JP2019141883A - 鍛造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また本発明において「中間体」とは素材が最終加工品になるまでにとり得る中間素材、中間加工品を指し、矩形断面のリング素材である。本発明の中間体は、例えば特願2017−175792に開示される装置及び方法によって製造することができる。
本発明の鍛造方法は、最終的に生産される鍛造品が大形のヘリカルギヤであることを特徴とする。
本発明によれば、中間体の外縁部の厚みが薄い場合であっても容易に歯形成形部の下部へ中間体を流動させることができ、比較的小型な温間鍛造装置によって1工程で中間体の下部に歯形を形成可能である。
本発明によれば、据え込み加工を開始する前に、上中央パンチの油圧よりも下中央パンチの油圧を大きくして所定の大きさのフランジ成形空間を形成して維持する第1ステップが設けられているため、中間体をフランジ成形空間へと分流して内径フランジ部が形成された後に、内径フランジ部が縦方向に圧縮されることがない。したがって鍛造に必要な負荷を減少させることができる。
本発明によれば、ボルトで固定するための内径フランジ部を中間体に形成すると同時に、歯形を成形することができ、ステップ数を減少させることができる。
本発明によれば上中央パンチの油圧よりも下中央パンチの油圧を小さくして、下リングノックアウトによって下方から中間体の外縁部を押圧することで、ダイの歯形成形部の下部へ中間体を流入させて中間体の下部の歯形を成形することができる。したがって例えば、下方から加圧することなく上方のみから加圧して中間体の下部の歯形を成形する場合と比較して、より小さい鍛造荷重でギアの歯形精度を高めることができる。
本発明の鍛造方法は、第1ステップでは、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧の1.5倍〜2.5倍とし、第4ステップでは、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも低くすることを特徴とする。
本発明によれば、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも大きくし、下シリンダからの油のリリーフを抑制させながら上シリンダ内の油をリリーフさせることで、上中央パンチの圧力を保持しながら上中央パンチの高さ位置を保持することができ、上中央パンチと下中央パンチによりフランジ成形空間を形成して維持することができる。
本発明によれば、第4ステップで、スライドを更に下降させて下死点数ミリ手前にすると、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも低下させて、上シリンダからの油のリリーフを無くし、かつ下シリンダからの油をリリーフさせながら、上中央パンチ、下中央パンチ、上リングパンチ、ダイを同時に下降させることで、中間体に必要以上の荷重をかけることなく、中間体の下部の押し出し加工へと移行することができる。
本発明によれば、スライドを下降させることで、上中央パンチ、下中央パンチ、上リングパンチ、ダイを同時に下降させて、加工の間は上下不動固定された下リングノックアウトによって中間体の下部の押出し加工を行ない、歯形成形部の下部へ中間体を流入させて下部の歯形を成形する。そのため、スライドを下降させる加圧力(メカニカルプレスによる加圧力)がそのまま、下リングノックアウトによる押し出し加工時の加圧力となる。したがって、下リングノックアウトに油圧回路を設けた場合と比較して、大きな加圧力を生じさせることができる。
本発明によれば、第1ステップでは、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧の1.5倍〜2.5倍とし、第4ステップでは、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも低くすることで、必要以上の荷重をかけることなく比較的小型の温間鍛造装置によって大形のヘリカルギヤを鍛造成形することができる。
本発明の鍛造装置は、ダイが歯形成形部を有し、上リングパンチは中間体を押し下げて歯形成形部に流動させ、かつ押し下げられた中間体の歯形がダイを押し下げるように構成され、上中央パンチと下中央パンチがフランジ成形空間に流動する内径フランジ部を拘束するとともに下リングノックアウトが中間体の外縁部を押圧することで、歯形成形部の下部に中間体が流動して歯形の下部が成形されるように構成されることを特徴とする。
