JP4694738B2 - 閉塞部を有する中空材の製造方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金及びマグネシウム合金等の軽金属の金属加工方法に関し、特に鍛造と押出加工とを連続的に行う金属加工方法及びその装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属の金属加工方法として、閉塞鍛造及び押出加工方法は広く採用されている。
閉塞鍛造は、各種異形形状の製品外形形状に相似したキャビテイを有する金型内に金属加工素材をパンチ加圧して塑性加工を行う工法であり、製品形状の異形性や高強度が得られる点で優れているが、細長い製品形状、特に、中空材の金属加工が非常に困難であった。
一方、押出加工は、例えば、直接押出の場合にコンテナ部内に略円柱状の金属加工素材を投入し、前方に押出ダイスを配置し、後方よりラム圧にて加圧して同一断面形状の細長い製品(形材)を得る工法であり、断面形状の自由度が高く、中空材を得るのに優れているが、押出方向に対して製品(形材)形状を変えることが非常に困難な技術である。
【0003】
従来、例えば、自動車部品で言えば、プロペラシャフト、ステアリングシャフト等の端末にフランジやフック状の連結部を有し、シャフト部が中空材からなる部品は一般にスチール製であり、フランジやフック状の端末部を鍛造成形し、シャフト部をパイプ素材を用いて成形し、これらの部品を溶接等にて結合していた。
【0004】
しかし、これらの部品をアルミニウム合金等の軽金属を採用し、軽量化しつつ、高強度及び耐久性を確保しようとすると溶接による結合では溶接時の熱影響で部分的に強度低下を来したり、ひずみ変形にて耐久性に問題が生じる技術的課題のみならず、製造工程が複雑で高価なものになってしまう問題もあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、端末部を鍛造成形後に連続的に押出加工出来る新規な金属加工方法及びその装置、特に、閉塞部を有する中空材を得るのに好適な製造方法及びその装置の提供を目的とする。
【0006】
本発明に係る金属加工装置は、プレスの上下可動上部ダイに、鍛造加工及び押出加工をするためのパンチをスライド自在に取り付けたパンチ取付装置が備えられ、その直下に金属加工素材を投入セットするコンテナ部を上下方向に配設し、このコンテナ部前方に位置するコンテナ部の直下に押出ダイスを固定配置し、当該押出ダイスの前方に閉塞鍛造用金型を脱着自在に連結し、この閉塞鍛造用金型を固定及び解除するウエッジ装置を備え、当該ウエッジ装置は左右方向に前進及び後退可能なくさび状のウエッジを有し、当該ウエッジが前進すると前記閉塞鍛造用金型を固定し、当該ウエッジが後退すると前記閉塞鍛造用金型の固定が解除され、且つ、当該閉塞鍛造用金型が下方向にスライド可能であり、押出加工時に閉塞鍛造用金型を下部方向にスライドさせながら支持するエレベーター装置を備えたことを特徴とする。
【0007】
これにより、閉塞鍛造時は、連結固定された押出ダイスと閉塞鍛造用金型にてキャビテイ部を形成し、押出加工時は閉塞鍛造用金型をフリーな状態にすることで押出ダイスとコンテナ部にて押出装置を形成するように作用する。
【0008】
本発明は、コンテナ部の前方に押出ダイスと閉塞鍛造用金型とを連結固定し、後方より金属加工素材を加圧して先端部を閉塞鍛造した後に上記閉塞鍛造用金型の固定を解除してコンテナ部の前方に押出加工用ダイスをそのまま固定した状態にてコンテナ部の後方より引き続き加圧して押出加工する。
これにより、まず、連結固定された押出ダイスと閉塞鍛造用金型にて閉塞鍛造時のキャビテイを形成し、コンテナ部内に金属加工素材を投入して、後方より加圧して、この金属加工素材の先端部を鍛造成形し、かつ、コンテナ部内に金属加工素材の一部を残存させる。
次に、閉塞鍛造用金型の固定を解除してフリーの状態にして引き続きコンテナ部の後方より加圧すると鍛造成形された金属加工素材の先端部が閉塞鍛造用金型とともに前方に移動し、押出ダイスにてコンテナ部内に残存していた金属加工素材が押出加工される。
【0009】
