JP3666381B2

JP3666381B2 - 歯形鍛造部材の製造方法

Info

Publication number: JP3666381B2
Application number: JP2000335073A
Authority: JP
Inventors: 重人堀野
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: JP2002143978A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯形鍛造部材の製造方法に関し、更に詳しくは、歯形全面の寸法精度及び歯形面粗度のよい製品を安価に製造し得る歯形鍛造部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の歯形鍛造部材の製造方法として、図８に示すように、熱間鍛造によって最終製品寸法より僅かに大きな歯形を成す粗歯形部１０５を一体に備えた荒鍛造部材１００を成形し、この荒鍛造部材１００に冷間鍛造型２７０でサイジング加工を施して、最終製品である所定サイズの歯形部を備えた歯形鍛造部材を成形するようにしたものが知られている。
【０００３】
しかし、上記サイジング加工では、下型に形成した導入部２００によって歯形部の歯元に肉溜りが生じ、歯元まで歯形精度が確保できなかったり、また、潤滑のためのボンデ処理が必要であるため製造コストが高くなったりといった問題があった。さらに、歯形部端面の角部に欠肉が生じるため、後工程で歯形部端面を切削して削りだす必要があり、やはり、製造コストが高くなるといった問題があった。
【０００４】
そこで、上記問題を克服する従来の技術として、例えば、特開昭６１−２３５０３３号に示すように、熱間鍛造によって最終製品より僅かに小さな歯形を成す粗歯形部を一体に備えた荒鍛造部材を成形し、この荒鍛造部材を冷間鍛造型により挟圧して、粗歯形部背面を拡径方向へ押圧してコイニング加工を施し、歯形鍛造部材を製造するようにしたものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術では、熱間鍛造部材である荒鍛造部材の粗歯形部において、拡径方向へのコイニングの記載はあるが、軸線方向の歯高さ（いわゆる歯幅）についての処理には何ら記載がなく、従って、最終製品である歯形鍛造部材の歯高さ精度は、熱間鍛造で得られる荒鍛造部材の歯高さ精度と略同じ値となり、歯高さ精度の要求される製品の場合には、後工程で歯形部端面を切削して削りだす必要があり、製造コストが高くなるといった問題があった。
【０００６】
さらに、上記拡径方向へのコイニングの最中に、粗歯形部背面側の材料のみが拡径方向へ流動することとなるが、熱間鍛造された荒鍛造部材と冷間鍛造型との径方向のクリアランスが大きいと、歯形面が強圧されず成形される最終製品の歯形面粗度が必要十分でなく、荒鍛造部材の寸法精度管理を厳格に行うか、あるいは、比較的強い鍛造力でもって冷間鍛造を行わなければならず、何れにしても、製造コストが高くなるといった問題があった。
以上より本発明は、上記問題点を解決するものであり、歯形面精度、歯高さ精度及び歯形面粗度のよい製品を安価に製造し得る歯形鍛造部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の歯形鍛造部材の製造方法は、所定形状の初期素材に熱間鍛造を施して、粗歯形部を備えた荒鍛造部材を成形し、その後、該荒鍛造部材に冷間鍛造を施して、所定サイズの歯形部を備えた歯形鍛造部材を成形するようにした歯形鍛造部材の製造方法において、前記荒鍛造部材の粗歯形部では、その歯形を、前記歯形鍛造部材の歯形部より小さな値に設定すると共に、その軸線方向の歯高さを、前記歯形鍛造部材の歯形部より大きな値に設定する一方、前記冷間鍛造では、前記荒鍛造部材を複数のコイニング用型で挟圧して、前記粗歯形部背面を拡径方向へ押圧してコイニングすると共に、前記粗歯形部端面を軸線方向へ押圧してコイニングすることを特徴とする。
