JP4392122B2

JP4392122B2 - 鍛造金型構造

Info

Publication number: JP4392122B2
Application number: JP2000382428A
Authority: JP
Inventors: 司志大浜; 通敏河野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: JP2002178082A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャビティに鍛造用素材が配設され、パンチの加圧作用下に前記鍛造用素材を鍛造成形する鍛造金型構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、互いに接合された上部ダイスおよび下部ダイスに形成されるキャビティに鍛造用素材を装填し、パンチを介して前記鍛造用素材に加圧力を付与することにより、鍛造用素材を所定形状に鍛造成形する金型装置が知られている。
【０００３】
この種の金型装置を用いて、例えば、自動車の車輪駆動用の等速ジョイントの外輪部材（アウタカップ）が冷間鍛造成形方法によって製造されている。前記外輪部材は、碗状または筒状のカップ部と、前記カップ部と一体的に形成される軸部とから構成され、前記カップ部の内周面には、軸線方向に沿って延在するボール溝またはトラック溝が形成され、前記ボール溝およびトラック溝に沿ってボールまたはローラが転動するように設けられている。
【０００４】
従来技術に係る冷間鍛造成形方法によって外輪部材を鍛造成形する工程について以下に概略説明する。
【０００５】
先ず、所定長に接続された円柱状のワーク（鍛造用素材）に対して球状化焼鈍処理を施し、続いて、その表面にボンデライト処理によって燐酸塩被膜等の潤滑用化成被膜を形成した後、第１鍛造用金型によって前方押し出し成形を行うことにより軸線方向に沿って延在する軸部が形成される（第１工程）。
【０００６】
次に、ワークの未加工部分に対して、第１鍛造用金型とは異なる他の第２鍛造用金型を介して据え込み成形を施す第２工程が行われる。そして、前記据え込み成形がなされた成形品に対し、応力除去等のために低温焼鈍処理、前記低温焼鈍処理の際に発生する酸化スケール等を除去するショットブラスト処理、および、ワークの外表面に潤滑用化成被膜を形成するボンデライト処理をそれぞれ行う。
【０００７】
続いて、ワークに対して、カップ部を形成するとともに、その内周面にボール溝またはローラ溝を形成する後方押し出し成形を施す第３工程が行われる。この後方押し出し成形は、前記第１および第２鍛造用金型とは異なる他の第３鍛造用金型によって行われる。
【０００８】
前記後方押し出し成形がなされた成形品に対し、低温焼鈍処理を施してワークを軟化させた後、ショットブラスト処理によって酸化スケール等を除去し、さらに、成形時に潤滑性を得るためにボンデライト処理を行う。
【０００９】
最後に、前記第１乃至第３鍛造用金型とは異なる他の第４鍛造用金型によって、最終的な製品形状に仕上げるためのしごき加工（最終サイジング成形）を第４工程として行うことにより、完成品が得られる。
【００１０】
このように、従来技術に係る鍛造成形方法では、それぞれ構造が異なる第１乃至第４鍛造用金型を用いてワークに対する各種の鍛造成形を行うとともに、鍛造成形工程の間に種々の処理作業がなされる。
【００１１】
なお、第４工程のしごき加工を行う前に、低温焼鈍処理、ショットブラスト処理およびボンデライト処理等を行うのは、後方押し出し成形を行った第３工程の後にしごき加工を連続して行った際、しごき加工中にカップ部の内面に割れが生ずるおそれがあるからである。このため、従来技術に係る鍛造成形方法では、しごき加工を行う前に低温焼鈍処理等の各種処理が必要となる。
【００１２】
ここで、等速ジョイントの外輪部材を構成するカップ部から軸部に繋がるコーナー部分を後方押し出し成形する第３鍛造用金型の部分縦断面図を図７に示す。第３鍛造用金型のコーナー部分１には、応力集中により多大な応力負荷が付与されるため、コーナーの湾曲部２の曲率半径（Ｒ）を大きく設定し、且つ前記湾曲部２の終端近傍で上部ダイス３と下部ダイス４とを分割する金型構造が一般的に採用されている。換言すると、前記湾曲部２の終端近傍が上部ダイス３と下部ダイス４との合わせ面として形成されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術に係る鍛造金型の分割構造では、後方押し出し成形時における鍛造用素材と金型の表面との摩擦力に起因して、分割された上部ダイスと下部ダイスとの合わせ面（金型の結合面）に強大な負荷が付与されることにより上部ダイスと下部ダイスとの合わせ面の間にクリアランスが形成され、前記クリアランスに鍛造用素材の余肉が入り込んでバリが発生するという問題がある。また、第４工程の仕上げ工程において、前記バリに起因して巻き込み等が生ずる場合がある。
