JP4107793B2 - Gear forming method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間鍛造又は冷間鍛造により歯車を成形するための歯車成形方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、シンクロ機構を備える自動車の変速機には、ストレート状の歯形部とヘリカル状の歯形部とを有する二段歯車が用いられている。この二段歯車を製造するために、熱間鍛造によりストレート状の歯形部が成形された成形体に対してカッタにより切削加工を施しヘリカル状の歯形部を形成して二段歯車を製造する方法がある。
【0003】
また、その他の方法として、ストレート状の歯形部を有する成形体と、カッタにより切削加工を施しヘリカル状の歯形部が形成された成形体とを溶接などにより接合して二段歯車を製造する方法が挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術に係る製造方法においては、熱間鍛造によりストレート状の歯形部が成形された成形体に対してヘリカル状の歯形部をカッタによって切削加工する際、該成形体に生成される鍛流線(塑性変形による繊維組織の流れ)がカッタによって切断されてしまう場合がある。これにより、製造された歯車の強度が著しく低下してしまうとともに、切削時に発生する切粉により材料歩留まりが悪化するという不具合がある。
【0005】
また、ストレート状の歯形部を有する成形体と、カッタにより切削加工を施しヘリカル状の歯形部が形成された成形体とを溶接などにより接合する場合には、煩雑な溶接作業を行わなければならず、このため、製造工程が煩雑化するとともに、製造コストが高騰するという問題点が指摘されている。
【0006】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、カッタなどによる機械加工や溶接作業を行うことなくストレート状の歯形部とヘリカル状の歯形部とを有する歯車を一挙に製造することにより、歯車の強度を確実に確保することが可能となり、材料歩留まりの向上が達成され、しかも、製造工程が簡素化するとともに、製造コストの低廉化を達成することが可能な歯車成形方法及びその装置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】
本発明は、外歯を有する下パンチの一端部に歯車素材を載置して、該歯車素材の内部にマンドレルを挿通させるとともに、インサートパンチスリーブ及び上パンチによって該歯車素材を押圧する第1の工程と、前記インサートパンチスリーブによる前記歯車素材に対する押圧力を解除して該インサートパンチスリーブを該歯車素材から離間させるとともに、前記上パンチによって該歯車素材をさらに押圧することにより、前記外歯が噛合するダイに形成された第1の歯形成形部内と該上パンチに形成された第2の歯形成形部内とに該歯車素材を流動させて歯車の歯形部を成形する第2の工程と、ノックアウトパンチの作用下に前記下パンチを回転移動させて前記歯車を前記ダイから離型する第3の工程とからなることを特徴とする。この場合、前記第1の歯形成形部により前記歯車素材にヘリカル歯形部が成形されるとともに、前記第2の歯形成形部により前記歯車素材にストレート歯形部が成形される。
【0008】
また、本発明は、センタガイドと、ノックアウトパンチと、該センタガイドの外周面を回動自在に配設される下パンチと、該下パンチに形成される外歯に噛合する第1の歯形成形部を有するダイとを備え、前記ダイに対向するように、マンドレルと、該マンドレルに嵌着されるインサートパンチスリーブと、該インサートパンチスリーブの外周面を摺動自在でかつ第2の歯形成形部が形成された上パンチが設けられ、前記ノックアウトパンチ、前記マンドレル及び前記上パンチは、それぞれ第1の駆動機構、第2の駆動機構及び第3の駆動機構に接続され、歯車素材の内部にマンドレルを挿通させながら、前記インサートパンチスリーブと前記上パンチとによって該歯車素材を押圧することにより歯車の歯形部を成形するとともに、前記第2の駆動機構及び前記第3の駆動機構の駆動作用下に該マンドレル、該インサートパンチスリーブ及び該上パンチを該歯車に対して一体的に離間させた後、前記第1の駆動機構の駆動作用下にノックアウトパンチを移動させることにより前記下パンチを回転移動させて該歯車を前記ダイから離型することを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、第1の歯形成形部をヘリカル状に、第2の歯形成形部をストレート状に形成するため、カッタなどによる機械加工や溶接作業を行うことなく歯車素材からヘリカル歯形部とストレート歯形部とを有する二段歯車を一挙に製造することができる。これにより、鍛造成形体に生成される鍛流線を誤って切断することを阻止でき、溶接作業を回避できる。従って、成形後の歯車の強度を確実に確保することが可能になるとともに、歯車成形時に切粉が発生することを回避することができるため、材料歩留まりの向上が達成され、歯車製造工程が簡素化し、かつ製造コストの低廉化を達成できる。
【0010】
さらに、歯車素材から歯車を成形した後にダイから該歯車を離型する場合、該歯車素材の芯出しをするためのマンドレルにインサートパンチスリーブが嵌着されるため、第2の駆動機構及び第3の駆動機構を同期して駆動させることにより該マンドレル、該インサートパンチスリーブ及び上パンチを一体的に歯車に対して離間させることが可能となる。従って、例えば、マンドレルを移動させるための専用のピンや該ピンを移動するための駆動機構を設ける必要がない。このため、歯車素材から歯車を成形して該歯車をダイから離型させるまでに、インサートパンチスリーブ、上パンチ及びノックアウトパンチをそれぞれ移動させるための駆動機構を3つ設置するだけで歯車を成形することができる。
