JP4609188B2 - 鍛造ワークのフランジ反り矯正方法および矯正装置 - Google Patents

Description

本発明は、車軸のホイールハブに代表される外周側にフランジを備えるワークを多段式鍛造により製造する場合における鍛造ワークのフランジ反り矯正方法および矯正装置に関し、特に、内周側に貫通穴を備える鍛造ワークのフランジ反り矯正方法および矯正装置に関するものである。

外周側にフランジを備え且つ内周側に貫通穴を備える環状ワークを多段式鍛造により製造する場合には、一般に、例えば、３工程目でフランジを含む鍛造ワークの外周形状の仕上げ成形が実施され、その後の４工程目に配置されるピアス工程において内周貫通穴が成形される。前記仕上げ成形は、型彫りした下金型内に上金型のパンチが入り込む密閉鍛造が実施される場合には、成形後の鍛造ワークのノックアウト時にフランジ外周と下金型の型彫り面の側面とが接触しながら鍛造ワークが押上げられるため、両者の摩擦抵抗によりフランジが下型側に反る歪みを発生させる。

このような歪みを矯正して形状精度を向上させる一方法として、ワークパンチとレシービングダイとによるコイニング加工により矯正するものが提案されている（特許文献１参照）。これは、上型が下降する過程でトリムダイとピアスパンチとのせん断作用により貫通穴を打ち抜くトリム成形工程と、前記トリム成形に続いて、上型が下死点位置に達する直前にレシービングダイをダイベースに、ワークパンチをピアスパンチにそれぞれ底突きさせて、下死点位置に達するまでの間にレシービングダイとワークパンチとにより製品形状部を上下から加圧拘束するコイニング加工工程を備えるようにしている。
特開２００１−３４７３３５号公報

しかしながら、上記従来例では、レシービングダイとワークパンチの間に製品を挟み込み製品の反りを矯正（コイニング）するものであり、プレス下死点の位置により矯正力（矯正量）が変化するため、プレス下死点位置の微妙な調整が必要であった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、矯正力の安定した確保に好適な鍛造ワークのフランジ反り矯正方法および矯正装置を提供することを目的とする。

本発明は、鍛造ワークの外周側に設けたフランジを鍛造型のプレスストロークにより厚み方向に加圧してその形状精度出しを行うフランジ反り矯正装置において、下型に鍛造ワークのフランジをその下面形状に沿って下面より支持する支持部を配置し、上型に鍛造ワークのフランジの上面形状に沿って形成し、型閉めの途中段階から前記フランジ上面に接触するストリッパと、弾性部材により下型側に突出付勢され且つ前記ストリッパに背面側から当接可能な矯正リテーナとを配置し、型閉めの終了直前から前記矯正リテーナをストリッパ背面に当接させてストリッパに加圧力を加えるようにした。

したがって、本発明では、下型に鍛造ワークのフランジをその下面形状に沿って下面より支持する支持部を配置し、上型に鍛造ワークのフランジの上面形状に沿って形成し、型閉めの途中段階から前記フランジ上面に接触するストリッパと、弾性部材により下型側に突出付勢され且つ前記ストリッパに背面側から当接可能な矯正リテーナとを配置し、型閉めの終了直前から前記矯正リテーナをストリッパ背面に当接させてストリッパに加圧力を加えるようにしたため、矯正力（矯正量）はプレスのラムの動き、即ち、プレス下死点の位置に影響されることなく安定して確保することができ、フランジの潰し過ぎや矯正不足を生ずることなく、安定してフランジの矯正が実施できる。

以下、本発明の鍛造ワークのフランジ反り矯正方法および矯正装置を図１〜６に示す一実施形態に基づいて説明する。図１は本発明を適用する多段式鍛造機の部分断面図、図２は鍛造ワークのフランジ反り矯正装置の要部の拡大断面図、図３は多段式鍛造機の最終工程の鍛造型にフランジ反り矯正装置を適用した断面図、図４〜６はフランジ反り矯正装置の作動を鍛造機の最終工程の鍛造型の作動と共に示した作動状態の断面図、図７は仕上げ成形工程の鍛造型の作動状態を示す断面図である。

