JP4804236B2 - 据え込み加工方法及び据え込み加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両（自動車や鉄道車両）用アーム、コンロッド、コンプレッサの双頭ピストン等の製品を製作するために用いられる据え込み加工方法及び据え込み加工装置に関する。

棒状の素材の拡径予定部を拡径する据え込み加工方法として、例えば次の方法が知られている。まず、棒状の素材を固定する固定部を有するダイと、素材の拡径予定部を座屈阻止状態に挿通保持する挿通孔を有するガイドと、パンチと、を備えた据え込み加工装置を準備する。そして、ダイの固定部に素材を固定するとともに、該素材の拡径予定部をガイドの挿通孔内に挿通する。次いで、パンチを移動させて該パンチで素材の拡径予定部をその軸方向に加圧しながら、ガイドをパンチの移動方向とは反対方向に移動させることにより、ガイドの先端部とダイの固定部との間に露出する拡径予定部を拡径する方法である（例えば、特許文献１参照）。

この据え込み加工方法によれば、据え込み加工時に生じることのある素材の座屈を防止することができ、もって高品質の据え込み加工品を製作できる等という利点がある。

なお、素材の形状が棒状ではなく板状であって、この板状素材をプレス加工する方法としては、例えば、特開２００２−２４８５２５号、特開２００５−５９０１０号公報に開示された方法が知られている（特許文献２及び３参照）。
特開２００５−５９０９７号公報 特開２００２−２４８５２５号公報 特開２００５−５９０１０号公報

而して、上述の据え込み加工方法により得られた据え込み加工品は、一般に、据え込み加工後において、熱処理として、溶体化処理、焼入れ、時効処理等が順次施される。この熱処理は、据え込み加工品に所定の強度（例：引張強度、耐力）を付与するための重要な処理である。

しかしながら、据え込み加工品にこの熱処理のうち焼入れを施すと、据え込み加工品が変形することがある。そのため、焼入れ後に焼入れ変形を矯正する矯正工程を別途行う必要があった。その結果、工程数が増加し、製造コストが高くなるという難点があった。

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、据え込み加工を行うことができることはもとより、更に焼入れ変形を防止して矯正工程を省略することができる据え込み加工方法、該据え込み加工方法により得られた据え込み加工品、及び前記据え込み加工方法に用いられる据え込み加工装置を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

［１］ 棒状の素材を固定する固定部及びキャビティを有する成形ダイと、素材の拡径予定部を座屈阻止状態に挿通保持し、軸方向に貫通して延びた挿通孔を有するガイドと、パンチと、を備えた据え込み加工装置を用い、
加熱状態の素材の拡径予定部を加熱状態のガイドの挿通孔内に配置するとともに、該ガイドの先端部を素材の温度未満の温度に調節された状態の成形ダイのキャビティ内に配置し、且つ、素材を成形ダイの固定部に固定した状態にし、
この状態で、パンチを移動させて該パンチで素材の拡径予定部をその軸方向に加圧しながら、ガイドをパンチの移動方向とは反対方向に移動させることにより、ガイドの先端部と成形ダイの固定部との間に露出する素材の拡径予定部を、成形ダイのキャビティ内で拡径すること特徴とする据え込み加工方法。

［２］ 加熱状態の素材を、加熱状態のガイドの挿通孔内に、該ガイドの後端部に設けられた挿通孔入口部から挿入することにより、素材の拡径予定部をガイドの挿通孔内に配置する前項１記載の据え込み加工方法。

［３］ 素材を成形ダイの固定部に固定すると同時又はその直後に、パンチで素材の拡径予定部をその軸方向に加圧する前項１又は２記載の据え込み加工方法。

［４］ 成形ダイの固定部には、素材固定用嵌込み孔がキャビティに連通して設けられ、
成形ダイは、嵌込み孔及びキャビティを縦断する分割面で分割された複数個の分割片を有し、
素材の非拡径予定部を成形ダイの複数個の分割片の嵌込み孔分割溝部間にクランプすることにより、素材を成形ダイの固定部に固定する前項１〜４のいずれか１項記載の据え込み加工方法。

［５］ 素材は該素材の溶体化処理温度に加熱されている前項１〜３のいずれか１項記載の据え込み加工方法。

［６］ 素材は熱処理型アルミニウム合金からなり、
素材は４００〜５７０℃の温度範囲に加熱されている前項５記載の据え込み加工方法。

［７］ 成形ダイは５〜１２０℃の温度範囲に調節されている前項６記載の据え込み加工方法。

［８］ ガイドは１７０〜５００℃の温度範囲に加熱されている前項６又は７記載の据え込み加工方法。

［９］ 素材は、その軸方向中間部を非拡径予定部とし軸方向両側部を拡径予定部とするものであり、
据え込み加工装置において、成形ダイのキャビティの個数、ガイドの個数及びパンチの個数はいずれも２個であり、
加熱状態の素材の各拡径予定部をそれぞれ対応する加熱状態のガイドの挿通孔内に配置するとともに、該各ガイドの先端部をそれぞれ素材の温度未満の温度に調節された状態の成形ダイのキャビティ内に配置し、且つ、素材を成形ダイの固定部に固定した状態とし、 この状態で、素材の各拡径予定部をそれぞれ対応するパンチで軸方向に同時に加圧しながら、各ガイドをそれぞれ対応するパンチの移動方向とは反対方向に移動させることにより、素材の両拡径予定部を同時に拡径する前項１〜８のいずれか１項記載の据え込み加工方法。

