JP3758102B2

JP3758102B2 - 鍛造用金型装置

Info

Publication number: JP3758102B2
Application number: JP10415497A
Authority: JP
Inventors: 弘行安藤; 勇松本; 山本　　明; 義弘石原
Original assignee: Komatsu Industries Corp; Nichidai Corp
Current assignee: Komatsu Industries Corp; Nichidai Corp
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: JPH10296379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は冷、温間鍛造に使用する鍛造用金型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来機械部品であるギヤは、高い精度を必要とすることから歯切盤などの工作機械を使用して加工しているが、この方法では加工に長時間を要して生産性が悪い。
【０００３】
かかる不具合を改善するため最近では、鍛造により小型のギヤを製作する方法が提案され、また実用化されているが、鍛造によりギヤを製作する場合、素材の押し出し、据え込み、歯面のしごきなどの工程が必要なため、歯面の面圧が高くなって焼付きなどが発生し、精度の高い成形ができない不具合があった。
【０００４】
かかる不具合を改善するため例えば特開平５−１５４５９８号公報で、歯面の面圧を上げずに素材を鍛造する平歯車の鍛造方法が提案されている。
上記公報の平歯車の鍛造方法は、素材を得るべき平歯車の歯車形状の歯輪郭より小さく設定した歯車形状を有する一次加工歯車に据え込み成形する第１の加工工程、一次加工歯車に歯形以外の部分で材料を自由に流動させつつ二次加工歯車に圧縮成形する第２の加工工程、二次加工歯車を最終製品にしごき成形する第３の加工工程とからなり、これらの各工程を冷間鍛造加工で行うことを特徴とするもので、しごき成形時のしごき代が安定して形成されるため、低荷重により高精度の製品が得られる効果がある。
【０００５】
また従来の押出し加工方法として、穴部を有するパンチにより押出し成形して、パンチの穴部より凸部を形成すると共に、この部分の凸部解放端を所定圧力で加圧した状態で押出加工し、加工終了前に圧力を低減または除去するようにした方法があり、下死点付近で金型に作用する最大荷重を大幅に低減できる効果を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前者公報の鍛造方法では、予め得ようとする平歯車の歯車形状の歯輪郭より小さく素材を成形しているため、素材を歯車形状に成形するのに１〜２工程を必要とする上、素材の鍛造にも３工程を必要とするなど、工程数が多いため、鍛造に時間がかかり生産性が悪い不具合がある。
【０００７】
また各工程毎にパンチを交換して鍛造を行うため、交換作業が煩雑となる上、予め複数種のパンチやマンドレルを用意する必要があるため、金型代も嵩むなどの不具合もある。
【０００８】
一方従来の押出し加工方法では、上パンチに設けられた加圧部材により、素材の流動を一部拘束しながら後方押出しを行い、加工終了前に加圧部材の加圧力を低減または除去するようにしたことから、成形開始時から高い面圧が金型に作用し、これによって金型が焼付いたり、金型の寿命が早期に低下するなどの不具合がある。
また上記従来の押出し加工方法では、上パンチ側にのみ加圧部材を設けた構成のため、上パンチと下パンチの加圧力が不均一となって材料が一方向へのみ流動することから、得られた製品のファイバーフローが不均一となって、製品の強度が低下したり、製品中にクラックやヒケなどの欠陥が発生しやすいなどの不具合もある。
【０００９】
