JP3758103B2

JP3758103B2 - 据込み鍛造方法

Info

Publication number: JP3758103B2
Application number: JP10417397A
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: JPH10296382A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷・温間鍛造によりギヤなどの部品を鍛造する据込み鍛造方法に関する。
【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や、押出し加工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もので、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】
しかし上記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据込み鍛造方法を提供す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、据込み鍛造方法において、
上型に固定された上パンチに上下動自在に設けられた上ピン、及び下型に固定された下パンチに上下動自在に設けられた下ピンにそれぞれ背圧を付与して、これらピンの先端を前記上パンチの下面及び前記下パンチの上面よりそれぞれ突出させる工程と、
この状態で、前記上パンチの下面を、前記下型に上下摺動自在に収容され、不正手段により上方に付勢されているダイの上面に圧接して、キャビティを密閉する工程と、
さらに、前記上パンチの押圧により、前記付勢手段に抗して前記ダイを押し下げることで、前記上ピン及び前記下ピンで前記キャビティ内の素材を加圧して素材を前記キャビティ内へ流動させながら、上下パンチの間で素材を加圧する工程と、
前記キャビティ内に素材を密閉直前まで充満したとき、前記上下ピンの背圧を除去し、前記上下ピンを前記上パンチ及び前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工程と、
さらに、前記上下パンチにより素材を加圧して最終形状に成形する工程と
を有することを特徴とする据込み鍛造方法である。
【００１１】
上記方法により、生産性が大幅に向上すると共に、上パンチ及び下パンチ内にそれぞれ設けた上下ピンにより上下方向から素材を同時に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。
【００１２】
またキャビティ内が素材により全密閉されて成形荷重が急増する直前に上下ピンの背圧を除去することにより、成形荷重の大幅な低減が図れるため、金型に作用する面圧が低減でき、これによって金型の摩耗低減とこれに伴う金型寿命の向上が図れると共に、小型の鍛造プレスで成形が可能となるため、経済的である。
【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、据込み鍛造方法において、
上型に固定された上パンチの下面を、下型に上下摺動自在に収容され、付勢手段により上方に付勢されているダイの上面に圧接してキャビティを密閉する工程と、
この状態で、前記上パンチに上下動自在に設けられた上ピン、及び前記下型に固定された下パンチに上下動自在に設けられた下ピンにそれぞれ背圧を付与して、これらピンの先端を前記上パンチの下面及び前記下パンチの上面よりそれぞれ突出することにより、前記上下ピンの先端で前記キャビティ内の素材を加圧して、素材を前記キャビティ内へ流動させる工程と、
さらに、前記上パンチの押圧により、前記付勢手段に抗して前記ダイを押し下げることで、前記上ピン及び前記下ピンで前記キャビティ内の素材を加圧して素材を前記キャビティ内へ流動させながら、上下パンチの間で素材を加圧する工程と、
前記キャビティ内に素材を密閉直前まで充満したとき、前記上下ピンの背圧を除去し、前記上下ピンを前記上パンチ及び前記下パンチの加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能する工程と、
さらに、前記上下パンチにより素材を加圧して最終形状に成形する工程と
を有することを特徴とする据込み鍛造方法である。
【００１５】
上記方法により、生産性が大幅に向上すると共に、上パンチ及び下パンチ内にそれぞれ設けた上下ピンにより上下方向から素材を同時に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。
【００１６】
またキャビティ内が素材により全密閉されて成形荷重が急増する直前に上下ピンの背圧を除去することにより、成形荷重の大幅な低減が図れるため、金型に作用する面圧が低減でき、これによって金型の摩耗低減とこれに伴う金型寿命の向上が図れると共に、小型の鍛造プレスで成形が可能となるため、経済的である。
【００１７】
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。
【００１８】
上記目的を達成するため請求項３記載の発明は、先端部にテーパ部を形成した上ピンと下ピンを使用して素材を据込み鍛造するようにしたものである。
【００１９】
上記方法により、素材をノックアウトする際、素材より上下ピンが抜けやすいため、ノックアウト力の低減が図れるようになる。
【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ないし図３はこの発明の鍛造工程を示すもので、これら図で１は上型、２は下型を示す。
【００２１】
上記上型１は図示しない鍛造プレスのスライド下面に取付けられていて、スライドとともに上下動するようになっており、中心部には上パンチ１ａが固定されていると共に、上パンチ１ａの中心には上ピン１ｂが上下動自在に嵌挿されている。