【００１４】
さらに、従来技術に係る鍛造金型構造では、パンチによって鍛造成形された成形品を上部ダイスおよび下部ダイスに形成されたキャビティ内に残留させておく必要がある。けだし、鍛造成形された成形品がパンチに付着した場合、前記パンチから成形品を離間させる作業が必要となり、生産効率が低下するからである。通常は、ダイス側に設けられたノックアウトピンによって鍛造成形された成形品をキャビティから外部に取り出すようにしている。
【００１５】
この場合、キャビティが形成されたダイス側に鍛造成形された成形品を残留させるため、ダイス壁面の面粗度を荒くしたり、あるいは逆テーパ面等を形成して成形品がダイス側に食いつかせる工夫がなされているが、ダイス壁面の面粗度を荒くすることにより金型の寿命を短縮し、あるいは逆テーパ面が摩耗するという問題がある。
【００１６】
本発明は、積層して構成される第１型部材と第２型部材との合わせ面を強固に結合することによりクリアランスによるバリの発生を防止し、しかも、鍛造成形された成形品をキャビティが形成された型部材側に残留させることが可能な鍛造金型構造を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、キャビティに装填された鍛造用素材に対して加圧力を付与することにより、段付円筒形状の鍛造品を成形する金型の構造において、
積層して構成される第１型部材および第２型部材を備え、
前記鍛造品のコーナー部分に対応する前記第１型部材と前記第２型部材との結合部分で、前記第１型部材には、前記第２型部材の側に向かって拡径するテーパ部と、前記テーパ部に連続し直径が均一な内周面からなる環状凹部とが設けられ、
前記結合部分の前記第２型部材には、前記環状凹部に連続し且つ略直交する平坦な合わせ平面部と、前記合わせ平面部に連続する湾曲面とが設けられ、
前記環状凹部の軸線方向に沿った長さは、鍛造成形される鍛造品の底部の肉厚以下であることを特徴とする。
【００１８】
この場合、前記第２型部材に、前記合わせ平面部に連続し、鍛造用素材に対する鍛造成形時における第１型部材の伸張量を見込んだ段差部を形成するとよい。
【００１９】
なお、前記鍛造品は、カップ部と軸部とを有する等速ジョイントの外輪部材からなり、前記コーナー部分は、カップ部から軸部に繋がる部分であってもよい。また、前記合わせ平面部は、キャビティを構成する部分と、前記第１型部材が当接する部分とが、連続の同一面を構成してもよい。
【００２０】
本発明によれば、第１型部材と第２型部材との結合面を、第１型部材の環状凹部と、前記環状凹部に連続し且つ略直交する第２型部材の平坦な合わせ平面部とによって構成することにより、鍛造成形時において大きな負荷が付与された場合であっても第１型部材と第２型部材との結合面にクリアランスが形成されることがなく、バリの発生を防止することができる。
【００２１】
また、前記環状凹部によって鍛造品が抱きつかれて保持されるため、鍛造品を第１および第２型部材側に残留させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鍛造金型構造について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２３】
図１において、参照数字１０は本発明の実施の形態に係る鍛造金型構造が適用された鍛造用金型装置を示す。
【００２４】
この鍛造用金型装置１０は、第１ダイプレート１２および第２ダイプレート１４を有し、前記第１ダイプレート１２上には、厚肉に形成された圧入リング１８が図示しない固定部材を介して固定されている。
【００２５】
前記圧入リング１８の孔部内には、円筒状に形成されたインサート部材２０が内嵌されている。この場合、インサート部材２０の外径は、圧入リング１８の内径よりも若干大きく設定されており、前記インサート部材２０は、締まりばめにて圧入リング１８の孔部内に嵌入される。
【００２６】
前記インサート部材２０の内部には、分割して構成されたリング体からなる上部ダイス（第１型部材）２２および下部ダイス（第２型部材）２４が軸線方向に沿って一体的に積層され、前記上部ダイス２２および下部ダイス２４の内部には、後述する鍛造用素材が装填されるキャビティが形成されている。なお、前記上部ダイス２２および下部ダイス２４は、型部材として機能するものである。