この発明はかかる不具合を改善するためになされたもので、素材の前加工や、鍛造中の型交換を必要とせずに精度の高いギヤの鍛造を可能にした鍛造用金型装置を提供して、生産性の向上と、金型費の低減などを図ることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、据込み鍛造装置において、
スライドに取付けられた上型と、
ボルスタ上に設置された下型と、
上記上型に備えられた上パンチと、
上記下型に備えられ、圧縮ばねにより上方へ付勢され、中央部に成形孔を貫通させているダイと、
上記下型に備えられ、上端側が上記成形孔に下方より上下摺動自在に嵌挿されている下パンチと、
上記成形孔と上記下パンチの上端により形成され、素材が収容されるキャビティと、
上記上パンチ内に設けられ、一端側が上パンチの下端面より出没自在な上ピンと、
上記下パンチ内に設けられ、一端側が下パンチの上端面より出没自在な下ピンと、
上記上下ピンの他端側に、成形時これら上下ピンに背圧を付与し、上記上パンチの下端面及び上記下パンチの上端面からそれぞれ一端側を突出させ、上記キャビティ内が素材で充満される直前に背圧を除去し、上記上下ピンを上記上パンチ及び上記下パンチの加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能にする背圧付与手段と
を設けたものである。
【００１１】
上記構成により、成形初期は高い加圧力で素材を歯形成形部へ流動させることができるため、歯形部に欠肉のない品質の良好なギヤが得られると共に、キャビティ内に素材が充満されて全密閉され、成形荷重が急増する直前に、上下ピンの背圧を除去して、上下ピンを、上下パンチの加圧方向と逆の方向へ移動できるようにしたことから、初期背圧で成形された凹状の捨て穴部分と外周部の未充填部分に素材が流動しながら、最終形状の厚みになるまで押し込むことができるため、大きな成形荷重を必要とせずにギヤの成形が可能となる。
これによって金型に作用する面圧が小さくなるため、金型の寿命が向上すると共に、プレス能力も小さくてよいことから、小型のプレスでギヤの据込み鍛造が可能になる。
【００１２】
また上パンチと下パンチにそれぞれ上下ピンを設けて、これら上下ピンにより上下方向から素材を加圧するようにしたことから、素材を上下から均一に加圧することができ、これによって素材の流れが均一になるため、ファイバフローが均一となった強度及び精度の高い製品が得られると共に、クラックやヒケなどの欠陥が発生することもないので、不良品の発生率も大幅に低減することができる。
【００１３】
さらに素材に予め表面潤滑処理（ボンデ処理）を行うことにより、成形中素材表面に油切れが生じることがないので、焼付きが生じるのを防止することができると同時に、金型の寿命向上も図れるようになる。
【００１４】
上記目的を達成するため請求項２記載の発明は、背圧付与手段を圧油により上下ピンに背圧を加える油圧シリンダと、これら油圧シリンダへ圧油を供給する圧油供給手段及び油圧シリンダと圧油供給手段の間を断続する電磁弁より構成したものである。
【００１５】
上記構成により、キャビティ内に素材が充満されて成形荷重が急増する直前に、電磁弁を開放して、油圧シリンダ内の圧油を排出することより、上下ピンの背圧除去を自動的に行うことができるようになる。
【００１６】
上記目的を達成するため請求項３記載の発明は、据込み鍛造装置において、
スライドに取付けられた上型と、
ボルスタ上に設置された下型と、
上記上型に備えられた上パンチと、
上記下型に備えられ、圧縮ばねにより上方へ付勢され、中央部に成形孔を貫通させているダイと、
上記下型に備えられ、上端側が上記成形孔に下方より上下摺動自在に嵌挿されている下パンチと、
上記成形孔と上記下パンチの上端により形成され、素材が収容されるキャビティと、
上記上パンチ内に設けられ、一端側が上パンチの下端面より出没自在な上ピンと、