本発明では、コンテナ部の内壁に摺接する略円柱形状で加圧面が平面に形成された平面パンチを用いて金属加工素材を加圧して閉塞鍛造後に加圧面から突出してマンドレル部を備えた段付パンチにて、上記金属加工素材を加圧塑性変形させて、メス型ダイスの開口部と上記マンドレル部先端との間に所定の隙間を形成後に閉塞鍛造用金型の固定を解除し、引き続き押出加工することができる。
【0010】
本発明では、中空部を有する押出加工部分の形状が例えば、図12(ロ)に示すように、セレーション形状を有するものや、図12(ハ)に示すように、異形断面形状を有する製品を得ることができ、パンチの加圧面から突出して備えられたマンドレル部の断面形状をセレーション形状や円形状以外の異形形状とすることもできる。
【0011】
本発明は、製品の中空部の押出方向の肉厚を変化させることもでき、その場合には、パンチの加圧面から突出して備えられたマンドレル部の軸方向に段差部を設ける。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係る金属加工装置の例を図1に示す。
プレス機の上下可動上部ダイ1に、パンチスライド装置(パンチ取付装置)2を介して加圧用のパンチとし、平面パンチ30、段付パンチ31、インナーパンチ付平面パンチ32等、各種のパンチが脱着出来るようになっていて、左右にスライドさせるだけで加工工程に応じてパンチが選択使用できる。
パンチの直下には、上下方向にコンテナ部4が設けられ、コンテナ内部に金属加工素材9が投入される。
コンテナ部は、必要に応じて加熱装置が取り付けられ、温調が可能になっている。
コンテナ部の前方に位置する直下に、押出ダイス5が備えられ、この押出ダイスと連結して鍛造成形部のキャビテイ部を成形するように閉塞鍛造用金型6が備えられ、必要に応じて金型ホルダー61にて支持されている。
また、閉塞鍛造用金型6は、固定あるいは解除出来るようにウエッジ装置7が備えられている。
なお、コンテナ部4、押出ダイス5、閉塞鍛造用金型6(金型ホルダー61)とウエッジ装置の位置決めが容易になるようにダイセット100に収納されているが、それぞれの型が支持出来れば上記に限定されるものではない。
【0013】
また、ウエッジ装置7には、くさび状のウエッジ71a、71bが左右に可動可能に取り付けられ、鍛造用金型を固定あるいは解除出来るようになっていて、解除されると上記鍛造用金型6が下方向にスライド支持出来るようにエレベーター装置8が備えられている。
エレベーター装置8には、ガイド81が設けられ、エジェクター82にて上下可動するようになっていて、その直下にノックアウトガイド83が設けられ、製品を押出加工後にノックガイド83のサイドからサブウエッジ84を挿入することにより、図4(ト)に示すように、リペルロッド62を上方向に加圧して製品を金型からノックアウトさせることが出来るようになっている。
なお、図1に示す金属加工装置の例は、エレベーター装置をフロアレベルの下部に設けてプレス機の高さを比較的低くおさえているが、金属加工素材の押出加工の長さが維持出来れば、装置の全てをフロアレベルの上部に設けてもよく、また、図1に示すような上下方向に配置する必要もなく、横方向に配置してもよい。
【0014】
このような金属加工装置を使用して金属加工する方法の形態例を以下図に基づいて説明する。
図2(イ)に示すように、コンテナ部4の直下に、押出ダイス5及び閉塞鍛造用金型6が連結固定され、コンテナ部内に金属加工素材9が投入される。
なお、コンテナ温度及び金型加工素材の予熱温度等の加工条件は、プレス機の加圧能力、製品形状等により任意に選定され得るものであるが、アルミニウム合金の場合には、300〜600℃程度に加熱するのが望ましい。
また、コンテナ部4、押出ダイス5、閉塞鍛造用金型6の位置関係の拡大図を図5に示し、ダイス5の断面斜視図を図6に、閉塞鍛造用金型6の断面斜視図を図7にそれぞれ示す。
押出ダイス5の上部には、メス型ダイス開口部51が設けられ、この部分に嵌着するように閉塞鍛造用金型6が形成されるとともに製品の鍛造成形部形状に近似したキャビテイ6aが設けられている。
