JP3746828B2 - 円筒状部品の製造方法 - Google Patents

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    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K21/00Making hollow articles not covered by a single preceding sub-group
    • B21K21/08Shaping hollow articles with different cross-section in longitudinal direction, e.g. nozzles, spark-plugs

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間鍛造加工を用いて円筒状部品を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
略円筒形状の円筒部を有する円筒状部品の製造方法として、プレスによる冷間鍛造加工を利用する方法がある。特開平5−305381号公報には、円筒状部品を上記のように冷間鍛造加工によって製造する方法が記載されており、このような冷間鍛造加工によれば、切削加工で製造したり複数の部品を溶接などで一体的に固設したりする場合に比較して、材料歩留りが優れているとともに高い生産性が得られるなどの利点がある。
【0003】
図1の(f) に示す円筒状部品30は、軸方向寸法が比較的短いテーパ円環形状を成すもので、テーパ角θが略等しいテーパ外周面32およびテーパ内周面34と、テーパ外周面32の大径端部に連続して設けられた円筒外周面36と、テーパ内周面34の小径端部に連続して設けられた円筒内周面38と、軸心と略直角な大径側端面40および小径側端面42とを備えている。このようなテーパ円環形状の円筒状部品30も、例えば円柱状素材やリング状素材などを用いて冷間鍛造加工により製造できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように冷間鍛造加工を用いて円筒状部品を製造する場合、冷間鍛造加工を行うパンチ等の金型に大きな負荷(面圧など)が掛かるため、金型寿命が短いとともに加圧能力の大きなプレス機械を用いる必要があり、全体として製造コストが高くなり、且つ消費エネルギーが大きいので設備維持費も高くなる。
【0005】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、冷間鍛造加工を行うパンチ等の金型に掛かる負荷を低減し、金型寿命を長くするとともに加圧能力が比較的低い安価なプレス機械を採用できるようにして、全体として製造コストを低減することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第1発明は、テーパ外周面およびテーパ内周面と、そのテーパ外周面の大径端部に連続して設けられた円筒外周面とを有し、全体としてテーパ円環形状を成す円筒状部品を製造する方法であって、(a) 略平坦な円板形状を成す成形素材を用意する工程と、(b) 前記成形素材の外周側を、前記テーパ円環形状のテーパ角度と略一致するようにテーパ状に曲げ加工して曲げ円環部を形成する曲げ工程と、(c) その曲げ円環部のうち前記円筒外周面の外径寸法より外側の外周縁部をしごき加工により上方へ塑性流動させて外径仕上げを行う外径仕上げ工程と、 (d) その外径仕上げが行われた前記曲げ円環部の上部を冷間鍛造加工により潰して目的とする前記テーパ円環形状とする鍛造成形工程と、(e) 少なくとも前記曲げ工程の後に中央の不要部分を抜きパンチによって打ち抜く抜き工程とを有することを特徴とする。
【0007】
発明は、前記第発明の製造方法において、前記テーパ円環形状は、テーパ内周面およびテーパ外周面が略同じテーパ角度θで、そのテーパ内周面とそのテーパ外周面との間の軸方向の肉厚寸法をdとしたとき、前記成形素材の板厚tは略d・sin(θ/2)であることを特徴とする。
【0008】
【発明の効果】
第1発明では、略平坦な円板形状を成す成形素材の外周側をテーパ状に曲げ加工し、その曲げ円環部に冷間鍛造加工を行って目的とするテーパ円環形状に成形するため、曲げ加工を行うことなく冷間鍛造加工を施す場合に比較して、冷間鍛造加工時における塑性流動量や流動距離が小さくなるとともに流動経路が単純になり、その冷間鍛造加工時の負荷が小さくなる。曲げ加工においても、本発明の場合には絞り加工の要素が含まれ、引張、圧縮変形などに起因して金属の塑性流動を伴うが、その負荷は冷間鍛造加工に比べて小さい。これにより、冷間鍛造加工のみで所定のテーパ円環形状に成形する場合に比較して、曲げ金型や鍛造金型に掛かる負荷が小さくなり、金型寿命が長くなるとともに加圧能力が低い安価なプレス機械を採用できるようになるため、円筒状部品の製造コストが全体として低減される。
【0009】
