JP3252699B2 - 多段内溝部材の鍛造方法 - Google Patents

多段内溝部材の鍛造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多段内溝部材、つ
まり2段以上の内スプライン等の内溝をもつ溝部材の鍛
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、特開昭62−40947号公報に
2段の内スプラインをもつスプライン部材の鍛造方法が
開示されている。この鍛造方法では、まず円柱状の粗材
から大径穴及び小径穴からなる段付き穴をもつ粗材を押
し出し成形する。次いで、粗材の段付き穴の大径穴に第
1パンチを押し込むことにより、大径の内スプラインを
形成する。そして、こうして得られた大径の内スプライ
ンをもつ粗スプライン部材の段付き穴の小径穴に第2パ
ンチを押し込むことにより、小径の内スプラインを形成
する。こうして、大径の内スプラインと小径の内スプラ
インとをもつスプライン部材が得られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の鍛
造方法では、スプライン部材に所望する大径の内スプラ
インとほぼ等しい長さ(深さ)の大径穴と、スプライン
部材に所望する小径の内スプラインとほぼ等しい長さ
(深さ)の小径穴とを予め粗材に形成しており、大径穴
の内周壁が第1パンチを案内し、小径穴の内周壁が第2
パンチを案内し、これにより第1、2パンチがそれぞれ
大径及び小径の内スプラインを形成をしている。
【0004】この場合、第1、2パンチは、粗材又は粗
スプライン部材の大径穴又は小径穴の内周壁における周
方向及び軸方向の不可避の硬度分布により、粗材又は粗
スプライン部材を構成する材料の変形が容易な方向に偏
心しやすい。このため、第1パンチの軸心と第2パンチ
の軸心とにずれを生じ、大径及び小径の内スプラインの
同軸度が低下してしまう。特に、粗材又は粗スプライン
部材が高周波焼入れ処理を前提とするような高炭素鋼か
らなる場合には、これらは焼鈍後も全体の硬度が高いた
めにこの傾向が一層顕著になる。
【0005】もちろん、第1、2パンチを案内するスリ
ーブ等のガイド部材と第1、2パンチとの間隙を過剰に
小さくすれば、かかる大径及び小径の内スプラインの同
軸度を向上させ得るとも考えられるが、こうすると、ガ
イド部材と第1、2パンチとの間で摩擦により発熱が生
じやすく、金型の摩耗や損傷を生じてしまう。しかも、
こうして各内スプラインとほぼ等しい長さ(深さ)の大
径穴及び小径穴に第1、2パンチを押し込むと、図13
に示すように、第1、2パンチ90は、粗材又は粗スプ
ライン部材91を前方押し出しの状態で変形しやすく、
それらを構成する余肉91aが第1、2パンチ90の前
方に押し出されやすい。かかる余肉90aは第1、2パ
ンチ90の押し込み長さに従って大きくなりやすく、上
記硬度分布も加味され、第1、2パンチ90には偏加重
が加わることとなる。このため、第1、2パンチ90
は、応力集中による疲労寿命の低下を生じ、ひいてはや
はり金型の摩耗や損傷を生じてしまう。
【0006】また、かかる余肉91aが第1、2パンチ
90の押し込み端位置に残留すれば、スプライン部材を
仕上げるために余肉91aを除去する他の加工が必要に
なり、製造コストの高騰化を招来してしまう。本発明
は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、2
段以上の内溝をもつ溝部材を鍛造する場合において、金
型の摩耗や損傷を防止しつつ各内溝の同軸度を向上さ
せ、かつ安価に溝部材が得られるようにすることを解決
すべき課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の多段内溝部材
の鍛造方法は、一端面にガイド凹部が凹設された粗材を
用意する第1工程と、該ガイド凹部と嵌合可能な第1凸
部を先端に有し、該第1凸部の後方に第1溝形成部が形
成された第1パンチを用意し、該第1凸部を該ガイド凹
部に嵌合しつつ該第1パンチを該粗材内に押し込むこと
により、該ガイド凹部が残留され、該第1溝形成部によ
り形成された第1内溝をもつ粗溝部材を成形する第2工
程と、該第2工程後、該ガイド凹部と嵌合可能な第2凸
部を先端に有し、該第2凸部に又は該第2凸部の後方に
該第1溝形成部より小径の第2溝形成部が形成された第
2パンチを用意し、該第2凸部を該ガイド凹部に嵌合し