上記下パンチ内に設けられ、一端側が下パンチの上端面より出没自在な下ピンと、
上記上下ピンの他端側に、成形時これら上下ピンに背圧を付与し、上記上パンチの下端面及び上記下パンチの上端面からそれぞれ一端側を突出させ、上記キャビティ内が素材で充満される直前に背圧を除去し、上記上下ピンを上記上パンチ及び上記下パンチの加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能にする背圧付与手段と
上記下型内に、成形後上記下ピンを突き上げることにより、上記キャビティ内の素材をノックアウトするノックアウトピンと
を設けたものである。
【００１７】
上記構成により、成形後ノックアウトピンにより下ピンを突き上げることにより、キャビティ内の素材をノックアウトすることができると共に、下ピンにより成形された捨て穴部分を突き上げて素材をノックアウトするため、製品にノックアウト跡が残ることがなく、これによって品質も向上する。
【００１８】
また下ピンがノックアウトピンを兼ねるため、別にノックアウトピンを設ける必要がなく、これによって金型の構造が簡単になるため、金型費の低減も図れるようになる。
【００１９】
上記目的を達成するため請求項４記載の発明は、ノックアウトピンのノックアウト速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下としたものである。
上記構成により、表面に焼付きを生じることなく素材のノックアウトが可能になると共に、ヘリカルギヤやベベルギャなども精度よく成形することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。
図１は全体的な構成図、図２は金型装置の断面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４はスライドストローク曲線図を示す。
【００２１】
上記金型装置は図示しないスライド駆動手段により上下動されるスライド１の下面に取付けられた上型２と、スライド１の下方に設けられたボルスタ３上面に固定された下型４より構成されている。
上型２は図２に示すように、スライド１の下面に取付けられた上部シリンダブロック５と、この上部シリンダブロック５の下面に固着された上部支持部材６及び上部支持部材６の下面に上ホルダ７を介して取付けられた上パンチ８よりなり、上パンチ８の中心部に、上ピン９が上下方向に貫通されている。
【００２２】
上記上部シリンダブロック５内にはシリンダリング５ａが設けられていて、このシリンダリング５ａ内にピストン５ｂが上下摺動自在に収容されており、ピストン５ｂの上側は油圧室５ｃとなっていて、この油圧室５ｃに後述する圧油供給手段より通路５ｄを介して圧油が供給されるようになっている。
上記ピストン５ｂの下面には、端板５ｅを上下方向に貫通する複数の作動ピン５ｆの上端が当接されていると共に、各作動ピン５ｆの下端は上部支持部材６内に設けられた押圧板６ａの上面に当接されている。
【００２３】
上記押圧板６ａは図３に示すように十字形に形成されていて、上部支持部材６内に設けられたガイド部材６ｂの十字形ガイド溝６ｃ内に上下摺動自在に嵌挿されており、この押圧板６ａの上面中央には、図示しないスライドノックアウトにより上下動されるスライドノックアウトピン１０の下端が上方より当接されるようになっている。
【００２４】
また上記押圧板６ａの下面中央には上ピン９の上端が当接されていると共に、上ピン９の下端側は、上ホルダ７を介して上部支持部材６の下面に取付けられた上パンチ８の中心部を貫通して、上パンチ８の下端面に出没自在に突出されている。
上記上ホルダ７は、上部支持部材６の下面に固着された押え板７ａと、この押え板７ａ内に収容された加圧板７ｂと、加圧板７ｂとの間で上パンチ８の頭部８ａを挾着する上パンチ取付け板７ｃ及び押え板７ａに螺装されたナット７ｄよりなり、加圧板７ｂの上面は上記ガイド部材６ｂの下面に当接されている。