【０００８】
上記「荒鍛造部材の粗歯形部」は、その歯形の歯先円径、円周方向の歯厚を、歯形鍛造部材の歯形部より小さな値に設定する。
また、上記「複数のコイニング用型」としては、各種鍛造金型の組合わせを用いることができるが、製造性といった観点から、請求項２に示すように、前記複数のコイニング用型を、前記歯形鍛造部材の歯形部と同サイズの歯形面と、前記荒鍛造部材の粗歯形部背面に形成した係合テーパ面に係合する押圧テーパ面と、前記荒鍛造部材の歯形部端面と圧接する圧接面とを備えたコイニング用下型と、該コイニング用下型と協働するコイニング用上型とで構成することが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例により図１〜７に従って具体的に説明する。
（１）実施例１
ａ．熱間鍛造工程
「実施例１」では、初期素材として、丸棒形状の鉄系素材（ＳＣＭ４２０）を１１５０〜１２５０℃程度の熱間状態に加熱する。この加熱された鉄系素材を、熱間鍛造型（図示せず）によって上下方向から複数回強圧して荒鍛造部材１を成形する。このように成形された荒鍛造部材１は、図１，２に示すように、円盤状本体２の上下両面に中心軸３ａ，３ｂを一体に備え、また、その下面には外歯リング状の粗歯形部５が一体に形成されている。この粗歯形部５では、その歯形が最終製品寸法より小さな値に設定されている。つまり、粗歯形部５の歯形は、その歯先円径ｈ１（１３０．４±０．３ｍｍ）、円周方向の歯厚ｈ２（９．０±０．１ｍｍ）が、最終製品である歯形鍛造部材１０（図３に示す）の歯先円径Ｈ１（１３１．０±０．１ｍｍ）、円周方向の歯厚Ｈ２（９．３±０．１ｍｍ）より僅かに小さな値（Ｈ１−ｈ１＝０．６ｍｍ：Ｈ２−ｈ２＝０．３ｍｍ）に設定されている（図６参照）。また、粗歯形部５の歯高さｈ３（１８．１５±０．３ｍｍ）は、歯形鍛造部材１０の歯高さＨ３（１７．１０±０．１５ｍｍ）より僅かに大きな値（ｈ３−Ｈ３＝１．０５ｍｍ）に設定されている（図５参照）。さらに、図５に示すように、粗歯形部５の背面は、後述の背面コイニング型と係合する係合テーパ面６と、この係合テーパ面６に連続する導入湾曲面７とに形成されている。尚、上記熱間鍛造後に、荒鍛造部材に熱処理（焼準）、ショットブラスト等の処理が必要に応じて施される。
【００１０】
ｂ．冷間鍛造型構成
図４に示すように、冷間鍛造型２７は、互いに協働するコイニング用の上下の型２０，２１を備えている。この下型２１は、夫々リング状の背面コイニング型２２、端面コイニング型２３及び歯形付き型２４を備えている。そして、背面コイニング型２２外周に歯形付き型２４が配置され、両型２２，２４間に端面コイニング型２３が移動不能に嵌め込まれている。また、歯形付き型２４には、最終製品である歯形鍛造部材１０の歯形部１５と略同形状・サイズの内歯状の歯形面２４ａが形成されている。また、背面コイニング型２２には、粗歯形部５の係合テーパ面６と係合して、粗歯形部５背面を拡径方向へ押圧する押圧テーパ面２２ａが形成されている。また、端面コイニング型２３には、荒鍛造部材１の粗歯形部５端面と圧接し、粗歯形部５端面を軸線方向圧縮側へ押圧する圧接面２３ａが形成されている。
【００１１】
ｃ．冷間鍛造工程
