JP4748995B2

JP4748995B2 - 中空段付軸の成形方法

Info

Publication number: JP4748995B2
Application number: JP2005014166A
Authority: JP
Inventors: 成昭山中; 健風間; 雅宏土肥
Original assignee: 株式会社久保田鉄工所
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: JP2006198662A

Description

本発明は、軸方向中間部の外周に軸部より大径の段状部を有すると共に、軸心部の軸方向全長にわたって両端部を小径にした貫通孔を設けた中空段付軸の成形方法に関するものである。

従来のこの種の中空段付軸の成形方法としては、素材に初めから中空の管体を用い、この中空の素材の内部に低触点の充填材を充填してからこれを開放型あるいは密閉型の中で充填材と共に軸方向両側から押圧し、これの中間部を上記型内に設けた環状の凹部内に向けて拡径変形させるようにしている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−３３４３１７号公報

素材としての管体の単価は中実材（棒材）に対し重量単価で３〜５倍であり、このため上記従来の素材に管体を用いる成形方法では素材費が高いという問題があった。

また、この種の中空段付軸の場合、これの大径部に歯車を成形することがあり、そしてこの歯車の歯底に、軸心部に設けた貫通孔に連通する油孔を設け、貫通孔に供給された潤滑油をこの油孔を介して歯車部に供給するものがある。

このときにおいて、上記貫通孔の上記油孔を設けた部分の内径が、これの軸方向両側の部分より大径であれば、他の部分との遠心力の差により油孔より歯車部への潤滑油の供給を加圧装置を用いることなく容易に供給することができるが、塑性変形により成形される中空段付軸の場合、この中空段付軸の貫通孔の軸方向中間部を他の部分より大径にするには、機械加工によらなければならず、これの成形にコストがかかるという問題がある。

本発明は上記のことに鑑みなされたもので、中実の、例えば丸棒を素材として用いて素材のコストを低くできると共に、軸方向中間部の内径が他の部分の内径より大きくした貫通孔を容易に成形することができるようにした中空段付軸の成形方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明に係る中空段付軸の成形方法は、中実棒状の素材の軸方向両側を、対向部に段状大径穴部を有する上下の金型からなる第１金型装置にて保持し、この第１金型装置にて素材の少なくとも軸方向一方端から素材より小径のパンチを押圧してこのパンチによる押し出し成形により外周部に上記段状大径穴部に沿う段状大径部を、また軸心部にパンチにより全長にわたって同径の貫通孔をそれぞれ成形して軸方向中間部の外周に段状大径部を有し、軸心部の軸方向全長にわたって同径の貫通孔を有する中間成形体を成形し、この中間成形体をこれの段状大径部の両側の軸部のそれぞれの端部を上下の金型からなる第２金型装置により縮径成形して貫通孔の両端部を中間部より小径に縮径して仕上げ成形するようにした。

また、本発明に係る他の中空段付軸の成形方法は、中実棒状の素材の軸方向両側を、対向部に段状大径穴部を有する上下の金型からなる第１金型装置にて保持し、
この第１金型装置にて素材の少なくとも軸方向一方端から素材より小径のパンチを押圧してこのパンチによる押し出し成形により外周部に上記段状大径穴部に沿う段状大径部を、また軸心部に有底の穴を成形し、ついで先端部を他の部分より小径にしたパンチにより、この穴を押圧してこのパンチの押圧方向の先端側を小径にした貫通孔を成形して軸方向中間部の外周に段状大径部を有し、軸心部の軸方向全長にわたって先端側を小径にした貫通孔を有する中間成形体を成形し、この中間成形体の軸方向一端部で、かつ貫通孔の大径側の外周部を第２金型装置により縮径成形して貫通孔の大径側端部を縮径して仕上げ成形するようにした。

本発明に係る成形方法によれば、中実の、例えば丸棒を素材として用いることにより、素材に管体を用いた従来の場合に比較してその素材コストを大幅に低くすることができる。また、中実の素材をパンチによる押出し成形により貫通孔と共に中間部の段状大径部を拡径変形するため、大径に増肉変形された部分の鍛流線が軸方向に巻き込み座屈することがなくなり、この段状大径部の鍛流線が切断されることがなく流動状になって、この部分での亀裂等の欠陥が発生することがない。

