JP3666847B2 - 歯車状部材の転造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は歯車状部材の転造方法に関する。本発明は平歯車などの歯車やスプライン部品を転造する際に適用できる。
【0002】
【従来の技術】
従来より歯車状部材を転造する方法が知られている。この方法においては、素材であるブランクと、ブランクに対して転造を行なう加工歯を外周部に備えたローラダイスとを用い、ローラダイスを回転させつつブランクに一定の押込速度で押し込むことにより、ローラダイスの加工歯部でブランクの外周部に対して転造を行ない歯車状部材を転造することにしている。転造方法によれば、歯車状部材を短時間で製造でき、量産性に優れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記した転造方法によれば、転造初期において振動が発生し易い問題がある。殊に平歯車を転造する際には振動が大きい。そのため転造初期において、歯数を所定のピッチで割り切る割切り処理が不安定になり易い。また振動の影響により転造装置もダメージを受け易い。
【0004】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、転造初期における振動を抑制するのに有利であり、歯数を所定のピッチで割り切る割切り処理の安定化を図り得、転造装置へのダメージを少なくするのに有利な歯車状部材の転造方法を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者は歯車などの歯車状部材を転造する方法について鋭意開発を進めている。そして本発明者は開発を進める間に、転造初期における振動について以下の事項を知見した。
【0006】
即ち、転造初期の代表的な接触形態を図1(A)(B)(C)に示す。これらの図では、2個1組のローラダイス1がブランク4を挟むように配置されているが、一方のローラダイスは省略して図示されている。
【0007】
図1(A)は、ローラダイス1の加工歯10が1歯のみブランク4の外周部に接触する形態(ローラダイス1の押込量:Δ1)を示す。図1(B)は、加工歯10が2歯、ブランク4の外周部に接触する形態(ローラダイス1の押込量:Δ2)を示す。図1(C)は、加工歯10が3歯、ブランク4の外周部に接触する形態(ローラダイス1の押込量:Δ3)を示す。
【0008】
転造開始時において振動が大きいのは、微視的にみれば、転造初期においてはローラダイスの加工歯とブランクの外周部との接触が連続して行われず、転造荷重の発生が間欠的になるためと考えられる。
【0009】
即ち、図1(A)に示すように加工歯10が1歯のみ接触しているときには加工荷重が断続的となり、加工歯10がローラダイス1の周方向に僅かに変位すれば、加工荷重0の状態が発生する。これが振動発生の主因となる。
【0010】
図1(B)に示すように加工歯10が2歯接触すれば、加工荷重の変動はあるものの加工荷重0の状態は避けられ、振動は抑制される。
【0011】
図1(C)に示すように加工歯10が3歯接触すれば、加工荷重の変動も抑制され、振動もかなり小さくなる。
【0012】
そこで転造初期においてローラダイス1の押込速度の高速化を図れば、転造初期における振動を低減できることを、本発明者は知見した。特に、ローラダイス1の加工歯10の2歯以上、且つ、3歯以下がブランク4の外周部に接触するまでの間において、ローラダイス1の押込速度の高速化を図れば、転造初期における振動を低減し易いことを、本発明者は知見した。
【0013】
本発明は上記した知見に基づいてなされたものである。
【0014】
即ち本発明に係る歯車状部材転造方法は、ブランクと、ブランクに対して転造を行なう複数個の加工歯を外周部に備えたローラダイスとを用い、ローラダイスを回転させつつ所定の押込速度でブランクの外周部に押し込むことにより、ローラダイスの加工歯部でブランクの外周部に対して転造を行ない歯車状部材を転造する歯車状部材の転造方法において、
転造初期におけるローラダイスの押込速度を転造初期以降におけるローラダイスの押込速度よりも大きく設定しており、且つ、
前記転造初期は、前記ローラダイスの加工歯と前記ブランクの外周部との接触が、前記加工歯の2歯以上3歯以下の接触状態になるまでの押込深さをもつ領域であることを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明方法においては、『押込速度』とはローラダイスがブランクの中心に向かって移動してブランクの外周部に押し込まれる速度をいう。押込速度は、通常、[mm/sec]の単位で表すことができる。『押込量』とはローラダイスがブランクの中心に向かって移動してブランクの外周部に押し込まれる量をいう。押込量とは、通常、[mm]で表わすことができる。