［１０］ 前項１〜９のいずれか１項記載の据え込み加工方法により得られた据え込み加工品。

［１１］ 前項１〜９のいずれか１項記載の据え込み加工方法により素材に据え込み加工を施した後、該素材に時効処理を施すことを特徴とする据え込み加工品の製造方法。

［１２］ 棒状の素材を固定する固定部及びキャビティを有する成形ダイと、
素材の拡径予定部を座屈阻止状態に挿通保持し、軸方向に貫通して延びた挿通孔を有するガイドと、
ガイドの挿通孔内に配置された素材の拡径予定部をその軸方向に加圧するパンチと、
ガイドをパンチの移動方向とは反対方向に移動させるガイド駆動装置と、
素材を加熱する素材加熱装置と、
成形ダイを素材加熱装置による素材の加熱温度未満の温度に調節する成形ダイ温度調節装置と、
ガイドを加熱するガイド加熱装置と、
を備えていることを特徴とする据え込み加工装置。

［１３］ 素材を、ガイドの挿通孔内に、該ガイドの後端部に設けられた挿通孔入口部から挿入する、素材挿入装置を備えている前項１２記載の据え込み加工装置。

［１４］ 成形ダイの固定部には、素材固定用嵌込み孔がキャビティに連通して設けられ、
成形ダイは、嵌込み孔及びキャビティを縦断する分割面で分割された複数個の分割片を有するとともに、素材の非拡径予定部を複数個の分割片の嵌込み孔分割溝部間にクランプすることにより、素材を固定部に固定するものとなされている前項１２又は１３記載の据え込み加工装置。

［１５］ 素材加熱装置は、素材を該素材の溶体化処理温度に加熱するものである前項１１〜１４のいずれか１項記載の据え込み加工装置。

［１６］ 素材は熱処理型アルミニウム合金からなり、
素材加熱装置は、素材を４００〜５７０℃の温度範囲に加熱するものである前項１５記載の据え込み加工装置。

［１７］ 成形ダイ温度調節装置は、成形ダイを５〜１２０℃の温度範囲に調節するものである前項１６記載の据え込み加工装置。

［１８］ ガイド加熱装置は、ガイドを１７０〜５００℃の温度範囲に加熱するものである前項１６又は１７記載の据え込み加工装置。

［１９］ 軸方向中間部を非拡径予定部とし軸方向両側部を拡径予定部とする棒状の素材の各拡径予定部をそれぞれ拡径する据え込み加工装置であって、
素材を固定する固定部及び２個のキャビティを有する成形ダイと、
成形ダイの固定部に固定された素材の各拡径予定部をそれぞれ座屈阻止状態に挿通保持し、軸方向に貫通して延びた挿通孔を有する２個のガイドと、
各ガイドの挿通孔内に配置された素材の各拡径予定部をそれぞれ軸方向に加圧する２個のパンチと、
各ガイドをぞれぞれ対応するパンチの移動方向とは反対方向に移動させる２個のガイド駆動装置と、
素材を加熱する素材加熱装置と、
成形ダイを素材加熱装置による素材の加熱温度未満の温度に調節する成形ダイ温度調節装置と、
各ガイドをそれぞれ加熱する２個のガイド加熱装置と、
を備えていることを特徴とする据え込み加工装置。

［２０］ 素材を、両ガイドのうちいずれか一方のガイドの挿通孔内に、該ガイドの後端部に設けられた挿通孔入口部から挿入する、素材挿入装置を備えている前項１９記載の据え込み加工装置。

［２１］ 成形ダイの固定部には、素材固定用嵌込み孔が両キャビティに連通して設けられ、
成形ダイは、嵌込み孔及び両キャビティを縦断する分割面で分割された複数個の分割片を有するとともに、素材の非拡径予定部を複数個の分割片の嵌込み孔分割溝部間にクランプすることにより、素材を固定部に固定するものとなされている前項１９又は２０記載の据え込み加工装置。