図１は、多段式鍛造機の仕上げ成形工程およびピアス成形工程を構成する鍛造型を示している。先ず、仕上げ成形工程の鍛造型および仕上げ成形方法について説明し、その後に、ピアス成形工程の鍛造型およびピアス成形方法について説明する。

前記仕上げ成形工程の鍛造型１は、型彫り空間１１を備えるフィニッシュダイ１０（以下ではダイとのみ称する）と、ダイ１０をダイベース１２に固定するダイホルダ１３と、ダイ１０の型彫り空間１１にダイベース１２側から臨む筒状のノックアウトパンチ１４と、ノックアウトパンチ１４内に摺動可能に配置された下側可動パンチ１５とからなる下型２をプレス機のベース側に固定して備える。下側可動パンチ１５およびノックアウトパンチ１４は夫々プレス機のベース側から型彫り空間１１に突出させる図示しない駆動機構を備える。プレス機のラムに固定する上型３は、ダイ１０の型彫り空間１１に嵌合してワークＷを加圧する筒状のパンチ１６と、パンチ１６をパンチケース１７に保持固定するパンチホルダ１８Ａおよび締め付けリング１８Ｂと、パンチ１６内に摺動可能に配置された上側可動パンチ１９とを備える。上側可動パンチ１９はラムとは独立して型彫り空間に向けて突出させる図示しない駆動機構を備える。

前記仕上げ成形工程では、ダイ１０の型彫り空間１１に投入されたワークＷをダイ１０の型彫り空間１１表面と後退位置に位置する下側可動パンチ１５およびノックアウトパンチ１４の先端で支持する。次いで、ラムの下降により上型３を型閉め方向に下降せ、パンチ１６先端をダイ１０の型彫り空間１１内に押込み、型彫り空間１１に挿入されたワークＷを型彫り空間１１内で密閉鍛造により塑性変形させて、型彫り空間１１の表面に沿わせて成形する。最終的には、上側可動パンチ１９と下側可動パンチ１５とを型彫り空間１１内に押込むことで、型彫り空間１１の全ての表面にワークＷ表面が接触するよう閉塞鍛造させて仕上げ成形が実行される。

成形完了後においては、ラムにより上型３を上昇させて型開きさせ、型開きに連れて下型２のノックアウトパンチ１４を上昇させて、ダイ１０の型彫り空間１１から成形ワークＷを離脱させる。前記ノックアウトの過程において、ワークＷの各外表面は型彫り空間１１の表面に密着しているため、図７（Ａ）に示すように、ワークＷの外周に突出しているフランジＷ１の外周面と型彫り空間１１の側面とは擦れながら上方へ離脱されてゆく。このため、フランジＷ１外周は、図７（Ｂ）に示すように、下側に歪み変形される場合がある。即ち、型彫り空間１１が摩耗により表面が粗てくるに連れてワークＷとの摩擦抵抗が大きくなり、前記フランジＷ１の歪み変形の発生頻度が増加される。

前記ピアス成形工程の鍛造型４は、ワークＷのフランジＷ１の下面に接触する部分までの範囲において仕上げ成形工程のダイ１０と同形状の型彫り空間２１を備えるレシービングダイ２０（以下ではダイとのみ称する）と、ダイ２０をダイベース２２に固定するダイホルダ２３と、ダイ２０の型彫り空間２１にダイベース２２側から臨む筒状のノックアウトパンチ２４とからなる下型５をプレス機のベース側に固定して備える。ノックアウトパンチ２４はプレス機のベース側から型彫り空間２１に突出させる図示しない駆動機構により駆動されるノックアウトピン２５を備える。プレス機のラムに固定する上型６は、ダイ２０に投入されたワークＷのフランジＷ１の上面に当接してフランジＷ１をダイ２０の型彫り空間２１の平面部２１Ａに押圧するストリッパ２８と、ダイ２０上のワークＷ中央部に差込まれてピアス成形を行うピアスパンチ２６と、これらピアスパンチ２６およびストリッパ２８を支持するパンチケース２７と、パンチケース２７に進退自在に配置され、パンチケース２７の下降途中においてストリッパ２８に接触してストリッパ２８を押圧する矯正リテーナ２９とを備える。