上記上ピン１ｂの上端部は油圧シリンダなどの背圧付与手段（図示せず）に接続されていて、据込み鍛造時上ピン１ｂに背圧が付与できるようになっており、上ピン１ｂの下端には、先端側へ順次小径となるテーパ部１ｃが形成されている。
【００２２】
また上記下型２は、スライドの下方に設置されたボルスタ（図示せず）上に固定されていて、上記上パンチ１ｂと同一中心線上に、上下方向にガイド孔２ａを有しており、このガイド孔２ａ内にダイ２ｂが上下摺動自在に収容されている。上記ダイ２ｂは圧縮ばねなどの付勢手段３により常時上方へ付勢されていると共に、ダイ２ｂの下端部には、ガイド孔２ａの開口部に設けられた係止部２ｃに下方より係合することにより、ダイ２ｂがガイド孔２ａより抜け出すのを防止するフランジ２ｄが突設されている。
【００２３】
上記ダイ２ｂの中心部には、上下方向に貫通する貫通孔２ｅが形成されていて、この貫通孔２ｅの上部がギヤなどの部品を成形するキャビティ２ｆとなっており、この貫通孔２ｅ内には下方より下パンチ２ｇの上端側が嵌挿されている。
上記下パンチ２ｇは下端部が下型２に固着されていると共に、下パンチ２ｇの中心部には下ピン２ｈが上下動自在に嵌挿されている。
【００２４】
上記下ピン２ｈの下端側は油圧シリンダなどの背圧付与手段（図示せず）に接続されていて、据込み鍛造時下ピン２ｈに背圧が付与できるようになっており、下ピン２ｈの上端には、先端側へ順次小径となるテーパ部２ｉが形成されている。
【００２５】
次に上記金型を使用してギヤなどの部品を据込み鍛造する方法を説明する。
まずスライドが上死点に停止している状態で下型２のキャビティ２ｆ内に、予め表面潤滑処理（ボンデ処理）した素材４を収容し、また背圧付与手段により上ピン１ｂ及び下ピン２ｂに上下方向から背圧を付与する。
これによって上ピン１ｂのテーパ部１ｃは上パンチ１ａの下面より突出し、下ピン２ｈのテーパ部２ｉは下パンチ２ｇの上面より突出した状態となる。
【００２６】
次にスライドとともに上型１を下降して、上パンチ１ａの下面をダイ２ｂの上面に図１に示すように圧接してキャビティ２ｆを閉鎖し、キャビティ２ｆ内に素材４を据込む。
この状態でさらにスライドが下降されると、上パンチ１ａに押圧されて、ダイ２ｂが付勢手段３に抗して押し下げられるため、キャビティ２ｆ内の素材４は、上ピン１ｂ及び下ピン２ｈのテーパ部１ｃ，２ｉで上下方向より図２に示すように加圧される。
【００２７】
これによって素材４の一部がキャビティ２ｆ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４の上下面に、上下ピン１ｂ，２ｈのテーパ部１ｃ，２ｉによりテーパ状の捨て穴４ａが成形される。
その後さらにスライドが下降されて下死点付近に達し、キャビティ２ｆ内が素材４により密閉直前まで充満されたら、背圧付与手段の圧油を排出して上ピン１ｂ及び下ピン２ｈに付与されていた背圧を除去し、上パンチ１ａ及び下パンチ２ｇの加圧方向と逆の方向へ上ピン１ｂ及び下ピン２ｈが移動できる状態にする。
【００２８】
そしてこの状態でさらにスライドを下死点まで下降させると、キャビティ２ｆ内の素材４は上パンチ１ａと下パンチ２ｈの間でさらに加圧されることにより、キャビティ２ｆ内の素材４は上下ピン１ｂ及び下ピン２ｈを押し上げ及び押し下げながら捨て穴４ａ内へ流動し、最終形状の厚みに成形される。
【００２９】
すなわちキャビティ２ｆ内が素材４で充満されて全密閉状態となる直前に上ピン１ｂ及び下ピン２ｈの背圧を除去して、上ピン１ｂ及び下ピン２ｈが成形した凹状の捨て穴４ａに素材４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。
【００３０】
そして下死点に達したスライドが上昇を開始すると、図示しないベッドノックアウトのノックアウトピンが下ピン２ｈを下方より突き上げるため、キャビティ２ｆ内の成形の完了した素材４はキャビティ２ｆ内より突き出されると共に、スライドが上死点に達すると、再び背圧付与手段により上下ピン１ｂ，２ｈに背圧が付与されて、上下ピン１ｂ，２ｈのテーパ部１ｃ，２ｉが上パンチ１ａの下面及び下パンチ２ｇの上面より突出されて、次の成形のために待機する。
【００３１】
以下上記動作を繰返すことにより、ギヤの据込み鍛造が可能になると共に、低荷重での成形が可能となることから、成形時金型に作用する面圧を低減でき、これによって金型寿命の向上が図れるようになる。
【００３２】
なお上記実施の形態では、ギヤを据込み鍛造する場合について説明したが、図４ないし図６に示すように等速ボールジョイントなども同様な方法で据込み鍛造することができる。
【００３３】
またスパーギヤや、多角スプライン、カムローブ、ベベルギヤ、リングギヤ、スクロールなどの機械部品もこの方法で据込み鍛造することが可能である。
【００３４】
さらに上記実施の形態では、予め上下ピン１ｂ，２ｈに背圧を付与して、これらピン１ｂ，２ｈの先端を上パンチ１ａの下面及び下パンチ２ｇの上面より突出させた状態で上パンチ１ａを下降させて、ダイ２ｂのキャビティ２ｆを閉塞するようにしたが、上下ピン１ｂ，２ｈに背圧を加えない状態でダイ２ｂの上面に上パンチ１ａの下面を圧接してキャビティ２ｆを閉鎖し、この状態で上下ピン１ｂ，２ｈに背圧を付与して、これらピン１ｂ，２ｈの先端を上パンチ１ａの下面及び下パンチ２ｇの上面より突出させて、キャビティ２ｆ内の素材４を加圧成形するようにしてもよく、以下の工程は上記実施の形態と同様なので、その説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態になる据込み鍛造方法の工程図である。
【図２】この発明の実施の形態になる据込み鍛造方法の工程図である。
【図３】この発明の実施の形態になる据込み鍛造方法の工程図である。
【図４】この発明の他の実施の形態になる据込み鍛造方法の工程図である。
【図５】この発明の他の実施の形態になる据込み鍛造方法の工程図である。
【図６】この発明の他の実施の形態になる据込み鍛造方法の工程図である。
【符号の説明】
１…上型
１ａ…上パンチ
１ｂ…上ピン
１ｃ…テーパ部
２…下型
２ｂ…ダイ
２ｇ…下パンチ
２ｈ…下ピン
２ｉ…テーパ部
３…付勢手段
４…素材