【0016】
本発明方法においては、例えば、転造初期における押込速度を、転造初期以降における押込速度の2〜20倍に設定することができる。この場合、倍率の上限値及び下限値はローラダイスやブランクの回転速度、転造装置の種類、歯車の材質や種類などに応じて適宜選択できる。倍率の上限値としては18倍、15倍、10倍、8倍、6倍等を選択でき、下限値としては4倍、6倍、8倍等を選択できる。
【0017】
本発明方法においては、ローラダイスの加工歯の1歯あたりの進行量(周方向への進行量)で換算したローラダイスの押込量について、転造初期以降(即ち転造中期、転造終期)の値よりも、転造初期の値が大きくなるように、転造初期の押込速度を大きく設定することが好ましい。
【0018】
加工歯の1歯あたりの進行量で換算したローラダイスの押込量について、転造初期の値が転造初期以降の値の2〜20倍となるように、転造初期の押込速度を設定することができる。この場合、倍率の上限値及び下限値はローラダイスやブランクの回転速度、転造装置の種類、歯車の材質や種類などに応じて上記した範囲の任意値を適宜選択でき、上限値としては18倍、15倍、10倍、8倍、6倍等を選択でき、下限値としては4倍、6倍、8倍等を選択できる。
【0019】
本発明方法においては、転造初期以降においては、ローラダイスの押込速度は、押込量が増加しても実質的に一定にすることができる。
【0020】
本発明方法においては、ローラダイスがブランクを挟むように2個1組設けられており、製造する歯車状部材の軸直角モジュール(以下、単にモジュールという)をM[mm]としたとき、ローラダイスによる1回当たり押込量が(0.13×M)[mm]以上であり且つ(0.20×M)[mm]未満となるように、転造初期以降におけるローラダイスの押込速度[mm/sec]の値が設定されていることが好ましい。この場合、上限値および下限値としては、ローラダイスやブランクの種類、転造設備などの要因に応じて上記範囲の任意値を選択できる。例えば、上限値としては0.19M,0.18Mを採用することができ、下限値としては0.14M,0.15Mを採用することができるが、これらに限定されるものではない。なお、軸直角モジュールとは歯車状部材の軸直角方向の断面におけるモジュールをいう。
【0021】
上記した設定範囲であれば、ローラダイスの加工歯の負荷面圧が低減すると共に、ローラダイスの加工歯の歯元応力が低減し、ローラダイスの長寿命化を図り得る。
【0022】
ここで、『ローラダイスによる1回当たり押込量』とは、2個1組のローラダイスの場合にはブランク半回転当たりにローラダイスが押込方向へ進む距離を意味し、また、1個のローラダイスの場合にはブランク1回転当たりにローラダイスが押込方向へ進む距離を意味する。
【0023】
また本発明方法においては、転造初期とは、転造開始から、ローラダイスの加工歯とブランクの外周部との接触が加工歯の2歯以上で3歯以下の接触状態に到達するまでの押込深さをもつ領域と定義することができる。この場合、3歯接触状態での押込み深さは、好ましくは、ローラダイスの歯丈寸法のうちの40%以下とする。
【0024】
なお本発明方法においては、転造は熱間転造、冷間転造、温間転造のいずれでも良い。ローラダイスとしては、ブランクを挟むように2個1組設けられていることが好ましいが、場合によっては1個の場合でも良い。
【0025】
【実施例】
以下、図2〜図7を参照して実施例について説明する。符号は前記したものと同一とする。本実施例では図2から理解できるように、ローラダイス1は金属製(通常:鋼系)のブランク4を挟むように2個1組設けられている。ローラダイス1の回転方向を矢印X3として、ブランク4の回転方向を矢印X4として示す。ブランク4はローラダイス1と逆方向に回転する。
【0026】
2個1組のローラダイス1は同方向つまり矢印X3方向に回転しつつ、ブランク4の外周部に対して所定の押込速度で矢印X1方向に押し込まれて転造が行われ、これにより転造歯部が創成され、転造歯車が製造される。従って本実施例においては『押込』とはローラダイス1が矢印X1方向へ変位することと定義する。
【0027】
本実施例においては、転造初期におけるローラダイス1の押込速度[mm/sec]は、転造初期以降(つまり転造中期および転造終期)におけるローラダイス1の押込速度[mm/sec]よりも大きく設定されている。具体的には、ローラダイス1の押込速度については、転造初期の値は、転造初期以降の値の2〜20倍のうちの所定の倍率に設定されている。
