JP2021028081A - 有孔部材製造方法、有孔部材製造装置および有孔部材 - Google Patents

Abstract

【課題】孔部の成形精度が高い有孔部材製造方法、有孔部材製造装置および有孔部材を提供することを課題とする。【解決手段】有孔部材製造方法は、後方押出し成形と前方押出し成形とを実行する単一の複合押出し工程を有する。前方押出し成形は、後方押出し成形の途中から開始される。ワーク４は、成形孔３００の大径部成形部３００ａに配置される。ワーク４には、ポンチ２０の内径ポンチ部２０１が圧入される。大径部成形部３００ａを区画する成形孔３００の内周面と、後方押出し成形前におけるワーク４の外周面と、の隙間の径方向の断面積をＳ１、内径ポンチ部２０１の径方向の断面積をＳ２、Ｓ１／Ｓ２を断面積比Ｒとして、断面積比Ｒは０％以上１５％以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば中空シャフトの粗形材などの製造に用いられる有孔部材製造方法、有孔部材製造装置および有孔部材に関する。

特許文献１には、パワーステアリングのセンサー用シャフトを、冷間鍛造により製造する方法が開示されている。当該製造方法によると、同一の工程において、同時並行的に、共用のポンチを用いて、後方押出し成形と前方押出し成形とを実行することができる。

特開２００３−３１１３６４号公報

ポンチの圧入により、ワークには孔部が凹設される。この際、ポンチには、ワークから圧縮応力が加わる。同文献記載の製造方法によると、当該圧縮応力の周方向分布が不均一になりやすい。このため、ポンチ延いてはワークの孔部が湾曲しやすい。したがって、ワークの孔部の成形精度が低い。そこで、本発明は、孔部の成形精度が高い有孔部材製造方法、有孔部材製造装置および有孔部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の有孔部材製造方法は、大径部成形部と、前記大径部成形部の前方に連なり前方に向かって縮径する第一絞り部成形部と、を有する成形孔の、前記大径部成形部にワークを配置し、ポンチの有する内径ポンチ部を後方から前記ワークに圧入することにより、前記内径ポンチ部の径方向外側の前記ワークの素材を前記第一絞り部成形部に対して後方に押し出す後方押出し成形と、前記後方押出し成形の途中から開始され、前記後方押出し成形から継続して前記内径ポンチ部を前記ワークに圧入することにより、前記第一絞り部成形部で前記ワークの外径を縮径させながら、前記内径ポンチ部の前方の前記ワークの素材を前記第一絞り部成形部に対して前方に押し出す前方押出し成形と、を実行する単一の複合押出し工程を有し、前記第一絞り部成形部により成形される第一絞り部を備える有孔部材を製造する有孔部材製造方法であって、前記大径部成形部を区画する前記成形孔の内周面と、前記後方押出し成形前における前記ワークの外周面と、の隙間の径方向の断面積をＳ１、前記内径ポンチ部の径方向の断面積をＳ２、Ｓ１／Ｓ２を断面積比Ｒとして、前記断面積比Ｒは０％以上１５％以下であることを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明の有孔部材製造装置は、大径部成形部と、前記大径部成形部の前方に連なり前方に向かって縮径する第一絞り部成形部と、を有する成形孔を有し、前記大径部成形部にワークが配置される成形孔と、後方から前記ワークに圧入される内径ポンチ部を有し、前記内径ポンチ部の径方向外側の前記ワークの素材を前記第一絞り部成形部に対して後方に押し出す後方押出し成形と、前記第一絞り部成形部で前記ワークの外径を縮径させながら、前記内径ポンチ部の前方の前記ワークの素材を前記第一絞り部成形部に対して前方に押し出す前方押出し成形と、を実行するポンチと、を備え、前記第一絞り部成形部により成形される第一絞り部を備える有孔部材を製造する有孔部材製造装置であって、前記大径部成形部を区画する前記成形孔の内周面と、前記後方押出し成形前における前記ワークの外周面と、の隙間の径方向の断面積をＳ１、前記内径ポンチ部の径方向の断面積をＳ２、Ｓ１／Ｓ２を断面積比Ｒとして、前記断面積比Ｒは０％以上１５％以下であることを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明の有孔部材は、大径部と、前記大径部の軸方向一方に連なり、軸方向一方に向かって縮径し、軸方向に対する傾斜角度が４５°以上７０°以下の第一絞り部と、軸方向に延在し軸方向他方に開口する孔部と、を備えることを特徴とする。