［２２］ 素材加熱装置は、素材を該素材の溶体化処理温度に加熱するものである前項１９〜２１のいずれか１項記載の据え込み加工装置。

［２３］ 素材は熱処理型アルミニウム合金からなり、
素材加熱装置は、素材を４００〜５７０℃の温度範囲に加熱するものである前項２２記載の据え込み加工装置。

［２４］ 成形ダイ温度調節装置は、成形ダイを５〜１２０℃の温度範囲に調節するものである前項２３記載の据え込み加工装置。

［２５］ 各ガイド加熱装置は、ガイドを１７０〜５００℃の温度範囲に加熱するものである前項２３又は２４記載の据え込み加工装置。

本発明は以下の効果を奏する。

［１］の発明によれば、素材の拡径予定部を拡径する際に、素材とガイドはそれぞれ加熱され、成形ダイは所定温度に調節されていることから、素材の拡径予定部を拡径しながらその拡径部を焼入れすることができる。そのため、焼入れ工程を別途行う必要がない。さらに、焼入れ時において、素材は成形ダイの固定部に固定されており、且つ該素材の拡径予定部はキャビティ内で拡径された状態でキャビティ内に配置されているので、焼入れ時に生じる焼入れ変形を防止することができる。そのため、焼入れ変形を矯正するための矯正工程を省略することができ、ひいては製造コストを低減することができる。

［２］の発明によれば、加熱状態の素材を出来る限り高温状態に維持したままで成形ダイとガイドにセットすることができる。そのため、据え込み加工前に素材の温度が低下することにより該素材に焼入れの不十分な部分が生じるという不具合を防止することができ、もって据え込み加工品の高強度化を確実に図ることができる。

［３］の発明によれば、素材を成形ダイの固定部に固定することにより素材に温度むらが生じるという不具合を防止することができて、据え込み加工の直前まで素材の温度を均一に維持することができる。そのため、据え込み加工品の高強度化を更に確実に図ることができる。

［４］の発明によれば、素材を成形ダイの固定部にしっかりと固定できることはもとより、更に、焼入れ変形を確実に防止することができる。その上、素材を固定する際に素材が成形ダイに急激に接触するので、素材が急速冷却され、もって焼入れ効果を更に高めることができる。

［５］の発明によれば、焼入れ効果を確実に発揮させ得て、据え込み加工品の高強度化を確実に図ることができる。

［６］の発明によれば、熱処理型アルミニウム合金からなる素材に溶体化処理を確実に施すことができる。また、焼入れ効果を更に確実に発揮させ得て、据え込み加工品の高強度化を更に確実に図ることができる。

［７］の発明によれば、熱処理型アルミニウム合金からなる素材について焼入れ効果を更に確実に発揮させ得て、据え込み加工品の高強度化を更に確実に図ることができる。

［８］の発明によれば、熱処理型アルミニウム合金からなる素材について焼入れ効果を更に確実に発揮させ得て、据え込み加工品の高強度化を更に確実に図ることができる。

［９］の発明によれば、軸方向両側部にそれぞれ拡径部が形成された据え込み加工品を能率良く製作することができる。

［１０］の発明によれば、高強度の据え込み加工品を提供できる。

［１１］の発明によれば、更に高い強度の据え込み加工品を製造できる。

［１２］〜［２５］の発明によれば、上述した本発明に係る据え込み加工方法に好適に用いることができる据え込み加工装置を提供できる。

次に、本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。

図１において、（10）は本発明の一実施形態に係る据え込み加工装置である。また、（１）は素材である。

また、図９において、（５）は、本実施形態の据え込み加工装置（10）により製造された据え込み加工品である。この据え込み加工品（５）は、例えば、自動車や鉄道車両等の車両用アームを製作するためのプリフォームとして用いられるものである。

図１及び図２に示すように、素材（１）は中実で且つ真直な棒状のものであり、熱処理型アルミニウム合金からなる。素材（１）の断面形状は円形状であり、且つ素材（１）の径は軸方向に一定に設定されている。

素材（１）の材料である熱処理型アルミニウム合金としては、ＪＩＳ（日本工業規格）に準拠したアルミニウム合金番号で示すと、２０００系、６０００系、７０００系等が用いられる。

なお本発明では、素材（１）の材料は、アルミニウムやアルミニウム合金に限定されるものではなく、アルミニウム以外の金属（例えば、真鍮、銅、鋼、ステンレス鋼）であっても良い。また、素材（１）の断面形状は円形状に限定されるものではなく、四角形や六角形等の多角形状であっても良い。

素材（１）は、その軸方向の所定部位を拡径予定部とするものである。本実施形態では、この素材（１）は、その軸方向中間部を非拡径予定部（３）とし軸方向両側部をそれぞれ拡径予定部（２）（２）とするものである。そして、素材（１）の各拡径予定部（２）（２）がそれぞれ設計形状に拡径されることにより、図９に示すように、素材（１）の軸方向両側部にそれぞれ略円板状の拡径部（６）（６）が形成される。各拡径部（６）は、素材（１）の幅方向両側にそれぞれ略円弧状に膨出する一方、素材（１）の厚さ方向の両面は平坦状に形成されている。なお、（７）は、素材（１）の非拡径予定部（３）からなる、据え込み加工品（５）の非拡径部である。

