JP2747650B2 - 塑性加工方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯付プーリ等の製造に
適用するのに好適な塑性加工方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、歯付プーリの製造に使用される
塑性加工装置を図１１〜図１４に示す。これらの図にお
いて、１０はダイ，２０Ｐはパンチである。ダイ１０
は、下部ダイセット７に装着されており、図１４に示す
如く、ダイ孔１１には歯付プーリ６０の外面形状（プー
リ歯形部６１の歯部６３および歯底部６４の外面形状）
に対応して外側型部分１２（谷部１３，山部１４）が形
成されている。また、パンチ２０Ｐは、図１１に示す如
く、上部ダイセット８等を介して所定ストロークで上下
動されるスライド（図示省略）に装着されており、その
外側面（外周面２１）には歯付プーリ６０の内面形状
（プーリ歯形部６１の内面形状）に対応して内側型部分
２２（山部２３，谷部２４）が形成されている。

【０００３】ここにおいて、ダイ１０の外側型部分１２
の谷部１３（山部１４）とパンチ２０の内側型部分２２
の山部２３（谷部２４）との間隙は、素材（カップ状体
５０）が当該間隙に充満するようにカップ状体５０の周
壁部５１の肉厚よりも小さく設定されている。なお、図
１１中、５はカウンターパンチで、ばね（又は空圧，油
圧）により支持されている。また、６はクッションピン
である。

【０００４】上記塑性加工装置を用いて歯付プーリ６０
を製造するには、図１２に示す如く、カップ状体５０を
カウンターパンチ５上にセットした後、スライドと共に
パンチ２０Ｐを下降させてカップ状体５０を加圧する。
これにより、カップ状体５０は、ダイ１０とパンチ２０
Ｐとにより挟圧されつつダイ孔１１内を下方に押し下げ
られ、ダイ１０の外側型部分１２を通過して、図１３の
左半分に示す如く、プーリ歯形部６１が形成される。な
お、かかる絞り加工後は、図１３の右半分に示す如く、
パンチ２０Ｐを上昇させてダイ孔１１内の歯付プーリ６
０を取り出す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記絞り加
工中、カップ状体５０は、パンチ２０Ｐとダイ１０との
挟圧作用により、図１４中矢印で示す如く、当該カップ
状体５０の軸心（５９）と直交する方向（水平方向）に
流動するとともに、同時に作用する軸心（５９）方向
（図１４中紙面と直交する方向）の引張力により同方向
にも流動する。そのため、成形部品の周壁部（歯付プー
リ６０のプーリ歯形部６１）は、カップ状体５０の周壁
部５１の断面積よりも小さくなる。その結果、上記間隙
に材料が充満せず、歯形コーナー部（６５，６６）に欠
肉が生じやすい。

【０００６】そこで、歯形コーナー部（６５，６６）に
欠肉が生じないように、パンチ２０Ｐとダイ１０との間
隙を一段と狭めることにより挟圧作用を強めて絞り加工
することが考えられる。しかし、これでは挟圧作用が強
化されるものの軸心（５９）方向の引張力も増大してし
まうため、歯形コーナー部（６５，６６）の欠肉を完全
に解消することができない。また、軸心５９方向の引張
力が増大すると、パンチ２０Ｐの外周面２１と先端面２
５との間の境界部（先端境界部）２６において、カップ
状体５０には過大な最大引張応力が生じ破断して成形不
能となってしまう事態が生じることがある。

【０００７】上記不都合が生じないように、絞り加工
後、成形部品（歯付プーリ６０）を、その周壁部（プー
リ歯形部６１）の外径より少し小さい内径を有するダイ
孔中へパンチで押し込むことにより、壁厚を均一化する
引張りしごき加工がなされることがある。しかし、上記
した絞り加工と同様に、パンチの先端境界部と対応する
成形部品部分において最大引張応力が生じ、しごき率を
大きくすると当該部分が極度に薄くなって破断してしま
うため、しごき率を大きくとることができず完全成形品
を得るまでには時間が掛かる。