また、本発明では曲げ工程でテーパ状の曲げ円環部を形成した後に、中央の不要部分を抜きパンチによって打ち抜くようになっているため、始めから中央の不要部分が抜かれた円環形状の成形素材を用いる場合に比較して、絞り加工の要素を含む曲げ加工が好適に行われる利点がある。
【0010】
発明では、成形素材の板厚tが略d・sin(θ/2)であるため、テーパ角度がθとなるテーパ状に曲げ加工した時の軸方向の肉厚が目的とする肉厚寸法dと略等しくなり、冷間鍛造加工時の塑性変形量が少なくて鍛造金型に掛かる負荷が一層小さくなる。
【0011】
また、鍛造成形工程で素材を圧縮変形すると加工硬化によって硬度が高くなるため、素材形状を変更して圧縮変形量を増減することにより、完成部品の任意の位置での硬度を変えられる利点がある。硬度を変えることにより、部品の熱処理を不要とする効果がある。
【0012】
【発明の実施の形態】
ここで、第1発明の抜き工程は、少なくとも曲げ工程の後であれば良く、曲げ工程と鍛造成形工程との間で抜き加工を行っても良いし、鍛造成形工程の後で抜き加工を行っても良い。
【0013】
本発明の製造方法は曲げ加工および冷間鍛造加工を主体とするものであるが、必要に応じて切削加工や研削加工などの他の加工を付加して行うこともできる。上記曲げ加工や冷間鍛造加工についても、必ずしも1段階(1回のプレス工程)で行われる必要はなく、複数段階で行うようにしても良い。
【0014】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、第1発明,第発明に従って(f) に示すテーパ円環形状の円筒状部品30を製造する際の製造工程を説明する概略図で、(a) は平坦な円板形状を成す成形素材110を用意する工程である。この成形素材110の板厚tは、前記テーパ内周面34とテーパ外周面32との間の軸方向の肉厚寸法d、それ等テーパ内周面34,テーパ外周面32のテーパ角度θを用いて、d・sin(θ/2)で求められ、体積または質量(どちらでも実質的に同じ)は円筒内周面38の内側を同質の金属で埋め尽くした場合の円筒状部品30の体積または質量と略等しい。なお、円筒状部品30の高さ寸法すなわち軸方向寸法は上記肉厚寸法dと同じであり、円筒状部品30の内周縁部における軸方向寸法、すなわち円筒内周面38の軸方向寸法は、成形素材110の板厚tと同じである。
【0015】
の(b) は曲げ工程で、一対のパンチ112およびダイス114によって上記成形素材110に曲げ加工を行い、その成形素材110の外周側部分をテーパ角度がθとなるテーパ状に軸方向へ曲げ加工して曲げ円環部116を形成する。パンチ112は円柱形状を成しており、その先端部にはテーパ角度θで小径となるテーパ突部118が設けられているとともに、そのテーパ突部118は、前記円筒内周面38の径寸法と略等しい直径寸法の位置で切断された截頭円錐形状を成している。ダイス114には、テーパ角度θで小径になるとともに底面の直径が前記小径側端面42の外径寸法と略等しいテーパ凹部119が設けられており、このテーパ凹部119と上記テーパ突部118との間で成形素材110が挟圧されることにより、絞り加工の要素を含む曲げ加工によってテーパ形状の曲げ円環部116が形成される。なお、成形素材110の中央部分は板厚tが維持される。
【0016】
の(c) は外径仕上げ工程で、上記曲げ円環部116が形成された成形素材110の外径寸法が円筒状部品30の外径寸法、すなわち円筒外周面36の外径寸法と略一致するように、一対のパンチ120およびダイス122によってしごき加工による外径仕上げを行う。パンチ120は、円筒状部品30の外径寸法と略等しい外径寸法の円柱形状を成しているとともに、その先端部には前記テーパ突部118と略同一形状のテーパ突部124が設けられている。ダイス122には、円筒状部品30の外径寸法と略等しい内径寸法で底部が前記テーパ凹部119と略同一形状とされた有底の成形穴126が設けられているとともに、その成形穴126の開口部には面取り128が施されている。そして、成形素材110がパンチ120によってダイス122の成形穴126内に押し込まれると、曲げ円環部116のうち円筒状部品30の外径寸法より外側の外周縁部116aが上方へ塑性流動させられる。
【0017】
の(d) は鍛造成形工程で、一対のパンチ130およびダイス132によって上記外径仕上げされた成形素材110の曲げ円環部116に冷間鍛造加工を行い、その曲げ円環部116の上部を潰して円筒状部品30と同一形状に成形する。パンチ130は、円筒状部品30の外径寸法と略等しい外径寸法の円柱形状を成しているとともに、その先端部には前記テーパ内周面34の内周側部分と略同一形状のテーパ突部134が設けられている一方、ダイス132には前記成形穴126と略同一形状の成形穴136が設けられている。
【0018】
の(e) は抜き工程で、上記鍛造成形された成形素材110の中央の不要部分を一対のパンチ138およびダイス140によって打ち抜き、目的とするテーパ円環形状の円筒状部品30とする。パンチ138は抜きパンチで、前記円筒内周面38の内径寸法と略等しい外径寸法を有している一方、ダイス140には円筒内周面38の内径寸法と略等しい内径寸法の抜き穴142が設けられている。なお、必要に応じてバリなどを除去する切削仕上げ、研削仕上げなどが施される。