そしてこの加圧板７ｂの下面中央に上パンチ８の上端面が当接されていて、鍛造時上パンチ８に作用する成形荷重を加圧板７ｂを介してガイド部材６ｂが受けるようになっている。
【００２５】
一方ボルスタ３側に固定された下型４は、ボルスタ３上面に固定された下部シリンダブロック１２と、この下部シリンダブロック１２上に固着された下部支持部材１３及びこの下部支持部材１３の上面に下ホルダ１４を介して取付けられたダイ１５よりなり、ダイ１５の中央に設けられた下パンチ１６の中心部に下ピン１７が上下方向に貫通されている。
【００２６】
上記下部シリンダブロック１２内にはシリンダリング１２ａが設けられていて、このシリンダリング１２ａ内にピストン１２ｂが上下摺動自在に収容されており、ピストン１２ｂの下側は油圧室１２ｃとなっていて、この油圧室１２ｃに後述する圧油供給手段より通路１２ｄを介して圧油が供給されるようになっている。
上記ピストン１２ｂの上面には、端板１２ｅを上下方向に貫通する複数の作動ピン１２ｆの下端が当接されていると共に、各作動ピン１２ｆの下端は下部支持部材１３内に設けられた押圧板１３ａの上面に当接されている。
【００２７】
上記押圧板１３ａも上記押圧板６ａと同様に十字形に形成されていて、上部支持部材１３内に設けられたガイド部材１３ｂの十字形ガイド溝１３ｃ内に上下摺動自在に嵌挿されており、この押圧板１３ａの下面中央には、後述するベッドノックアウト２１により上下動されるベッドノックアウトピン２１ｆの上端が下方より当接されるようになっている。
【００２８】
また上記押圧板１３ａの上面中央には下ピン１７の下端が当接されていると共に、下ピン１７の上端側は、下ホルダ１４を介して下部支持部材１３の上面に取付けられた下パンチ１６の中心部を貫通して、下パンチ１６の上端面に出没自在に突出されている。
【００２９】
上記下ホルダ１４は、下部支持部材１３上に固着された押え板１４ａと、この押え板１４ａ内に収容されたばね受け板１４ｄと、このばね受け板１４ｄ内に収容された加圧板１４ｂ及びこの加圧板１４ｂとの間で下パンチ１６の頭部１６ａを挾着する下パンチ取付け板１４ｃよりなり、加圧板１４ｂの下面とばね受け板１４ｄの下面が上記ガイド部材１３ｂの上面に当接されている。
そして上記加圧板１４ｂの上面中央に下パンチ１６の下端面が当接されていて、鍛造時下パンチ１６に作用する成形荷重を加圧板１４ｂを介してガイド部材１３ｂが受けるようになっている。
【００３０】
上記ホルダ１４の押え板１４ａには、上部に小径部１８ａがそして下部に大径部１８ｂが形成されたガイドリング１８が取付け板１８ｃを介して固着されていると共に、このガイドリング１８内に上記ダイ１５が上下動自在に収容されている。
上記ダイ１５の中央部には、上パンチ８より小径な成形孔１５ａが上下方向に貫通するように穿設されている。
上記成形孔１５ａは、成形すべきギヤの歯形形状となるように形成されていて、下方より同様な歯形が外周面に形成された下パンチ１６の上端側が下方より上下摺動自在に嵌挿されており、この下パンチ１６の上端より上側の空間がギヤを成形すべきキャビティ１５ｂとなっていると共に、上記ダイ１５とばね受け板１４ｄの間には、複数の圧縮ばね１９が介在されていて、これら圧縮ばね１９によりダイ１５が上方向へ付勢されている。
【００３１】
一方上記ベッドノックアウト２１は、図１に示すように図示しないスライド駆動機構より取出された動力により回転されるカム２１ａを有していて、このカム２１ａにより上部レバー２１ｂが揺動されるようになっている。
上記上部レバー２１ｂは、ベッド（図示せず）側に設けられて下部レバー２１ｃの一端側が連結杆２１ｄを介して連結されていて、上部レバー２１ｂと下部レバー２１ｃが連動して揺動すると共に、下部レバー２１ｃの他端側には、カムフォロワ２１ｅが回転自在に支承されていて、このカムフォロワ２１ｅの外周面にベッドノックアウトピン２１ｆの下端が当接されている。