上記構成のコイニング用の上下型２０，２１間に荒鍛造部材１を据え、この上型２０と下型２１との間で挟圧して冷間鍛造が施される（図４参照）。これにより、荒鍛造部材１の粗歯形部５の係合テーパ面６に対して背面コイニング型２２の押圧テーパ面２２ａが楔係合することにより、粗歯形部５背面が拡径方向に押圧され、粗歯形部５の歯形面が歯形付き型２４の歯形面２４ａに強圧されて拡径方向のコイニングが行われる（図５、６参照）。さらに、この拡径方向のコイニングと略同時に、荒鍛造部材１の粗歯形部５の歯形端面８に対して端面コイニング型２３の圧接面２３ａが強圧して、粗歯形部５は軸線方向に沿って圧縮され、軸線方向のコイニングが行われる（図５、６参照）。このような拡径方向及び軸線方向のコイニングの最中には、粗歯形部５の背面側の材料に加え歯形端面８側の材料が同時に歯先側に流動することとなる。
【００１２】
そして、図５に示すように、拡径方向に移動量ａ｛（歯先円径Ｈ１−歯先円径ｈ１）／２＝０．３ｍｍ｝及び軸線方向に移動量ｂ（歯高さｈ３−歯高さＨ３＝１．０５ｍｍ）でもってコイニングが終了し、所定の寸法・サイズの歯形部１５を一体に備えた歯形鍛造部材１０（図３，７に示す）が成形される。この歯形部１５では、表１に示すように、歯形面精度±０．１、歯高さ精度±０．１５及び歯形面粗度１２．５Ｚを示し、これら各精度は、歯形としての製品機能上満足し得る値である。尚、上記移動量ｂは、１．５〜０．８ｍｍの範囲内で適宜設定される。また、上記移動量ａは、０．１〜０．５ｍｍの範囲内で適宜設定される。移動量ａが０．１ｍｍ未満であると荒鍛造部材１の寸法精度を厳しく管理する必要が生じ、０．５ｍｍを超えると歯形面が強圧されず、最終製品の必要十分な歯形面粗度が得られないためである。また、移動量ａは、荒鍛造部材１の寸法精度及び最終製品の歯形面粗度及び型決めのしやすさ（冷間型に対する荒鍛造部材の装入作業性）に加え、冷間鍛造型の鍛造力を考慮すると、より好ましくは０．１５〜０．４５ｍｍである。
【００１３】
【表１】

【００１４】
（２）実施例２
「実施例２」は、実施例１と同様にして、熱間鍛造工程後の冷間鍛造工程において拡径方向へのコイニング及び軸線方向へのコイニングによって歯形鍛造部材を成形するタイプであるが、拡径方向へのコイニングの移動量ａを０．５ｍｍに設定してある点で実施例１と異なる。この実施例２では、表１に示すように、歯形側面精度±０．１、歯高さ精度±０．１５及び歯形面粗度１２．５Ｚを示し、これら各値は、実施例１と同様にして、歯形としての製品機能上満足し得る値である。
【００１５】
（３）比較例１
「比較例１」は、熱間鍛造工程後の冷間鍛造工程において拡径方向へのコイニングのみによって歯形鍛造部材を成形する点で実施例１，２と異なる。また、実施例１と同様にして、拡径方向へのコイニングの移動量ａは０．３ｍｍに設定してある。この比較例１では、表１に示すように、歯形側面精度±０．２、歯高さ精度±０．８及び歯形面粗度２５Ｚを示し、実施例１，２と比べ、歯形高さ精度が極端に劣った値であり、歯形高さ精度が厳しく要求される製品としては採用できない。
【００１６】
（４）比較例２
「比較例２」は、比較例１と同様にして、熱間鍛造工程後の冷間鍛造工程において拡径方向へのコイニングのみによって歯形鍛造部材を成形するタイプであり、実施例２と同様にして、拡径方向へのコイニングの移動量ａは０．５ｍｍに設定してある。この比較例２では、表１に示すように、歯形側面精度±０．３、歯高さ精度±０．８及び歯形面粗度５０Ｚを示し、比較例１と同様にして、歯形高さ精度が極端に劣った値であり、さらに、実施例１，２及び比較例１と比べ、歯形面粗度が極端に劣った値であり、歯形としての製品機能上満足し得る値ではない。
【００１７】
（５）実施例の効果
このような歯形鍛造部材の製造方法では、冷間鍛造工程においてコイニング加工のみで最終製品である歯形鍛造部材を仕上げるようにしたので、従来のサイジング加工をもって仕上げるものに比べ、歯元の肉溜りや歯先角部の欠肉が発生することなく歯形面精度のよい歯形鍛造部材を成形できる。従って、後工程で切削加工やバリ取り加工等を施す必要がなく、さらに、安価な油潤滑でもって冷間鍛造を行うことができ、製造コストを極力抑えることができる。
