JP3564955B2 - 自由押出し成形用ダイス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、棒状の素材を長手方向に移動して所定の断面形状に塑性加工する場合に用いられる自由押出し成形用ダイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
軸部材(素材)を長手方向に所定の断面形状に塑性加工する方法として、押出し加工がある。この押出し加工に用いられるダイスには素材挿入孔が設けられている。そして、軸部材を軸線方向に移動して素材挿入孔に挿入すると、軸部材が素材挿入孔の成形面に対応して所定の断面形状に塑性加工される。
【0003】
上記押出し加工を行う場合に、素材挿入孔の軸線と軸部材の軸線とが傾斜すると、軸部材の加工精度が低下する可能性がある。そこで、素材挿入孔の成形面と、素材挿入孔の入口との間に、素材挿入孔の軸線とほぼ平行な案内面を設けたダイスが採用されている。このダイスを用いた場合は、まず、軸部材の外周面が案内面に当接して方向性が付与され、素材と素材挿入孔との同心度が維持される。その後に、成形面によって軸部材が塑性加工されるため、加工精度が維持される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、幅方向の断面形状が、長手方向に変化する軸部材を成形する場合がある。この場合は、軸部材を素材挿入孔に挿入して軸部材を塑性加工した後、軸部材を逆方向に移動して素材挿入孔から抜き取る。
【0005】
一方、押出し加工においては、軸部材の加工前の断面形状と、加工後の断面形状とを比較した場合、軸部材の一部を半径方向に膨張して所期の断面形状になるように、ダイスの素材挿入孔の断面形状が設定される場合がある。その理由は、軸部材とダイスとの接触抵抗、つまり、成形荷重を可及的に抑制し、軸部材の座屈変形を防止するためである。
【0006】
しかしながら、軸部材を膨張させるように構成されたダイスを用いて、軸部材の押出しおよび抜き取りを行う場合は、素材挿入孔に対する軸部材の同心度を維持できず、軸部材の加工精度が低下する可能性があった。
【0007】
この発明は上記事情を背景としてなされたもので、素材を素材挿入孔に挿入して半径方向に膨張させ、その後に素材を素材挿入孔から抜き取る作業が行われるような場合に、素材挿入孔に対する素材の同心度を可及的に向上させることの可能な自由押出し成形用ダイスを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記目的を達成するためこの発明は、挿入された素材の円周方向での一部を成形面によって中心側に向けて圧縮するとともに前記素材の円周方向での他の部分を外周側に膨張させる塑性加工を施した後に、前記素材が挿入時とは逆方向に移動して抜き取られる構成の自由押出し成形用ダイスにおいて、前記素材が挿入される素材挿入孔の内面の円周方向における一部に、前記素材の外周面を接触させて前記素材の軸線と、前記素材挿入孔の軸線との傾斜を抑制する案内面が成形されるとともに、その案内面に軸線方向に接続して前記成形面が形成され、前記塑性加工による膨張によって前記素材の前記他の部分に形成される膨張領域が前記素材を抜き取る際に軸線方向に移動する円弧面が、前記案内面とは円周方向で異なる位置に設けられていることを特徴とする。
【0009】
この発明によれば、素材を素材挿入孔に挿入する工程では、案内面が素材の外周面に当接することで、素材の挿入方向が規制もしくは矯正される。このため、素材の軸線と、素材挿入孔の軸線との傾斜が抑制され、素材と素材挿入孔との同心度が維持される。したがって、素材の成形精度が高められて歪みなどが抑制され、製品品質が向上する。
【0010】
また、案内面と素材の膨張領域とが、円周方向の異なる位置に配置されるように、ダイスの形状が構成されている。このため、素材の塑性加工後に素材をダイスから取り出す場合に、素材の膨張領域が、案内面に阻害されずに軸線方向に移動し、素材をダイスから確実に取り出すことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する。図2は、この発明を適用した自由押出し成形装置1の概略構成を示す正面図である。自由押出し成形装置1は、押圧ラム2と、金型3と、突き出しラム4とを備えている。前記押圧ラム2は、軸部材(素材)5を金型3側に押圧するための機構である。この押圧ラム2は、油圧シリンダーなどの駆動機構(図示せず)により、軸線A1方向に往復移動する。