この据え込み加工品（５）において、各拡径部（６）は、車両用アームの、他の部材と連結される連結部（例えば、ブッシュ装着部）に対応し、非拡径部（７）はアームの軸部に対応している。

据え込み加工装置（10）は、素材（１）の各拡径予定部（２）（２）をそれぞれ拡径するためのものである。この据え込み加工装置（10）は、図１及び図２に示すように、成形ダイ（11）と、２個のガイド（20）（20）と、２個のガイド駆動装置（25）（25）と、２個のパンチ（30）（30）と、２個のパンチ駆動装置（35）（35）と、素材加熱装置（70）と、成形ダイ温度調節装置（40）と、２個のガイド加熱装置（50）（50）と、素材挿入装置（60）とを備えている。なお、図１には、据え込み加工装置（10）の構成を理解し易くするため、２個のガイド駆動装置（25）（25）は図示されていない。

成形ダイ（11）は、図１に示すように、素材（１）を固定する固定部（13）と、該固定部（13）を挟んだ相互反対側に形成された２個のキャビティ（12）（12）とを有している。固定部（13）には、成形ダイ（11）の軸方向に延びた素材固定用嵌込み孔（14）が両キャビティ（12）（12）に連通して設けられている。この嵌込み孔（14）内に素材（１）の非拡径予定部（３）が適合状態に嵌め込まれ、これにより素材（１）がその軸方向に移動しないように固定される。

さらに、この成形ダイ（11）は、嵌込み孔（14）及び両キャビティ（12）（12）を縦断する分割面（15）で前後に分割された２個の分割片（11a）（11a）から構成されている。

さらに、成形ダイ（11）には、該成形ダイ（11）の両分割片（11a）（11a）を互いに分離方向及び接近方向に移動させる成形ダイ駆動装置（17）（17）が取り付けられている。本実施形態では、各成形ダイ駆動装置（17）として例えば流体圧シリンダ（油圧やガス圧シリンダ等）が用いられている。この成形ダイ駆動装置（17）（17）を作動させることにより、両分割片（11a）（11a）が互いに分離されたり接近されたりする。そして、この成形ダイ（11）は、両分割片（11a）（11a）を接近させて、該両分割片（11a）（11a）の嵌込み孔（14）分割溝部の間に素材（１）の非拡径予定部（３）をクランプすることにより、両分割片（11a）（11a）の嵌込み孔（14）分割溝部同士の合体により形成された嵌込み孔（14）内に素材（１）の非拡径予定部（３）が嵌め込まれた状態となり、これにより素材（１）を固定するものとなされている。

成形ダイ温度調節装置（40）は、成形ダイ（11）を加熱状態の素材（１）の温度未満の温度に調節するためのものである。本実施形態では、成形ダイ温度調節装置（40）として、例えば水冷ジャケット等の液冷ジャケットが成形ダイ（11）の各分割片（11a）（11a）にそれぞれ装着されている。図１において、矢印（41）及び（42）は、液冷ジャケットの内部を流通する冷却液としての冷却水（即ち温度調節液）の流れ方向を示している。なお本発明では、冷却液として冷却水の他に例えば冷却油が使用されていても良い。

成形ダイ温度調節装置（40）は、成形ダイ（11）を５〜１２０℃（特に好ましくは２０〜７０℃）の温度範囲に調節するものとなされている。

各ガイド（20）は、素材（１）の対応する拡径予定部（２）を座屈阻止状態に挿通保持する挿通孔（21）を有している。この挿通孔（21）は、ガイド（20）の内部を該ガイド（20）の軸方向に貫通して延びている。挿通孔（21）の断面形状は素材（１）の拡径予定部（２）の断面形状と同一に形成されるとともに、該挿通孔（21）内に素材（１）が適合状態に且つ軸方向にスライド自在に挿通されるものとなされている。そして、挿通孔（21）内に素材（１）が挿通されて挿通孔（21）内に素材（１）の拡径予定部（２）が配置されることにより、素材（１）の拡径予定部（２）が座屈阻止状態に保持される。

また、各ガイド（20）の先端部は、該ガイド（20）の後端部よりも細く形成されている。そして、ガイド（20）の後端部（詳述すると後端面の中央部）には、素材（１）を挿通孔（21）内に入れるための、挿通孔（21）の入口部（21a）が形成されている。一方、ガイド（20）の先端部（詳述すると先端面の中央部）には、素材（１）が挿通孔（21）内から出るための、挿通孔（21）の出口部（21b）が形成されている。