【０００８】なお、上記した問題は、図１５に示す如
く、平板状素材５５をパンチ２０Ｐにより加圧してダイ
孔１１に流動させることにより継ぎ目無しの中空容器６
８を成形する場合にも生じる。すなわち、パンチ２０Ｐ
の先端境界部２６において、平板状素材５５には最大引
張応力が生じ、肉厚減少により強度が低下するととも
に、壁厚の不均一およびコーナー部（上端内縁部５６）
の欠肉（ダレ）が生じる。また、再絞り加工や逆絞り加
工等する場合にも生じる。

【０００９】本発明の目的は、上記事情に鑑み、絞り加
工時にパンチの先端境界部と対応する部分の強度を低下
させることなく、壁厚が均一でコーナー部に欠肉のない
成形部品を迅速に製造することができる塑性加工方法及
びその装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】パンチとダイとの間隙を
挟めて挟圧作用を強めるほど、パンチの先端境界部にお
いて素材に生じる最大引張応力が増大することが経験則
および各種実験より確認されている。これは、素材側壁
とパンチ（ダイ）との間に発生する摩擦力が増大して、
当該部分の軸心方向の材料流動抵抗が増加するために、
パンチの先端境界部において素材が強く引き伸ばされる
ためと推測される。

【００１１】そこで、パンチに逃げ部を設けて絞り加工
時に素材内側壁面と摩擦係合する度合を低下させてみた
ところ、推測通りパンチの先端境界部において素材に生
じる最大引張応力を減少させることができた。また、上
記絞り加工後、素材内側壁面部分をパンチを上昇させる
ことにより圧縮応力を働かせつつしごき成形したとこ
ろ、パンチの先端境界部における素材の引張応力を増大
させることなく壁厚が均一化するとともにコーナー部の
欠肉も一挙に解消することができた。

【００１２】本発明は、上記試験・研究等に基づき創成
されたものである。すなわち、請求項１に係る塑性加工
方法は、得ようとする成形部品の外面形状に対応したダ
イ孔を有するダイに素材をセットした後、当該素材を先
端部が成形部品の内面形状に対応して形成されかつ先端
部に続く外側面部分に逃げ部が形成されたパンチで加圧
して、ダイ孔内において逃げ部と対向する素材の内側壁
部分の拘束度合を低下させて絞り加工し、しかる後にパ
ンチをダイ孔から抜け出る方向に移動させつつ素材の内
側壁面部分を圧縮しごき成形することを特徴とする。

【００１３】請求項２に係る塑性加工装置は、得ようと
する成形部品の外面形状に対応したダイ孔を有するダイ
と、このダイに対して所定ストローク範囲内で移動駆動
可能に設けられるとともに，少なくとも外側面の先端部
に成形部品の内面形状に対応する型部分が形成され，か
つ型部分を除いた外側面部分に逃げ部が型部分よりも内
側に凹むように形成されたパンチとを設け、ダイにセッ
トした素材をパンチで加圧して絞り加工可能かつパンチ
をダイ孔から抜け出る方向に移動させて絞り加工された
素材をしごき成形可能に構成したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記請求項１の発明では、ダイにセットされた
素材を、パンチで加圧しダイ孔に押し込んで絞り加工を
行う。この際、ダイ孔内において素材内側壁面部分はパ
ンチの逃げ部と摩擦係合する度合が低下し、当該内側壁
面部分に作用する軸心方向抵抗は減少する。その結果、
パンチの先端境界部において素材に作用する引張応力は
従来に比べて減少することになり、当該部分の肉厚の減
少を効果的に押えて強度低下防止を図ることができる。

【００１５】上記絞り加工後、パンチをダイ孔から抜け
出る方向に移動させることにより、ダイ孔とパンチ先端
部との間で圧縮しごき成形を行う。これにより、前記し
たパンチの先端境界部における素材の引張応力を増大さ
せることなく壁厚が均一化するとともにコーナー部の欠
肉も解消される。