【0011】
上述の歯車成形方法を実施するための歯車成形装置において、前記上パンチにはピン挿入口が形成されたホルダが嵌合されるとともに、前記ダイにはピンが植設され、前記ピンが前記ピン挿入口に挿入されることにより、前記上パンチと前記ダイとが連結されて回動するとよく、前記第1の歯形成形部をヘリカル状に形成し、前記第2の歯形成形部をストレート状に形成すると好ましい。すなわち、ダイと上パンチとがピンを介して連結されているため、該ダイと該上パンチとが同期して回転することができる。従って、上パンチによって歯車素材を押圧することにより、該歯車素材の肉がヘリカル状の第1の歯形成形部内に流動して該第1の歯形成形部を押圧しダイが回転する。これにより、上パンチに形成されたストレート状の第2の歯形成形部内にも歯車素材の肉が確実に流動してストレート歯形部を成形することが可能となる。
【0012】
さらに、前記第1の歯形成形部の歯の軸方向に対する角度θは、30゜<θ<45゜の範囲内に設定すると好適である。角度θを30゜<θ<45゜の範囲内で大きくした場合、成形された歯車の歯と歯との当接面積を可及的に大きくできる。これにより、例えば、歯車に所定の荷重が付与された場合、歯と歯との当接面積が大きい方が単位面積当たりに付与される荷重が小さくなるため、歯車を構成する歯にかかる負荷が低減され、該歯車の長寿命化を達成できるとともに、歯と歯との噛み合い音の発生を可及的に低減できる。しかも、歯車を構成する歯にかかる負荷が低減されることにより該歯の強度の低下を阻止でき、例えば、本発明によって成形された歯車を自動車の変速機に用いた場合、ギア幅をダウンさせることができ、ひいては変速機自体のコンパクト化を達成できる。すなわち、目的に応じて第1の歯形成形部の歯の軸方向に対する角度θを30゜<θ<45゜の範囲内の所望の角度に設定できるため、設計自由度が向上する。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明に係る歯車成形方法につき、歯車成形装置との関係において好適な実施の形態を挙げ、添付の図1〜図9A、図9Bを参照しながら以下詳細に説明する。なお、この歯車成形装置は、その用途が限定されるものではないが、例えば、シンクロ機構を備える自動車の変速機に用いられる二段歯車を成形するために用いられると好ましい。
【0014】
本実施の形態に係る歯車成形装置10は、リング状の歯車素材12(図9A参照)を鍛造して二段歯車130(図9B参照)に成形するためのものであり、図1に示すように、固定部14と可動部16とを有する。前記固定部14は架台18を備え、該架台18はその略中央部に形成される第1の凹部20と、該第1の凹部20に対して半径方向外方に形成された略矩形状の第2の凹部22を含む。前記第1の凹部20内には、該第1の凹部20から図1において上方に延在するように略円柱状のセンタガイド24が立設され、該センタガイド24を囲繞するように爪部26と本体部28とからなる第1のホルダ30が該第1の凹部20と前記第2の凹部22との間に形成される第1の環状凸部32上に固着される。前記センタガイド24はその周面を前記爪部26に当接するとともに、該センタガイド24と前記本体部28との間に該センタガイド24を周回する間隙部34が形成される。
【0015】
前記架台18、前記爪部26及び前記間隙部34を貫通して略円柱状のノックアウトパンチ36が前記センタガイド24を囲繞するように同心円状に複数本設けられる。このノックアウトパンチ36は前記センタガイド24によって芯出しされるとともに、該ノックアウトパンチ36の一端部には前記第1のホルダ30の爪部26上に載置される環状のスペーサ38が固着され、かつ該ノックアウトパンチ36の他端部は、図1における下方において第1の駆動機構(図示せず)に接続される。さらに、前記スペーサ38上には、前記センタガイド24の外周面を回動自在な下パンチ40が載置される。この下パンチ40は、図1において、下方が肉厚部42として形成され、次いでテーパ部44を介して上方が肉薄部46として形成される。前記肉薄部46の先端外周部には、ヘリカル状の外歯48が刻設される。従って、前記第1の駆動機構の作用下に、前記ノックアウトパンチ36は鉛直方向に上下動自在であるとともに、前記スペーサ38を介して前記下パンチ40も鉛直方向に上下動自在である。
【0016】
第2の凹部22の4つの角部には、図2に示すように、センタガイド24の軸に対して所定間隔離間したガスダンパ54がそれぞれ配設される。このガスダンパ54のロッド56にはディスク状のセットプレート58が固定される(図1参照)。図1から諒解されるように、第1の環状凸部32、第1のホルダ30及びノックアウトパンチ36を囲繞するように、コイルスプリング64が介装される。
【0017】
また、前記第2の凹部22の半径方向外方に形成された第2の環状凸部66上には、前記ガスダンパ54と前記セットプレート58を外装するように環状の膨出部68を有する第2のホルダ70が固着される。この第2のホルダ70の外周面74は、架台18の外周面72よりも半径方向外方に突出している。
【0018】
さらに、前記セットプレート58の上部に形成された環状平坦部76には環状の案内部材78が取着され、該案内部材78上には前記下パンチ40を囲繞するスペーサ80が回動自在に載置される。前記スペーサ80の上部にはダイ84が固着され、該ダイ84の中央上部にはテーパ部81を有する凹部82が形成される。このダイ84の上部平坦面85の外周部位には同期ピン91が図1において軸線に沿い、かつ上方に指向して植設されるとともに、前記凹部82に連通して二段歯車130のヘリカル歯形部132(図9B参照)を成形するためのヘリカル歯形成形部86が刻設される(図3参照)。このヘリカル歯形成形部86の歯87は、図3に示すように、軸方向に対して角度θだけ傾斜し等間隔に全周にわたって刻設されている。本実施の形態において、前記角度θは、30゜<θ<45゜の範囲に設定されていると好ましい。