【0028】
このような本実施例においては、円周方向に進む加工歯10の1歯当たりの進行量(円周方向進行量)で換算した矢印X1方向(押込方向)へのローラダイス1の押込量をδとしたとき、δについては、転造初期以降(つまり転造中期および転造終期)の値よりも、転造初期の値が大きくなるようにされている。
【0029】
具体的には、転造初期のδの値は、転造初期以降のδの値の2〜20倍のうちの所定の倍率となるように、転造初期以降のδの値よりも大きく設定されている。
【0030】
さらに、ブランク4から平歯車を転造する形態を示す実施例に基づいて、計算値、計算値のグラフおよび本発明者が行った試験について、更に説明を加える。
【0031】
(求め方)
図3は転造開始の際においてローラダイス1(中心:O1)の加工歯10がブランク4(中心:O2)の外周部に接触し始めた形態を示す。中心O1と中心O2とを結ぶ仮想線をMとする。r1 はローラダイス1の加工歯10の歯先の半径を示す。r2はブランク4の外周部の半径を示す。ω1 はローラダイス1の回転速度を示し、ω2はブランク4の回転速度を示す。
【0032】
押込初期において転造荷重の変動を小さくするためのローラダイス1の押込条件を、図3に基づいて本発明者は次のように考察した。ローラダイス1の加工歯10の任意の1歯に着目する。まず、ブランク4の外周部にローラダイス1がすでに押込量Δぶん押し込まれたと仮定する。このときのローラダイス1の中心をO1とする。この状態で加工歯10Aの歯先とブランク4との接触が始まる接触点をPとする。このローラダイス1の加工歯10Aの歯先の接触点Pが角度θ1 ’回転して位置P’となる間に、ローラダイス1が矢印X1方向にδぶん押し込まれ、ローラダイス1の中心がO1からO1’となったとする。このδの押込中にローラダイス1の次の加工歯10の歯先がブランク4の外周部と接した点を接触点Q’とする。
【0033】
接触点Pと中心O1と仮想線Mとがなす角をθ10とする。接触点Q’と中心O1’と仮想線Mとがなす角をθ10’とする。接触点Pと中心O1と接触点P’とがなす角をθ1 ’とする。
【0034】
接触点Pと中心O2と仮想線Mとがなす角をθ20とする。接触点Q’と中心O2と仮想線Mとがなす角をθ20’とする。接触点Pと中心O2と接触点P’とがなす角をθ2 ’とする。
【0035】
転造初期における転造荷重の変動を小さく抑え、振動を抑制するためには、ローラダイス1とブランク4との接触点Q’を維持しつつ、接触点P’がブランク4の外周部から離脱しないような押込量をローラダイス1に与える必要がある。換言すれば、接触点P’と接触点Q’との接触が維持される押込量をローラダイス1に与える必要がある。更に換言すれば、ローラダイス1の加工歯10が2歯以上、3歯以下、ブランク4の外周部に接触するような押込量を最小限、ローラダイス1に与える必要がある。
【0036】
従って上記した任意の押込量Δが与えられていたとき、接触点P’と接触点Q’との双方の接触を維持でき、転造初期における振動の低減効果を発揮するのに必要なローラダイス1の最少押込量であるδを求める。つまり本実施例に係るδは、転造初期における振動抑制効果を実現できるように、ローラダイス1の加工歯10が円周方向へ約1ピッチ(角度でθ1’)進む進行量で換算したローラダイス1の押込量を意味する。
【0037】
・ローラダイス1のある加工歯10の歯先が、押込量Δぶん押し込まれた状態で、加工歯10の歯先が接触点Pでブランク4の外周部に接触しているとき、次の(1)〜(3)が成立する。ここで、L12を、初期の押込量Δぶん押し込まれている状態におけるローラダイス1の中心O1とブランク4の中心O2とを結ぶ距離とする。L12は、ローラダイス1の加工歯10の歯先の半径r1 とブランク4の半径r2 との総和から初期の押込量Δぶん差し引いた値であるため、次の(1)が成立する。
【0038】
L12=r1 +r2 −Δ ……(1)
L12=r1 cos θ10+r2 cos θ20……(2)
θ20≒(r1 /r2 )×θ10 ……(3)
r1 およびr2が既知であるから押込量Δが与えられれば、(1)よりL12が求まり、(2)(3)式より、θ10は決まる。
【0039】
・接触点Pがθ1 ’回転して接触点P’となったとき次の加工歯10の歯先の接触点Q’がブランク4の外周部に接触した時接触点においては、つまりローラダイス1が接触点P’およびQ’の双方でブランク4の外周部に接触しているとき、接触点Q’においては次の(4)〜(7)が成立する.