【００２７】
上部ダイス２２と下部ダイス２４との結合部分の近傍（鍛造成形された鍛造品のコーナー部分に対応する部分）において、キャビティを構成する上部ダイス２２の内壁面の下部側には、図２および図３に示されるように、下部ダイス２４側に向かって徐々に拡径するテーパ部２５と、前記テーパ部２５に連続し直径が略均一な内周面からなる環状凹部２７とが形成されている。なお、前記テーパ部２５は、環状凹部２７に対して縦断面が所定角度（例えば、約３度）の傾斜面に設定されるとよい。
【００２８】
キャビティを構成する下部ダイス２４の内壁面の上部には、前記環状凹部２７に対して略直交する平坦面からなり上部ダイス２２の平坦な下面に結合される合わせ平面部２９と、前記合わせ平面部２９から中心側に向かって所定距離だけ離間する湾曲面３１とが形成される。前記湾曲面３１は、平坦な合わせ平面部２９から僅かに窪むように形成されている。
【００２９】
なお、前記環状凹部２７の軸線方向に沿った寸法Ｔは、後述する鍛造品の底部の肉厚Ｓに対して、Ｔ≦Ｓとなるように設定することにより、成形された素材（鍛造品）をダイス内に残留させることができるとともに、内外形状精度に対する影響を受けることがないという利点が得られる。
【００３０】
また、鍛造成形する際の上部ダイス２２の伸張を見込んで下部ダイス２４の合わせ平面部２９に連続する段差部３３を設けるとよい（図４参照）。鍛造用素材の鍛造成形時における上部ダイス２２および下部ダイス２４の伸張量に対応する段差部３３を設けることにより、上部ダイス２２と下部ダイス２４との合わせ面におけるクリアランスをなくしてバリの発生をより一層防止することができる。
【００３１】
前記上部ダイス２２の上面には、図１に示されるように、パンチ２６が挿入される孔部２８が形成された第１リング体３０が接合され、また、インサート部材２０の上面には前記第１リング体３０に外嵌される大径な第２リング体３２が接合され、さらに、圧入リング１８の環状凹部には第２リング体３２に外嵌される大径な第３リング体３４が一体的に接合される。
【００３２】
この場合、第２リング体３２を外嵌するように第３リング体３４を圧入リング１８に対して締結することにより、第３リング体３４に形成されたテーパ面３４ａが第２リング体３２に形成された逆テーパ面３２ａに摺接し、第１リング体３０および第２リング体３２を下方側に向かって押圧する力が作用する。
【００３３】
なお、前記第１リング体３０の孔部２８の上部には、パンチ２６が挿入される際に該パンチ２６を案内する環状のガイド溝（図示せず）を形成するとよい。
【００３４】
前記上部ダイス２２および下部ダイス２４によって形成されるキャビティの下部側には、鍛造品を押し出すためのノックアウトピン３６が第１ダイプレート１２に形成された孔部３８に沿って進退自在に配設される。このキャビティには、鍛造用素材として後述する第２次成形品が装填される。
【００３５】
図１に示されるように、圧入リング１８から所定距離離間する上方には、図示しない機械プレスのラム（図示せず）に連結され、前記機械プレスの駆動作用下にラムと一体的に上下方向に沿って変位する昇降部材４４が設けられる。前記昇降部材４４には治具４６を介してパンチ２６が固定され、前記パンチ２６の外周部の所定部分には円筒状の金属製材料で形成されたガイドスリーブ４８が外嵌される。
【００３６】
前記ガイドスリーブ４８には、複数の孔部を介して図示しないグラファイトが埋設され、第１リング体３０の孔部２８に対して圧入される際の潤滑特性を良好に保持することができる。この場合、パンチ２６に外嵌されたガイドスリーブ４８の外周側の直径は、第１リング体３０の孔部２８の内周側の直径よりも若干大きく設定されている。
【００３７】
なお、ガイドスリーブ４８を、例えば、ロックウェル硬さＨＲＣ５８〜６０からなるＳＫＤ１１等の金属製材料によって形成し、また、第１リング体３０を、ガイドスリーブ４８よりも硬質な金属製材料によって形成すると好適である。
【００３８】
パンチ２６は、第１ダイプレート１２に立設された複数の図示しないガイド手段の案内作用下に昇降部材４４と一体的に上下方向に沿って変位自在に設けられ、例えば、ロックウェル硬さＨＲＣ６２〜６４からなるＳＫＨ５１等の金属製材料によって形成されると好適である。
【００３９】
このパンチ２６の一端部には、周方向に沿って約１２０度の離間角度をおいて３個の突条部５０ａ〜５０ｃが設けられ、各突条部５０ａ〜５０ｃは、該パンチ２６の軸線方向に沿って所定長だけ延在するように形成される。３個の突条部５０ａ〜５０ｃは、等速ジョイントを構成するカップ部の内壁面に形成された図示しない案内溝（トラック溝）に対応するものであり、前記パンチ２６の突条部５０ａ〜５０ｃによってカップ部の軸線方向に沿って延在し且つ周方向に沿って等角度離間する３個の案内溝が形成される。