【0019】
前記第2のホルダ70の上部には環状の第3のホルダ88が固着されるとともに、ガスダンパ54の弾発力により、前記ダイ84の半径方向外方に指向して該ダイ84に設けられる第2のストッパ部92は該第3のホルダ88の半径方向内方に指向して該第3のホルダ88に設けられる第1のストッパ部90に係合する。なお、前記架台18、前記第2のホルダ70及び前記第3のホルダ88のそれぞれの外周面72、74、89に第4のホルダ93が嵌合している。
【0020】
可動部16は、図1に示すように、ロッド94と、該ロッド94の一端部の略中央部に固着される略円柱状のマンドレル96と、該マンドレル96に嵌着されるインサートパンチスリーブ98とを有する。このマンドレル96は、歯車素材12を鍛造成形するときに該歯車素材12の芯出しをするためのものである。前記インサートパンチスリーブ98の外周面は、図1において下方から第1の直線部100と、該第1の直線部100から軸に対して離間する方向に所定角度傾斜した第1のテーパ部102と、該第1のテーパ部102から軸方向に延在する第2の直線部104と、該第2の直線部104から軸に対して離間する方向に所定角度傾斜した第2のテーパ部106と、該第2のテーパ部106から軸方向に延在する第3の直線部108とから構成されている。さらに、前記ロッド94の他端部は、図1における上方において第2の駆動機構(図示せず)に接続されている。従って、前記第2の駆動機構の作用下に、前記ロッド94は、鉛直方向に上下動自在となる。
【0021】
さらに、前記ロッド94を囲繞するようにスペーサ110が配設され、前記インサートパンチスリーブ98の外周面を摺動自在な環状の上パンチ112が該スペーサ110の底面に設けられる。この上パンチ112の内周面は、図1において下方から第4の直線部114と、該第4の直線部114から軸に対して離間する方向に所定角度傾斜した第3のテーパ部116と、該第3のテーパ部116から軸方向に延在する第5の直線部118と、該第5の直線部118から軸に対して離間する方向に所定角度傾斜した第4のテーパ部120とから構成され、該上パンチ112の先端外周には、ダイ84の凹部82に形成されるテーパ部81の形状に合致する第5のテーパ部122が形成される。図1から諒解されるように、前記インサートパンチスリーブ98に形成される第1の直線部100と前記上パンチ112に形成される第4の直線部114及び該インサートパンチスリーブ98に形成される第2の直線部104と該上パンチ112に形成される第5の直線部118とが当接している。
【0022】
また、前記上パンチ112に形成された第4の直線部114の先端には、二段歯車130のストレート歯形部134(図9B参照)を成形するためのストレート歯形成形部136が刻設される(図4参照)。このストレート歯形部成形部136は、図4に示すように、その先端にチャンファ部138を有し、全周にわたって軸方向に対して等間隔に刻設されている。
【0023】
前記上パンチ112の外周面には、該上パンチ112をスペーサ110方向に支持固定する第5のホルダ124が嵌合し、かつこのスペーサ110及び第5のホルダ124には該スペーサ110の外周面を回動自在である第6のホルダ126が外装される。この第5のホルダ124には、該第5のホルダ124の外周面の一部を切り欠くように同期ピン挿入口127が形成される。この同期ピン挿入口127は、ダイ84に植設された同期ピン91に対向している。前記スペーサ110及び前記第6のホルダ126は、図1における上方において第3の駆動機構(図示せず)に接続されている。従って、前記第3の駆動機構の作用下に、前記スペーサ110及び前記第6のホルダ126は、鉛直方向に上下動自在となる。すなわち、前記上パンチ112が前記インサートパンチスリーブ98の外周面を鉛直上下方向に摺動自在となる。なお、前記第2の駆動機構(図示せず)と前記第3の駆動機構(図示せず)とは、それぞれ独立して、若しくは同期して駆動することが可能である。
【0024】
本実施の形態に係る歯車成形装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に歯車成形方法との関係でその作用及び効果について説明する。
【0025】
先ず、図示しない第2の駆動機構と第3の駆動機構とを同期して駆動させ、図1に示すように、可動部16を固定部14に対して離間した状態にする。そして、下パンチ40の肉薄部46上にリング状の歯車素材12(図9A参照)を載置する。このとき、前記肉薄部46の先端外周部に刻設された外歯48の一部をダイ84の内周部に刻設されたヘリカル歯形成形部86に噛合させる。
【0026】
その後、図示しない前記第2の駆動機構及び前記第3の駆動機構を同期して駆動させ、前記可動部16を鉛直下方向に移動させて該可動部16を前記固定部14に接近当接させる(図5参照)。この場合、ダイ84の凹部82に形成されたテーパ部81に上パンチ112に形成された第5のテーパ部122が当接するとともに、該ダイ84の上部平坦面85に植設された同期ピン91が第5のホルダ124に形成された同期ピン挿入口127に挿入され、かつマンドレル96が歯車素材12の内部に挿通される。しかも、前記歯車素材12がインサートパンチスリーブ98及び上パンチ112により鉛直下方向に押圧される。これにより、ガスダンパ54の弾発力に抗して、セットプレート58、スペーサ80及びダイ84が鉛直下方向に押圧される。従って、第3のホルダ88に形成される第1のストッパ部90に対する前記ダイ84に設けられた第2のストッパ部92の係合作用が解除されて、該第1のストッパ部90と該第2のストッパ部92との間に第1の間隙部128が形成される(図5参照)。さらに、前記下パンチ40がセンタガイド24の外周面を回動自在であるため、前記外歯48が前記ヘリカル歯形成形部86にさらに噛合することになる(図5参照)。その際、前記歯車素材12の肉の一部が、前記ヘリカル歯形成形部86内を流動する。