【0012】
前記金型3は軸部材5を塑性加工(言い換えれば絞り加工または冷間鍛造)するための機構であり、金型3は、押圧ラム2と突き出しラム4との間に配置されている。この金型3は、コンテナ6と、第1ダイス7および第2ダイス8とを備えている。コンテナ6には前記軸線A1を中心とする取付穴9が貫通して形成され、取付穴9に、第1ダイス7および第2ダイス8が固定されている。具体的には、第1ダイス7が押圧ラム2側に配置され、第2ダイス8が突き出しラム4側に配置されている。
【0013】
図3は、第1ダイス7の平面図、図4は、図3のIV−IV線における第1ダイス7および第2ダイス8の正面断面図、図5は、図3のV−V線における第1ダイス7および第2ダイス8の右側面断面図である。
【0014】
第1ダイス7には、軸線A1を中心とする素材挿入孔10が貫通形成されている。そして、素材挿入孔10の入口、つまり、押圧ラム2側の内面には面取部11が形成されている。この面取部11の側面断面形状はほぼ円形に構成されている。また、この面取部11には、2つの案内面12と、2つの円弧面13とが接続されている。各案内面12は、素材挿入孔10の内面に円周方向の対向する位置に形成されている。
【0015】
各案内面12は、軸線A1を中心として相互に線対称に構成されている。各案内面12の側面形状は、軸線A1上に位置する共通の点B1を曲率中心とする円弧状に構成されている。
【0016】
図1は、素材挿入孔10と軸部材5との対応関係を示す平面断面図である。図1において、軸線A1にほぼ直交する平面(つまり、素材挿入孔10の幅方向の断面)内には、軸線A1にほぼ直交する線分C1が設定されている。また、軸線A1および線分C1にほぼ直交する線分E1が設定されている。各案内面12は、軸線A1にほぼ直交する線分C1を中心とする円周方向の両側に亘って形成されている。さらに、各案内面12の内径は、軸線A1方向にほぼ同一に設定されている。
【0017】
そして、各案内面12の第2ダイス8側には、第1成形面14がそれぞれ接続されている。各第1成形面14はほぼ平坦に構成され、かつ、第1成形面14の平面形状はほぼ弾頭形状に構成されている。また、各第1成形面14同士は、軸線A1に対して所定角度で傾斜している。具体的には、各第1成形面14同士の間隔が、各案内面12側から第2ダイス8側に向けて狭められる方向に傾斜している。
【0018】
そして、各第1成形面14における第2ダイス8側の端部には、第2成形面15がそれぞれ接続されている。各第2成形面15はほぼ平坦に構成され、各第2成形面15が軸線A1を中心として線対称に配置されている。なお、各案内面12の軸線A1方向の長さはD1に設定されている。
【0019】
一方、前記円弧面13は軸線A1を中心として相互に線対称に構成されている。つまり、各円弧面13は側面断面形状がほぼ円弧状に構成され、各円弧面13は軸線A1方向の長さD1を備えている。また、各円弧面13の曲率中心は軸線A1からオフセットした位置に設定されている。具体的には、前記線分C1および軸線A1に対してほぼ直交する線分E1上において、点B1から両側に所定距離オフセットされた2つの点F1が曲率中心になっている。さらに、各円弧面13の半径は、各案内面12の半径よりも小さく設定されている。つまり、案内面12同士の線分C1方向の長さG1よりも、円弧面13同士の線分E1方向の長さH1の方が長く設定されている。
【0020】
さらにまた、各円弧面13の円周方向の両端は、各案内面12および第2成形面15に接続されている。そして、各第1成形面15と、各円弧面13の軸線A1方向の一部とにより、環状の成形ランド16が構成されている。この成形ランド16の側面断面形状は、いわゆるトラック形状、言い換えれば小判形状に構成されている。このようにして、素材挿入孔10の内面の円周方向における円弧面13以外の領域から素材挿入孔10の入口側に至る領域の間に、各案内面12が配置されている。つまり、第2成形面15の軸線A1方向の延長線上に各案内面12が配置されている。