本発明の有孔部材製造方法、有孔部材製造装置によると、断面積比Ｒを０％以上１５％以下としているので、加工開始後の比較的初期から後方押出し成形が開始されることにより、前方押出し成形よりも後方押出し成形を優先して実行することができる。このため、内径ポンチ部付近における圧縮応力の周方向分布のばらつきを、抑制することができる。言い換えると、内径ポンチ部に加わる曲げ応力が大きくなるのを、抑制することができる。したがって、内径ポンチ部、延いては当該内径ポンチ部により伸長される孔部が湾曲するのを、抑制することができる。よって、一工程の加工で、前方押出し成形と後方押出し成形の同時加工可能な点は維持しつつ、さらに孔部の成形精度を高くすることができ、成形精度の高い有孔部材を製造できる。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態の有孔部材製造装置の軸方向断面図である。図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態の有孔部材の軸方向断面図である。 図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、本発明の有孔部材製造方法の複合押出し工程の第一〜第四段階における、同有孔部材製造装置の軸方向断面図である。 図３（Ａ）は、図２（Ａ）のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ方向断面図である。図３（Ｂ）は、図２（Ｃ）の円ＩＩＩＢ内の拡大図である。図３（Ｃ）は、図２（Ｄ）の枠ＩＩＩＣ内の拡大図である。 図４は、実施例１〜２、比較例１〜２の孔部曲がり計測結果を示すグラフである。 図５は、実施例１〜２、比較例１〜２の孔部の傾斜角度の平均値、３σを示すグラフである。 図６（Ａ）は、実施例２の有孔部材の上端部のＦＥＭ解析のコンター図である。図６（Ｂ）は、比較例２の有孔部材の上端部のＦＥＭ解析のコンター図である。

以下、本発明の有孔部材製造方法、有孔部材製造装置および有孔部材の実施の形態について説明する。以降の図においては、上下方向は本発明の「軸方向」に、上方は本発明の「後方」に、下方は本発明の「前方」に、各々対応する。

（有孔部材製造装置）
まず、本実施形態の有孔部材製造装置の構成について説明する。図１（Ａ）に、本実施形態の有孔部材製造装置の軸方向断面図を示す。図１（Ａ）に示すように、有孔部材製造装置１は、上型２と下型３とを備えている。

上型２は、ポンチ２０を備えている。ポンチ２０は、ホルダ（図略）に固定されている。ポンチ２０は、後述する下型３の成形孔３００に対して、上方から進退可能である。ポンチ２０は、基部２００と、内径ポンチ部２０１と、外径ポンチ部２０２と、を備えている。基部２００は、上下方向に延在する同径の円柱状を呈している。外径ポンチ部２０２は、基部２００の先端面（下端面）から下方に突出している。外径ポンチ部２０２は、円筒状を呈している。外径ポンチ部２０２は、先端部（下端部）２０２ａと、本体部２０２ｂと、を備えている。本体部２０２ｂは、同径の円筒状を呈している。先端部２０２ａは、本体部２０２ｂの下方に連なっている。先端部２０２ａの内周面は、上方に向かって縮径している。

内径ポンチ部２０１は、基部２００の先端面の径方向中心（中心軸Ｌ）から、下方に突出している。内径ポンチ部２０１は、後述するワーク４に孔部４０を凹設する。内径ポンチ部２０１は、外径ポンチ部２０２の径方向内側に配置されている。内径ポンチ部２０１は、根本部２０１ａと、本体部２０１ｂと、を備えている。根本部２０１ａの外周面は、下方に向かって縮径している。本体部２０１ｂは、根本部２０１ａの下方に連なっている。本体部２０１ｂは、上下方向に延在する同径の円柱状を呈している。

内径ポンチ部２０１の外周面と外径ポンチ部２０２の内周面との間には、上方に向かって、第二絞り部成形部２０３と、第二小径部成形部２０４と、第三絞り部成形部２０５と、が区画されている。第二小径部成形部２０４は、本発明の「小径部成形部」の概念に含まれる。

下型３は、下型本体３０と、ホルダ３１と、スリーブ３２と、ノックアウトポンチ３３と、を備えている。下型本体３０は、ホルダ３１に固定されている。下型本体３０は、成形孔３００を備えている。成形孔３００には、上方からポンチ２０が挿入される。成形孔３００は、上下方向に延在している。成形孔３００は、中心軸Ｌを中心とする段付き円孔状を呈している。成形孔３００は、大径部成形部３００ａと、第一小径部成形部３００ｂと、第一絞り部成形部３００ｃと、を備えている。大径部成形部３００ａは、下型本体３０の上面に開口している。大径部成形部３００ａは、同径の円孔状を呈している。後述する後方押出し成形（後方押出しステップ）前において、大径部成形部３００ａには、円柱状のワーク４が配置される。第一小径部成形部３００ｂは、第一絞り部成形部３００ｃを介して、大径部成形部３００ａの下方に連なっている。第一小径部成形部３００ｂは、同径の円孔状を呈している。第一小径部成形部３００ｂは、大径部成形部３００ａよりも、小径である。また、第一小径部成形部３００ｂは、内径ポンチ部２０１よりも、大径である。第一絞り部成形部３００ｃを区画する成形孔３００の内周面は、下方に向かって縮径している。スリーブ３２は、下型本体３０の下面に配置されている。ノックアウトポンチ３３は、スリーブ３２に挿通されている。ノックアウトポンチ３３は、第一小径部成形部３００ｂに対して、下方から進退可能である。後述する有孔部材製造方法において、ノックアウトポンチ３３は、成形後のワーク４つまり有孔部材５を押し上げる。

（有孔部材）
次に、本実施形態の有孔部材製造装置、有孔部材製造方法により製造される有孔部材の構成について説明する。図１（Ｂ）に、本実施形態の有孔部材の軸方向断面図を示す。有孔部材５は、図１（Ａ）に示す有孔部材製造装置１でワーク４を成形（温間鍛造）することにより、製造される。