【0027】
次いで、第2の駆動機構(図示せず)を駆動させてインサートパンチスリーブ98を鉛直上方向に移動させるとともに、第3の駆動機構(図示せず)を駆動させて上パンチ112をさらに鉛直下方向に移動させる。これにより、前記歯車素材12に対するインサートパンチスリーブ98の押圧作用が解除されて、該歯車素材12と該インサートパンチスリーブ98との間に第2の間隙部129が形成される(図6参照)。同時に、ガスダンパ54の弾発力に抗して、セットプレート58、スペーサ80及びダイ84が上パンチ112によってさらに鉛直下方向に押圧され、第1のストッパ部90と第2のストッパ部92との間に形成された第1の間隙部128が拡開される(図6参照)。このとき、歯車素材12の肉がさらにヘリカル歯形成形部86内に流動する。その際、前記歯車素材12は前記マンドレル96の外周面を所定方向に所定角度だけ回転するとともに、前記ヘリカル歯形成形部86はヘリカル状に刻設されているため、該歯車素材12の肉が該ヘリカル歯形成形部86内を螺旋的に流動しながら該ヘリカル歯形成形部86を押圧することになる。すなわち、前記ダイ84には軸に対して離間する方向に螺旋的な力が付与されるが、前記上パンチ112により該ダイ84が鉛直下方向に押圧されているため、該ダイ84は前記歯車素材12の回転方向に所定角度だけ回転することになる。換言すれば、前記ダイ84と、該ダイ84の底面に固着したスペーサ80が、軸を中心に一体的に案内部材78上を前記歯車素材12の回転方向に所定角度だけ回転する。これにより、二段歯車130のヘリカル歯形部132が成形される(図9B参照)。
【0028】
さらに、このとき、前記ダイ84と前記第5のホルダ124とは同期ピン91によって一体的に連結されているため、該ダイ84が所定方向に所定角度回転することにより、該第5のホルダ124、該第5のホルダ124に嵌合された上パンチ112及び該第5のホルダ124を外装する第6のホルダ126が一体的に該ダイ84と同期して回転することになる。結局、歯車素材12の肉が上パンチ112の先端内周に刻設されたストレート歯形成形部136内にも流動するに至る。従って、二段歯車130のストレート歯形成形部136も成形されることになる(図9B参照)。
【0029】
そして、図示しない第2の駆動機構及び第3の駆動機構を同期して駆動させ、可動部16を固定部14から離間させる(図7参照)。すなわち、マンドレル96、インサートパンチスリーブ98及び上パンチ112が、二段歯車130に対して一体的に離間することになる。これにより、ガスダンパ54の弾発力に抗して、セットプレート58、スペーサ80及びダイ84に付与された鉛直下方向の押圧力が解除されて、該ダイ84の第2のストッパ部92が第3のホルダ88の第1のストッパ部90に係合する(図7参照)。
【0030】
その後、第1の駆動機構(図示せず)の作用下にノックアウトパンチ36を鉛直上方向に移動させる。このとき、前記ノックアウトパンチ36に固着されるスペーサ38を介して下パンチ40の外歯48がダイ84のヘリカル歯形成形部86に噛合しながら、該下パンチ40が鉛直上方向に回転移動する。その際、成形された二段歯車130のヘリカル歯形部132と前記ヘリカル歯形成形部86との噛み合いにより、前記ダイ84が軸を中心に所定方向に所定角度だけ戻される。すなわち、歯車素材12を成形する前の状態(図1に示す状態)となる。これにより、二段歯車130がダイ84から離型した状態となる(図8参照)。
【0031】
二段歯車130は、搬送装置(図示せず)によって次工程に搬送され、最終的に、所定の寸法及び形状に機械加工が施されて製品として完成される。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カッタなどによる機械加工や溶接作業を行うことなく歯車素材からヘリカル歯形部とストレート歯形部とを有する二段形状の歯車を一挙に製造することができる。これにより、鍛造成形体に生成される鍛流線が誤って切断されることを阻止でき、一方、従来技術のような煩雑な溶接作業を行うことを可及的に回避できる。従って、成形後の歯車の強度を確実に確保することが可能になるとともに、歯車成形時に切粉が発生することを回避することができるため、材料歩留まりの向上が達成され、製造工程が簡素化するとともに、製造コストの低廉化が達成される。
【0033】
しかも、ダイと上パンチとがピンを介して連結されているため、該ダイと該上パンチとが同期して回転することができる。従って、上パンチによって歯車素材を押圧することにより、該歯車素材の肉がヘリカル歯形成形部内に流動して該ヘリカル歯形成形部を押圧しダイが回転する。これにより、上パンチに形成されたストレート歯形成形部内にも歯車素材の肉が確実に流動してストレート歯形部を成形することが可能となる。
【0034】
また、歯車素材から歯車を成形した後にダイから該歯車を離型させる場合、該歯車素材の芯出しをするためのマンドレルにインサートパンチスリーブが嵌着されるため、第2の駆動機構及び第3の駆動機構を同期して駆動させることにより該マンドレル、該インサートパンチスリーブ及び上パンチを一体的に歯車に対して離間させることが可能となる。従って、例えば、マンドレルを移動させるための専用のピンや該ピンを移動するための駆動機構を設ける必要がない。このため、歯車素材から歯車を成形して該歯車をダイから離型させるまでに、インサートパンチスリーブ、上パンチ及びノックアウトパンチをそれぞれ移動させるための駆動機構を3つ設置するだけで歯車を成形することができる。