各ガイド加熱装置（50）は、各ガイド（20）を加熱するためのものである。本実施形態では、各ガイド加熱装置（50）として棒状の電気発熱体（電気ヒータ）がガイド（20）の内部に装填されている。

各ガイド加熱装置（50）は、各ガイド（20）を１７０〜５００℃（特に好ましくは２００〜３５０℃）の温度範囲に加熱するものとなされている。

各パンチ（30）は、素材（１）の対応する拡径予定部（２）をその軸方向に押圧して加圧するためのものである。両パンチ（30）（30）は、素材（１）の軸方向両側に互いに対向して配置されている。

各パンチ駆動装置（35）は、各パンチ（30）を素材（１）の軸方向に移動させるためのものである。このパンチ駆動装置（35）に各パンチ（30）が接続されている。そして、パンチ駆動装置（35）を作動させることにより、パンチ（30）を移動させて該パンチ（30）で素材（１）の拡径予定部（２）をその軸方向に加圧するものとなされている。本実施形態では、各パンチ駆動装置（35）として例えば流体圧シリンダ（油圧やガス圧シリンダ等）が用いられている。

各ガイド駆動装置（25）は、各ガイド（20）をそれぞれ対応するパンチ（30）の移動方向（37）（即ち、パンチ（30）による素材拡径予定部（２）への加圧方向）とは反対方向（27）に移動させるためのものである（図６−Ｂ参照）。本実施形態では、各ガイド駆動装置（25）として例えば流体圧シリンダ（油圧やガス圧シリンダ等）が連結部材（26）を介してガイド（20）に連結されている。なお図１では、ガイド（20）の構成を分かり易くするため、各ガイド駆動装置（25）及び連結部材（26）は図示されていない。

素材挿入装置（60）は、素材（１）を、両ガイド（20）（20）のうちいずれか一方のガイド（20）の挿通孔（21）内に、該ガイド（20）の後端部の挿通孔入口部（21a）からスライド挿入するためのものである。この素材挿入装置（60）は、加熱状態の素材（１）を載置する素材載置台（61）と、該素材載置台（61）上に載置された素材（１）をガイド（20）の挿通孔（21）内に押し込むための素材押し装置（62）とを有している。本実施形態では、素材押し装置（62）として例えばロッドレスシリンダが用いられている。（63）は、素材押し装置（62）の押し部である。この押し部（63）は素材押し装置（62）のリニアガイドに沿ってスライド移動するものとなされている。

両パンチ駆動装置（35）（35）のうち一方のパンチ駆動装置（35）と素材挿入装置（60）は、互いに共通する、水平方向（詳述すると前後方向）に移動可能な移動ステージ（80）上に設置されている。そして、移動ステージ（80）を移動ステージ駆動装置（81）によって移動させることにより、素材挿入装置（60）をガイド（20）の後端部の挿通孔入口部（21a）の位置に移動させたり、パンチ駆動装置（35）のパンチ（30）をガイド（20）の後端部の挿通孔入口部（21a）の位置に移動させたりするものとなされている。本実施形態では、移動ステージ駆動装置（81）として例えば流体圧シリンダ（油圧やガス圧シリンダ等）が移動ステージ（80）に接続されている。

素材加熱装置（70）は、素材（１）を加熱するためのものである。本実施形態では、素材加熱装置（70）として例えば電気炉等の加熱炉が素材挿入装置（60）の近傍に配置されている。

素材加熱装置（70）は、素材（１）を４００〜５７０℃、好ましくは４３０〜５６０℃（特に好ましくは５１０〜５６０℃）の温度範囲に加熱するものとなされている。

次に、上記据え込み加工装置（10）を用いた据え込み加工方法を以下に説明する。

まず、素材（１）全体を素材加熱装置（70）によって該素材（１）の溶体化処理温度に予め加熱しておく。本実施形態では、素材（１）は熱処理型アルミニウム合金からなることから、素材（１）をその溶体化処理温度として４００〜５７０℃、好ましくは４３０〜５６０℃（特に好ましくは５１０〜５６０℃）の温度範囲に加熱しておく。素材（１）をこの温度範囲に加熱することにより、素材（１）の拡径予定部（２）の変形抵抗を減少させることができるし、更に、素材（１）に溶体化処理を確実に施すことができる。その結果、該素材（１）について焼入れ効果を確実に発揮させ得て、据え込み加工品（５）の高強度化を確実に図ることができる。