r1 sin θ10’=r2 sin θ20’ ……(4)
θ20’≒(r1 /r2 )×θ10’ ……(5)
θ10’≒(2π/ΖR )−θ1 ’+θ10 ……(6)
(4)〜(6)式より θ1 ’、θ10’、θ20’を順次求める。
【0040】
ZRとはローラダイス1の歯数を意味する。
【0041】
ローラダイス1の中心O1’とブランク4の中心O2とを結ぶ距離L12’は、
L12’=r1 cos θ10’+r2 cos θ20’ …(7)
ゆえにローラダイス1とブランク4との接触点Q’の接触を確保しつつ、接触点Pがθ1 ’ぶん回転して接触点P’となるとき(転造初期における振動低減効果が得られるとき)におけるローラダイス1の押込量δは、
(1)、(5)、(6)、(7)式より、
δ=r1 +r2 −Δ−r1 cos[(2π/ΖR)−θ1 ’+θ10]
−r2 cos{[(2π/ΖR )−θ1 ’+θ10]×(r1 /r2 )}…(8)
またローラダイス1の回転速度をω1 としたときのローラダイス1の押込速度Vは、
V=δ/(θ1 ’/ω1 ) …(9)
上記のようにして求めた各押込量Δに対するδの計算値の結果を、転造歯車の歯数が22および30のときを例にとって、図4に示す。図4において特性線A1は転造歯車の歯数Zが22のときを示す。特性線A2は転造歯車の歯数Zが30のときを示す。
【0042】
図4の特性線A1,A2に示すように押込量Δの値が0mmから0.5mmに向かうときにはδの値が次第に増加し、Δが約0.5mmのときδの値が最大値となり、Δの値が0.5mmよりも大きくなると、δの値が次第に低下するような山型の特性を示す。
【0043】
なお図4において特性線CA1、CA2は従来技術に係り、加工歯の1歯あたり円周方向に進む進行量で換算したローラダイスの押込量を示す。具体的には、特性線CA1は転造歯車の歯数Zが22のときの押込量(0.056mm)を示し、特性線CA2は転造歯車の歯数Zが30のときの押込量(0.041mm)を示す。
【0044】
また上記した転造初期における振動低減効果を発現できるδを得るためのローラダイス1の押込速度V[mm/sec]の計算値について、ローラダイスの回転速度が約90rpmの場合を例にとって、図5に示す。図5において特性線B1は転造歯車の歯数Zが22のときを示し、特性線B2は転造歯車の歯数Zが30のときを示す。
【0045】
図5の特性線B1,B2に示すようにΔの値が0mmから次第に増加するにつれて、つまり押込量Δの値が増加するにつれて、押込速度Vが次第に減少する下降傾斜特性を示す。殊に図5の特性線B1,B2に示すように直線的に減少する特性を示す。
【0046】
なお図5において特性線CB1、CB2は従来技術に係るローラダイス1の押込速度を示し、特性線CB1は転造歯車の歯数Zが22のときの押込速度[4.9mm/sec]を示し、特性線CB2は転造歯車の歯数Zが30のときの押込速度[3.9mm/sec]を示す。
【0047】
本実施例によれば、上記した図4に示す結果によると、転造初期の転造荷重の変動を小さくし振動を小さくする効果を得るためには、δとしては、ローラダイス1の押込量Δが0mmから(1.5〜1.8)mmの領域に到達するまでは、従来技術(特性線CA1,CA2)よりも、δの値をかなり大きくする必要がある。
【0048】
即ち、転造歯車の歯数Zが22のときには、図4の特性線A1から理解できるように、ローラダイス1の押込量Δが0mmから1.8mm程度に到達するまでは、δの値を従来技術よりもかなり大きくする必要がある。具体的には、図4の特性線A1から理解できるようにΔが0mmのときにはδの値が約0.5mmから始め、Δが約0.5mmのときにはδの値が約0.6mmとし、Δが約1mmのときにはδの値が約0.45mmとし、Δが約1.5mmのときにはδの値が約0.25mmとし、Δが約1.8mmのときにはδの値が約0.1mmとする。このようにすれば、転造初期における振動低減効果が得られる。