そして、軸方向中間部の内径を他の部分より大径にした貫通孔を機械加工によることなく、一連の塑性変形による成形工程にて容易に成形することができる。

中実の素材を成形型内で軸方向に押圧することにより外周形状を成形金型に沿う形状であるところの軸方向中間部に段状部を有する形状に成形し、これと共に、軸心部をパンチにて打抜いて中空にして、管体より価格が安い中実の素材を用いて成形すると共に、段状拡径部に亀裂が発生することがない中実段付軸を成形する。

図５はこの実施例１にて成形しようとする中空段付軸の一例を示すもので、この中空段付軸１は軸方向中間部に他の部分より大径にした段状大径部２と、この段状大径部２の軸方向両側の軸部３，４とを有しており、かつ軸心部に中間部を他の部分より大径にした貫通孔５を有して中空になっている。

図１から図３は、上記中空段付軸１を成形するための第１工程の第１・第２・第３のステップを示す。図中６は中実の丸棒を用いた素材である。７は第１金型装置で、８はその上型、９は下型、１０，１１はそれぞれ上下のパンチである。上型８と下型９には素材６が嵌入される穴部８ａ，９ａが同心状に設けてあると共に、対向部に各穴部８ａ，９ａより大径にした段状大径穴部８ｂ，９ｂが設けてある。また上下のパンチ１０，１１は素材６より小径で上下の型８，９の穴部８ａ，９ａ内に入り込むようになっている。

図４は第２工程を示すもので、図中１２は第２金型装置、１３はその上型、１４は下型である。上型１３と下型１４には成形しようとする中空段付軸１の段状大径部２の中間部を割面にしてそれぞれにこの中空段付軸１の段状大径部２を成形する段成形部１３ａ，１４ａと、一方の軸部３と他の軸部４を成形する軸成形部１３ｂ，１４ｂとを有している。この軸成形部１３ｂ，１１４ｂの軸方向端部には軸成形部１３ｂ，１４ｂより小径にした絞り部１３ｃ，１４ｃが設けてある。

次に、第１・第２の金型装置７，１２を用いての成形方法を図１から図４にて説明する。

まず、図１から図３に示す第１工程の第１ステップ（図１）にて、型締め状態の第１の金型装置７の穴部８ａ，９ａ内に素材６をセットする。このとき素材６はスリーブ状のノックアウト１６、またはパンチ１１及びノックアウト１６の双方にて支持されて上下方向に位置決めされる。この素材６の上下方向（軸方向）の位置は、図５で示した中空段付軸（成形品）１の段状部２の軸方向での設置位置に応じて設定される（図１の左側参照）。

ついで、第２ステップ（図２）にて、上下のパンチ１０，１１を対向方向へ作動して素材６の軸方向側から押出し成形する。これにより、素材６の両端部はそれぞれ前後方押出しにより上下の型８，９の開放側へ筒状に押出し成形されると共に、中間部が上下の型８，９の段状大径穴部８ｂ，９ｂ内に拡径変形される。このとき、素材６を支持しているノックアウト１６は下側の後方押出し成形に応じて下動される。

図２に示す第２ステップにて両パンチ１０，１１の先端が段状大径穴部８ｂ，９ｂに対向する位置まで達した状態で、このパンチ１０，１１による押出し成形の終了となり、素材６の軸方向中間部に両パンチ１０，１１の対向間に位置する栓状部１７を隔てて軸方向両側に筒状部１８ａ，１８ｂが成形される。そしてこれと共に中間部で段状大径穴部８ｂ，９ｂに対向する位置に段状拡径部１８ｃが成形される。このときの段状拡径部１８ｃは中実状態から段状に拡径変形されるため、この部分に座屈が生じることがなく連続した鍛流線にて変形される。

ついで、図３に示した第３ステップにて、例えば、下側のパンチ１１を抜き出し、上側のパンチ１０をさらに押出し動作する。これにより上記栓状部１７が軸方向に剪断されて抜きカスとして押出されて第１工程が終了し、貫通孔を有する中空段付きの中間成形体１９が成形される。

中間成形体１９は図４に示す第２工程にて仕上げ成形される。第２金型装置１２の下型１４の軸成形部１４ｂの大径部に中間成形体１９の下側の筒状部１８ｂを挿入して中間成形体１９を第２金型１２内にセットする。またこの実施例では中間成形体１９の中空部内にはマンドレルは挿入しない。