つつ該第2パンチを該粗溝部材内に押し込むことによ
り、該第2溝形成部により形成された第2内溝をもつ溝
部材を成形する第3工程と、を有することを特徴とす
る。
【0008】請求項1の鍛造方法では、まず第1工程に
おいて、一端面にガイド凹部が凹設された粗材を用意す
る。そして、第2工程において、第1パンチを用意し、
第1パンチの第1凸部をガイド凹部に嵌合しつつ第1パ
ンチを粗材内に押し込む。これにより、ガイド凹部が残
留され、第1パンチの第1溝形成部により形成された第
1内溝をもつ粗溝部材を成形する。
【0009】このとき、第1パンチは、粗材を後方押し
出しの状態で変形するため、ガイド凹部の内周壁におけ
る周方向及び軸方向の不可避の硬度分布があっても、偏
心しにくい。また、第1パンチの前方に余肉は生じな
い。次いで、第2工程後の第3工程において、第2パン
チを用意し、第2パンチの第2凸部をガイド凹部に嵌合
しつつ第2パンチを粗溝部材内に押し込む。これによ
り、第2溝形成部により形成された第2内溝をもつ溝部
材を成形する。
【0010】ここで、第1溝形成部より小径の第2溝形
成部は、第2パンチの第2凸部に形成されていてもよ
く、又第2凸部の後方に形成されてもよい。第2凸部に
第2溝形成部が形成されていれば、溝部材にガイド凹部
が残留しない。第2凸部の後方に第2溝形成部が形成さ
れていれば、溝部材にガイド凹部が残留する。溝部材に
ガイド凹部が残留しておれば、この第3工程を繰り返す
ことにより、3段以上の内溝をもつ溝部材が得られる。
【0011】このときも、第2パンチは、粗溝部材を後
方押し出しの状態で変形するため、ガイド凹部の内周壁
における周方向及び軸方向の不可避の硬度分布があって
も、偏心しにくい。また、第2パンチの前方に余肉は生
じない。このため、粗材又は粗溝部材が高炭素鋼からな
る場合であっても、第1パンチの軸心と第2パンチの軸
心とにずれを生じにくく、各内溝の同軸度が向上する。
【0012】しかも、これに際し、第1、2パンチを案
内するスリーブ等のガイド部材と第1、2パンチとの間
隙を過剰に小さくする必要がないため、ガイド部材と第
1、2パンチとの間の摩擦による発熱を抑制できる。ま
た、余肉を生じないため、第1、2パンチに偏加重は加
わらず、疲労寿命の向上が図れる。このため、金型の摩
耗や損傷を生じにくい。
【0013】また、第1、2パンチの押し込み端位置に
余肉を残留させないことから、余肉を除去する他の加工
を要することなく溝部材を仕上げることができ、製造コ
ストの低廉化を実現できる。なお、第2パンチが第2溝
形成部の後方に第1内溝をコイニング可能な部分を有し
ておれば、第3工程において、第2内溝の形成による第
1内溝の変形防止ばかりでなく、第1内溝のコイニング
をも行うことができるため、さらに第1、2内溝の同軸
度を向上させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、請求項1の発明を具体化し
た実施形態等を図面を参照しつつ説明する。ここで、溝
の一例としてスプラインについて説明する。 (実施形態)この実施形態では、図9に示すように、第
1内スプラインとしての大径のバルブスプラインS1
と、第2内スプラインとしての小径のマニュアルストッ
パスプラインS2とをもつパワーステアリング用ピニオ
ンWを鍛造する。なお、バルブスプラインS1とマニュ
アルストッパスプラインS2とはそれぞれ4本の例であ
る。
【0015】「第1工程」まず、図1に示すように、高
炭素鋼からなる棒材を切断することにより円柱状の粗材
W0を用意するとともに、上方に位置する大径部C1a
と、この大径部C1aと連続して下方に位置する小径部
C1bとからなるキャビティC1をもつ第1ダイス1を
用意し、粗材W0を大径部C1a内に挿入する。
【0016】また、外径がφDhの凸部2aを下端に有
するガイド凹部形成用パンチ2を用意し、図2に示すよ
うに、ガイド凹部形成用パンチ2を上方の大径部C1a
側開口端から下方に押し込む。なお、このとき、KOピ
ン3を下方の小径部C1b側開口端から上方に挿入して
おく。ガイド凹部形成用パンチ2が押し込み端位置にな
れば、ガイド凹部形成用パンチ2を上昇させ、KOピン
3を上昇させる。こうして、一端面に内径φDhのガイ
ド凹部W1aが凹設された粗材W1が得られる。ここ
で、ガイド凹部W1aは、後述する第1パンチ6の第1
凸部6aが嵌合可能な程度の浅いものであるため、内周