【0049】
また転造歯車の歯数Zが30のときには、図4の特性線A2から理解できるように、Δが0mmのときにはδの値が約0.4mmから始め、Δが約0.5mmのときにはδの値が約0.48mmとし、Δが約1mmのときにはδの値が約0.3mmとし、Δが約1.5mmのときにはδの値が約0.1mm〜0.08mmとする。このようにすれば、転造初期における振動低減効果が得られる。
【0050】
ローラダイス1の押込速度Vの値については、図5の特性線B1から理解できるように、ローラダイス1の押込量Δが0mmから1.8mm程度に到達するまでは、従来技術(特性線CB1,CB2)の押込速度の値よりもかなり大きくする必要がある。
【0051】
具体的には、転造歯車の歯数Zが22のときには、図5の特性線B1から理解できるようにΔが0mmのときにはVの値は約88mm/secから始め、Δが約0.5mmのときにはVの値が約70mm/secとし、Δが約1mmのときにはVの値が約45mm/secとし、Δが約1.5mmのときにはVの値が約20mm/secとし、Δが約1.8mmのときにはVの値が約8mm/secとする。このようにすれば、転造初期における振動低減効果が得られる。
【0052】
また転造歯車の歯数Zが30のときには、図5の特性線B2から理解できるようにΔが0mmのときにはVの値は約70mm/secから始め、Δが約0.5mmのときにはVの値が約52mm/secとし、Δが約1mmのときにはVの値が約28mm/secとし、Δが約1.5mmのときにはVの値が約9mm/sec〜6mm/secとする。このようにすれば、転造初期における振動低減効果が得られる。
【0053】
なお、上記したように転造初期においてローラダイス1の押込速度を高速化する高速押込処理に係るΔの値は、転造歯車を転造する際におけるローラダイス1の全押込量のうちの約40%以下とされている。その主たる理由は、押込量が歯丈の40%を越えると、ダイスの応力負荷に対するダイス押込速度向上の影響が大きくなるからである。
【0054】
(試験例)
本発明者は実際に試験を行った。試験においては、図4および図5に示すように転造歯車の歯数Zが22のときには、δの値を0.2mmとし、転造初期の押込速度Vを20mm/secと、従来技術に係る押込速度よりもかなり高速化した。転造歯車の歯数Zが30のときにはδの値を0.25mmとし、転造初期の押込速度Vを20mm/secとし、従来技術に係る押込速度よりもかなり高速化した。
【0055】
今回の試験において転造初期におけるδおよびVの値を上記計算値まで充分に大きくできなかったのは、本発明者が用いた転造装置の制約によるものである。制約がなければ、更に高速化することが初期振動抑制には好ましい。なお本試験例で製造する転造歯車のモジュールは3.12[mm]である。
【0056】
試験中における諸データの観測を行い、これを図6(横軸:時間)に示す。図6において、ローラダイス1の押込変位を特性線Sとして示し、ローラダイス1の工具台の押込荷重をWとして示し、ブランク4の外周部の温度をTとして示す。図6の特性線Sにおいて、SAは上記したようにローラダイス1の押込速度を高速化して押し込みを行う高速押込処理を示す。SBは転造初期における高速の押込速度を減速した押込速度で押し込みを行う非高速押込処理を示す。SCはサイジング処理を示す。従って転造初期においては高速押込処理を実行し、転造初期以降においては非高速押込処理を実行し、その後サイジング処理を実行する。サイジング処理とは、ローラダイス1を回転させつつも、ローラダイス1の押込速度を実質的に0または0付近とし、転造歯車の転造歯部の整形を行う処理をいう。
【0057】
本試験例に係る非高速処理SBにおいては、ローラダイス1の押込速度Vは図5に示す従来技術に基づいて、つまり転造歯車の歯数が22のときには特性線CB1に基づいて5mm/secとした。転造歯車の歯数が30のときには特性線CB2に基づいて4mm/secとした。
