが入る内径寸法に調整する工程である。この内径サイジング工程を行うと、円柱状ワークの内径にサイジングによる傷が懸念される、という課題がある。一方、内径サイジング工程を行わないと、この後のスプライン歯成形工程により、ピアス加工による内径の傷が大きくなる、という課題がある。また、内径サイジング工程を行わないと、ブローチが孔に入らない等の理由によって、この後のスプライン歯成形工程によりスプライン歯が成形できない、という課題がある。このため、内径サイジング工程を行わないのは、現実的ではない。
次いで、第4工程で内径サイジング工程を行うと、第5工程ではスプライン歯成形工程又はスプライン・歯形サイジング工程又はスプライン歯・外径歯同時成形工程を行う方法がある。スプライン歯成形工程は、上述したとおり、ブローチ加工によりスプライン歯を成形する工程である。このため、外径歯(第2工程)とスプライン歯(第5工程)の成形工程が別工程で行われる。これにより、外形歯とスプライン歯との位置がずれる恐れがある、という課題がある。また、スプライン歯の寸法精度にずれが発生する恐れがある、という課題がある。一方、スプライン・歯形サイジング工程は、ブローチ加工によりスプライン歯を成形し、外径歯の歯形サイジングを行う。外径歯の歯形サイジングは、外径歯の歯形寸法を調整する。そして、スプライン歯・外径歯同時成形工程は、上述したとおり、スプライン歯と外径歯とを同時に成形する工程である。
続いて、第1工程で、円筒状ワークを中心軸となる金型に設置する設置工程を行う方法について説明する。
第1工程で設置工程を行うと、第2工程では荒地成形工程を行う。荒地成形工程は、上述したとおり、鍛造にて円筒状ワークの形状をサイドギヤの基本形状に成形する工程である。
次いで、第2工程で荒地成形工程を行うと、第3工程では外径歯成形工程又はスプライン歯・外径歯同時成形工程を行う方法がある。外径歯成形工程は、鍛造にて先に外径歯のみを成形する工程である。スプライン歯・外径歯同時成形工程は、上述したとおり、図8の同時成形工程である。ここで、設置工程、荒地成形工程、同時成形工程の順でサイドギヤを成形する方法は、上述した「サイドギヤの冷間鍛造作用」に記載の冷間鍛造と同様である。
次いで、第3工程で外径歯成形工程を行うと、第4工程ではスプライン歯成形工程を行う。即ち、外径歯とスプライン歯の成形工程が別工程で行われるので、上述したとおり外形歯とスプライン歯との位置がずれる恐れがある、という課題がある。なお、スプライン歯成形工程は、上述したとおり、ブローチ加工によりスプライン歯を成形する工程である。
このように、円柱状ワークを用いてサイドギヤを成形する方法では、円筒状ワークを用いてサイドギヤを成形する方法とは異なり、ピアス成形工程と内径サイジング工程が必要になる。このため、円柱状ワークを用いる方法では、円筒状ワークを用いる方法よりも工程数が多くなる、という課題がある。即ち、生産時間が長くなる。また、円柱状ワークを用いてサイドギヤを成形する方法では、ピアス加工やブローチ加工や鍛造等それぞれ別の機械で実施するため、サイドギヤを生産する単価が増大する、という課題がある。さらに、円柱状ワークを用いる方法では、ピアス成形工程と内径サイジング工程が必要になるため、内径にキズが発生する恐れがある、という課題がある。
これに対し、本願では、円筒状ワークを用いてサイドギヤを成形することに着目した。円筒状ワークを用いてサイドギヤを成形すれば、上記の課題を解決できる。例えば、円柱状ワークを用いる方法よりも工程数を減らすこと等ができる。しかし、円筒状ワークを用いる方法において、外径歯とスプライン歯の成形工程が別工程で行われると、外形歯とスプライン歯との位置がずれる恐れがある、という課題がある。このため、本願では、スプライン歯12と外径歯13を同時に成形することに着目した。
[サイドギヤの冷間鍛造の特徴作用]