有孔部材５は、中空シャフト（図略）の粗形材である。有孔部材５は、下方（軸方向一方 製造時における前方）に軸部を、上方（軸方向他方 製造時における後方）に筒部を、各々備えている。筒部は、後述する後方押出し成形で作製される。軸部は、後述する前方押出し成形で作製される。

有孔部材５は、孔部５０と、大径部５１と、第一小径部５２と、第一絞り部５３と、第二小径部５４と、第二絞り部５５と、第三絞り部５６と、を備えている。第二小径部５４は、本発明の「小径部」の概念に含まれる。大径部５１は、上下方向（軸方向 製造時における前後方向）に延在する、同径の円筒状を呈している。大径部５１は、図１（Ａ）に示す大径部成形部３００ａにより成形される。第一小径部５２は、第一絞り部５３を介して、大径部５１の下方に連なっている。第一小径部５２は、上下方向に延在する、段付き円柱状を呈している。第一小径部５２は、図１（Ａ）に示す第一小径部成形部３００ｂにより成形される。第一小径部５２は、大径部５１の外径よりも、小径である。第一絞り部５３の外周面は、下方に向かって縮径している。第一絞り部５３は、図１（Ａ）に示す第一絞り部成形部３００ｃにより成形される。

第二小径部５４は、第二絞り部５５を介して、大径部５１の上方に連なっている。第二小径部５４は、上下方向に延在する、同径の円筒状を呈している。第二小径部５４は、図１（Ａ）に示す第二小径部成形部２０４により成形される。第二小径部５４の外径は、大径部５１の外径よりも、小径である。第二絞り部５５の外周面は、上方に向かって縮径している。第二絞り部５５は、図１（Ａ）に示す第二絞り部成形部２０３により成形される。第三絞り部５６は、第二小径部５４の上方に連なっている。第三絞り部５６の内周面は、上方に向かって拡径している。第三絞り部５６は、図１（Ａ）に示す第三絞り部成形部２０５により成形される。孔部５０は、第三絞り部５６の上面（有孔部材５の軸方向他端）に開口している。孔部５０は、同径の有底円孔状であって、上下方向に延在している。孔部５０の底部５００は、第一絞り部５３まで到達している。孔部５０は、図１（Ａ）に示す内径ポンチ部２０１により成形される。

第一絞り部５３の外周面の、中心軸Ｌの延在方向に対する第一傾斜角度α１は、好ましくは４５°以上７０°以下に設定されている。第一傾斜角度α１は、後述する第一絞り角度θ１に対応している。第一絞り角度θ１は、本発明の「絞り角度」の概念に含まれる。第二小径部５４の内周面の、中心軸Ｌの延在方向に対する第一傾斜角度β１の最小値は、好ましくは０°以上０．５°以下に設定されている。第一傾斜角度β１は、後述する第一抜き勾配φ１に対応している。第二小径部５４の外周面の、中心軸Ｌの延在方向に対する第二傾斜角度β２の最小値は、好ましくは０°以上０．５°以下に設定されている。第二傾斜角度β２は、後述する第二抜き勾配φ２に対応している。第一抜き勾配φ１、第二抜き勾配φ２は、本発明の「抜き勾配」の概念に含まれる。

（有孔部材製造方法）
次に、本実施形態の有孔部材製造方法について説明する。本実施形態の有孔部材製造方法は、複合押出し工程を有している。図２（Ａ）に、複合押出し工程の第一段階における、本実施形態の有孔部材製造装置の軸方向断面図を示す。図２（Ｂ）に、同工程の第二段階における、同有孔部材製造装置の軸方向断面図を示す。図２（Ｃ）に、同工程の第三段階における、同有孔部材製造装置の軸方向断面図を示す。図２（Ｄ）に、同工程の第四段階における、同有孔部材製造装置の軸方向断面図を示す。なお、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）においては、図１のホルダ３１、ポンチ２０の上側部分を省略して示す。図３（Ａ）に、図２（Ａ）のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ方向断面図を示す。図３（Ｂ）に、図２（Ｃ）の円ＩＩＩＢ内の拡大図を示す。図３（Ｃ）に、図２（Ｄ）の枠ＩＩＩＣ内の拡大図を示す。

複合押出し工程は、後方押出し成形と、前方押出し成形と、を有している。図２（Ａ）〜図２（Ｄ）のうち、全段階（図２（Ａ）〜図２（Ｄ））が後方押出し成形に対応する。第三〜第四段階（図２（Ｃ）〜図２（Ｄ））が前方押出し成形に対応する。前方押出し成形は、後方押出し成形の途中から、後方押出し成形に並行して実行される。前方押出し成形の始期は、後方押出し成形の始期よりも、遅い。前方押出し成形の終期は、後方押出し成形の終期よりも、遅い。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、第一〜第三段階においては、主に後方押出し成形が実行される。図２（Ａ）に示すように、第一段階前に、大径部成形部３００ａには、予めワーク４が配置されている。第一段階においては、ポンチ２０を下降させ、成形孔３００に挿入し、内径ポンチ部２０１の先端面（下端面）を、ワーク４の上面に圧接させる。図２（Ｂ）〜図２（Ｃ）に示すように、第二〜第三段階においては、引き続きポンチ２０を下降させ、内径ポンチ部２０１をワーク４に圧入し、ワーク４の上面に孔部４０を凹設する。内径ポンチ部２０１の径方向外側のワーク４の素材（肉）は、上方に押し出される。このため、孔部４０が上下方向に伸長する。外径ポンチ部２０２の先端面（下端面）は、ワーク４の上面に圧接する。このように、第一〜第三段階においては、主に後方押出し成形が実行され、ワーク４の素材が大径部成形部３００ａに充填される。