Claims

据込み鍛造方法において、
上型１に固定された上パンチ１ａに上下動自在に設けられた上ピン１ｂ、及び下型２に固定された下パンチ２ｇに上下動自在に設けられた下ピン２ｈにそれぞれ背圧を付与して、これらピン１ｂ，２ｈの先端を前記上パンチ１ａの下面及び前記下パンチ２ｇの上面よりそれぞれ突出させる工程と、
この状態で、前記上パンチ１ａの下面を、前記下型２に上下摺動自在に収容され、付勢手段３により上方に付勢されているダイ２ｂの上面に圧接して、キャビティ２ｆを密閉する工程と、
さらに、前記上パンチ１ａの押圧により、前記付勢手段３に抗して前記ダイ２ｂを押し下げることで、前記上ピン１ｂ及び前記下ピン２ｈで前記キャビティ２ｆ内の素材４を加圧して素材４を前記キャビティ２ｆ内へ流動させながら、上下パンチ１ａ，２ｇの間で素材４を加圧する工程と、
前記キャビティ２ｆ内に素材４を密閉直前まで充満したとき、前記上下ピン１ｂ，２ｈの背圧を除去し、前記上下ピン１ｂ，２ｈを前記上パンチ１ａ及び前記下パンチ２ｇの加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能にする工程と、
さらに、前記上下パンチ１ａ，２ｇにより素材４を加圧して最終形状に成形する工程と
を有することを特徴とする据込み鍛造方法。
据込み鍛造方法において、
上型１に固定された上パンチ１ａの下面を、下型２に上下摺動自在に収容され、付勢手段３により上方に付勢されているダイ２ｂの上面に圧接してキャビティ２ｆを密閉する工程と、
この状態で、前記上パンチ１ａに上下動自在に設けられた上ピン２ｂ、及び前記下型２に固定された下パンチ２ｇに上下動自在に設けられた下ピン２ｈにそれぞれ背圧を付与して、これらピン１ｂ，２ｈの先端を前記上パンチ１ａの下面及び前記下パンチ２ｇの上面よりそれぞれ突出することにより、前記上下ピン１ｂ，２ｈの先端で前記キャビティ２ｆ内の素材４を加圧して、素材４を前記キャビティ２ｆ内へ流動させる工程と、
さらに、前記上パンチ１ａの押圧により、前記付勢手段３に抗して前記ダイ２ｂを押し下げることで、前記上ピン１ｂ及び前記下ピン２ｈで前記キャビティ２ｆ内の素材４を加圧して素材４を前記キャビティ２ｆ内へ流動させながら、上下パンチ１ａ，２ｇの間で素材４を加圧する工程と、
前記キャビティ２ｆ内に素材４を密閉直前まで充満したとき、前記上下ピン１ｂ，２ｈの背圧を除去し、前記上下ピン１ｂ，２ｈを前記上パンチ１ａ及び前記下パンチ２ｇの加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能する工程と、
さらに、前記上下パンチ１ａ，２ｇにより素材４を加圧して最終形状に成形する工程と
を有することを特徴とする据込み鍛造方法。
先端部にテーパ部１ｃ，２ｉを形成した上ピン１ｂ及び下ピン２ｈを使用して素材４を据込み鍛造してなる請求項１または２記載の据込み鍛造方法。