【００３２】
また上型２及び下型４に設けられた油圧室５ｃ，１２ｃへ圧油を供給する圧油供給手段は、図１に示すようにエアにより内部が加圧された密閉構造の油タンク２３を有していて、この油タンク２３内の油はチェック弁２４及び管路２５を介して上記油圧室５ｃ，１２ｃへ供給されていると共に、チェック弁２４と並列に設けられた戻り管路２６には、連通ポジション２７₁及び遮断ポジション２７₂を有する電磁弁２７が設けられている。
なお図１中２８は油圧室５ｃ，１２ｃ内の圧力が設定値以上になったときにリリーフするリリーフ弁を示す。
【００３３】
次に上記構成された金型装置を使用して、ギヤを冷間または温間鍛造する方法を説明する。
スライド１が上死点で停止している状態では、油タンク２３より油圧室５ｃ，１２ｃに供給された圧油により、上型２のピストン５ｂは下降され、また下型４のピストン１２ｂは上昇されており、これによって上ピン９は下降位置に、そして下ピン１７は上昇位置に停止されていると共に、このとき電磁弁２７は遮断ポジション２７₂にある。
【００３４】
次にこの状態で下型４に設けられたダイ１５のキャビティ１５ｂ内に、予め表面潤滑処理（ボンデ処理）をした素材３０を収容したら、図４に示すスライドストローク曲線に沿ってスライド１を下降させ、上パンチ８の下面を下ダイ１５上面に圧接してキャビティ１５ｂを閉鎖し、キャビティ１５ｂ内に素材３０を据込む。
その後さらにスライド１が下降されると、キャビティ１５ｂ内に据込まれた素材３０が上パンチ８の下面と、下パンチ１６の上面に突出する上ピン９と下ピン１７により上下方向から加圧されるため、素材３０の一部がキャビティ１５ｂの歯形を成形する部分に流動されて、ギヤの歯形部分が成形されると同時に、素材３０の上下面には、上下ピン９，１７により凹状の捨て穴３０ａが成形される。
【００３５】
その後さらにスライド１が下降されて下死点付近に達すると、電磁弁２７が連通ポジション２７₁に切換えられて、油圧室５ｃ，１２ｃ内の高圧となった油が油タンク２３内へ排出されるため、いままで初期背圧により上パンチ８の下面及び下パンチ１６の上面に突出されていた上ピン９及び下ピン１７は、ピストン５ｂ，１２ｂによる加圧力の低下により上パンチ８及び下パンチ１６の加圧方向と逆の方向へ移動できる状態となる。
【００３６】
その後さらに上パンチ８が下降されて、上パンチ８と下パンチ１６の間で素材３０が加圧されることにより、素材３０は上ピン９及び下ピン１７を押し上げ及び押し下げながら捨て穴３０ａ内へ流動し、最終形状の厚みに成形される。
すなわちキャビティ１５ｂ内が素材３０で充満されて密閉状態となる直前に上ピン９及び下ピン１７の背圧を除去して、上ピン９及び下ピン１７が成形した凹状の捨て穴３０ａと外周部の未充填部に素材３０の余肉を流動させて最終形状の厚みへと押し込むことにより、全密閉による成形荷重の急激な増加がないため、低荷重での成形が可能になる。
【００３７】
そして下死点に達したスライド１が上昇を開始すると、ベッドノックアウト２１の下部レバー２１ｃが揺動されて、カムフォロワ２１ｅがベッドノックアウトピン２１ｆを突き上げるため、押圧板１３ａを介して下部ピン１７が押し上げられ、キャビティ１５ｂ内より成形の完了した素材３０が突き出される。
【００３８】
また電磁弁２７が遮断ポジション２７₂に切換えられるため、エアにより加圧された油タンク２３内の圧油がチェック弁２４より管路２５を介して各油圧室５ｃ，１２ｃ内へ流入し、これによって上ピン９及び下ピン１７は元の位置へ復帰される。
なお素材成形後キャビティ１５ｂ内より素材３０を急激にノックアウトすると、製品の表面に焼付きなどが発生して、製品の品質が著じるしく低下する。このため上記実施の形態では、ノックアウト速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下としている。