【００１８】
また、本実施例では、冷間鍛造工程において、荒鍛造部材１の粗歯形部５に対して拡径方向へのコイニングと同時に軸線方向へのコイニングを施し、このコイニングの最中に、粗歯形部５の背面側の材料に加え歯形端面８側の材料を同時に歯先側に流動させるようにしたので、比較例１，２に示すように、拡径方向へのみのコイニングでもって仕上げるタイプに比べ、移動量ａが比較的大きな値であっても、強力な鍛造力を必要とせず粗歯形部をコイニング用の上下の型間で強圧することができ、製品機能上満足し得る歯形面精度、歯高さ精度及び歯形面粗度を有する歯型部１５を備えた歯形鍛造部材１０を成形することができる。つまり、荒鍛造部材１の寸法精度を厳しく管理することなく、最終製品の各寸法精度及び面粗度のよい歯形鍛造部材１０を成形することができる。また、本実施例では、荒鍛造部材１の粗歯形部５の背面を、コイニング用の下型２１の押圧テーパ面２２ａと係合する係合テーパ面６と、この係合テーパ面６と粗歯型部５の歯形端面８とを連続させる導入湾曲面７とで形成してあるので、コイニングの最中に、粗歯形部５背面側の材料及び歯形端面８側の材料が円滑に粗歯形部５の歯先側に流動することとなり、よりスムースに冷間鍛造を行い得る。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、歯形面精度、歯高さ精度及び歯形面粗度のよい歯形鍛造部材を安価に製造することができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、より円滑に歯形鍛造部材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】荒鍛造部材の平面図である。
【図２】図１のII−II線縦断面図である。
【図３】最終製品である歯形鍛造部材の縦断面図である。
【図４】冷間鍛造工程を説明するための縦断面図である。
【図５】荒鍛造部材の粗歯形部の縦断面図である。
【図６】荒鍛造部材の粗歯形部の平断面図である。
【図７】最終製品である歯形鍛造部材の斜視図である。
【図８】従来のサイジング加工を説明する図である。
【符号の説明】
１；荒鍛造部材、５；粗歯形部、６；係合テーパ面、１０；歯形鍛造部材、１５；歯形部、２０；コイニング用上型、２１；コイニング用下型、２２；背面コイニング型、２２ａ；押圧テーパ面、２３；端面コイニング型、２３ａ；圧接面；２４；歯形付き型、２４ａ；歯形面。

Claims

所定形状の初期素材に熱間鍛造を施して、粗歯形部を備えた荒鍛造部材を成形し、その後、該荒鍛造部材に冷間鍛造を施して、所定サイズの歯形部を備えた歯形鍛造部材を成形するようにした歯形鍛造部材の製造方法において、
前記荒鍛造部材の粗歯形部では、その歯形を、前記歯形鍛造部材の歯形部より小さな値に設定すると共に、その軸線方向の歯高さを、前記歯形鍛造部材の歯形部より大きな値に設定する一方、
前記冷間鍛造では、前記荒鍛造部材を複数のコイニング用型で挟圧して、前記粗歯形部背面を拡径方向へ押圧してコイニングすると共に、前記粗歯形部端面を軸線方向へ押圧してコイニングすることを特徴とする歯形鍛造部材の製造方法。
前記複数のコイニング用型を、前記歯形鍛造部材の歯形部と同サイズの歯形面と、前記荒鍛造部材の粗歯形部背面に形成した係合テーパ面に係合する押圧テーパ面と、前記荒鍛造部材の歯形部端面と圧接する圧接面とを備えたコイニング用下型と、該コイニング用下型と協働するコイニング用上型とで構成した請求項１記載の歯形鍛造部材の製造方法。