図２（Ｃ）〜図２（Ｄ）に示すように、第三〜第四段階においては、前方押出し成形が、後方押出し成形に並行して実行される。図３（Ｃ）に示すように、後方押出し成形により、ワーク４の素材が、大径部成形部３００ａから、第二絞り部成形部２０３、第二小径部成形部２０４、第三絞り部成形部２０５に流れ込む。また、図２（Ｄ）に示すように、前方押出し成形により、ワーク４の素材が、大径部成形部３００ａから、第一絞り部成形部３００ｃ、第一小径部成形部３００ｂに流れ込む。

その後、ポンチ２０は、所定の位置（下死点）で停止する。当該停止により、後方押出し成形、前方押出し成形が完了する。次に、ポンチ２０は、孔部４０から上方に退出する。続いて、ノックアウトポンチ３３は、有孔部材５を押し上げる。このようにして、複合押出し工程が完了し、図１（Ｂ）に示す有孔部材５が完成する。その後、有孔部材５に所定の加工（例えば孔部５０の貫通加工）が施されることにより、中空シャフトが完成する。

（作用効果）
次に、本実施形態の有孔部材製造方法、有孔部材製造装置および有孔部材の作用効果について説明する。本実施形態の有孔部材製造方法、有孔部材製造装置および有孔部材（以下、「有孔部材製造方法等」と略称する）によると、以下に説明する機構により、前方押出し成形に対して、後方押出し成形を優先して実行することができる。このため、内径ポンチ部２０１の根本部２０１ａ付近に、優先的にワーク４の素材を充填することができる。したがって、根本部２０１ａ付近における圧縮応力の周方向分布のばらつきを、抑制することができる。言い換えると、根本部２０１ａ付近に加わる曲げ応力が大きくなるのを、抑制することができる。したがって、内径ポンチ部２０１、延いてはワーク４の孔部４０が湾曲するのを抑制することができる。また、有孔部材５の孔部５０の成形精度を高くすることができる。

以下、前方押出し成形に対して、後方押出し成形を優先して実行する機構について説明する。図３（Ａ）に示すように、大径部成形部３００ａを区画する成形孔３００の内周面と、後方押出し成形前におけるワーク４の外周面と、の間の隙間の径方向断面積（点線ハッチング部分）をＳ１、本体部２０１ｂの径方向断面積（点線ハッチング部分）をＳ２、Ｓ１／Ｓ２を断面積比Ｒとして、断面積比Ｒは、０％以上１５％以下に設定されている。このため、大径部成形部３００ａにおいて、ワーク４の素材は、拡径方向に流動しにくく、上方に流動しやすい。したがって、前方押出し成形に対して、後方押出し成形を優先して実行することができる。ここで、断面積比Ｒを０％以上としたのは、０％未満の場合、ワーク４を成形孔３００に挿入しにくくなるからである。他方、断面積比Ｒを１５％以下としたのは、１５％超過の場合、内径ポンチ部２０１をワーク４に圧入した際、ワーク４の素材が、拡径方向に流動しやすく、上方に流動しにくくなるからである。また、根本部２０１ａ付近における圧縮応力の周方向分布のばらつきが大きくなりやすくなり、ワーク４の孔部４０が中心からずれる可能性が高くなるためである。

また、本実施形態の有孔部材製造方法等によると、図３（Ｂ）に示すように、第一絞り部成形部３００ｃを区画する成形孔３００の内周面の、中心軸Ｌの延在方向に対する第一絞り角度θ１は、好ましくは４５°以上７０°以下に設定されている。このため、ワーク４の素材は、下方に流動しにくく、上方に流動しやすい。したがって、前方押出し成形に対して、後方押出し成形を優先して実行することができる。

ここで、第一絞り角度θ１が４５°未満の場合であっても、ワーク４の素材を、下方に流動しにくく、上方に流動しやすくすることはできる。ただし、第一絞り角度θ１を４５°以上にすると、４５°未満の場合と比較して、ワーク４の素材を、さらに下方に流動しにくく、上方に流動しやすくすることができる。同様に、第一絞り角度θ１が７０°超過の場合であっても、ワーク４の素材を、下方に流動しにくく、上方に流動しやすくすることはできる。ただし、第一絞り角度θ１を７０°以下にすると、７０°超過の場合と比較して、ワーク４の素材を下方に流動しやすく、上方に流動しにくくすることができる。