【0035】
さらに、ダイに形成されるヘリカル歯形成形部の歯の軸方向に対する角度θが、30゜<θ<45゜の範囲内の角度に設定されるため、角度θを30゜<θ<45゜の範囲内で大きくした場合、成形された歯車の歯と歯との当接面積を可及的に大きくできる。これにより、例えば、歯車に所定の荷重が付与された場合、歯と歯との当接面積が大きい方が単位面積当たりに付与される荷重が小さくなるため、歯車の歯にかかる負荷が低減され該歯車の長寿命化を達成できるとともに、歯と歯との噛み合い音の発生を可及的に低減できる。しかも、歯車の歯にかかる負荷が低減されることにより該歯の強度の低下を阻止でき、例えば、本発明によって成形された歯車を自動車の変速機に用いた場合、ギア幅を小さくでき、ひいては変速機自体のコンパクト化が達成される。すなわち、目的に応じてヘリカル歯形成形部の歯の軸方向に対する角度θを30゜<θ<45゜の範囲内の所望の角度に設定できるため、設計自由度が向上するという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る歯車成形装置を示す一部省略縦断面説明図である。
【図2】図1におけるII−II線からみた矢視説明図である。
【図3】図1の歯車成形装置を構成するダイを示す一部省略拡大縦断面説明図である。
【図4】図1の歯車成形装置を構成する上パンチに刻設されたストレート歯形成形部を示す一部省略拡大縦断面説明図である。
【図5】図1の歯車成形装置において、インサートパンチスリーブと上パンチにより歯車素材を押圧した状態を示す一部省略縦断面説明図である。
【図6】図5に示す状態からさらに上パンチにより歯車素材を押圧した状態を示す一部省略縦断面説明図である。
【図7】図1の歯車成形装置において、固定部から可動部が離間した状態を示す一部省略縦断面説明図である。
【図8】図1の歯車成形装置において、鍛造成形された後の二段歯車がダイから離型した状態を示す一部省略縦断面説明図である。
【図9】図9Aは歯車素材を示す斜視図であり、図9Bは鍛造成形された後の二段歯車を示す斜視図である。
【符号の説明】
10…歯車成形装置 12…歯車素材
24…センタガイド 36…ノックアウトパンチ
40…下パンチ 48…外歯
86…ヘリカル歯形成形部 87…歯
96…マンドレル 98…インサートパンチスリーブ
112…上パンチ 130…二段歯車
132…ヘリカル歯形部 134…ストレート歯形部
136…ストレート歯形成形部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gear forming method and apparatus for forming a gear by hot forging or cold forging.
[0002]
[Prior art]
For example, a two-stage gear having a straight tooth profile portion and a helical tooth profile portion is used in a transmission of an automobile including a synchro mechanism. In order to manufacture this two-stage gear, a method of manufacturing a two-stage gear by forming a helical tooth profile by cutting with a cutter on a molded body in which a straight tooth profile is formed by hot forging. There is.
[0003]
In addition, as another method, a method of manufacturing a two-stage gear by joining a molded body having a straight tooth profile portion and a molded body formed by cutting with a cutter to form a helical tooth profile portion by welding or the like. Is mentioned.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the manufacturing method according to the prior art, when a helical tooth profile is cut by a cutter with respect to a molded object in which a straight tooth profile is formed by hot forging, it is generated in the molded object. Forging lines (fiber structure flow due to plastic deformation) may be cut by the cutter. Thereby, while the intensity | strength of the manufactured gear falls remarkably, there exists a malfunction that a material yield deteriorates with the chip generated at the time of cutting.