【００４０】
本発明の実施の形態に係る鍛造金型構造が適用された鍛造用金型装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、鍛造品として等速ジョイントを構成する外輪部材を鍛造成形する場合を例にして以下説明する。
【００４１】
先ず、鍛造用素材に対する鍛造成形の工程について図９Ａ〜９Ｄに基づいて説明する。
【００４２】
図９Ａに示される円柱状のビレット７０に対して図示しない第１鍛造用金型によって第１次鍛造成形を施すことにより、中間部の段部を介して直径がそれぞれ異なる第１次成形品７２が得られる（図９Ｂ参照）。
【００４３】
続いて、前記第１次成形品７２に対して予備成形を施して予備成形品７４（図９Ｃ参照）を得た後、さらに、図示しない他の第２鍛造用金型によって前記予備成形品７４に対して第２次鍛造成形を行うことにより、カップ部７６ａと軸部７６ｂとからなる第２次成形品７８が得られる（図９Ｄ参照）。
【００４４】
鍛造用金型装置１０は、この第２次成形品７８を鍛造用素材７８としてさらに第３次鍛造成形を施すことにより、最終製品形状に仕上げるものである。
【００４５】
先ず、準備作業として、上部ダイス２２および下部ダイス２４によって形成されるキャビティに対してパンチ２６が予め位置決めされているものとする。そして、図示しない機械プレスの駆動作用下にラム（図示せず）に連結された昇降部材４４と一体的にパンチ２６が下降し、図１に示す状態となることにより鍛造成形が開始される。
【００４６】
なお、パンチ２６が昇降部材４４と一体的に下降する際、前記昇降部材４４と第１ダイプレート１２との間に設けられた複数の図示しないガイド手段によって横方向の荷重が好適に吸収され、前記パンチ２６が第１リング体３０の孔部２８の中心に円滑に挿入される。
【００４７】
鍛造成形を開始する際、パンチ２６の外周面の一部に外嵌されたガイドスリーブ４８は、第１リング体３０の孔部２８の上端部に形成された環状のガイド溝（図示せず）の案内作用下に進入し、さらに、パンチ２６が下降することにより、パンチ２６およびガイドスリーブ４８は、第１リング体３０の孔部２８内に圧入された状態で一体的に変位する。
【００４８】
このようにしてパンチ２６が下降し、図１に示される成形開始位置から図５に示される成形終了位置に到達することにより、このパンチ２６と上部ダイス２２および下部ダイス２４を介して鍛造用素材７８に対して鍛造成形が施され、前記鍛造用素材７８がキャビティの形状に沿って塑性流動する。
【００４９】
このようにして鍛造成形が終了した後、図示しない機械プレスの駆動作用下にラム（図示せず）に連結された昇降部材４４と一体的にパンチ２６が所定位置まで上昇することにより、該パンチ２６およびガイドスリーブ４８が第１リング体３０の孔部２８から離間し、次なる工程の待機状態となる。そして、ノックアウトピン３６の変位作用下に完成製品精度を有する鍛造品が取り出される。
【００５０】
本実施の形態では、上部ダイス２２と下部ダイス２４との結合面を環状凹部２７に略直交する平坦な合わせ平面部２９とすることにより、鍛造成形時において大きな負荷が付与された場合であっても上部ダイス２２と下部ダイス２４との間にクリアランスが形成されることがなく、バリの発生を防止することができる。
【００５１】
換言すると、本実施の形態では、上部ダイス２２の内壁面に連続する湾曲部２を削除して平坦な合わせ平面部２９を形成し、しかも、略鉛直面からなる上部ダイス２２の環状凹部２７と前記鉛直面に略直交する下部ダイス２４の平坦な合わせ平面部２９とによって鍛造品のエッジ形状を成形することにより、鍛造品のコーナー部における外径寸法精度を向上させ、鍛造成形における加工代を大幅に削減することができる（図６参照）。
【００５２】
従って、本実施の形態では、鍛造品のコーナー部の外形寸法精度を向上させ完成製品精度とすることができるため、従来において最終的な製品形状に仕上げるためのしごき加工（最終サイジング成形）である第４工程を省略することができるとともに、前記しごき加工を行う前の低温焼鈍処理等の各種の処理をも省略して製造工程を簡素化することができる。この結果、本実施の形態では、従来において第４工程で使用していた高価な第４鍛造用金型（図示せず）が不要となり製造コストを大幅に削減することができる。
【００５３】
これに対して従来技術に係る鍛造用金型では、図８に示されるように、湾曲部２の終端近傍を上部ダイス３と下部ダイス４との合わせ面としているため、鍛造品のエッジ部において未加工部分５が発生し、前記未加工部分５のエッジ形状の外径寸法精度をだすために、さらに最終的な製品形状に仕上げるしごき加工が必要となる。