なお、言うまでもなく、要求される製品形状に合わせてキャビテイ形状が形成される。
図2(イ)に示すように、コンテナ部に金属加工素材9を投入後、図8に示すような加圧面30aが平面に形成されている平面パンチ30で加圧すると、図2(ロ)に示すように、キャビテイ形状に合わせて鍛造成形部91が得られ、コンテナ部には加工素材の一部が残存している。
【0015】
次に、図9に示すような段付パンチ31に取り替えて、図3(ハ)に示すように、加圧すると図3(ニ)に示すように、コンテナ部内の金属加工素材が変形する。
この際に、図9に示す段付パンチ31の加圧面31aに突出して設けられているマンドレル部31bの先端部が押出ダイス5のメス型ダイス開口部に位置するまで変形させる。
次に、図3(ホ)に示すように、ウエッジ71a、71bを後退させて鍛造用金型の固定を解除して加圧すると、ダイス5とマンドレル部31bで形成した隙間から金属加工素材が押出され、押出加工部92が成形される。
【0016】
次に図4(ヘ)に示すように、インナーパンチ付平面パンチ32に取り替えて加圧すると、インナーパンチ32bにて製品が打ち抜き落とされる
その後、図1に示すように、エジェクター82にて下端をノックアウトガイド83に装着し、サブウエッジ84を挿入すると図4(ヘ)にて説明すると、リペルロッド62が上昇し、製品をノックアウトさせることが出来る。
このようにして得られた製品90の斜視図を図12(イ)に示す。
なお、図17に型構造を示すように、リペルロッド62の形状を段付にし、リペルロッドの先端部62aが鍛造成形部を貫通し、段付パンチのマンドレル部の先端に当たらないように所定のクリアランスを設けて臨ませておき、製品をノックアウトする際にリペルロッドの先端部が上部に貫通し製品に孔明を開けることも出来る。
【0017】
本発明において、押出加工時のパンチを円柱マンドレル部を有する段付パンチ31の代わりに図10に示すようなマンドレル部にセレーション131bを設けて加工すると図12(ロ)に示すような中空部内側にセレーションを有する押出加工部192からなる製品190が得られ、図11に示すようなマンドレル部231bを断面異形形状にすると図12(ハ)に示すような中空断面異形形状を有する押出加工部292からなる製品290が得られる。
従って、マンドレル部の断面形状を各種変更することにより、任意の断面中空部からなる閉塞部を有する中空材が得られることになる。
【0018】
また、押出加工時の段付パンチの形状として、図13に示すような加圧面331aから突出して設けられたマンドレル部が径の大きい径大マンドレル部331bと比較して径の小さい径小マンドレル部331cからなる軸方向に段差部を設けて金属加工すると図14にその模式図を示すように図14(イ)に示す、径小マンドレル部331cが押出ダイス5のメス型ダイス開口部に位置する状態で押出された後に図14(ロ)に示すように、径大マンドレル部331bがメス型ダイス開口部に位置するようになるとマンドレル部とダイス間の隙間が狭くなるが、ダイスの開口部で外径(外形)が拘束されるので外形が滑らかで内径寸法が異なる押出成形部が得られる。
この時の寸法関係を図14(ハ)に示す。
【0019】
上記と同様の原理にて押出加工時に図15に示すような加圧面431aより突出して設けられたマンドレル部の形状が、径中マンドレル部431b、径小マンドレル部431c、径大マンドレル部431dからなる段付パンチ431を用いると、その押出加工時の模式図を図16に示すように、ダイス5とマンドレル部の隙間は図16(イ)、(ロ)、(ハ)のように変化するが、押出成形部の内径が径大マンドレル部431dで拘束されるので、この場合には、内形が滑らかで外形に段差の有する押出成形部が得られ、その寸法関係を図16(ニ)に示す。
【0020】
【発明の効果】
本発明においては、閉塞鍛造手段の間に押出加工手段を加工方向に併設させたので、金属加工素材の先端部を鍛造成形後に押出加工できるというそれぞれの加工方法の特徴を結合させた金属加工方法が得られるとともに、押出ダイスの前方に閉塞鍛造用金型を固定あるいはフリーの状態にて連結させたので非常に簡単な構造の金属加工装置になる。