【0019】
かかる本実施例の製造方法においては、図(b) の曲げ工程で平坦な円板形状の成形素材110の外周部をテーパ状に曲げ加工し、図(d) の鍛造成形工程で曲げ円環部116を目的とするテーパ円環形状に冷間鍛造加工するようになっているため、曲げ加工を行うことなく冷間鍛造加工を施す場合に比較して、冷間鍛造加工時における塑性流動量や流動距離が小さくなるとともに流動経路が単純になり、その冷間鍛造加工時の負荷が小さくなる。曲げ加工においても、絞り加工の要素が含まれるため引張、圧縮変形などに起因して金属の塑性流動を伴うが、その負荷は冷間鍛造加工に比べて小さい。これにより、冷間鍛造加工のみで目的とするテーパ円環形状に成形する場合に比較して、曲げ加工用のパンチ112,ダイス114、鍛造成形用のパンチ130,ダイス132等の金型に掛かる負荷が小さくなり、金型寿命が長くなるとともに加圧能力が低い安価なプレス機械を採用できるようになるため、円筒状部品30の製造コストが全体として低減される。
【0020】
また、本実施例では曲げ工程および鍛造成形工程で、成形素材110の外周部にテーパ円環形状を形成した後に、図(e) の抜き工程で中央の不要部分を打ち抜くようになっているため、始めから中央の不要部分が抜かれた円環形状の成形素材を用いる場合に比較して、絞り加工の要素を含む曲げ加工が好適に行われる利点がある。更に、成形素材110の板厚tがd・sin(θ/2)であるため、テーパ角度がθとなるテーパ状に曲げ加工した時の軸方向の肉厚が目的とする肉厚寸法dと略等しくなり、図(d) の鍛造成形時等における塑性変形量が少なくてポンチ130やダイス132等の金型に掛かる負荷が一層小さくなる。
【0021】
なお、上例では図(d) の鍛造成形工程の前に別のプレス機械で(c) の外径仕上げ工程を行うようになっているが、例えば図に示すように円柱形状の第1パンチ144および円筒形状の第2パンチ146と前記ダイス122とを用いて、第1パンチ144を下降させた後に引き続いて第2パンチ146を下降させることにより、1回のプレス工程で外径仕上げおよび鍛造成形を行うようにすることもできる。第1パンチ144の外径寸法は大径側端面40の内径寸法と略同じで、その先端部には前記テーパ突部134と同一形状のテーパ突部148が設けられている。
【0022】
また、上例ではテーパ外周面32とテーパ内周面34との間の軸方向の肉厚寸法dが円筒状部品30の高さ寸法(軸方向寸法)と同じであったが、図の(a) に示す円筒状部品150のように高さ寸法が肉厚寸法dより大きい場合や、同図の(b) に示す円筒状部品152のように高さ寸法が肉厚寸法dより小さい場合であっても良い。
【0023】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一具体例であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更,改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図】 (f) の円筒状部品を発明に従って製造する場合の一例を説明する概略工程図である。
【図】 図の(c) および(d) の工程を1回のプレス加工で行う場合を説明する断面図である。
【図発明に従って製造される円筒状部品の別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
0,150,152:円筒状部品
32:テーパ外周面
34:テーパ内周面
36:円筒外周面
10:成形素材
16:曲げ円環部
116a:外周縁部
138:抜きパンチ
θ:テーパ角度
d:肉厚寸法
t:板厚

Claims (2)

  1. テーパ外周面およびテーパ内周面と、該テーパ外周面の大径端部に連続して設けられた円筒外周面とを有し、全体としてテーパ円環形状を成す円筒状部品を製造する方法であって、
    略平坦な円板形状を成す成形素材を用意する工程と、
    前記成形素材の外周側を、前記テーパ円環形状のテーパ角度と略一致するようにテーパ状に曲げ加工して曲げ円環部を形成する曲げ工程と、
    該曲げ円環部のうち前記円筒外周面の外径寸法より外側の外周縁部をしごき加工により上方へ塑性流動させて外径仕上げを行う外径仕上げ工程と、
    該外径仕上げが行われた前記曲げ円環部の上部を冷間鍛造加工により潰して目的とする前記テーパ円環形状とする鍛造成形工程と、
    少なくとも前記曲げ工程の後に中央の不要部分を抜きパンチによって打ち抜く抜き工程と
    を有することを特徴とする円筒状部品の製造方法。
  2. 前記テーパ円環形状は、テーパ内周面およびテーパ外周面が略同じテーパ角度θで、該テーパ内周面と該テーパ外周面との間の軸方向の肉厚寸法をdとしたとき、前記成形素材の板厚tは略d・sin(θ/2)である請求項に記載の円筒状部品の製造方法。
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