上述したように、従来の製造方法では、ピアス加工が必須の工程であるため工程数が増大する。また、外径歯とスプライン歯の成形工程が別工程で行われると、外形歯とスプライン歯との位置がずれる恐れがある。これに対し、実施例1では、設置工程は、円筒状ワーク10を下型3と上型6との間に設置する。次いで、同時成形工程は、設置工程の後、可動上型8をY1方向に動作させ、下型3と上型6により円筒状ワーク10を加圧して、スプライン歯12と外径歯13を同時に成形する。即ち、円筒状ワーク10を用いることにより、ピアス加工工程を省略することができる。また、同時成形工程にてスプライン歯12と外径歯13を同時に成形することにより、スプライン歯12と外径歯13との位置ずれが抑えられる。この結果、ピアス加工工程を削減しながら、スプライン歯12と外径歯13との位置がずれることを抑制することができる。
加えて、円筒状ワーク10を用いてサイドギヤ11を成形するので、円柱状ワークを用いてサイドギヤを成形する方法よりも工程数を減らすことができる。また、ピアス加工やブローチ加工を行わず、冷間鍛造でサイドギヤ11を成形するので、ピアス加工やブローチ加工を行う方法よりも、サイドギヤ11を生産する単価を低減することができる。さらに、円筒状ワーク10を用いてサイドギヤ11を成形するので、ピアス成形工程と内径サイジング工程が不要となる。このため、内径にキズが発生する恐れがなくなる。
実施例1では、同時成形工程にて、先にスプライン歯12を成形し、スプライン歯12の成形状態を保持したままで外径歯13を成形する。例えば、スプライン歯12が成形され、スプライン歯12周辺に僅かな隙間が生じていても、鍛造が継続されるため、その隙間に円筒状ワーク10が流動する。即ち、スプライン歯12の仕上げ成形となる。従って、より精度良くサイドギヤ11を成形することができる。
実施例1では、設置工程と同時成形工程との間に、円筒状ワーク10をサイドギヤ11の基本形状(概略形状)に成形する荒地成形工程を有する。即ち、荒地成形工程でサイドギヤ11の基本形状が成形され、荒地成形工程の後に同時成形工程が行われる。このため、荒地成形工程を行わずに同時成形工程を行う場合よりも、荒地成形工程の後に同時成形工程を行う方が円筒状ワーク10の流動による移動量が低減される。これにより、荒地成形工程を行わずに同時成形工程を行う場合よりも、荒地成形工程の後に同時成形工程を行う方が成形時における円筒状ワーク10の偏りやプレス力が低減される。従って、さらに精度良くサイドギヤ11を成形することができる。
[スプライン歯成形作用]
図10は、冷間鍛造におけるスプライン成形時に用いられるスプラインパンチの歯成形部の概略断面図を示す。以下、図3と図10に基づいて、スプライン歯成形作用を説明する。
実施例1では、上述したとおり、サイドギヤ11が有するスプライン歯12は、冷間鍛造時、スプライン歯成形部42により成形される。このスプライン歯成形部42は、Y方向へ延び、断面がX方向へ凸形状であって、凸形状におけるX方向寸法42xはX方向に均一である。
例えば、スプライン歯を成形する方法として、上述したブローチ加工がある。ブローチ加工は、鍛造ではなく、機械加工によるものである。また、従来、冷間鍛造によるスプライン加工がある。この従来の冷間鍛造でスプライン歯を加工成形するスプライン歯加工成形部は、図10に示すように、断面凸形状である。そのスプライン歯加工成形部のうち、加工対象となる素材と最初に接触する端部は、加工成形品のスプライン歯の寸法と同じ寸法の径方向寸法とされている。また、スプライン歯加工成形部におけるその他の部分は、加工成形品のスプライン歯の寸法(径方向寸法)より小さい寸法にされている。これは、端部にて機械加工によるスプライン歯を加工成形し、その他の部分での内圧を下げるための逃げとして寸法が小さくされる。また、端部とその他の部分の寸法が異なるため、端部とその他の部分との間には段差が生じる。
即ち、従来の冷間鍛造加工によりスプライン歯を加工成形するスプライン歯加工成形部は、実施例1のスプライン歯成形部42のように、断面凸形状におけるX方向寸法42xをY方向に均一として形成されていない。このため、スプライン歯加工成形部により実施例1の冷間鍛造を実施すると、スプライン歯の形状が意図した形状にならない恐れがある、という課題がある。例えば、この課題としては、成形品としての寸法精度が悪化する余地がある。また、鍛造による成形後、成形品を抜く時にキズが付く恐れがある。