また、押出加工時のパンチ形状を段付パンチとし、マンドレル部の断面形状や軸方向に段差部を設けることにより、任意断面形状の中空部を有する製品や押出成形部の押出方向の径や肉厚も任意に変化させることができる。
【0021】
従来、異形状の閉塞端末部と、中空部を有する金属素材を溶接等にて接合して製造せざるを得なかったのに対して、本発明により得られる製品は、接合することなく一体的に閉塞部を有する中空材製品が簡単に、しかも、安価に製造できるとともに高強度で耐久信頼性の高い製品になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る金属加工装置を示す。
【図2】鍛造成形工程を示す。
【図3】押出加工工程を示す。
【図4】製品の取り出し工程を示す。
【図5】コンテナ部、ダイス及び鍛造型の位置関係を示す。
【図6】押出ダイスの断面斜視図を示す。
【図7】閉塞鍛造用型の断面斜視図を示す。
【図8】平面パンチを示す。
【図9】段付パンチを示す。
【図10】セレーションを有する段付パンチを示す。
【図11】マンドレル部が異形形状の段付パンチを示す。
【図12】本発明にて得られる製品形状の例を示す。
【図13】マンドレル部に軸方向段差がある段付パンチを示す。
【図14】図13に示すパンチによる押出模式図を示す。
【図15】マンドレル部に軸方向段差がある段付パンチの他の例を示す。
【図16】図15に示すパンチによる押出模式図を示す。
【図17】鍛造成形部に孔明を形成する場合の型構造の例を示す。
【符号の説明】
1 上部ダイ
2 パンチスライド装置(パンチ取付装置)
21 パンチホルダー
30 平面パンチ
30a、31a、131a、231a、331a、431a 加圧面
31、131、231、331、431 段付パンチ
31b、131b、231b、マンドレル部
331b 径大マンドレル部
331c 径小マンドレル部
431b 径中マンドレル部
431c 径小マンドレル部
432d 径大マンドレル部
32 インナーパンチ付平面パンチ
32a アウターパンチ
32b インナーパンチ
4 コンテナ部
5 押出ダイス
51 メス型ダイス開口部
6 閉塞鍛造用金型
6a キャビティ
61 金型ホルダー
62 リペルロッド
62a段付リペルロッド先端部
7 ウエッジ装置
71a、71b ウエッジ
8 エレベーター装置
81 ガイド
82 エジェクター
83 ノックアウトガイド
84 サブウエッジ
9 金属加工素材
90、190、290 製品形状
91 鍛造成形部
92 押出成形部
100 ダイセット
Claims (2)
- プレスの上下可動上部ダイに、鍛造加工及び押出加工をするためのパンチをスライド自在に取り付けたパンチ取付装置が備えられ、その直下に金属加工素材を投入セットするコンテナ部を上下方向に配設し、このコンテナ部前方に位置するコンテナ部の直下に押出ダイスを固定配置し、当該押出ダイスの前方に閉塞鍛造用金型を脱着自在に連結し、この閉塞鍛造用金型を固定及び解除するウエッジ装置を備え、
当該ウエッジ装置は左右方向に前進及び後退可能なくさび状のウエッジを有し、当該ウエッジが前進すると前記閉塞鍛造用金型を固定し、当該ウエッジが後退すると前記閉塞鍛造用金型の固定が解除され、且つ、当該閉塞鍛造用金型が下方向にスライド可能であり、
押出加工時に閉塞鍛造用金型を下部方向にスライドさせながら支持するエレベーター装置を備えたことを特徴とする金属加工装置。 - 請求項1記載の金属加工装置を用いて前記パンチ取付装置に平面パンチ及び段付パンチを取り付け、コンテナ部内壁に摺接する略円柱形状で加圧面が平面に形成された前記平面パンチを用いて金属加工素材を加圧して閉塞鍛造後に、加圧面から突出してマンドレル部を備えた前記段付パンチにて、上記金属加工素材を加圧塑性変形させて、メス型の押出ダイスの開口部と上記マンドレル部先端との間に所定の隙間を形成後に閉塞鍛造用金型の固定を解除し、引き続き押出加工することを特徴とする先端部に閉塞部を有する中空材の製造方法。
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