【００１６】上記請求項２の発明では、ダイにセットさ
れた素材をパンチで加圧して絞り加工する際、パンチの
逃げ部は先端部の型部分よりも内側に凹むように形成さ
れているので、ダイ孔内において素材内側壁面部分のパ
ンチの逃げ部へ向けての変形を許容することができる。

【００１７】また、絞り加工後、パンチをダイ孔から抜
け出る方向に移動させることにより、パンチの型部分と
ダイ孔とにより素材内側壁面部分に圧縮応力を働かせつ
つしごき加工することができる。これにより、素材側壁
は、肉厚が均一化するとともにコーナー部の欠肉が解消
される。

【００１８】この際、絞り加工時にパンチの先端境界部
において最大引張応力が生じた素材部分には外力が作用
しないので肉厚減少されるようなことはない。また、上
記絞り加工および圧縮しごき成形により素材側壁は内外
でしごかれることになり、内部応力のバランスがよくス
プリングバックの発生を押えて成形品を高精度に製造で
きる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１〜図４に、本塑性加工方法とこれを実施する
塑性加工装置を示す。なお、本実施例における素材は、
図４に示す如く、プーリ歯形部（６１）を形成すべき周
壁部５１を有するカップ状体５０であり、塑性変形して
得ようとする成形部品は歯付プーリ６０である。

【００２０】本塑性加工装置は、基本的構成が従来例
（図１１〜図１４）と同一とされており、パンチ２０に
逃げ部２７を形成して絞り加工時に素材（５０）に作用
する軸心方向引張力を減少させるとともに圧縮しごき成
形を行えるように構成されている。なお、従来例（図１
１〜図１４）と共通する構成要素については同一の符号
を付し、その説明を簡略化もしくは省略する。

【００２１】このパンチ２０の逃げ部２７は、絞り加工
時にダイ孔１１内においてカップ状体５０の内側壁５２
ｉと摩擦係合する度合が低下するように、内側型部分２
２よりも内側へ凹むように形成されている。

【００２２】ここにおいて、パンチ２０の内側型部分２
２（山部２３，谷部２４）は、成形部品（歯付プーリ６
０）の内面形状（プーリ歯形部６１の内面形状）と対応
する形状となるように、外周面２１の先端部に形成され
ている。より具体的には、パンチ２０の内側型部分２２
は、所定の軸心方向長さＬ１（本実施例では１ｍｍ）を
有している。

【００２３】逃げ部２７は、図１に示す如く、内側型部
分２２よりも所定長さＬ２（本実施例では０．２５ｍ
ｍ）だけ内側に凹むように形成されている。なお、逃げ
部２７は、内側型部分２２に続く近傍では傾斜面２８と
されている。かかる逃げ部２７の傾斜面２８により、カ
ップ状体５０の内側壁面５２ｉに傷をつけることなく円
滑に圧縮しごき加工することができる。

【００２４】本実施例では、パンチ２０の内側型部分２
２の歯先径ｄ１は５６．２ｍｍ，歯元径ｄ２は５１．０
ｍｍ，歯先歯厚は４．４ｍｍ，歯先歯厚は５．４ｍｍ，
歯数１９とされている。また、ダイ１０の外側型部分１
２の歯元径Ｄ１は５２．９ｍｍ，歯先径Ｄ２は４８．０
ｍｍ，歯先歯厚は３．４ｍｍ，歯元歯厚は３．８ｍｍ，
歯数１９とされている。

【００２５】ところで、パンチ２０とダイ１０との間隙
量（ｔ１，ｔ２）を種々変更して実験したところ、関係
式〔（ｔ２−ｔ１）／ｔ２〕≦０．３が成立するとき、
絞り加工時にパンチ２０の先端境界部２６における素材
（５０）の肉厚減少が一段と少なくかつ圧縮しごき成形
により、一段と壁厚を均一化して歯形コーナー部（６
５，６６）の欠肉も完全に解消できることが判明してい
る。