なお本発明では、素材加熱装置（70）による素材（１）の加熱温度は、素材（１）の材料の種類に応じて適宜設定されるものである。例えば、素材（１）の材料が熱処理型アルミニウム合金である場合には、素材（１）の加熱温度範囲は上述のように４００〜５７０℃、４３０〜５６０℃、（特に好ましくは５１０〜５６０℃）であることが望ましい。更に詳述すると、素材（１）の材料が２０００系の熱処理型アルミニウム合金である場合には、素材（１）の加熱温度範囲は４５０〜５７０℃（特に好ましくは４９０〜５４０℃）であることが望ましい。素材（１）の材料が６０００系の熱処理型アルミニウム合金である場合には、素材（１）の加熱温度範囲は５００〜５７０℃（特に好ましくは５１０〜５６０℃）であることが望ましい。素材（１）の材料が７０００系の熱処理型アルミニウム合金である場合には、素材（１）の加熱温度範囲は４３０〜５１０℃（特に好ましくは４５０〜５００℃）であることが望ましい。

また、成形ダイ（11）の両分割片（11a）（11a）を僅かに（例えば数ｍｍ）分離しておく。また、成形ダイ温度調節装置（40）によって成形ダイ（11）の両分割片（11a）（11a）を、それぞれ、素材加熱装置（70）により加熱された状態の素材（１）の温度未満の温度として５〜１２０℃（特に好ましくは２０〜７０℃）の温度範囲に予め調節（冷却）しておく。両分割片（11a）（11a）をそれぞれこの温度範囲に調節することにより、焼入れ効果を更に確実に発揮させ得て、据え込み加工品（５）の高強度化を更に確実に図ることができる。

また、両ガイド加熱装置（50）（50）によって両ガイド（20）（20）をそれぞれ１７０〜５００℃（特に好ましくは２００〜３５０℃）の温度範囲に予め加熱しておく。両ガイド（20）（20）をそれぞれこの温度範囲に加熱することにより、据え込み加工の直前まで加熱状態の素材（１）を高温状態に維持することができるし、該素材（１）の温度の均一化を図ることができる。

一方、両ガイド（20）（20）を加熱しない場合には次の不具合が生じる。すなわち、素材（１）の拡径予定部（２）を非加熱状態のガイド（20）の挿通孔（21）内に配置した場合、拡径予定部（２）の挿通孔（21）周面との接触に伴い拡径予定部（２）の温度が低下する。その結果、拡径予定部（２）の変形抵抗が増大し、拡径予定部（２）を拡径することが困難になる。そこで、この不具合を回避するため、両ガイド（20）（20）を加熱する必要がある。

また、素材挿入装置（60）を移動ステージ駆動装置（81）によってガイド（20）の後端部の挿通孔入口部（21a）の位置に移動しておく。

次いで、図２に示すように、加熱状態の素材（１）を素材加熱装置（70）から取り出して素材挿入装置（60）の素材載置台（61）上に載置する。

次いで、この素材（１）を素材挿入装置（60）の素材押し装置（62）によって該素材（１）の軸方向に押すことにより、図３に示すように、該素材（１）を両ガイド（20）（20）のうち一方のガイド（20）の挿通孔（21）内に、該ガイド（20）の後端部の挿通孔入口部（21a）からスライド挿入する。

次いで、移動ステージ駆動装置（81）によって移動ステージ（80）を移動させ、これによりパンチ（30）及びパンチ駆動装置（35）をガイド（20）の後端部の挿通孔入口部（21a）の位置に移動させる。

次いで、図４に示すように、パンチ駆動装置（35）によってパンチ（30）を突出移動させ、これにより、該パンチ（30）で素材（１）を押して、素材（１）の各拡径予定部（２）（２）をそれぞれ対応する加熱状態のガイド（20）（20）の挿通孔（21）（21）内に配置する。

次いで、図５−Ａ及び図５−Ｂに示すように、成形ダイ駆動装置（17）（17）によって成形ダイ（11）の両分割片（11a）（11a）を互いに接近させて、該両分割片（11a）（11a）の嵌込み孔（14）分割溝部の間に素材（１）の非拡径予定部（３）をクランプする。これにより、両分割片（11a）（11a）の嵌込み孔（14）分割溝部同士の合体により形成された嵌込み孔（14）内に、素材（１）の非拡径予定部（３）が嵌め込まれた状態となり、もって素材（１）が成形ダイ（11）の固定部（13）に固定される。これと同時に、各ガイド（20）の少なくとも先端部が成形ダイ（11）の対応するキャビティ（12）内に配置される。

以上の手順により、素材（１）が成形ダイ（11）と両ガイド（20）（20）にセットされる。

この状態で、図６−Ａ及び図６−Ｂに示すように、両パンチ駆動装置（35）（35）によって両パンチ（30）（30）を同時に移動させ、素材（１）の各拡径予定部（２）（２）をそれぞれ対応するパンチ（30）（30）で軸方向に同時に加圧しながら、両ガイド駆動装置（25）（25）によって各ガイド（20）（20）をそれぞれ対応するパンチ（30）（30）の移動方向（37）とは反対方向（27）に同時に移動させる。これにより、各ガイド（20）（20）の先端部と成形ダイ（11）の固定部（13）との間に露出する素材（１）の両拡径予定部（２）（２）を、成形ダイ（11）のキャビティ（12）（12）内で同時に拡径する。