ついで上型１３を下動する。これにより、中間成形体１９は、筒状部１８ａ，１８ｂの端部が上型１３と下型１４の軸成形部１３ｂ，１４ｂより小径になっている絞り部１３ｃ，１４ｃにて縮径成形されてこの部分の孔径が縮径される。また、段状大径部１８ｃは上型１３と下型１４の段成形部１３ａ，１４ａにて軸方向に押されて拡径変形され、この段成形部１３ａ，１４ａの内側形状に成形される。これにより、図５に示すように、外側形状が図４に示す第２金型装置１２の形状に沿う形状に仕上げ成形されて貫通孔５の中間部がこれの両側部より大径になった段状大径部２を有する中空段付軸１が得られる。

なお、この第２工程においては、縮径部分に孔径を規定するマンドレルを部分的に挿入してもよい。

図１１は、この実施例２にて成形しようとする中空段付軸の他例を示すもので、この中空段付軸２１は軸方向中間部に他の部分より大径にした歯車成形部２２と、この歯車成形部２２の軸方向両側の軸部２３，２４とを有しており、かつ軸心部に軸方向中間部を他の部分より大径にした貫通孔２５を有して中空になっている。

図６、図７は、上記中空段付軸２１を成形するための第１工程の第１・第２のステップを示し、図８は第２工程を、さらに図９は第３工程を、図１０は第４工程を示す。

そして２６は第１金型装置で、２７はその上型、２８は下型、２９はパンチ、３０はノックアウトパンチである。上型２７と下型２８には素材６が嵌入される穴部２７ａ，２８ａが同心状に設けてあると共に、対向部に各穴部２７ａ，２８ａより大径にした段状大径穴部２７ｂ，２８ｂが設けてある。またパンチ２９は素材６より小径である。

第２工程を示す図８において、３１は抜き用パンチであり、この抜き用パンチ３１は上記パンチ２９の径と同径の胴部の先端に小径の抜き型３１ａが設けてある。

第３工程を示す図９において、３２は第２金型装置で、３３はその上型、３４は下型で、この両型３３，３４の対向部に歯車成形部を成形する段状大径部３３ａ，３４ａが設けてある。

第４工程を示す図１０において、３５は第３金型装置で、３６は上型、３７は下型で、上型３６の開口部側に他の部分（軸部）より小径にした絞り部３６ａを有している。

次に、第１から第３の金型装置２６，３５を用いての成形方法を図６から図１０にて説明する。

まず、図６、図７に示す第１工程にて、穴部２７ａ，２８ａ内にセットされた素材６がノックアウトパンチ３０にて支持された状態で下方へ作動するパンチ２９にて押圧され、このパンチ２９にて素材６に有底の穴が成形されつつ段状部が成形される。

ついで、図８にて示す第２工程にて、パンチ２９の代わりに抜き用パンチ３１を上記穴部に挿入し、これを下動する。これによりこれの抜き型３１ａにて上記穴の底部が栓状に抜かれて貫通孔となる。このときの貫通孔の先端部は他の部分より小径になる。

図９に示す第３工程では、上下の型３３，３４の段状大径部３３ａ，３４ａにて段状部の歯車成形部が成形される。

図１０にて示す第４工程では、上型３６の下動により上側の軸部の端部が上型３６の絞り部３６ａにて縮径されて、この部分の貫通孔径が縮径される。これにより図１１に示すように、軸方向中間に歯車素材となる大径部が、また軸心部には、軸方向中間部が両端部より大きな内径となる貫通孔２５が成形される。

なお、図１１にて示した中空段付軸２１における大径部は上記したように歯車成形部となるもので、この大径部に転造等の塑性加工、あるいはホブによる機械加工にて歯車３８を加工し、さらにこれの歯底と貫通孔の大径部とを連通する油孔３９を設ける。

なお、この実施例２において、図８にて示した第２工程でのパンチ３１のかわりに図７に示した第１工程のパンチ２９をそのまま用い、第１工程の終了段階で、このパンチ２９をさらに押動して第１工程にて設けられた孔を貫通してもよい。この場合の貫通孔は全長にわたって同径となるので、この両端支部を実施例１で図４に示すように、上下の金型にて貫通孔の両端部を縮径する。