前記パンチケース２７には、図３にも示すように、ピアスパンチ２６の周囲に等間隔に設けた複数個の下型５側が小径となった段付貫通穴３０を備え、この段付貫通穴３０内には下型５から離れた上端側が大径となったエクステンションシリンダ３１を摺動可能に収容し、このエクステンションシリンダ３１には、同じく下型５側が小径となった段付貫通穴３２を備えてストリッパピン３３が摺動可能に挿入され、ストリッパピン３３の下型５側の先端に前記ストリッパ２８が固定されている。ストリッパピン３３にはエクステンションシリンダ３１の段付貫通穴３２の大径穴の内面に摺動可能となったピストン３４を備える。ストリッパ２８とエクステンションシリンダ３１との間には圧縮スプリング３５が介装されており、エクステンションシリンダ３１に対してストリッパ２８を下型５側に突出するよう付勢し、ピストン３４とエクステンションシリンダ３１の段付貫通穴３２の段付部とが係合するまでストリッパ２８を下型５側に突出させることができ、また、エクステンションシリンダ３１がパンチケース２７の段付貫通穴３０内で下型５側に下降することで、ストリッパ２８は更に下型５側に突出させることができる。

前記矯正リテーナ２９は、図２に詳細に示すように、パンチケース２７のピアスパンチ２６の周囲に下型５側に開口させて等間隔に設けた複数個の収容穴３７内に摺動自在に挿入され、収容穴３７内に挿入した弾性部材としての圧縮スプリング３８により背面から押圧されて収容穴３７から突出する方向に押圧されている。矯正リテーナ２９の中心の貫通穴３９は大径部と小径部とを備える段付穴に形成され、大径部に頭部が嵌合した拘束ロッド４０の軸部が小径穴を貫通して収容穴３７の底部にねじ等により固定されている。このため、前記矯正リテーナ２９は、背面の圧縮スプリング３８により突出方向に付勢させるも前記拘束ロッド４０の頭部と軸部との間の段付部が段付穴３９の大径部と小径部との間の段付部に係合することで、それ以上の突出を拘束するようにしている。この場合、矯正リテーナ２９の背面に挿入されている圧縮スプリング３８は圧縮状態にセットされてプリロードを付与し、矯正リテーナ２９をパンチケース２７の底面から拘束ロッド４０により規定した長さだけ突出した状態となっている。

以上の構成の鍛造ワークのフランジ反り矯正方法および矯正装置、即ち、仕上げ成形工程により歪み変形が発生したフランジＷ１を備える鍛造ワークＷに対するピアス成形工程でのピアス成形動作および矯正動作について以下に説明する。

型開き状態では、ラムおよび上型６が上昇されており、下型５は型彫り空間２１を露出させてダイ２０（レシービングダイ）上方が解放されている。

先ず、図示しない搬送装置により仕上げ成形工程により仕上げ成形された鍛造ワークＷがダイ２０の型彫り空間２１に投入される。投入された鍛造ワークＷは仕上げ成形工程と同じ形状の型彫り空間２１に収容され、そのフランジ部Ｗ１を型彫り空間２１の周囲に形成した平面部２１Ａに接触させたロケート状態で載置される。

ピアス成形を行うためにラムおよび上型６を下降させる。ラムの動きによりピアスパンチ２６が下降し、ストリッパピン３３及びエクステンションシリンダ３１に吊り下げられたストリッパ２８も同じく下降する。型閉めの進行に連れて、ピアスパンチ２６がワークＷに接する前に、ストリッパ２８がワークＷのフランジＷ１に接し始める。