【0058】
上記した試験例によれば、転造初期での高速押込処理SAにおいては、従来技術に係る転造初期に比較して振動がかなり抑えられていた。
【0059】
上記した試験例では、設備上の制約により前述したように転造初期のδ、Vの値を図4および図5に示す上記計算値まで充分に大きくしていない。しかしながら設備性能が許せば、図4の特性線A1,A2、図5の特性線B1,B2に示す特性を満たすように、ローラダイス1の一層の高速押込を行うことができる。
【0060】
上記した試験例に係る非高速押込処理においては、転造歯車のモジュールをM[mm]としたとき、ローラダイス1による1回当たりの押込量が0.13M(0.13×転造歯車のモジュール)以上であり且つ0.20M(0.20×転造歯車のモジュール)未満となるような領域に、ローラダイス1の押込速度[mm/sec]を設定して行っている。
【0061】
その理由は次のようである。即ち本発明者はローラダイス1の押込速度とローラダイス1の作用する負荷との関係を調べ、図7に示す負荷特性を知見した。図7の横軸の下側はブランク半回転あたりのローラダイスの押込量を示し、図7の横軸の上側はローラダイス1の押込速度を示す。また図7の縦軸の右側はローラダイス1の加工歯10の歯面における面圧変化比を示し、縦軸の左側は加工歯10の歯元応力変化比を示す。
【0062】
図7において特性線R1は、所定の面圧を1としたとき、ローラダイス1の加工歯10の面圧変化比の状況を示す。特性線R2は所定の応力を1としたときにおいて、ローラダイス1の加工歯10の歯元応力の変化比の状況を示す。
【0063】
図7の特性線R1から理解できるように、ローラダイス1の押込速度が増加すると、ローラダイス1の加工歯10の面圧変化比は次第に低下し、歯面における面圧が低下する。一方、図7の特性線R2から理解できるようにローラダイス1の押込速度が増加すると、ローラダイス1の加工歯10の歯元応力変化比が増加し、歯元応力が増加する。
【0064】
図7の特性線R1,R2から判断すると、加工歯10の面圧のレベルと歯元応力のレベルとの双方の緩和を図るためには、2個1組のローラダイス1により非高速押込領域を実行するときには、転造歯車のモジュールをM[mm]としたとき、ブランク半回転あたりのローラダイス1の押込量が(0.13×M)[mm]以上であり且つ(0.20×M)[mm]未満となるように、ローラダイス1の押込速度[mm/sec]の値を設定することが好ましい。この領域を負荷低減範囲として図7に示す。
【0065】
上記した負荷低減範囲で転造時の非高速押込領域を実行すれば、加工歯10の負荷面圧の過大化が抑えられ、ローラダイス1の加工歯10の表面損傷が低減する。また加工歯10の歯元応力の過大化が抑えられ、加工歯10の歯元の損傷が低減される。これによりローラダイス1の長寿命化を図り得る。
【0066】
なお本試験例においては、非高速押込処理における押込速度の値は、ローラダイス1の押込量が増加しても実質的に一定である。
【0067】
上記した非高速押込領域におけるローラダイス押込深さ範囲は、転造時におけるローラダイスの全押込量のうちの約40%以上が好ましく、50%以上がより好ましい。その主たる理由は、全押込量の0〜40%まではダイスの押込みを大きくする必要が図4より認められるからである。
【0068】
(ローラダイス1の回転速度)
ローラダイス1の回転速度NR[rpm]は 転造初期における振動を抑制するためのローラダイス1の押込速度に影響を与える。
【0069】
図2において、2個一対のローラダイス1がブランク4の外周部で、点a,bで接触していた状態から矢印X1方向に押し込まれる。Δ0は、転造初期における振動低減効果を得ることのできるように、ローラダイス1が矢印X1方向に押し込まれる距離を意味する。
【0070】
ここで次の(A−1)が成立する。
【0071】
Δ0=一方のローラダイス1の押込前の中心OLと押込後の中心OL’との差