上記両実施例において、段状大径部２、歯車成形部２２の仕上げ成形を軸部の縮径成形より前に、中空部にマンドレルを挿入して別工程で行うようにしてもよい。これにより、段状大径部２、歯車成形部２２の仕上げ成形時に、この部分の内径側が中空部内に膨出するのを上記マンドレルにて防止することができる。その後軸部の縮径成形を行うことにより、軸方向中間部に成形される他の部分より大径の中空孔を滑らかな円筒状にすることができる。

また、上記両実施例では、各成形加工を上下方向に行うようにした例で示したが、これは横方向に成形加工するようにしてもよいことはもちろんであり、この発明を説明する明細書中における上下の語句は横方向（左右）と実質的に同義語である。

上記した両実施例における成形は素材６の一部または全体を常温で、または２００〜７００℃の酸化被覆の付かない加熱範囲で行う。なお、常温で成形したときにも、素材は変形により２００〜７００℃に昇温される。

実施例１の第１工程の第１ステップを示す断面図である。実施例１の第１工程の第２ステップを示す断面図である。実施例１の第１工程の第３ステップを示す断面図である。実施例１の第２工程を示す断面図である。実施例１にて成形する中空段付軸を示す断面図である。実施例２の第１工程の第１ステップを示す断面図である。実施例２の第１工程の第２ステップを示す断面図である。実施例２の第２工程を示す断面図である。実施例２の第３工程を示す断面図である。実施例２の第４工程を示す断面図である。実施例２にて成形する中空段付軸を示す断面図である。

符号の説明

１，２１…中空段付軸、２…段状大径部、３，４…軸部、５…貫通孔、６…素材、７…第１金型装置、８…上型、９…下型、８ａ，９ａ…穴部、８ｂ，９ｂ…段状大径穴部、１０，１１…パンチ、１２…第２金型装置、１３…上型、１４…下型、１３ａ，１４ａ…段成形部、１３ｂ、１４ｂ…軸成形部、１３ｃ，１４ｃ…絞り部、１６…ノックアウト、１７…栓状部、１８ａ，１８ｂ…筒状部、１８ｃ…段状拡径部、１９…中間成形体、２１…中空段付軸、２２…歯車成形部、２３，２４…軸部、２５…貫通孔、２６…第１金型装置、２７…上型、２８…下型、２７ａ，２８ａ…穴部、２７ｂ、２８ｂ…段状大径部、２９…パンチ、３０…ノックアウトパンチ、３１…抜き用パンチ、３１ａ…抜き型、３２…第２金型装置、３３…上型、３４…下型、３３ａ，３４ａ…段状大径部、３５…第３金型装置、３６…上型、３７…下型、３６ａ…絞り部、３８…歯車、３９…油孔。

Claims

中実棒状の素材の軸方向両側を、対向部に段状大径穴部を有する上下の金型からなる第１金型装置にて保持し、
この第１金型装置にて素材の少なくとも軸方向一方端から素材より小径のパンチを押圧してこのパンチによる押し出し成形により外周部に上記段状大径穴部に沿う段状大径部を、また軸心部にパンチにより全長にわたって同径の貫通孔をそれぞれ成形して軸方向中間部の外周に段状大径部を有し、軸心部の軸方向全長にわたって同径の貫通孔を有する中間成形体を成形し、
この中間成形体をこれの段状大径部の両側の軸部のそれぞれの端部を上下の金型からなる第２金型装置により縮径成形して貫通孔の両端部を中間部より小径に縮径して仕上げ成形するようにしたことを特徴とする中空段付軸の成形方法。
中実棒状の素材の軸方向両側を、対向部に段状大径穴部を有する上下の金型からなる第１金型装置にて保持し、
この第１金型装置にて素材の少なくとも軸方向一方端から素材より小径のパンチを押圧してこのパンチによる押し出し成形により外周部に上記段状大径穴部に沿う段状大径部を、また軸心部に有底の穴を成形し、ついで先端部を他の部分より小径にしたパンチにより、この穴を押圧してこのパンチの押圧方向の先端側を小径にした貫通孔を成形して軸方向中間部の外周に段状大径部を有し、軸心部の軸方向全長にわたって先端側を小径にした貫通孔を有する中間成形体を成形し、
この中間成形体の軸方向一端部で、かつ貫通孔の大径側の外周部を第２金型装置により縮径成形して貫通孔の大径側端部を縮径して仕上げ成形するようにしたことを特徴とする中空段付軸の成形方法。