[0005]
In addition, when a molded body having a straight tooth profile and a molded body having a helical tooth profile formed by cutting with a cutter are joined by welding or the like, complicated welding operations must be performed. Therefore, it has been pointed out that the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases.
[0006]
The present invention has been made in consideration of such problems, and manufactures a gear having a straight tooth profile portion and a helical tooth profile portion all at once without performing machining or welding work with a cutter or the like. Thus, it is possible to reliably ensure the strength of the gear, improve the material yield, simplify the manufacturing process, and reduce the manufacturing cost. An object is to provide such a device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a gear material is placed on one end of a lower punch having external teeth, a mandrel is inserted into the gear material, and the gear material is pressed by an insert punch sleeve and an upper punch. And releasing the pressing force against the gear material by the insert punch sleeve to separate the insert punch sleeve from the gear material, and further pressing the gear material by the upper punch, thereby engaging the external teeth. A second step of forming the tooth profile of the gear by flowing the gear material into the first tooth forming profile formed on the die and the second tooth forming profile formed on the upper punch, and a knockout punch And a third step of releasing the gear from the die by rotating the lower punch under the action of the above. In this case, a helical tooth profile is formed on the gear material by the first tooth forming profile, and a straight tooth profile is formed on the gear material by the second tooth forming profile.
[0008]
The present invention also provides a center guide, a knockout punch, a lower punch that is rotatably disposed on the outer peripheral surface of the center guide, and a first tooth forming shape that meshes with external teeth formed on the lower punch. A die having a portion, a mandrel so as to face the die, an insert punch sleeve fitted to the mandrel, and an outer peripheral surface of the insert punch sleeve, and a second tooth forming shape portion The knockout punch, the mandrel, and the upper punch are connected to the first drive mechanism, the second drive mechanism, and the third drive mechanism, respectively, and the mandrel is provided inside the gear blank. While the gear is pressed, the gear blank is pressed by the insert punch sleeve and the upper punch, thereby forming the tooth profile portion of the gear. After the mandrel, the insert punch sleeve, and the upper punch are integrally separated from the gear under the driving action of the driving mechanism and the third driving mechanism, the driving mechanism is driven by the first driving mechanism. The lower punch is rotated and moved by moving the knockout punch to release the gear from the die.
[0009]
According to the present invention, since the first tooth forming portion is formed in a helical shape and the second tooth forming shape portion is formed in a straight shape, the helical tooth shape portion can be formed from the gear material without performing machining or welding work with a cutter or the like. A two-stage gear having a straight tooth profile can be manufactured all at once. Thereby, it can prevent cutting the forge line produced | generated by a forge molded object accidentally, and a welding operation can be avoided. Therefore, it is possible to reliably ensure the strength of the gear after molding, and it is possible to avoid the generation of chips during molding of the gear, thereby improving the material yield and simplifying the gear manufacturing process. And manufacturing costs can be reduced.
[0010]
Furthermore, when the gear is released from the die after the gear is formed from the gear material, the insert punch sleeve is fitted to the mandrel for centering the gear material, so that the second drive mechanism and the third By driving the drive mechanisms synchronously, the mandrel, the insert punch sleeve and the upper punch can be integrally separated from the gear. Therefore, for example, there is no need to provide a dedicated pin for moving the mandrel or a drive mechanism for moving the pin. For this reason, the gear is formed only by installing three drive mechanisms for moving the insert punch sleeve, the upper punch, and the knockout punch, respectively, until the gear is formed from the gear material and released from the die. be able to.
[0011]
In the gear forming apparatus for carrying out the above-described gear forming method, the upper punch is fitted with a holder in which a pin insertion port is formed, a pin is implanted in the die, and the pin is the pin. The upper punch and the die are connected and rotated by being inserted into the insertion port, the first tooth forming portion is formed in a helical shape, and the second tooth forming shape portion is formed in a straight shape. Preferably formed. That is, since the die and the upper punch are connected via the pin, the die and the upper punch can rotate in synchronization. Accordingly, when the gear blank is pressed by the upper punch, the gear material flesh flows into the helical first tooth forming portion, presses the first tooth forming portion, and the die rotates. Thereby, the meat of the gear material can surely flow in the straight second tooth forming portion formed in the upper punch, and the straight tooth portion can be formed.