本発明によれば、上中央パンチと上リングパンチはスライドに取り付けられており、上リングパンチが中間体を押し下げて歯形成形部に流動させ、かつ押し下げられた中間体の歯形がダイを押し下げるように構成されている。そのため、スライドの上下動作だけで、上中央パンチと下中央パンチと上リングパンチとダイとが一体的に上下動作可能となる。
さらに、下リングノックアウトは、加工中は上下不動に固定され、上中央パンチと下中央パンチがフランジ成形空間に流動する内径フランジ部を拘束するとともに下リングノックアウトが中間体の外縁部を押圧することで、歯形成形部の下部に中間体が流動して歯形の下部が成形される。そのため上述のように、スライドの下降時の加圧力(メカニカルプレスによる加圧力)がそのまま、下リングノックアウトによって押し出し加工する際の加圧力となる。したがって下リングノックアウトに油圧回路を設けた場合と比較して、構造が簡単で生産性も良い。
本発明によれば、ダイはスプリングによるフローティング手段を有しているためクッション作用が生じ、ダイの歯形成形部に過剰な負荷がかからない。
本発明によれば、下中央パンチには段差部が設けられているので中間体を分流させて中間体の内径フランジ部を成形することができる。
図1は本発明の第1の実施形態における成形前の鍛造装置100を示す構造図である。本実施形態の鍛造装置100は、中間体Wの外周に歯形を成形して最終加工品を製造する鍛造装置100であって、対向配置された上中央パンチ1及び下中央パンチ2と、上中央パンチ1の周囲に配された上リングパンチ3と、上リングパンチ3に対向配置されて下中央パンチ2の周囲に配された下リングノックアウト4と、下リングノックアウト4の周囲に配されるとともに歯形成形部50を有するダイ5と、上中央パンチ1の油圧を制御する上シリンダ6と、下中央パンチ2の油圧を制御する下シリンダ7とを備える(図1,2)。
本発明を実施するにあたり予め中間体Wを準備する。中間体Wの製造装置及び方法は特に限定されず、例えば特願2017−175792に開示される鍛造装置及び方法によって温間鍛造加工された中間体Wが使用される。特願2017−175792では、大形のヘリカルギヤの中間体Wの鍛造方法及び装置を開示しており、温間鍛造によって出発素材AW(丸棒)から、成形工程(工程1)と、ピアス加工工程(工程2)の、2工程でリング状の中間体Wを得ることのできる方法及び装置を開示している。本明細書にて以下に引用した特願2017−175792公報の開示内容(明細書及び図面を含む)は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。
このように、第1ステップでは、下シリンダ7の油圧を上シリンダ6の油圧よりも大きくし、下シリンダ7からの油のリリーフを抑制させながら上シリンダ6内の油をリリーフさせ、上中央パンチ1の圧力を保持しながら上中央パンチ1の高さ位置や、下中央パンチ2の高さ位置を保持し、上中央パンチ1の下面と下中央パンチ2の段差部2bにより、中間体Wの内径フランジ部Waを成形するためのフランジ成形空間Sを形成して維持している。例えば、第1ステップでは、下シリンダ7の油圧を上シリンダ6の油圧の1.5倍〜2.5倍として、油圧回路によって上中央パンチ1と下中央パンチ2は位置決めし、上昇や下降をしない状態とする。図1に示すように上中央パンチ1の上方には上シリンダ6の油圧によって隙間R1が生じ、下中央パンチ2の下方には下シリンダ7の油圧によって隙間R2が生じている。以上のようにして、中間体Wを押圧して内周方向へ流動させる前に予め上中央パンチ1と下中央パンチ2とは拘束されて、中間体Wのフランジ成形空間Sが形成されて保持される。
このようにしてダイ5の歯形成形部50の上部501へ中間体Wを分流させて中間体の上部の歯形を成形するとともに、上中央パンチ1及び/又は下中央パンチ2によって形成されたフランジ成形空間Sへ中間体Wを分流させて中間体Wの内径フランジ部Waを成形する。なお段差部2bの高さ(隙間寸法)は最小荷重で歯形が充満しやすい寸法に調整されている。
以上のように第3ステップでは、スライド201を下降させながら上シリンダ6の油を排出していくため、相対的にみて上中央パンチ1の下降幅よりも、上リングパンチ3の下降幅が大きくなる。またダイ5の歯形成形部50へ中間体が流入することで、形成された歯形が上リングパンチ3とダイ5との間の摩擦力を上昇させるため、上リングパンチ3の下降に引きずられるようにしてダイ5も若干下降する。このようにしてダイ5のフローティング量(高さ位置)が図1と比較して減少する(図3)。下リングノックアウト4は、加工中(ノックアウトさせるまで)は高さ位置が固定されている。