【0021】
なお、成形ランド16の第2ダイス8側には、逃げ面17が接続されている。この逃げ面17は、塑性加工された軸部材5がスプリングバックにより変形した場合に、軸部材5と素材挿入孔10の内面との摩擦抵抗を軽減するために形成されている。この逃げ面17は、各円弧面13に接続された2つの円弧面18と、第2成形面15に接続された2つの平坦面19とを備えている。この各円弧面18の曲率中心は、各円弧面13の曲率中心よりも外側に設定されている。また、各円弧面18同士の間隔は、各平坦面19同士の間隔よりも長く設定されている。つまり、逃げ面17の側面断面形状は、成形ランド16にほぼ近似するトラック形状に構成されている。また、逃げ面17の側面断面積の方が、成形ランド16の側面断面積よりも広く設定されている。
【0022】
前記第2ダイス8には、ほぼトラック形状の素材挿入孔20が形成されている。また、前記突き出しラム4は、金型3により塑性加工された軸部材5を、金型3の外部に突き出すための機構である。突き出しラム4は油圧シリンダーなどの駆動機構(図示せず)により、軸線A1方向に往復移動される。前記軸部材5は、冷間鍛造鋼などの金属材料であり、軸部材5の幅方向の断面形状はほぼ円形に設定されている。この軸部材5の半径は、各案内面12の半径よりも若干小さく設定されている。
【0023】
つぎに、自由押出し成形装置1により軸部材5を成形する場合の動作を説明する。軸部材5を用いて製造される部品としては、ステアリングシャフトなどの自動車部品が例示される。まず、図2のように軸線A1を中心として軸部材5を配置し、かつ、図6のように、突き出しラム4を素材挿入孔20の中途部位まで挿入する。つぎに、押圧ラム2を金型3側に前進させ、押圧ラム2の押圧力により軸部材5を素材挿入孔10の内部に挿入する。すると、図1に実線で示すように、各案内面12が軸部材5の円周方向の2箇所に当接し、軸部材5の挿入方向性が付与される。
【0024】
さらに押圧ラム2が金型3側に前進し、軸部材5の先端のエッジ部が第1成形面14に当接する。すると、軸部材5に対して、線分C1方向の圧縮荷重が与えられ、軸部材5が線分C1方向に圧縮されて軸部材5が流動する。一方、上記圧縮荷重により、軸部材5の流動により線分E1方向に膨張し、円弧面13に当接する。したがって、軸部材5が成形ランド16を通過する時点で、図1に二点鎖線で示す形状に成形される。
【0025】
つまり、軸部材5の長手方向には、相互に平行な平坦面21が形成される。また、軸部材5の長手方向には、線分E1方向の両側に円弧面(膨張領域)22が形成される。このように、軸部材5は、成形ランド16により、幅方向の断面形状がほぼトラック形状、言い換えれば小判形状に塑性加工される。
【0026】
このように、軸部材5の一部を半径方向に膨張させて軸部材5が塑性加工されるため、軸部材5と第1ダイス7との接触抵抗、つまり、成形荷重が可及的に抑制されて軸部材5の座屈変形が防止される。
【0027】
そして、図7に示すように、軸部材5の長さ方向の所定位置まで塑性加工が行われた時点で押圧ラム2が停止する。ついで、押圧ラム2が金型3から離れる方向に後退するとともに、突き出しラム4が図7の上方向に移動して軸部材5が金型3の外部に突き出される。さらに、突き出しラム4が図7の下方向に移動し、かつ、突き出しラム4が第2ダイス8の外部に停止して自由押出し成形の1工程が終了する。
【0028】
上記実施例によれば、軸部材5を素材挿入孔10に挿入する工程では、各案内面12が軸部材5の外周面の2箇所に当接する。このため軸部材5の移動方向がほぼ直線状に案内もしくは矯正される。具体的には、素材挿入孔10の軸線と、軸部材5の軸線との傾斜が抑制され、素材挿入孔10と軸部材5との同心度が維持される。したがって、軸部材5の成形精度が高められて歪みなどが抑制され、製品品質が向上する。
【0029】
また、この実施例では、各案内面12と、軸部材5の円弧面22とが、円周方向の異なる位置に配置されるように、第1ダイス7の形状が構成されている。このため、軸部材5の塑性加工後に軸部材5を金型3から取り出す場合に、軸部材5の各円弧面22が、案内面12に当接することなく、各円弧面13に沿って軸線A1方向に移動し、軸部材5を第1ダイス7から確実に抜き出すことができる。