また、本実施形態の有孔部材製造方法等によると、図３（Ｃ）に示すように、大径部成形部３００ａの上方には、上方に向かって、第二絞り部成形部２０３と、第二小径部成形部２０４と、第三絞り部成形部２０５と、が連なっている。第二絞り部成形部２０３は、内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの外周面と、外径ポンチ部２０２の先端部２０２ａの内周面と、の間に区画されている。第三絞り部成形部２０５は、内径ポンチ部２０１の根本部２０１ａの外周面と、外径ポンチ部２０２の本体部２０２ｂの内周面と、の間に区画されている。

第二小径部成形部２０４は、内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの外周面と、外径ポンチ部２０２の本体部２０２ｂの内周面と、の間に区画されている。中心軸Ｌの延在方向に対する、内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの外周面（詳しくは、本体部２０１ｂの外周面のうち、第二絞り部成形部２０３、第二小径部成形部２０４を区画する部分）の第一抜き勾配φ１の最小値は、好ましくは０°以上０．５°以下に設定されている。同様に、中心軸Ｌの延在方向に対する、外径ポンチ部２０２の本体部２０２ｂの内周面の第二抜き勾配φ２の最小値は、好ましくは０°以上０．５°以下に設定されている。このため、ワーク４の素材が上方に流動する際の流動抵抗が小さく、ワーク４の素材は、第二小径部成形部２０４を、上方に流動しやすい。したがって、前方押出し成形に対して、後方押出し成形を優先して実行することができる。また、第三絞り部成形部２０５の上端部にまで、ワーク４の素材を行き渡らせることができる。

ここで、第一抜き勾配φ１、第二抜き勾配φ２を０°以上としたのは、０°未満の場合、ワーク４から内径ポンチ部２０１、外径ポンチ部２０２を抜くのが困難になるからである。他方、第一抜き勾配φ１、第二抜き勾配φ２が０．５°超過の場合、ワーク４の素材の上方流動が不十分となって、欠肉のおそれが高くなるが、０．５°超過の場合であっても、最終部品形状によっては、問題とならない場合もあり、その場合には、ワーク４の素材を第三絞り部成形部２０５にまで、流動させることができる。また、複合押出し工程完了後の有孔部材５の第二小径部５４を直管状に切削加工する際の、切削取り代を小さくすることができる。ただし、第一抜き勾配φ１、第二抜き勾配φ２を０．５°以下にすると、０．５°超過の場合と比較して、ワーク４の素材が上方に流動する際の流動抵抗を、さらに小さくすることができる。また、ワーク４の素材を第三絞り部成形部２０５の上端部にまで、確実に行き渡らせることができる。また、複合押出し工程完了後の有孔部材５の第二小径部５４を直管状に切削加工する際の、切削取り代をさらに小さくすることができる。

なお、仮に、後方押出し成形のみにより、第二小径部成形部２０４にワーク４の素材を流し込む場合を想定する。この場合、ワーク４の素材が下方（前方）に逃げることができない。このため、第二小径部成形部２０４をワーク４の素材が流動する際の圧力が大きくなり、張り付きの問題が生じる可能性が高くなる。したがって、張り付きの問題を回避するには、第一抜き勾配φ１、第二抜き勾配φ２を、例えば２°や３°程度に設定することが必須となる。この点、本実施形態の有孔部材製造方法等によると、後方押出し成形に並行して前方押出し成形が実行される。このため、第二小径部成形部２０４にワーク４の素材を流し込む際、ワーク４の素材が下方に逃げることができる。したがって、第二小径部成形部２０４をワーク４の素材が流動する際の圧力が小さくなる。よって、第一抜き勾配φ１、第二抜き勾配φ２が０．５°以下であっても、ワーク４の素材が内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの外周面や、外径ポンチ部２０２の本体部２０２ｂの内周面に張り付くのを、抑制することができる。

また、複合押出し工程においては、前方押出し成形の始期に、根本部２０１ａ付近に加わる曲げ応力が大きくなる。この点、本実施形態の有孔部材製造方法等によると、前方押出し成形に対して、後方押出し成形を優先して実行することができる。このため、前方押出し成形の始期を遅らせることができる。この結果、内径ポンチ部２０１付近における圧縮応力の周方向分布のばらつきを小さくでき、内径ポンチ部２０１、延いてはワーク４の孔部４０が湾曲するのを抑制することができる。また、有孔部材５の孔部５０の成形精度を高くすることができる。また、前方押出し成形は、後方押出し成形と並行して実行される。このため、前方に流動するワーク４の素材の圧力を小さくすることができる。この点においても、内径ポンチ部２０１、延いてはワーク４の孔部４０が湾曲するのを抑制することができる。また、有孔部材５の孔部５０の成形精度を高くすることができる。

また、本実施形態の有孔部材製造方法等によると、単一の複合押出し工程で、一度に後方押出し成形と前方押出し成形とを実行することができる。このため、後方押出し成形と前方押出し成形とを別々に実行する場合と比較して、有孔部材製造装置１の設備費や有孔部材５の製造費を削減することができる。また、後方押出し成形と前方押出し成形とを別々に実行する場合と比較して、共用の有孔部材製造装置１を使用できるため、成形誤差を小さくすることができる。