本実施形態では、素材（１）を成形ダイ（11）の固定部（13）に固定すると同時又はその直後に、素材（１）の各拡径予定部（２）（２）をそれぞれ対応するパンチ（30）（30）で加圧する。

なお本発明では、素材（１）を成形ダイ（11）の固定部（13）に固定すると同時又はその直後に、出来る限り短時間で素材（１）の各拡径予定部（２）（２）の加圧を行うことが望ましく、具体的に示すと、素材（１）を固定した後３０秒（特に好ましくは１３秒）以内に加圧を行うことが望ましい。その理由は次のとおりである。すなわち、素材（１）を成形ダイ（11）の固定部（13）に固定すると、素材（１）の非拡径予定部（３）が成形ダイ（11）の固定部（13）との接触により局部的に冷却される。その結果、素材（１）の非拡径予定部（３）の温度が拡径予定部（２）（２）の温度よりも低下し、素材（１）に温度むらが生じる。このようになると、素材（１）に焼入れが不十分が部分が生じるという問題が発生する。この問題を解決するため、本実施形態では、素材（１）を成形ダイ（11）の固定部（13）に固定すると同時又はその直後に、加圧を行う。こうすることにより、据え込み加工の直前まで素材（１）の温度を均一に維持することができ、もって据え込み加工品（５）の高強度化を確実に図ることができる。

なお本発明では、パンチ（30）の移動速度やガイド（20）の移動速度は、素材（１）の各拡径予定部（２）の拡径設計形状に応じて設定されるものである。また、これらの移動速度は一定であっても良いし、変動するものであっても良い。

パンチ（30）及びガイド（20）の移動に伴い、素材（１）の拡径予定部（２）がキャビティ（12）内で徐々に拡径されていく。こうして拡径予定部（２）が拡径されるのに伴い、拡径予定部（２）とキャビティ（12）の周面との接触面積が徐々に増加する。よって、拡径予定部（２）が拡径されながらその拡径部（６）は急速に冷却されていく。

そして、図７−Ａ及び図７−Ｂに示すように、素材（１）の各拡径予定部（２）（２）がそれぞれ対応するキャビティ（12）（12）内で所定形状（即ち略円板状）に拡径されたとき、両パンチ（30）（30）及び両ガイド（20）（20）の移動を停止する。

次いで、図８に示すように、成形ダイ駆動装置（17）（17）によって成形ダイ（11）の両分割片（11a）（11a）を互いに分離させる。そして、素材（１）を成形ダイ（11）から取り出すことによって、図９に示した据え込み加工品（５）が得られる。

次いで、パンチ（30）、ガイド（20）、移動ステージ（80）等を図２に示した初期位置に戻す。そして、新たな素材（１）について上述の手順で据え込み加工を施す。

また本実施形態では、得られた据え込み加工品（５）に、据え込み加工後の熱処理として、人工時効処理や自然時効処理等の時効処理を施す。こうすることにより、更に高い強度の据え込み加工品（５）を得ることができる。

この時効処理の条件は、素材（１）の材料の種類に応じて適宜設定されるものであり、従来から適用されている条件で素材（１）に時効処理を施せばよい。しかるに、例えば、素材（１）が６０００系の熱処理型アルミニウム合金からなる場合には、時効処理の条件として、時効温度が１５０〜２１０℃（特に好ましくは１６０〜１９０℃）であり、時効温度の保持時間が５〜１０時間（特に好ましくは７〜９時間）であることが望ましい。

而して、上記実施形態の据え込み加工方法では、素材（１）の拡径予定部（２）を拡径する際に、素材（１）とガイド（20）はそれぞれ加熱されており、且つ成形ダイ（11）は素材（１）の加熱温度未満の温度に調節されている。したがって、素材（１）の非拡径予定部（３）は成形ダイ（11）の固定部（13）との接触により冷却されて焼入れされるとともに、素材（１）の拡径予定部（２）は拡径されながら成形ダイ（11）のキャビティ（12）の周面との接触により冷却されて焼入れされる。よって、素材（１）の拡径予定部（２）を拡径しながらその拡径部（６）を焼入れすることができる。すなわち、拡径予定部（２）の拡径と拡径部（６）の焼入れとを同時に行うことができる。そのため、この据え込み加工方法では焼入れ工程を別途行う必要がないという利点がある。さらに、焼入れ時において、素材（１）は成形ダイ（11）の固定部（13）に固定されており、且つ該素材（１）の拡径予定部（２）はキャビティ（12）内で拡径された状態でキャビティ（12）内に配置されているので、焼入れ時に生じる焼入れ変形を防止することができる。そのため、焼入れ変形を矯正するための矯正工程を省略することができ、ひいては製造コストを低減することができる。