壁における周方向及び軸方向の不可避の硬度分布が最小
限になっている。また、このガイド凹部W1aの底面は
高い平面度に維持されている。なお、切削その他の手段
によりガイド凹部W1aを凹設することもできる。
【0017】「第2工程」図3に示すように、上方に位
置する大径部C4aと、この大径部C4aと連続して下
方に位置する小径部C4bとからなるキャビティC4を
もつ第2ダイス4を用意し、粗材W1を大径部C4a内
に挿入する。そして、大径部C4a側開口端にスリーブ
5を嵌合する。
【0018】また、外径がφDp(≧φDh)の第1凸
部6aを下端に有し、第1凸部6aの上方に第1スプラ
イン形成部6bが形成された第1パンチ6を用意し、図
4に示すように、第1パンチ6の第1凸部6aをガイド
凹部W1aに嵌合しつつ第1パンチ6を粗材W1内に押
し込む。なお、このとき、KOピン7を下方の小径部C
4b側開口端から上方に挿入しておく。
【0019】そして、第1パンチ6を押し込み端位置と
する。これにより、内径φDpのガイド凹部W2aが残
留され、第1パンチ6の第1スプライン形成部6bによ
り形成されたバルブスプラインS1をもつ粗スプライン
部材W2を成形する。ここで、ガイド凹部W2aも、後
述する第2パンチ8の第2凸部8aが嵌合可能な程度の
浅いものであるため、内周壁における周方向及び軸方向
の不可避の硬度分布が最小限になっている。また、この
ガイド凹部W2aの底面も高い平面度に維持されてい
る。
【0020】このとき、ガイド凹部W1aの底面が高い
平面度であるため、第1パンチ6の初期の軸ずれが抑制
される。また、図5に示すように、第1パンチ6は、粗
材W1を後方押し出しの状態で変形するため、ガイド凹
部W1aの内周壁における周方向及び軸方向の不可避の
硬度分布があっても、偏心しにくい。また、第1パンチ
6の下方に余肉は生じない。
【0021】「第3工程」第1パンチ6を上昇させる。
次いで、図6に示すように、外径がφDm(≧φDp)
であり、第1スプライン形成部6bより小径の第2スプ
ライン形成部が形成された第2凸部8aを先端に有する
第2パンチ8を用意し、図7に示すように、第2パンチ
8の第2凸部8aをガイド凹部W2aに嵌合しつつ第2
パンチ8を粗スプライン部材W2内に押し込む。
【0022】そして、第2パンチ8を押し込み端位置と
する。これにより、第2凸部8aの第2スプライン形成
部により形成されたマニュアルストッパスプラインS2
をもつパワーステアリング用ピニオンWを成形する。こ
のときも、ガイド凹部W2aの底面が高い平面度である
ため、第2パンチ8の初期の軸ずれが抑制される。ま
た、図8に示すように、第2パンチ8は、粗スプライン
部材W2を後方押し出しの状態で変形するため、ガイド
凹部W2aの内周壁における周方向及び軸方向の不可避
の硬度分布があっても、偏心しにくい。また、第2パン
チ8の下方に余肉は生じない。
【0023】この後、第2パンチ8を上昇させ、KOピ
ン7を上昇させる。こうして、図9に示すパワーステア
リング用ピニオンWが得られる。かかるパワーステアリ
ング用ピニオンWは、第1パンチ6の軸心と第2パンチ
8の軸心とにずれを生じにくかったため、各内スプライ
ンS1、S2の同軸度は高いものであった。しかも、こ
れに際し、スリーブ5と第1、2パンチ6、8との間隙
を過剰に小さくする必要がないため、スリーブ5と第
1、2パンチ6、8との間の摩擦による発熱を抑制でき
る。また、余肉を生じないため、第1、2パンチ6、8
に偏加重は加わらず、疲労寿命の向上が図れる。このた
め、金型の摩耗や損傷を生じにくい。
【0024】また、第1、2パンチ6、8の押し込み端
位置に余肉を残留させないことから、余肉を除去する他
の加工を要することなくパワーステアリング用ピニオン
Wを仕上げることができ、製造コストの低廉化を実現で
きる。 (変形形態1)図10に示す第2パンチ9では、第2ス
プライン形成部9aの後方ににがし9bが形成され、に
がし9bの後方にコイニングランド9bが軸方向に形成
されている。
【0025】この第2パンチ9によれば、第3工程にお
いて、第2内スプラインS2の形成による第1内スプラ
インS1の変形防止ばかりでなく、第1内スプラインS
1のコイニングをも行うことができるため、さらに第
1、2内スプラインS1、2の同軸度を向上させること
ができる。 (変形形態2)また、図11に示す第2パンチ10で
は、第2スプライン形成部10aの後方に第1にがし1