（その他）
以上、本発明の有孔部材製造方法等の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

図２（Ｃ）〜図２（Ｄ）に示すように、上記実施形態の有孔部材製造方法においては、第三〜第四段階において、ワーク４の素材が、第二絞り部成形部２０３、第二小径部成形部２０４、第三絞り部成形部２０５を、上方に流動した。しかしながら、第一〜第三段階において、ワーク４の素材が、第二絞り部成形部２０３、第二小径部成形部２０４、第三絞り部成形部２０５を、上方に流動してもよい。

図２（Ｃ）〜図２（Ｄ）に示すように、上記実施形態の有孔部材製造方法においては、前方押出し成形の終期を、後方押出し成形の終期よりも、遅く設定した。しかしながら、前方押出し成形の終期を、後方押出し成形の終期よりも、早く設定してもよい。また、前方押出し成形の終期を、後方押出し成形の終期と一致させてもよい。前方押出し成形の始期が、後方押出し成形の始期よりも、遅ければよい。

図１（Ｂ）に示す有孔部材５は、自動車用トランスミッション部品（ドライブピニオンギア、リダクションドライブギア、ロータシャフトなど）などの粗形材（中間品）であってもよい。また、有孔部材５は、粗形材でなくてもよい。有孔部材５は、完成品であってもよい。有孔部材５の孔部５０は、無底の貫通孔であってもよい。

有孔部材製造装置１の上型２、下型３の構成は限定しない。上型２、下型３のうち、少なくとも一方が、他方に対して離接可能な可動型であればよい。また、ポンチ２０のストローク方向は特に限定しない。垂直方向（上下方向）でも、水平方向でも、これらの方向に対して傾斜する方向でもよい。本発明の有孔部材製造方法における鍛造温度は特に限定しない。冷間でも温間でも熱間でもよい。

図３（Ｃ）に示す第一抜き勾配φ１は、内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの外周面の軸方向全長に亘って設定されていなくてもよい。第一抜き勾配φ１は、内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの外周面のうち、少なくとも外径ポンチ部２０２の本体部２０２ｂの内周面に径方向に対向する部分に設定されていればよい。内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの外周面のうち、その他の部分（外径ポンチ部２０２の本体部２０２ｂの内周面に径方向に対向する部分以外の部分）については、後方押出し成形用の通常の抜き勾配（例えば、２°、３°など）を設定してもよい。

図２（Ａ）に示す後方押出し成形前において、ワーク４が、大径部成形部３００ａから、下方や上方にはみ出していてもよい。すなわち、径方向から見て、大径部成形部３００ａの少なくとも一部と、ワーク４の少なくとも一部と、が重複していればよい。図１（Ａ）に示す第二絞り部成形部２０３、第三絞り部成形部２０５の有無は特に限定しない。第二絞り部成形部２０３および第三絞り部成形部２０５のうち少なくとも一方が配置されていなくてもよい。図３（Ｂ）〜図３（Ｃ）に示す第一絞り角度θ１、第一抜き勾配φ１、第二抜き勾配φ２は特に限定しない。内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの外周面（詳しくは、本体部２０１ｂの外周面のうち、第二小径部成形部２０４を区画する部分）の軸方向断面形状は、直線状、折れ線状、曲線状などであってもよい。すなわち、第一抜き勾配φ１は、一定でなくてもよい。同様に、外径ポンチ部２０２の本体部２０２ｂの内周面の軸方向断面形状は、直線状、折れ線状、曲線状などであってもよい。すなわち、第二抜き勾配φ２は、一定でなくてもよい。

次に、上記実施形態の有孔部材製造方法、有孔部材製造装置１を用いて行った実験について説明する。表１に、実験に用いた実施例１〜２、比較例１〜２の寸法を示す。

表１の項目について説明する。図３（Ａ）に示すように、外径Ｄ０は、図２（Ａ）に示す後方押出し成形前のワーク４の外径（直径）である。隙間幅Ｄ１は、ワーク４の外周面と、大径部成形部３００ａを区画する成形孔３００の内周面と、の隙間の径方向（中心軸Ｌに対して直交する方向）の幅である。断面積Ｓ１は、当該隙間の径方向の断面積である。外径Ｄ２は、内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの外径（直径）である。断面積Ｓ２は、内径ポンチ部２０１の本体部２０１ｂの径方向の断面積である。第一絞り角度θ１、第一抜き勾配φ１、第二抜き勾配φ２については、前述したとおりである（図３（Ｂ）〜図３（Ｃ）参照）。断面積比Ｒは、断面積Ｓ１、Ｓ２の比である（Ｒ（％）＝Ｓ１／Ｓ２×１００）。実験条件について、鍛造温度は９００℃である。成形荷重は１５０ｔである。使用した有孔部材製造装置（鍛造プレス）１は、１２００ｔサーボプレスである。

図４に、実施例１〜２、比較例１〜２の孔部曲がり計測結果を示す。横軸は、図１（Ｂ）に示す理想的な（曲がりの無い）有孔部材５の孔部５０の中心軸Ｌに対する、実施例１〜２、比較例１〜２の有孔部材５の孔部５０の中心軸の、径方向距離である。つまり、中心軸Ｌに対する孔部曲がり量である。縦軸は、軸方向位置（上下方向位置）である。なお、０ｍｍ位置は、孔部５０の底部５００の位置である。また、８０ｍｍ位置は、孔部５０の開口の位置である。曲がり計測は、３Ｄスキャナー（株式会社キーエンス製 ＶＬ３００シリーズ）を用いて行った。