【0030】
さらに、軸部材5の成形精度が高められているため、製品の成形精度をゲージなどで全数検査する必要がない上、製品の歪みを除去する工程も不要になる。したがって、製品の製造工数および製造コストを抑制することが可能になる。
【0031】
なお、この発明は、加工前の素材の断面形状が円形以外のものにも適用可能である。また、この発明は、加工後の後の素材の断面形状がトラック形状以外のものにも適用可能である。すなわち、素材の一部が半径方向に膨張する領域を備え、かつ、素材の塑性加工後に素材が逆方向に移動してダイスから抜き取られる構成の自由押出し成形の全般に適用される。さらにこの発明は、素材挿入孔の内面に、円周方向に3箇所以上の案内面を配置して、この案内面により、素材の挿入方向を案内することも可能である。
【0033】
また、この案内面の曲率中心が、素材挿入孔の軸線上に設定されている。上記第1成形面および第2成形面により構成される素材挿入孔の幅方向の断面形状として、ほぼトラック形状を採用することが可能である。
【0034】
また、上記複数の第1成形面を相互に対向して配置し、かつ、複数の第2成形面を相互に対向して配置することが可能である。さらに、複数の第1成形面を円周方向に等間隔で配置し、かつ、複数の第2成形面を円周方向に等間隔で配置することが可能である。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、素材を素材挿入孔に挿入する工程では、案内面が素材の外周面に当接することで、素材の挿入方向が規制もしくは矯正される。このため、素材の軸線と、素材挿入孔の軸線との傾斜が抑制され、素材と素材挿入孔との同心度が維持される。したがって、素材の成形精度が高められて歪みなどが抑制され、製品品質が向上する。
【0036】
また、案内面と素材の膨張領域とが、円周方向の異なる位置に配置されるように、ダイスの形状が構成されている。このため、素材の塑性加工後に素材をダイスから取り出す場合に、素材の膨張領域が、案内面に阻害されずに軸線方向に移動し、素材をダイスから確実に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例のダイスと軸部材との関係を示す平面断面図である。
【図2】この発明の実施例の全体構成を示す正面図である。
【図3】この発明の実施例に用いられるダイスを示す平面図である。
【図4】図3のIV−IV線における正面断面図である。
【図5】図3のV−V線における右側面断面図である。
【図6】この発明の実施例の全体構成を示す正面断面図である。
【図7】この発明の実施例の全体構成を示す正面断面図である。
【符号の説明】
5 軸部材
7 第1ダイス
10 素材挿入孔
12 案内面
13 円弧面
A1 軸線
Claims (1)
- 挿入された素材の円周方向での一部を成形面によって中心側に向けて圧縮するとともに前記素材の円周方向での他の部分を外周側に膨張させる塑性加工を施した後に、前記素材が挿入時とは逆方向に移動して抜き取られる構成の自由押出し成形用ダイスにおいて、
前記素材が挿入される素材挿入孔の内面の円周方向における一部に、前記素材の外周面を接触させて前記素材の軸線と、前記素材挿入孔の軸線との傾斜を抑制する案内面が成形されるとともに、その案内面に軸線方向に接続して前記成形面が形成され、前記塑性加工による膨張によって前記素材の前記他の部分に形成される膨張領域が前記素材を抜き取る際に軸線方向に移動する円弧面が、前記案内面とは円周方向で異なる位置に設けられていることを特徴とする自由押出し成形用ダイス。
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- 1997-07-11 JP JP20216097A patent/JP3564955B2/ja not_active Expired - Fee Related
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