= 他方のローラダイス1の中心押込前の中心ORと押込後の中心OR’との差 ……(A−1)
ブランク4の1分間あたりの回転速度をNB[rpm]とし、ブランク4つまり転造歯車の歯数をZB[個]とする。ローラダイス1の1分間あたりの回転速度をNR[rpm]とし、ローラダイス1の加工歯10の数をZR[個]とする。
【0072】
ここで次の(A−2)(A−3)が成立する。
【0073】
NB×ZB = NR×ZR……(A−2)
NB [rpm] = NR×(ZR/ZB)……(A−3)
そして(NB/60)がブランク4の1秒間の回転速度とすると、ブランク4が半回転する時間t[sec]は、次の(A−4)で示される。
【0074】
t=[1/(NB/60)]×(1/2)=30/NB=(30×ZB)/(NR×ZR)[sec]……(A−4)
このとき転造開始時において加工歯10が2歯〜3歯接触しており、転造初期の振動を低減できるローラダイス1の最適な押込量を確保するための押込速度Vを求めると、次の(A−5)となる。
【0075】
V =振動低減に最適なローラダイス1の押込量/時間 =Δ0 /t[mm/sec]
=[Δ0×NR×ZR]/[30×ZB][mm/sec]……(A−5)
転造初期における振動を低減できるローラダイス1の最適な押込量を確保するにあたり、上記した(A−5)に基づけば、ローラダイス1の回転速度NRを小さくすれば、ローラダイス1の押込速度も小さくすることができる。また、ローラダイス1の回転速度NRを大きすれば、ローラダイス1の押込速度を大きくすることができる。
【0076】
しかしながらローラダイス1の回転速度NR[rpm]を小さくしてローラダイス1の押込速度を小さくした場合には、熱間転造の場合には、ブランク4の表面温度が適温域よりも降下し易くなるため好ましくない。そこで転造歯車を熱間転造で製造する場合には、ブランク4の表面温度の降下を抑えるべく、ブランク4の材質にもよるがローラダイス1の回転速度NRを50〜500rpm、特に90〜300rpmとすることが好ましい。
【0077】
(付記)
上記した記載から次の技術的思想も把握することができる。
【0078】
・ローラダイスの転造開始時からの押込量Δをグラフの横軸が示し、加工歯の1歯あたり進む進行量で換算したローラダイスの押込量δをグラフの縦軸が示すとき、(図4の特性線A1,A2に例示するように、)Δが0mmから次第に増加するにつれてδの値が増加し、δの値が最大値を呈し、その後、最大値を経てδの値が次第に低下するような山型の特性を示すような形態を奏する押込速度で、
転造初期においてローラダイスをブランクの外周部に押し込むことを特徴とする各請求項1に記載の転造方法。
【0079】
・図4に例示したように、加工歯の1歯あたり進む進行量で換算したローラダイスの押込量δの値の最大値は、ローラダイスの押込量Δの値が0.3〜0.8mmのときに得られるように設定されていることを特徴とする各請求項1に記載の転造方法。
【0080】
・図4に例示したように、加工歯の1歯あたり進む進行量で換算したローラダイスの押込量δの値の最大値は、転造時のローラダイスの全押込量のうちの5〜20%のときに得られるように設定されていることを特徴とする各請求項1に記載の転造方法。
【0081】
・グラフの横軸がローラダイスの押込量Δを示し、グラフの縦軸がローラダイスの押込速度Vを示すとき、(図5の特性線B1,B2に例示するように、)Δが0mmから次第に増加するにつれてローラダイスの押込速度Vが次第に減少する下降傾斜特性を示すような押込速度で、転造初期にローラダイスをブランクに押し込むことを特徴とする各請求項に記載の転造方法。
【0082】
・転造初期においてローラダイスの押込速度を高速化した高速押込速度で高速押込処理を実行し、その後、ローラダイスの押込速度を減速し、減速した押込速度で非高速押込処理(通常押込速度で押し込む処理)を実行し、その後サイジング処理を実行することを特徴とする各請求項に記載の転造方法。