そして上シリンダ6からの油のリリーフを無くし、かつ下シリンダ7からの油をリリーフさせながら、スライド201を下降させることで上中央パンチ1と、下中央パンチ2と、上リングパンチ3と、ダイ5とを同時に下降させる(図6,7)。下リングノックアウト4は不動状態で高さ位置を固定した状態であり、上中央パンチ1と、下中央パンチ2と、上リングパンチ3と、ダイ5とを下方へ押し下げることで、内径フランジ部Waを拘束するとともに、下リングノックアウト4によって相対的にみて下方から中間体Wの外縁部の下部Wcを押圧する(図7)。このようにして加工中は上下不動状態で固定された下リングノックアウト4によって中間体外縁部の下部Wcの押出し加工を行ない、ダイ5をクッションさせながら歯形成形部50の下部502へ中間体Wを流入させて中間体Wの下部の歯形を成形することにより最終加工品を製造する(図6,7)。
図9は、本実施形態における成形前の鍛造装置101の要部拡大図である。図10は、本実施形態における上リングパンチ3による据え込み加工時の中間体Wのひずみを示す要部拡大図(a)及び荷重ストローク曲線(b)である。
第2の実施の形態の鍛造装置101は、図9に示すように、中間体Wの外縁部Wbの厚みが大きい場合に使用することが好ましく、上リングパンチ1の押圧面(中間体Wを押圧する面)と、下リングノックアウト4の押圧面が大きい。その他、第2の実施の形態では下シリンダ7は備えていなくともよい。またダイ5をフローティングさせるためのスプリング等のフローティング手段は備えていなくともよい。その他については、図1に示した第1の実施の形態と同様の装置構成であるため説明を省略する。
本実施の形態の第1ステップでは、第1の実施の形態の第1ステップ中で行ったダイ5のフローティングは省略される。本実施の形態の第2ステップでは、第1の実施の形態の第2ステップと同様に据え込み加工が開始される。本実施の形態の第3ステップは第1の実施の形態と同様に、中間体Wがフランジ成形空間Sへと分流鍛造されるが、本実施の形態では中間体Wの外縁部Wbの厚みが大きいため、フランジ成形空間Sへの流動が少ない。本実施の形態では、第1の実施の形態の第4ステップ(下リングノックアウト4による中間体Wの押し出し加工)は省略される。その他、本実施形態の鍛造方法の詳細については、第1の実施の形態の鍛造方法と同様であるため説明を省略する。
1 上中央パンチ、
1a 上中央パンチ外周面、
1b 上中央パンチ底面、
2 下中央パンチ、
2a 下中央パンチ外周面、
2b 段差部(上中央パンチ上面)、
3 上リングパンチ、
4 下リングノックアウト、
5 ダイ、
50 歯形成形部、
501 歯形成形部上部、
502 歯形成形部下部、
6 上シリンダ、
7 下シリンダ、
8 上型ホルダ、
9 下型ホルダ、
10 上ベース、
11 下ダイ、
12 フローティング手段、
201 スライド、
202 ボルスタ、
203 ノックアウトピン、
W 中間体、
Wa 中間体内径フランジ部、
Wb 中間体外縁部(中間体外縁部上部)、
Wc 中間体外縁部下部、
S フランジ成形空間
Claims (8)
- 中間体の外周に歯形を成形して最終加工品を製造する鍛造方法であって、
対向配置された上中央パンチ及び下中央パンチと、
前記上中央パンチの周囲に配された上リングパンチと、
前記上リングパンチに対向配置されて下中央パンチの周囲に配された下リングノックアウトと、
前記下リングノックアウトの周囲に配されるとともに歯形成形部を有するダイとを備え、
前記上中央パンチの油圧よりも前記下中央パンチの油圧を大きくして中間体のフランジ成形空間を形成する第1ステップと、
据込み加工を開始する第2ステップと、
前記歯形成形部へ前記中間体を分流することで前記中間体の上部の歯形を成形するとともに、前記上中央パンチ及び/又は前記下中央パンチによって形成された前記フランジ成形空間へ前記中間体を分流させて前記中間体の内径フランジ部を成形する第3ステップと、
前記上中央パンチの油圧よりも前記下中央パンチの油圧を小さくして、前記下リングノックアウトによって下方から前記中間体の外縁部を押圧することで、前記ダイの歯形成形部の下部へ前記中間体を流入させて前記中間体の下部の歯形を成形する第4ステップにより最終加工品を製造することを特徴とする鍛造方法。 - 前記第3ステップでは、前記上リングパンチを下方へ押し下げることで、前記ダイの歯形成形部の上部へ前記中間体を分流させて前記中間体の上部の歯形を成形するとともに、前記上中央パンチ及び/又は前記下中央パンチによって形成された前記フランジ成形空間へ前記中間体を分流させて前記中間体の内径フランジ部を成形し、