更に型閉めされていくと、エクステンションシリンダ３１がパンチケース２７内に後退してゆき、ピアスパンチ２６の先端がワークＷに当接してピアス成形が開始される（図３参照）。このピアス成形は型閉めに伴い、ピアス成形が進行する。ワークＷのフランジＷ１に接触しているストリッパ２８はエクステンションシリンダ３１の上端への後退により圧縮スプリング３５による接触圧が加えられてゆく。

エクステンションシリンダ３１が縮み終わる間際に、矯正リテーナ２９とストリッパ２８が接触し始める。矯正リテーナ２９がストリッパ２８に当接すると、図４（Ａ）に示すように、背面にプリロードを伴って圧縮されている圧縮スプリング３８による圧縮荷重によりストリッパ２８をワークＷのフランジＷ１に向けて押圧する。ラムの下降に連れて圧縮スプリング３８が圧縮され始めることによりその反発力が上昇され、前記押圧力が増加されてワークＷのフランジＷ１を矯正し始める。

ラムが下死点へ到達すると、図４（Ｂ）に示すように、ピアスパンチ２６によるピアス成形が完了し、矯正リテーナ２９に対する背面の圧縮スプリング３８よりの反発力も最大となり、ストリッパ２８によるワークＷのフランジＷ１に対する矯正力も最大となる。ラムが上昇して行くと、図５に示すように、圧縮スプリング３８も伸長を開始し始め、ストリッパ２８によるワークＷのフランジＷ１に対する加圧も終了する。

図６（Ａ）に示すように、ラムが更に上昇すると、ピアスパンチ２６もワークＷから引出されてゆき、矯正リテーナ２９はストリッパ２８の上面から離脱する。更にラムが上昇すると、ピアスパンチ２６がワークＷから完全に抜出され、エクステンションシリンダ３１が伸長され、最大に伸長された段階で、図６（Ｂ）に示すように、ストリッパ２８がワークＷのフランジＷ１上面から離脱され、下型５のノックアウトパンチ２４がノックアウトピン２５により駆動されて上方へ押出されて、ワークＷをダイ２０の型彫り空間２１から突出す。ラムは引続き上死点まで上昇されて、型開きが完了する。

なお、上記実施形態において、適用する鍛造型として、ピアス成形工程における鍛造型４に適用するものについて説明したが、図示はしないが、単独のフランジ矯正型として実施するものであってもよく、また、多段式鍛造機の途中段階に配置するものであっても、また、最終工程に適用するものであってもよい。

また、上記実施形態において、矯正リテーナ２９を付勢する圧縮スプリング３８として予め圧縮荷重が付与されたプリロード状態のものについて説明しているが、図示しないが、プリロードを加えていない圧縮スプリングであってもよく、その場合には、ラムストロークに対して圧縮荷重の立上りの大きい弾性率の高い圧縮スプリングを用いるとよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）下型５に鍛造ワークＷのフランジＷ１をその下面形状に沿って下面より支持する支持部２１Ａを配置し、上型６に鍛造ワークＷのフランジＷ１の上面形状に沿って形成し、型閉めの途中段階から前記フランジＷ１上面に接触するストリッパ２８と、弾性部材としてのスプリング３８により下型側に突出付勢され且つ前記ストリッパ２８に背面側から当接可能な矯正リテーナ２９とを配置し、型閉めの終了直前から前記矯正リテーナ２９をストリッパ２８背面に当接させてストリッパ２８に加圧力を加えるようにしたため、矯正力（矯正量）はプレスのラムの動き、即ち、プレス下死点の位置に影響されることなく安定して確保することができ、フランジＷ１の潰し過ぎや矯正不足を生ずることなく、安定してフランジＷ１の矯正が実施できる。

（イ）矯正リテーナ２９背面に配置される弾性部材としてのスプリング３８を、予め圧縮荷重を加えたプリロード状態に設定すると、圧縮荷重の設定により矯正力（矯正荷重）を任意に設定することができ、フランジＷ１の厚さに応じた矯正力を得ることができる。