これに対し、実施例1では、スプライン歯成形部42は、凸形状におけるX方向寸法42xはX方向に均一である。即ち、スプライン歯成形部42には段差がないので、成形品としての寸法精度を向上させることができ、鍛造による成形後、成形品を抜く時にキズが付く恐れを抑制することができる。従って、スプライン歯12の成形における精度を向上させることができる。
次に、効果を説明する。
実施例1の歯車の鍛造方法にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1) 第1金型(下型3)と第2金型(上型6)とを備える。第1金型(下型3)と第2金型(上型6)の対向する成形面(下型成形面31と上型成形面61)によりワーク(円筒状ワーク10)を加圧して成形する。スプライン歯12と外径歯13を有する歯車(サイドギヤ11)の鍛造方法である。
この歯車(サイドギヤ11)の鍛造方法において、ワークを、円筒状ワーク10とする。
第1金型(下型3)の第1成形面(下型成形面31)のうち、加圧により円筒状ワーク10のワーク内周面10bと接触する外周面(下型外周面41b)に、スプライン歯成形部42を有する。
第2金型(上型6)の第2成形面(上型成形面61)のうち、加圧により円筒状ワーク10のワーク外周面10cと接触する内周面(上型内周面81b)に、外径歯成形部82を有する。
また、歯車(サイドギヤ11)の鍛造方法において、設置工程と、同時成形工程と、を有する。
設置工程は、円筒状ワーク10を、第1金型(下型3)と第2金型(上型6)との間に設置する工程である。
同時成形工程は、設置工程の後、第1金型(下型3)と第2金型(上型6)の少なくとも一方の金型を加圧方向(Y1方向)に動作させる。そして、同時成形工程では、第1金型(下型3)と第2金型(上型6)により円筒状ワーク10を加圧して、スプライン歯12と外径歯13を同時に成形する工程である。
このため、ピアス加工工程を削減しながら、スプライン歯12と外径歯13との位置がずれることを抑制する歯車(サイドギヤ11)の鍛造方法を提供することができる。
(2) 同時成形工程では、先にスプライン歯12を成形し、スプライン歯12の成形状態を保持したままで外径歯13を成形する。
このため、(1)の効果に加え、より精度良くサイドギヤ11を成形することができる。
(3) 設置工程と同時成形工程との間に、円筒状ワーク10を歯車(サイドギヤ11)の概略形状(基本形状)に成形する荒地成形工程を有する。
このため、(1)〜(2)の効果に加え、さらに精度良くサイドギヤ11を成形することができる。
(4) スプライン歯成形部42は、軸方向(Y方向)へ延び、断面が径方向(X方向)へ凸形状であって、凸形状における径方向寸法(X方向寸法42x)は軸方向(X方向)に均一である。
このため、(1)〜(3)の効果に加え、スプライン歯12の成形における精度を向上させることができる。
以上、本開示の歯車の鍛造方法を実施例1に基づき説明してきたが、具体的な構成については、実施例1に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
実施例1では、可動上型8をY1方向(加圧方向)に動作させる例を示した。しかし、これに限られない。例えば、下型を加圧方向(この場合、上型の方向)へ動作させても良いし、下型と上型の両方を加圧方向(この場合、下型と上型を近接させる方向)へ動作させても良い。
実施例1では、先にスプライン歯12を成形し、スプライン歯12の成形状態を保持したままで外径歯13を成形する同時成形工程の例を示した。しかし、これに限られない。例えば、同時成形工程において、先に外径歯が成形され、外径歯の成形状態を保持したままでスプライン歯を成形しても良い。要するに、同時成形工程すなわち同一工程において、スプライン歯と外径歯を成形することができれば良い。このような鍛造方法としても、少なくとも上記(1)に記載した効果が得られる。