【００５４】
また、本実施の形態では、上部ダイス２２に形成された環状凹部２７によって鍛造成形された鍛造品を抱きつかせることができるため、パンチ２６側に鍛造品を付着させることがなく、キャビティが形成されたダイス側に鍛造品を残留させることができる。
【００５５】
さらに、本実施の形態では、完成品としてトリポートタイプの等速ジョイントに基づいて説明しているが、カップ内にボール転動溝が形成された図示しないバーフィールドタイプの等速ジョイントにも適用することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、等速ジョイントを構成する外輪部材を鍛造用素材として用いているがこれに限定されるものではなく、例えば、図示しない段付き部品、段付き歯車等のように内形精度および外形精度が共に必要とされる種々の鍛造成形品に適用することができることは、勿論である。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００５８】
すなわち、第１型部材と第２型部材との合わせ面を強固に結合することによりクリアランスによるバリの発生を防止し、しかも、鍛造成形された成形品をキャビティが形成された型部材側に残留させることができる。
【００５９】
従って、鍛造品のコーナー部の外形寸法精度を向上させ完成製品精度とすることができるため、従来において最終的な製品形状に仕上げるためのしごき加工（最終サイジング成形）を省略することができるとともに、前記しごき加工を行う前の低温焼鈍等の各種の処理をも省略して製造工程を簡素化することができる。
【００６０】
この結果、従来において仕上げ加工で使用していた他の鍛造用金型が不要となり製造コストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る鍛造金型構造が適用された鍛造用金型装置の一部省略縦断面図である。
【図２】前記鍛造用金型装置を構成する上部ダイスおよび下部ダイスの縦断面図である。
【図３】図２に示すＡ部の拡大縦断面図である。
【図４】変形例に係る上部ダイスおよび下部ダイスの縦断面図である。
【図５】パンチが降下して鍛造成形が終了した状態を示す動作説明図である。
【図６】鍛造成形された鍛造品のコーナー部分の説明に供される一部省略縦断面図である。
【図７】従来技術に係る鍛造用金型装置を構成する上部ダイスおよび下部ダイスの合わせ面の断面形状を示す一部省略縦断面図である。
【図８】図７に示される上部ダイスおよび下部ダイスによって鍛造成形された鍛造品のコーナー部分の説明に供される一部省略縦断面図である。
【図９】図９Ａ乃至図９Ｄは、それぞれ鍛造用素材に対する鍛造成形の工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…鍛造用金型装置１２、１４…ダイプレート
１８…圧入リング２０…インサート部材
２２…上部ダイス２４…下部ダイス
２５…テーパ部２６…パンチ
２７…環状凹部２９…合わせ平面部
３０、３２、３４…リング体３１…湾曲面
３３…段差部７８…鍛造用素材

Claims

キャビティに装填された鍛造用素材に対して加圧力を付与することにより、段付円筒形状の鍛造品を成形する金型の構造において、
積層して構成される第１型部材および第２型部材を備え、
前記鍛造品のコーナー部分に対応する前記第１型部材と前記第２型部材との結合部分で、前記第１型部材には、前記第２型部材の側に向かって拡径するテーパ部と、前記テーパ部に連続し直径が均一な内周面からなる環状凹部とが設けられ、
前記結合部分の前記第２型部材には、前記環状凹部に連続し且つ略直交する平坦な合わせ平面部と、前記合わせ平面部に連続する湾曲面とが設けられ、
前記環状凹部の軸線方向に沿った長さは、鍛造成形される鍛造品の底部の肉厚以下であることを特徴とする鍛造金型構造。
請求項１記載の鍛造金型構造において、
前記第２型部材には、前記合わせ平面部に連続し、鍛造用素材に対する鍛造成形時における第１型部材の伸張量を見込んだ段差部が形成されることを特徴とする鍛造金型構造。
請求項１または２記載の鍛造金型構造において、
前記鍛造品は、カップ部と軸部とを有する等速ジョイントの外輪部材からなり、コーナー部分は、カップ部から軸部に繋がる部分であることを特徴とする鍛造金型構造。
請求項１記載の鍛造金型構造において、
前記合わせ平面部は、キャビティを構成する部分と、前記第１型部材が当接する部分とが、連続の同一面を構成することを特徴とする鍛造金型構造。