図４に示すように、実施例１〜２、比較例１〜２の孔部５０の曲がり方を比較すると、曲がり量が少ない方から、実施例１、実施例２、比較例２、比較例１の順になった。表１、図４に示すように、実施例１と比較例１〜２とを比較すると、断面積比Ｒが小さいほど（３３％未満）、孔部５０は曲がりにくいことが判った。また、実施例１と実施例２とを比較すると、第一絞り角度θ１（図１（Ｂ）の第一傾斜角度α１）が大きいほど（３７°超過）、孔部５０は曲がりにくいことが判った。

表２に、実施例１〜２、比較例１〜２を、各々、２５回ずつ行った結果を示す。なお、表２中、「ａｖｅ．」は孔部５０の傾斜角度の平均値を、「３σ」は当該傾斜角度の３σ（標準偏差×３）を、「ＭＡＸ」は当該傾斜角度の最大値を、「ＭＩＮ」は当該傾斜角度の最小値を、各々示す。図５に、実施例１〜２、比較例１〜２の孔部の傾斜角度の平均値、３σを示す。

表２、図５に示すように、孔部５０の傾斜角度を比較すると、小さい方から、実施例１、実施例２、比較例２、比較例１の順になった。このように、実施例１〜２の方が、比較例１〜２よりも、孔部５０の湾曲の程度が小さかった。また、複数回実験を行った場合の孔部５０の傾斜角度のばらつきを比較すると、小さい方から、実施例１、実施例２、比較例２、比較例１の順になった。このように、実施例１〜２の方が、比較例１〜２よりも、複数回実験を行った場合の孔部５０の傾斜角度の再現性が高いことが判った。

図６（Ａ）に、実施例２の有孔部材の上端部のＦＥＭ解析のコンター図を示す。図６（Ｂ）に、比較例２の有孔部材の上端部のＦＥＭ解析のコンター図を示す。図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すのは、図１（Ｂ）の枠ＶＩに対応する部分（有孔部材５の上端部）である。また、図６（Ａ）、図６（Ｂ）と図１（Ｂ）とは、第三絞り部５６の形状が相違している。具体的には、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の第三絞り部５６の外周面は、上方に向かって縮径している。また、図６（Ａ）、図６（Ｂ）においては、応力の高さをハッチングの疎密で表現している。ハッチングが密なほど、応力は高くなる。

表１、図１（Ｂ）、図６（Ａ）に示すように、実施例２（第一傾斜角度β１（第一抜き勾配φ１）＝０°、第二傾斜角度β２（第二抜き勾配φ２）＝０°）の場合、有孔部材５の上端部の応力が高い。このため、複合押出し工程において、内径ポンチ部２０１と外径ポンチ部２０２との隙間の上端部にまで、ワーク４の素材を充填することができる。したがって、有孔部材５の上端部に欠肉が発生しない。他方、比較例２（第一傾斜角度β１（第一抜き勾配φ１）＝２°、第二傾斜角度β２（第二抜き勾配φ２）＝３°）の場合、有孔部材５の上端部の応力が低い。このため、図６（Ｂ）に一点鎖線で示すように、複合押出し工程において、内径ポンチ部２０１と外径ポンチ部２０２との隙間の上端部にまで、ワーク４の素材を充填することができない。したがって、有孔部材５の上端部に欠肉が発生する。このように、実施例２の方が、比較例２よりも、有孔部材５の上端部に欠肉が発生しにくいことが分かった。

１：有孔部材製造装置、２：上型、２０：ポンチ、２００：基部、２０１：内径ポンチ部、２０１ａ：根本部、２０１ｂ：本体部、２０２：外径ポンチ部、２０２ａ：先端部、２０２ｂ：本体部、２０３：第二絞り部成形部、２０４：第二小径部成形部（小径部成形部）、２０５：第三絞り部成形部、３：下型、３０：下型本体、３００：成形孔、３００ａ：大径部成形部、３００ｂ：第一小径部成形部、３００ｃ：第一絞り部成形部、３１：ホルダ、３２：スリーブ、３３：ノックアウトポンチ、４：ワーク、４０：孔部、５：有孔部材、５０：孔部、５００：底部、５１：大径部、５２：第一小径部、５３：第一絞り部、５４：第二小径部（小径部）、５５：第二絞り部、５６：第三絞り部、α１：第一傾斜角度、β１：第一傾斜角度、β２：第二傾斜角度、θ１：第一絞り角度（絞り角度）、φ１：第一抜き勾配（抜き勾配）、φ２：第二抜き勾配（抜き勾配）、Ｄ０：外径、Ｄ１：隙間幅、Ｄ２：外径、Ｌ：中心軸、Ｒ：断面積比、Ｓ１：断面積、Ｓ２：断面積

Claims (10)