（ウ）適用する鍛造型として、多段式鍛造機の最終工程や密閉鍛造である仕上げ成形工程の後段の工程に配置することにより、鍛造機に同期して鍛造ワークＷのフランジＷ１歪みを調整することができる。

（エ）適用する鍛造型として、多段式鍛造機のピアス成形工程におけるピアス成形金型４と一体化して、ピアス成形金型４のストリッパ２８に対して、型閉めの終了直前から前記矯正リテーナ２９をその背面に当接させてそのストリッパ２８に加圧力を加えるようにすると、既存のピアス成形工程で反り矯正を行うことができ、工程を増やす必要が無く、鍛造ワークＷの生産性に影響が出ない。

本発明の一実施形態を示す鍛造ワークのフランジ反り矯正装置の断面図。 同じく鍛造ワークのフランジ反り矯正装置の要部の拡大断面図。 多段式鍛造機の最終工程の鍛造型にフランジ反り矯正装置を適用した断面図。 フランジ反り矯正装置の作動を鍛造機の最終工程の鍛造型の作動と共に順次（Ａ）、（Ｂ）に分けて示した作動状態の断面図。 図４に続くフランジ反り矯正装置の作動を鍛造機の最終工程の鍛造型の作動と共に示した作動状態の断面図。 図５に続くフランジ反り矯正装置の作動を鍛造機の最終工程の鍛造型の作動と共に順次（Ａ）、（Ｂ）に分けて示した作動状態の断面図。 仕上げ成形工程におけるワークのノックアウト時の作動を示す断面図。

符号の説明

１ 仕上げ成形金型
２、５ 下型
３、６ 上型
４ ピアス成形金型
１０、２０ ダイ
１１、２１ 型彫り空間
１２、２２ ダイベース
１５、１９ 可動パンチ
１６ パンチ
１７、２７ パンチケース
２８ ストリッパ
２９ 矯正リテーナ
３８ 弾性部材としての圧縮スプリング

Claims (6)

1. 鍛造ワークの外周側に設けたフランジを鍛造型のプレスストロークにより厚み方向に加圧してその形状精度出しを行うフランジ反り矯正装置において、
   下型に鍛造ワークのフランジをその下面形状に沿って下面より支持する支持部を配置し、
   上型に鍛造ワークのフランジの上面形状に沿って形成され、型閉めの途中段階から前記フランジ上面に接触するストリッパと、弾性部材により下型側に突出付勢され且つ前記ストリッパに背面側から当接可能な矯正リテーナとを配置し、
   型閉めの終了直前から前記矯正リテーナをストリッパ背面に当接させてストリッパに加圧力を加えるようにしたことを特徴とする鍛造ワークのフランジ反り矯正装置。
2. 前記矯正リテーナの背面に配置される弾性部材は、予め圧縮荷重を加えたプリロード状態に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の鍛造ワークのフランジ反り矯正装置。
3. 前記鍛造型は、多段式鍛造機の最終工程に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍛造ワークのフランジ反り矯正装置。
4. 前記鍛造型は、多段式鍛造機の密閉鍛造である仕上げ成形工程の後段の工程に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍛造ワークのフランジ反り矯正装置。
5. 前記鍛造型は、多段式鍛造機のピアス成形を行うピアス成形金型と一体化され、ピアス成形金型のストリッパに対して、型閉めの終了直前から前記矯正リテーナをその背面に当接させてそのストリッパに加圧力を加えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍛造ワークのフランジ反り矯正装置。
6. 鍛造ワークの外周側に設けたフランジを鍛造型のプレスストロークにより厚み方向に加圧してその形状精度出しを行うフランジ反り矯正方法において、
   多段式鍛造機のピアス成形工程におけるストリッパを型閉めの終了直前から、その背面に矯正リテーナを当接させ、上型のストロークにより弾性部材を介して矯正リテーナからストリッパに加圧力を加えて前記フランジを下型ダイに押圧するようにしたことを特徴とする鍛造ワークのフランジ反り矯正方法。

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