[0012]
Furthermore, it is preferable that the angle θ of the first tooth forming portion with respect to the axial direction of the teeth is set within a range of 30 ° <θ <45 °. When the angle θ is increased within the range of 30 ° <θ <45 °, the contact area between the teeth of the formed gear can be increased as much as possible. Thereby, for example, when a predetermined load is applied to the gear, the load applied per unit area is smaller when the contact area between the teeth is larger, so the load applied to the teeth constituting the gear is reduced. As a result, the life of the gear can be extended and the generation of meshing noise between teeth can be reduced as much as possible. In addition, since the load applied to the teeth constituting the gears is reduced, the reduction in the strength of the teeth can be prevented. For example, when the gears molded according to the present invention are used in an automobile transmission, the gear width is reduced. As a result, the transmission itself can be made compact. That is, the angle θ of the first tooth forming portion with respect to the axial direction of the teeth can be set to a desired angle within a range of 30 ° <θ <45 ° according to the purpose, so that the degree of freedom in design is improved.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The gear forming method according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying FIGS. 1 to 9A and 9B with reference to preferred embodiments in relation to the gear forming apparatus. In addition, although the use is not limited for this gear shaping | molding apparatus, For example, it is preferable when it is used in order to shape | mold the two-stage gear used for the transmission of the motor vehicle provided with a synchro mechanism.
[0014]
A
[0015]
A plurality of substantially cylindrical knockout punches 36 are provided concentrically so as to pass through the
[0016]
As shown in FIG. 2,
[0017]
Further, on the second annular
[0018]
Further, an
[0019]
An annular
[0020]
As shown in FIG. 1, the
[0021]
Further, a
[0022]
Further, a straight
[0023]
A
[0024]
The
[0025]
First, a second drive mechanism and a third drive mechanism (not shown) are driven in synchronization, and the
[0026]
Thereafter, the second drive mechanism and the third drive mechanism (not shown) are driven in synchronization, and the
[0027]
Next, the second drive mechanism (not shown) is driven to move the
[0028]
Further, at this time, since the
[0029]
Then, the second drive mechanism and the third drive mechanism (not shown) are driven in synchronization to separate the
[0030]
Thereafter, the
[0031]
The two-
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a two-stage gear having a helical tooth profile portion and a straight tooth profile portion can be manufactured at once from a gear material without performing machining or welding work with a cutter or the like. . Thereby, it is possible to prevent the forged stream line generated in the forged molded body from being cut by mistake, and on the other hand, it is possible to avoid as much as possible the complicated welding work as in the prior art. Therefore, it is possible to reliably ensure the strength of the gear after molding, and it is possible to avoid the generation of chips during gear molding, thus improving the material yield and simplifying the manufacturing process. In addition, the manufacturing cost can be reduced.
[0033]
In addition, since the die and the upper punch are connected via a pin, the die and the upper punch can rotate in synchronization. Therefore, when the gear blank is pressed by the upper punch, the gear material flesh flows into the helical tooth forming portion, presses the helical tooth forming portion, and the die rotates. As a result, the gear material can reliably flow in the straight tooth forming portion formed in the upper punch, and the straight tooth portion can be formed.
[0034]
Further, when the gear is released from the die after the gear is formed from the gear material, the insert punch sleeve is fitted to the mandrel for centering the gear material, so the second drive mechanism and the third By driving the drive mechanisms synchronously, the mandrel, the insert punch sleeve and the upper punch can be integrally separated from the gear. Therefore, for example, there is no need to provide a dedicated pin for moving the mandrel or a drive mechanism for moving the pin. For this reason, the gear is formed only by installing three drive mechanisms for moving the insert punch sleeve, the upper punch, and the knockout punch, respectively, until the gear is formed from the gear material and released from the die. be able to.
[0035]
Furthermore, the angle θ with respect to the axial direction of the tooth of the helical tooth forming portion formed on the die is set to an angle within the range of 30 ° <θ <45 °, so the angle θ is 30 ° <θ <45 °. When it is increased within the range, the contact area between the teeth of the formed gear can be increased as much as possible. Thus, for example, when a predetermined load is applied to the gear, the load applied to the gear teeth is reduced because the load applied per unit area is smaller when the contact area between the teeth is larger. The service life of the gear can be increased, and the generation of meshing noise between teeth can be reduced as much as possible. In addition, since the load applied to the gear teeth can be reduced, a reduction in the strength of the teeth can be prevented.For example, when the gear formed according to the present invention is used in an automobile transmission, the gear width can be reduced, and thus The transmission itself is made compact. That is, the angle θ with respect to the axial direction of the tooth of the helical tooth forming portion can be set to a desired angle within a range of 30 ° <θ <45 ° according to the purpose, and thus a specific effect that design flexibility is improved is obtained. It is done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially omitted longitudinal sectional view showing a gear forming apparatus according to the present embodiment.
FIG. 2 is an explanatory view taken along the line II-II in FIG.
3 is a partially omitted enlarged vertical cross-sectional explanatory view showing a die constituting the gear forming apparatus of FIG. 1. FIG.
4 is a partially omitted enlarged longitudinal sectional view showing a straight tooth forming portion engraved in an upper punch constituting the gear forming apparatus of FIG. 1. FIG.
5 is a partially omitted vertical cross-sectional explanatory view showing a state in which a gear material is pressed by an insert punch sleeve and an upper punch in the gear forming apparatus of FIG. 1. FIG.
6 is a partially omitted vertical cross-sectional explanatory view showing a state in which the gear blank is further pressed by an upper punch from the state shown in FIG. 5;
7 is a partially omitted vertical cross-sectional explanatory view showing a state in which the movable part is separated from the fixed part in the gear forming apparatus of FIG. 1;
8 is a partially omitted vertical cross-sectional explanatory view showing a state in which the two-stage gear after forging is released from the die in the gear forming apparatus of FIG. 1;
9A is a perspective view showing a gear blank, and FIG. 9B is a perspective view showing a two-stage gear after forging.