1. 大径部成形部と、前記大径部成形部の前方に連なり前方に向かって縮径する第一絞り部成形部と、を有する成形孔の、前記大径部成形部にワークを配置し、ポンチの有する内径ポンチ部を後方から前記ワークに圧入することにより、前記内径ポンチ部の径方向外側の前記ワークの素材を前記第一絞り部成形部に対して後方に押し出す後方押出し成形と、
   前記後方押出し成形の途中から開始され、前記後方押出し成形から継続して前記内径ポンチ部を前記ワークに圧入することにより、前記第一絞り部成形部で前記ワークの外径を縮径させながら、前記内径ポンチ部の前方の前記ワークの素材を前記第一絞り部成形部に対して前方に押し出す前方押出し成形と、
   を実行する単一の複合押出し工程を有し、前記第一絞り部成形部により成形される第一絞り部を備える有孔部材を製造する有孔部材製造方法であって、
   前記大径部成形部を区画する前記成形孔の内周面と、前記後方押出し成形前における前記ワークの外周面と、の隙間の径方向の断面積をＳ１、前記内径ポンチ部の径方向の断面積をＳ２、Ｓ１／Ｓ２を断面積比Ｒとして、
   前記断面積比Ｒは０％以上１５％以下である有孔部材製造方法。
2. 前記ポンチは、前記内径ポンチ部の径方向外側に配置される筒状の外径ポンチ部を有し、
   前記内径ポンチ部と前記外径ポンチ部との間には、前記大径部成形部の後方に連なり後方に向かって縮径する第二絞り部成形部が区画され、
   前記後方押出し成形において、前記第二絞り部成形部に前記ワークの素材を流入させることにより、第二絞り部を有する前記有孔部材を製造する請求項１に記載の有孔部材製造方法。
3. 前記内径ポンチ部と前記外径ポンチ部との間には、前記第二絞り部成形部の後方に連なる小径部成形部が区画され、
   前記小径部成形部を区画する前記外径ポンチ部の内周面および前記内径ポンチ部の外周面のうち少なくとも一方の、軸方向に対する抜き勾配の最小値は、０°以上０．５°以下である請求項２に記載の有孔部材製造方法。
4. 軸方向に対する、前記第一絞り部成形部を区画する前記成形孔の内周面の絞り角度は、４５°以上７０°以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の有孔部材製造方法。
5. 大径部成形部と、前記大径部成形部の前方に連なり前方に向かって縮径する第一絞り部成形部と、を有する成形孔を有し、前記大径部成形部にワークが配置される成形孔と、
   後方から前記ワークに圧入される内径ポンチ部を有し、前記内径ポンチ部の径方向外側の前記ワークの素材を前記第一絞り部成形部に対して後方に押し出す後方押出し成形と、前記第一絞り部成形部で前記ワークの外径を縮径させながら、前記内径ポンチ部の前方の前記ワークの素材を前記第一絞り部成形部に対して前方に押し出す前方押出し成形と、を実行するポンチと、
   を備え、前記第一絞り部成形部により成形される第一絞り部を備える有孔部材を製造する有孔部材製造装置であって、
   前記大径部成形部を区画する前記成形孔の内周面と、前記後方押出し成形前における前記ワークの外周面と、の隙間の径方向の断面積をＳ１、前記内径ポンチ部の径方向の断面積をＳ２、Ｓ１／Ｓ２を断面積比Ｒとして、
   前記断面積比Ｒは０％以上１５％以下である有孔部材製造装置。
6. 前記ポンチは、前記内径ポンチ部の径方向外側に配置される筒状の外径ポンチ部を有し、
   前記内径ポンチ部と前記外径ポンチ部との間には、前記大径部成形部の後方に連なり後方に向かって縮径する第二絞り部成形部が区画され、
   前記後方押出し成形において、前記第二絞り部成形部に前記ワークの素材を流入させることにより、第二絞り部を有する前記有孔部材を製造する請求項５に記載の有孔部材製造装置。
7. 前記内径ポンチ部と前記外径ポンチ部との間には、前記第二絞り部成形部の後方に連なる小径部成形部が区画され、
   前記小径部成形部を区画する前記外径ポンチ部の内周面および前記内径ポンチ部の外周面のうち少なくとも一方の、軸方向に対する抜き勾配の最小値は、０°以上０．５°以下である請求項６に記載の有孔部材製造装置。
8. 軸方向に対する、前記第一絞り部成形部を区画する前記成形孔の内周面の絞り角度は、４５°以上７０°以下である請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の有孔部材製造装置。
9. 大径部と、
   前記大径部の軸方向一方に連なり、軸方向一方に向かって縮径し、軸方向に対する、外周面の傾斜角度が４５°以上７０°以下の第一絞り部と、
   軸方向に延在し、軸方向他端に開口する孔部と、
   を備える有孔部材。
10. 前記大径部の軸方向他方に連なり、軸方向他方に向かって縮径する第二絞り部と、
    前記第二絞り部の軸方向他方に連なる筒状の小径部と、
    を備え、
    前記小径部の内周面および外周面のうち少なくとも一方の、軸方向に対する傾斜角度の最小値は、０°以上０．５°以下である請求項９に記載の有孔部材。

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