実施例1では、設置工程と同時成形工程との間に、荒地成形工程を有する例を示した。しかし、荒地成形工程を有さなくても良い。例えば、円筒状ワークの形状が、設置工程において荒地成形工程を経たような形状であれば、荒地成形工程を有さなくても良い。このような鍛造方法としても、少なくとも上記(1)に記載した効果が得られる。
実施例1では、スプライン歯成形部42は、Y方向へ延び、断面がX方向へ凸形状であって、凸形状におけるX方向寸法42xはX方向に均一である例を示した。しかし、これに限られない。即ち、歯車の鍛造方法において、スプライン歯成形部によりスプライン歯が成形できれば良い。このような構成としても、少なくとも上記(1)に記載した効果が得られる。
実施例1では、歯車の鍛造方法を冷間鍛造機1に適用する例を示した。しかし、冷間鍛造機に限らず、熱間鍛造機等に適用しても良い。
実施例1では、本開示の歯車の鍛造方法を、差動機構におけるサイドギヤを冷間鍛造機1により成形する際に適用する例を示した。しかし、本開示の歯車の鍛造方法を、他の歯車を冷間鍛造機により成形する際に適用しても良い。要するに、スプライン歯と外径歯を有する歯車であれば、本開示の歯車の鍛造方法を適用することができる。
1 冷間鍛造機
2 金型
3 下型(第1金型)
31 下型成形面(第1成形面)
4 固定下型
41 固定下型成形面
41b 下型外周面
42 スプライン歯成形部
42x X方向寸法
5 可動下型
51 可動下型成形面
6 上型(第2金型)
61 上型成形面(第2成形面)
8 可動上型
81 可動上型成形面
81b 上型内周面
82 外径歯成形部
10 円筒状ワーク(鍛造品、金属材料)
10a ワーク底面
10b ワーク内周面
10c ワーク外周面
10d ワーク頂面
11 サイドギヤ
12 スプライン歯
13 外径歯
CL 中心軸

Claims (4)

  1. 第1金型と第2金型とを備え、
    前記第1金型と前記第2金型の対向する成形面によりワークを加圧して成形し、
    スプライン歯と外径歯を有する歯車の鍛造方法において、
    前記ワークを、円筒状ワークとし、
    前記第1金型の第1成形面のうち、加圧により前記円筒状ワークのワーク内周面と接触する外周面に、スプライン歯成形部を有し、
    前記第2金型の第2成形面のうち、加圧により前記円筒状ワークのワーク外周面と接触する内周面に、外径歯成形部を有し、
    前記円筒状ワークを、前記第1金型と前記第2金型との間に設置する設置工程と、
    前記設置工程の後、前記第1金型と前記第2金型の少なくとも一方の金型を加圧方向に動作させ、前記第1金型と前記第2金型により前記円筒状ワークを加圧して、スプライン歯と外径歯を同時に成形する同時成形工程と、
    を有することを特徴とする歯車の鍛造方法。
  2. 請求項1に記載された歯車の鍛造方法において、
    前記同時成形工程では、先に前記スプライン歯を成形し、前記スプライン歯の成形状態を保持したままで前記外径歯を成形する
    ことを特徴とする歯車の鍛造方法。
  3. 請求項1又は請求項2に記載された歯車の鍛造方法において、
    前記設置工程と前記同時成形工程との間に、前記円筒状ワークを歯車の概略形状に成形する荒地成形工程を有する
    ことを特徴とする歯車の鍛造方法。
  4. 請求項1から請求項3までの何れか一項に記載された歯車の鍛造方法において、
    前記スプライン歯成形部は、軸方向へ延び、断面が径方向へ凸形状であって、前記凸形状における径方向寸法は軸方向に均一である
    ことを特徴とする歯車の鍛造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110523903A (zh) * 2019-08-22 2019-12-03 重庆伊洛美克动力总成有限公司 一种台阶式齿毂成型机构及其成型方法

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