これによって素材３０の表面に焼付きを生じることなく素材３０をノックアウトすることができるため、品質の良好な製品を得ることができるようになると共に、ヘリカルギヤやベベルギヤなどの成形も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態になる鍛造用金型装置の全体的な構成図である。
【図２】この発明の実施の形態になる鍛造用金型装置の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】この発明の実施の形態になる鍛造用金型装置の作用を示すスライドストローク曲線図である。
【符号の説明】
１…スライド、２…上型、３…ボルスタ、４…下型、８…上パンチ、９…上ピン、１５…ダイ、１５ｂ…キャビティ、１６…下パンチ、１７…下ピン、２１ｆ…ベッドノックアウトピン、３０…素材。

Claims

据込み鍛造装置において、
スライド１に取付けられた上型２と、
ボルスタ３上に設置された下型４と、
上記上型２に備えられた上パンチ８と、
上記下型４に備えられ、圧縮ばね１９により上方へ付勢され、中央部に成形孔１５ａを貫通させているダイ１５と、
上記下型４に備えられ、上端側が上記成形孔１５ａに下方より上下摺動自在に嵌挿されている下パンチ１６と、
上記成形孔１５ａと上記下パンチ１６の上端により形成され、素材３０が収容されるキャビティ１５ｂと、
上記上パンチ８内に設けられ、一端側が上パンチ８の下端面より出没自在な上ピン９と、
上記下パンチ１６内に設けられ、一端側が下パンチ１６の上端面より出没自在な下ピン１７と、
上記上下ピン９，１７の他端側に、成形時これら上下ピン９，１７に背圧を付与し、上記上パンチ８の下端面及び上記下パンチ１６の上端面からそれぞれ一端側を突出させ、上記キャビティ１５ｂ内が素材３０で充満される直前に背圧を除去し、上記上下ピン９，１７を上記上パンチ８及び上記下パンチ１６の加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能にする背圧付与手段と
を設けたことを特徴とする鍛造用金型装置。
背圧付与手段を圧油により上下ピン９，１７に背圧を加える油圧シリンダと、これら油圧シリンダへ圧油を供給する圧油供給手段及び油圧シリンダと圧油供給手段の間を断続する電磁弁２７より構成してなる請求項１記載の鍛造用金型装置。
据込み鍛造装置において、
スライド１に取付けられた上型２と、
ボルスタ３上に設置された下型４と、
上記上型２に備えられた上パンチ８と、
上記下型４に備えられ、圧縮ばね１９により上方へ付勢され、中央部に成形孔１５ａを貫通させているダイ１５と、
上記下型４に備えられ、上端側が上記成形孔１５ａに下方より上下摺動自在に嵌挿されている下パンチ１６と、
上記成形孔１５ａと上記下パンチ１６の上端により形成され、素材３０が収容されるキャビティ１５ｂと、
上記上パンチ８内に設けられ、一端側が上パンチ８の下端面より出没自在な上ピン９と、
上記下パンチ１６内に設けられ、一端側が下パンチ１６の上端面より出没自在な下ピン１７と、
上記上下ピン９，１７の他端側に、成形時これら上下ピン９，１７に背圧を付与し、上記上パンチ８の下端面及び上記下パンチ１６の上端面からそれぞれ一端側を突出させ、上記キャビティ１５ｂ内が素材３０で充満される直前に背圧を除去し、上記上下ピン９，１７を上記上パンチ８及び上記下パンチ１６の加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能にする背圧付与手段と
上記下型４内に、成形後上記下ピン１７を突き上げることにより、上記キャビティ１５ｂ内の素材３０をノックアウトするノックアウトピン２１ｆと
を設けたことを特徴とする鍛造用金型装置。
ノックアウトピン２１ｆのノックアウト速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下としてなる請求項３記載の鍛造用金型装置。