前記第4ステップでは、前記下リングノックアウトは加工中は不動状態で固定され、前記上中央パンチ、前記上リングパンチ、前記下中央パンチ、及び前記ダイを下方へ押し下げることで、前記内径フランジ部を拘束するとともに、前記下リングノックアウトによって下方から前記中間体の外縁部を押圧することで、前記ダイの歯形成形部の下部へ前記中間体を流入させて前記中間体の下部の歯形を成形することにより最終加工品を製造することを特徴とする請求項1記載の鍛造方法。 - 前記上中央パンチの油圧を制御する上シリンダと、
前記下中央パンチの油圧を制御する下シリンダとを備え、
前記第1ステップは、前記下シリンダの油圧を前記上シリンダの油圧よりも大きくし、前記下シリンダからの油のリリーフを抑制させながら前記上シリンダ内の油をリリーフさせ、前記上中央パンチの圧力を保持しながら前記上中央パンチの高さ位置を保持し、前記上中央パンチと前記下中央パンチにより前記フランジ成形空間を形成して維持し、
前記第2ステップは、スライドを下降させることで前記上リングパンチによって据込み加工を開始し、
前記第3ステップは、前記中間体が下方へ押し下げられながら前記フランジ成形空間へ分流されることで、ボルトで固定するための前記内径フランジ部が成形されるとともに、前記歯形成形部へ前記中間体が分流することで上部の歯形が成形され、
前記第4ステップは、前記スライドを更に下降させて下死点数ミリ手前にすると、前記下シリンダの油圧を前記上シリンダの油圧よりも低下させて、前記上シリンダからの油のリリーフを無くし、かつ前記下シリンダからの油をリリーフさせながら、前記上中央パンチと、前記下中央パンチと、前記上リングパンチと、前記ダイとを同時に下降させることで、加工中は上下不動固定された前記下リングノックアウトによって前記中間体の下部の押出し加工を行ない、前記歯形成形部の下部へ前記中間体を流入させて下部の歯形を成形することを特徴とする請求項1又は2記載の鍛造方法。 - 温間鍛造により製造された前記中間体の温度を維持したまま、連続して歯形成形用の前記ダイ内へ前記中間体を挿入するか、または温間鍛造により製造されて打ち抜き加工された前記中間体を700℃〜950℃に再加熱して前記歯形成形用の前記ダイ内へ挿入して、温間鍛造によって歯形を成形することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の鍛造方法。
- 前記第1ステップでは、前記下シリンダの油圧を前記上シリンダの油圧の1.5倍〜2.5倍とし、前記第4ステップでは、前記下シリンダの油圧を前記上シリンダの油圧よりも低くすることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の鍛造方法。
- 請求項1記載の鍛造品は大形のヘリカルギヤであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の鍛造方法。
- 中間体から最終加工品を製造する鍛造装置であって、
対向配置された上中央パンチ及び下中央パンチと、
前記上中央パンチの周囲に配された上リングパンチと、
前記上リングパンチに対向配置されて下中央パンチの周囲に配された下リングノックアウトと、
前記下リングノックアウトの周囲に配されるダイと、
前記上中央パンチの油圧を制御する上シリンダと、
前記下中央パンチの油圧を制御する下シリンダとを備え、
前記上リングパンチはスライドによって上下動作可能とされ、
前記下リングノックアウトは、加工中は上下不動に固定され、
前記ダイはスプリングによるフローティング手段を有し、
前記下シリンダの油圧力は、前記上シリンダの油圧力に対して増加及び減少させることが可能であり、
前記上リングパンチは前記中間体を押し下げるように構成され、
前記下中央パンチには前記中間体を分流させて前記中間体の内径フランジ部を成形するための段差部が設けられ、
前記上中央パンチと前記下中央パンチと前記上リングパンチと前記ダイとが一体的に上下動作可能とされ、
前記上中央パンチと前記下中央パンチがフランジ成形空間へ流動する前記内径フランジ部を拘束するとともに前記下リングノックアウトが中間体の外縁部を押圧することで、さらに前記中間体を段差部へと分流させて、前記中間体の内径フランジ部が成形されるように構成されることを特徴とする鍛造装置。 - 前記ダイは、歯形成形部を有し、
前記上リングパンチは前記中間体を押し下げて前記歯形成形部に流動させ、かつ押し下げられた前記中間体の歯形が前記ダイを押し下げるように構成され、
前記上中央パンチと前記下中央パンチが前記フランジ成形空間へ流動する前記内径フランジ部を拘束するとともに前記下リングノックアウトが前記中間体の前記外縁部を押圧することで、
前記歯形成形部の下部に前記中間体が流動して前記歯形の下部が成形されるように構成されることを特徴とする請求項7記載の鍛造装置。
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