【００２６】本実施例では、ｔ１＝（Ｄ１−ｄ１）／２
＝１．６５，ｔ２＝ｔ１＋Ｌ２＝１．９であるので
〔（ｔ２−ｔ１）／ｔ２〕＝０．１３≦０．３となり上
式を満たす。

【００２７】したがって、カップ状体５０の内側壁面５
２ｉ部分を、対向するパンチ２０の外周面部分（逃げ部
２７）と摩擦係合する度合を低下させて絞り加工するこ
とができ、パンチ２０の先端境界部２６においてカップ
状体５０の肉厚減少を効果的に押えて強度低下を防止す
ることができる。

【００２８】また、パンチ２０をダイ孔１１から引き抜
く方向に移動させることにより、カップ状体５０の内側
壁面５２ｉを圧縮しごき成形して、肉厚を均一化するこ
とができるとともに歯形コーナー部（６５，６６）の欠
肉も解消することができる。なお、圧縮しごき成形を行
う際、カップ状体５０は、ダイ１０のダイ孔１１との間
に生じる摩擦力により上方へ位置ずれするようなことは
なく、当該成形を円滑かつ確実に行うことができる。

【００２９】また、カップ状体５０の外側壁面５２ｅ部
分を絞り加工時にダイ１０でしごき、かつ内側壁面５２
ｉ部分を圧縮しごき加工時にしごいて成形品（歯付プー
リ６０）を製造するので、内部応力が側壁の内外で均一
化されることになり、スプリングバックを小さくして歯
付プーリ６０を高精度に製造することができる。

【００３０】なお、パンチ２０の内側型部分２２および
逃げ部２７の傾斜面２８部分は、素材（カップ状体５
０）と接触して絞り加工および圧縮しごき成形をする部
分であるので、他のパンチ部分に比べて摩耗しやすい。
そこで、かかるパンチ２０の先端部分２０Ａ（内側型部
分２２および傾斜面２８部分）を、図７に示す如くボル
ト３５等を用いて分離可能に設けてもよい。このよう
に、パンチ２０の先端部分２０Ａを分割可能に設ける
と、消耗部品のみを交換することができ経済的であると
ともに、内側型部分２２を高精度に加工することができ
成形部品の精度向上を一段と図ることができる。

【００３１】また、上記した実施例においては、本塑性
加工方法および塑性加工装置を歯付プーリ６０の製造に
適用したが、平板状素材から継ぎ目なしの中空容器を作
る絞り加工、絞り加工品をさらに小さな径に絞る再絞り
加工、絞り加工品を外側が内側になるようにめくり返し
て小径に絞る逆絞り加工、絞り加工品の外径より少し小
さい内径をもったダイ孔内へパンチで当該加工品を押込
むことにより壁厚を薄くして均一化にする引張りしごき
加工等にも適用することができる。上記各加工に適用し
た場合にもパンチの先端境界部と対応する部分の強度を
低下させることなく、壁厚が均一でコーナー部に欠肉の
ない成形部品を迅速に製造することができる。

【００３２】例えば、図９に示す如く、平板状素材５５
を、逃げ部２７を有するパンチ２０で加圧してダイ孔１
１に流動させることにより絞り加工した後、パンチ２０
を上昇させて圧縮しごき加工を行えば、絞り加工時にパ
ンチ２０の先端境界部２６と対応する部分の強度を低下
させることなく、壁厚が均一でコーナー部（上部内縁部
５６）に欠肉（ダレ）がない中空容器６８を迅速に製造
することができる。

【００３３】また、パンチ２０の傾斜面２８の両側角部
を、図８に示す如く、三角形状にカットしてカット面２
９を形成してもよい。これにより、圧縮しごき成形時
に、当該傾斜面２８部分に素材内側壁面（５２ｉ）から
作用する抵抗が減少し一段と円滑に圧縮しごき成形する
ことができる。