0bが形成され、第1にがし10bの後方にコイニング
ランド10cが形成され、コイニングランド10cの後
方に第2にがし10dが形成されている。
【0026】この第2パンチ10によれば、図10に示
す第2パンチ9よりも低荷重で加工が可能である。他の
作用及び効果は変形形態1と同様である。 (変形形態3)さらに、図12に示す第2パンチ11で
は、第2スプライン形成部11aの後方に第1にがし1
1bが形成され、第1にがし11bの後方に第1コイニ
ングランド11cが形成され、第1コイニングランド1
1cの後方に第2にがし11dが形成され、第2にがし
11dの後方に第1コイニングランド11cよりやや大
径の第2コイニングランド11eが形成され、第2コイ
ニングランド11eの後方に第3にがし11fが形成さ
れている。
【0027】この第2パンチ11によれば、第1コイニ
ングランド11cで第1内スプラインS1の変形防止を
行い、第2コイニングランド11eで第1内スプライン
S1のコイニングを行う。他の効果は変形形態1と同様
である。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1の鍛造方
法では、請求項1の手段を採用しているため、2段以上
の内溝をもつ多段内溝部材を鍛造する場合において、金
型の摩耗や損傷を防止しつつ各内溝の同軸度を向上さ
せ、かつ安価に溝部材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係り、第1工程を示す断面図であ
る。
【図2】実施形態に係り、第1工程を示す断面図であ
る。
【図3】実施形態に係り、第2工程を示す断面図であ
る。
【図4】実施形態に係り、第2工程を示す断面図であ
る。
【図5】実施形態に係り、第2工程の途中を示す拡大断
面図である。
【図6】実施形態に係り、第3工程を示す断面図であ
る。
【図7】実施形態に係り、第3工程を示す断面図であ
る。
【図8】実施形態に係り、第3工程の途中を示す拡大断
面図である。
【図9】実施形態により得られたスプライン部材の断面
図である。
【図10】変形形態1に係り、第2パンチの拡大断面図
である。
【図11】変形形態2に係り、第2パンチの拡大断面図
である。
【図12】変形形態3に係り、第2パンチの拡大断面図
である。
【図13】従来形態に係り、鍛造途中を示す拡大断面図
である。
【符号の説明】
W1…粗材 W1a、W2a…ガイド凹部 6…第1パンチ 6a…第1凸部 6b…第1スプライン形成部(第1溝形成部) S1…バルブスプライン(第1内スプライン(第1内
溝)) W2…粗スプライン部材(粗溝部材) 8…第2パンチ 8a…第2凸部、第2スプライン形成部(第2溝形成
部) S2…マニュアルストッパスプライン(第2内スプライ
ン(第2内溝)) W…パワーステアリング用ピニオン(スプライン部材
(溝部材))
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−40947(JP,A) 特開 昭60−213331(JP,A) 特開 平4−81242(JP,A) 特開 平6−190490(JP,A) 特開 平3−13247(JP,A) 特開 平1−317653(JP,A) 特開 平4−187340(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端面にガイド凹部が凹設された粗材を用
    意する第1工程と、 該ガイド凹部と嵌合可能な第1凸部を先端に有し、該第
    1凸部の後方に第1溝形成部が形成された第1パンチを
    用意し、該第1凸部を該ガイド凹部に嵌合しつつ該第1
    パンチを該粗材内に押し込むことにより、該ガイド凹部
    が残留され、該第1溝形成部により形成された第1内溝
    をもつ粗溝部材を成形する第2工程と、 該第2工程後、該ガイド凹部と嵌合可能な第2凸部を先
    端に有し、該第2凸部に又は該第2凸部の後方に該第1
    溝形成部より小径の第2溝形成部が形成された第2パン
    チを用意し、該第2凸部を該ガイド凹部に嵌合しつつ該
    第2パンチを該粗溝部材内に押し込むことにより、該第
    2溝形成部により形成された第2内溝をもつ溝部材を成
    形する第3工程と、を有することを特徴とする多段内溝
    部材の鍛造方法。
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