[Explanation of symbols]
10 ... Gear forming
24 ...
40 ...
86 ... Helical
96 ...
112 ...
132 ...
136 ... Straight tooth forming part
Claims (6)
前記インサートパンチスリーブによる前記歯車素材に対する押圧力を解除して該インサートパンチスリーブを該歯車素材から離間させるとともに、前記上パンチによって該歯車素材をさらに押圧することにより、前記外歯が噛合するダイに形成された第1の歯形成形部内と該上パンチに形成された第2の歯形成形部内とに該歯車素材を流動させて歯車の歯形部を成形する第2の工程と、
ノックアウトパンチの作用下に前記下パンチを回転移動させて前記歯車を前記ダイから離型する第3の工程と、
からなることを特徴とする歯車成形方法。A first step of placing a gear material on one end of a lower punch having external teeth, inserting a mandrel into the gear material, and pressing the gear material with an insert punch sleeve and an upper punch;
The pressing force against the gear material by the insert punch sleeve is released to separate the insert punch sleeve from the gear material, and further press the gear material by the upper punch, whereby the outer teeth mesh with the die. A second step of shaping the gear tooth profile by flowing the gear material into the formed first tooth profile and the second tooth profile formed on the upper punch;
A third step of releasing the gear from the die by rotating the lower punch under the action of a knockout punch;
A gear forming method comprising:
前記第1の歯形成形部により前記歯車素材にヘリカル歯形部が成形されるとともに、前記第2の歯形成形部により前記歯車素材にストレート歯形部が成形されることを特徴とする歯車成形方法。The gear forming method according to claim 1,
A gear tooth forming method, wherein a helical tooth profile portion is formed on the gear material by the first tooth forming shape portion, and a straight tooth shape portion is formed on the gear material by the second tooth forming shape portion.
前記ダイに対向するように、マンドレルと、該マンドレルに嵌着されるインサートパンチスリーブと、該インサートパンチスリーブの外周面を摺動自在でかつ第2の歯形成形部が形成された上パンチが設けられ、
前記ノックアウトパンチ、前記マンドレル及び前記上パンチは、それぞれ第1の駆動機構、第2の駆動機構及び第3の駆動機構に接続され、
歯車素材の内部にマンドレルを挿通させながら、前記インサートパンチスリーブと前記上パンチとによって該歯車素材を押圧することにより歯車の歯形部を成形するとともに、前記第2の駆動機構及び前記第3の駆動機構の駆動作用下に該マンドレル、該インサートパンチスリーブ及び該上パンチを該歯車に対して一体的に離間させた後、前記第1の駆動機構の駆動作用下にノックアウトパンチを移動させることにより前記下パンチを回転移動させて該歯車を前記ダイから離型することを特徴とする歯車成形装置。A center guide, a knockout punch, a lower punch rotatably disposed on an outer peripheral surface of the center guide, and a die having a first tooth forming shape portion meshing with external teeth formed on the lower punch. Prepared,
A mandrel, an insert punch sleeve that is fitted to the mandrel, and an upper punch that is slidable on the outer peripheral surface of the insert punch sleeve and is formed with a second tooth forming portion are provided so as to face the die. And
The knockout punch, the mandrel and the upper punch are connected to a first drive mechanism, a second drive mechanism and a third drive mechanism, respectively.
While the mandrel is inserted into the gear blank, the gear blank is pressed by the insert punch sleeve and the upper punch to form the tooth profile of the gear, and the second drive mechanism and the third drive The mandrel, the insert punch sleeve, and the upper punch are integrally separated from the gear under the driving action of the mechanism, and then the knockout punch is moved under the driving action of the first driving mechanism. A gear forming apparatus characterized in that a lower punch is rotated to release the gear from the die.
前記上パンチにはピン挿入口が形成されたホルダが嵌合されるとともに、前記ダイにはピンが植設され、
前記ピンが前記ピン挿入口に挿入されることにより、前記上パンチと前記ダイとが連結されて回動することを特徴とする歯車成形装置。The gear forming apparatus according to claim 3, wherein
A holder in which a pin insertion port is formed is fitted to the upper punch, and a pin is implanted in the die,
The gear forming apparatus, wherein the upper punch and the die are connected and rotated by inserting the pin into the pin insertion opening.
前記第1の歯形成形部はヘリカル状に形成され、
前記第2の歯形成形部はストレート状に形成されることを特徴とする歯車成形装置。In the gear forming apparatus according to claim 3 or 4,
The first tooth forming portion is formed in a helical shape,
The gear forming apparatus, wherein the second tooth forming portion is formed in a straight shape.
前記第1の歯形成形部の歯の軸方向に対する角度θは、30゜<θ<45゜の範囲内であることを特徴とする歯車成形装置。In the gear forming device according to any one of claims 3 to 5,
An angle θ of the first tooth forming portion with respect to the axial direction of the teeth is in a range of 30 ° <θ <45 °.
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