【0083】
・転造初期においてローラダイスの押込速度を高速化した一定の高速押込速度で高速押込処理を実行し、その後、ローラダイスの押込速度を減速し、減速した一定の押込速度で非高速押込処理(通常押込速度で押し込む処理)を実行し、その後サイジング処理を実行することを特徴とする各請求項に記載の転造方法。
【0084】
・転造初期において高速押込処理を実行し、その後、非高速押込処理(通常押込速度で押し込む処理)を実行し、高速押込処理においてはローラダイスの押込速度[mm/sec]を高速化を維持しつつも次第に低下させることを特徴とする各請求項に記載の転造方法。
【0085】
ここで高速押込処理を行う範囲は、ローラダイスの加工歯の負荷が過大とならぬように、ダイス歯の歯丈寸法のうちの40%以下にすることが好ましい。
【0086】
・ブランクの少なくとも外周部を熱間状態とし、熱間転造で歯車状部材を転造する各請求項に記載の転造方法。
【0087】
・転造初期において、ブランクに対するローラダイスの押込速度は、1回当たりの加工量として0.4M[mm]〜4.0M[mm]、特に0.4M[mm]〜1.6M[mm]に設定されている各請求項に記載の転造方法。
【0088】
・転造初期以降において、ブランクに対するローラダイスの押込速度は1回あたりの加工量として0.13M[mm]〜0.2M[mm]に設定されている各請求項に記載の転造方法。
【0089】
・ローラダイスの回転速度NRを50〜500rpmの範囲内、特に90〜300rpmの範囲内としている各請求項に記載の転造方法。
【0090】
【発明の効果】
本発明方法によれば、転造初期におけるローラダイスの押込速度の値を転造初期以降におけるローラダイスの押込速度の値よりも大きく設定しているため、転造初期における振動を抑制することができる。故にブランクに対する歯数の割切り処理を安定的に良好に行うことができる。また振動を抑制できるため、転造装置に対するダメージも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】転造初期におけるローラダイスの加工歯とブランクとの各接触形態を説明するための構成図である。
【図2】転造初期におけるローラダイスとブランクとの接触形態を模式的に示す構成図である。
【図3】転造初期におけるローラダイスの加工歯とブランクとの接触形態を示すものであり、計算を行うための構成図である。
【図4】ローラダイスの押込量Δと、ローラダイスの加工歯の1歯が進む際のローラダイスの押込量δとの関係を示すグラフである。
【図5】ローラダイスの押込量Δとローラダイスの押込速度との関係を示すグラフである。
【図6】試験時におけるローラダイスの押込変位、ローラダイスの工具台の押込荷重、ブランクの外周部の温度を示すグラフである。
【図7】ローラダイスの押込速度と面圧変化比および歯元応力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
図中、1はローラダイス、10は加工歯、4はブランクをそれぞれ示す。
Claims (1)
- ブランクと、前記ブランクに対して転造を行なう複数個の加工歯を外周部に備えたローラダイスとを用い、前記ローラダイスを回転させつつ所定の押込速度で前記ブランクの外周部に押し込むことにより、前記ローラダイスの加工歯部で前記ブランクの外周部に対して転造を行ない歯車状部材を転造する歯車状部材の転造方法において、
転造初期における前記ローラダイスの押込速度を前記転造初期以降における前記ローラダイスの押込速度よりも大きく設定しており、且つ、
前記転造初期は、前記ローラダイスの加工歯と前記ブランクの外周部との接触が、前記加工歯の2歯以上3歯以下の接触状態になるまでの押込深さをもつ領域であることを特徴とする歯車状部材の転造方法。
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