【００３４】さらに、成形部品（６８Ａ）が内側壁面に
段差を有する場合には、図１０に示す如く、パンチ２０
の外周面２１先端部の他に、当該段差に対応する外周面
２１部分に内側型部分２２を設けるとともに、その他の
外周面２１部分に逃げ部２７を形成してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明
は、素材の内側壁面部分を対向するパンチの逃げ部と摩
擦係合する度合を低下させて絞り加工した後、パンチを
ダイ孔から抜け出る方向に移動することにより当該内側
壁面部分をパンチで圧縮しごき成形する構成とされてい
るので、パンチの先端境界部と対応する部分の強度を低
下させることなく、壁厚が均一でコーナー部の欠肉のな
い成形部品を迅速に製造することができるという優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明するための図である。

【図２】同じく、塑性加工装置を説明するための図であ
る。

【図３】同じく、パンチを説明するための図である。

【図４】同じく、カップ状体をカウンターパンチにセッ
トした様子を示す図である。

【図５】同じく、絞り加工および圧縮しごき成形を説明
するための図である。

【図６】同じく、圧縮しごき成形により形成されたプー
リ歯形部を説明するための図である。

【図７】同じく、パンチの変形例（１）を説明するため
の図である。

【図８】同じく、パンチの変形例（２）を説明するため
の図である。

【図９】同じく、平板状素材を絞り加工および圧縮しご
き成形した様子を説明するための図である。

【図１０】同じく、パンチの変形例（３）を説明するた
めの図である。

【図１１】従来の塑性加工装置を説明するための図であ
る。

【図１２】同じく、歯付プーリを製造する従来の塑性加
工方法を説明するための図である。

【図１３】同じく、カップ状体を絞り加工して歯付プー
リを成形した様子を示す図である。

【図１４】同じく、絞り加工により形成されたプーリ歯
形部を説明するための図である。

【図１５】同じく、平板状素材を絞り加工する様子を示
す図である。

【符号の説明】 ５ カウンターパンチ １０ ダイ １１ ダイ孔 １２ 外側型部分 １３ 谷部 １４ 山部 ２０ パンチ ２１ 外周面 ２２ 内側型部分 ２３ 山部 ２４ 谷部 ２６ 先端境界部 ２７ 逃げ部 ２８ 傾斜面 ５０ カップ状体 ５２ｉ 内側壁面 ６０ 歯付プーリ ６１ プーリ歯形部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】得ようとする成形品の外面形状に対応した
   ダイ孔を有するダイにカップ状の素材をセットした後、
   当該素材を先端部が成形部品の内面形状に対応して凹凸
   に形成されかつ先端部に続く外側面部分に、先端部近傍
   を除いた部分の逃げ部が形成されたパンチで加圧して、
   ダイ孔内において逃げ部と対向する素材の内側壁面部分
   の拘束度合を低下させた状態にて絞り加工し、しかる後
   にパンチをダイ孔から抜け出る方向に移動させつつ素材
   の内側壁面部分を前記先端近傍の部分で圧縮しごき成形
   することを特徴とする塑性加工方法。
2. 【請求項２】得ようとする成形部品の外面形状に対応し
   たダイ孔を有するダイと、このダイに対して所定ストロ
   ーク範囲内で移動駆動可能に設けられるとともに、少な
   くとも外側面の先端部に成形部品の内面形状に対応する
   凹凸状の型部分が形成され、かつ当該型部分を除いた外
   側面部分に逃げ部が型部分よりも内側に凹むように形成
   されたパンチとを設け、ダイにセットしたカプ状の素材
   をパンチで加圧して絞り加工可能かつパンチをダイ孔か
   ら抜け出る方向に移動させて絞り加工された素材をしご
   き成形可能に構成したことを特徴とする塑性加工装置。