さらに、加熱状態の素材（１）を、両ガイド（20）（20）のうち一方のガイド（20）の挿通孔（21）内に、該ガイド（20）の後端部の挿通孔入口部（21a）から挿入することにより、素材（１）を出来る限り高温状態に維持したままで成形ダイ（11）と両ガイド（20）（20）にセットすることができる。そのため、据え込み加工前に素材（１）の温度が低下して該素材（１）に焼入れの不十分な部分が生じるという不具合を防止することができ、もって据え込み加工品（５）の高強度化を確実に図ることができる。

さらに、素材（１）を成形ダイ（11）の固定部（13）に固定すると同時又はその直後に、パンチ（30）で素材（１）の拡径予定部（２）をその軸方向に加圧することにより、据え込み加工の直前まで素材（１）の温度を均一に維持することができる。そのため、据え込み加工品（５）の高強度化を更に確実に図ることができる。

さらに、素材（１）の非拡径予定部（３）を成形ダイ（11）の両分割片（11a）（11a）の嵌込み孔（14）分割溝部の間にクランプすることにより、素材（１）を成形ダイ（11）の固定部（13）にしっかりと固定できることはもとより、更に、焼入れ変形を確実に防止することができる。しかも、素材（１）を固定する際に素材（１）が成形ダイ（11）に急激に接触するので、素材（１）が急速冷却され、もって焼入れ効果を更に高めることができる。

さらに、素材（１）を該素材（１）の溶体化処理温度として所定の温度範囲に加熱することにより、素材（１）に溶体化処理を確実に施すことができる。しかも、焼入れ効果を更に確実に発揮させ得て、据え込み加工品（５）の高強度化を更に確実に図ることができる。

また、素材（１）の両拡径予定部（２）（２）を同時に拡径するから、軸方向両側部にそれぞれ拡径部（６）（６）が形成された据え込み加工品（５）を能率良く製作することができる。

以上で、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に示したものに限定されるものではなく、様々に設定変更可能である。

本発明では、図１２に示した据え込み加工品（５）を製作することも可能である。この据え込み加工品（５）では、素材（１）の軸方向両側部の全部がそれぞれ拡径されて拡径部（６）（６）が形成されている。

もとより、本発明は、車両のアームを製作するためのプリフォームを製作するために適用されることに限定されるものではなく、様々な製品用プリフォームを製作するために適用され、例えば、車両のコンロッド用プリフォーム、コンプレッサの双頭ピストン用プリフォームを製作するためにも適用可能である。

また本発明では、素材（１）の拡径予定部（２）は、素材（１）の軸方向中間部や軸方向一端部などの一箇所だけに位置していても良い。

また本発明では、パンチ（30）は加熱されていても良いし冷却されていても良い。

また本発明では、素材（１）は押出材からなるものであっても良いし、鋳造材からなるものであっても良いし、プロペルチ法で製造された連続鋳造圧延材等の圧延材からなるものであっても良いし、あるいは他の方法で製作されたものであっても良い。

次に、本発明の具体的実施例及び比較例を以下に示す。ただし、本発明は以下に示した実施例に限定されるものではない。

素材（１）として、ＪＩＳ（日本工業規格）に準拠した合金番号６０６１の熱処理型アルミニウム合金押出材からなるものを複数個準備した。素材（１）の直径は１６ｍｍである。そして、この素材（１）について上記実施形態に示した据え込み加工方法に従って据え込み加工を施した。この際、素材（１）の加熱温度、両ガイド（20）（20）の加熱温度、成形ダイ（11）の温度、素材（１）のセット方法、及び据え込み加工後の熱処理を後述のように様々に変更した。

次いで、得られた据え込み加工品（５）についてそりａ及び曲がりｂを測定した（図１０−Ａ及び図１０−Ｂ参照）。また、この据え込み加工品（５）の機械的強度として、据え込み加工品（５）の非拡径部（７）と拡径部（６）のそれぞれの引張強度及び０．２％耐力を測定した。

なお、図１０−Ａにおいて、ａは据え込み加工品（５）のそり量を示している。また図１０−Ｂにおいて、ｂは据え込み加工品（５）の曲がり量を示している。また、図１１は、据え込み加工品（５）の非拡径部（７）の引張強度及び０．２％耐力を測定するための試験片（T1）の採取位置と、拡径部（６）の引張強度及び０．２％耐力を測定するための試験片（T2）の採取位置を示している。

以上の測定結果を表１に示す。

なお表１において、「素材のセット方法」欄の符号及び「据え込み加工後の熱処理」欄の符号は、以下のことを示している。

＜「素材のセット方法」欄の符号について＞
Ａ…素材（１）を、一方のガイド（20）の挿通孔（21）内に、該ガイド（20）の後端部の挿通孔入口部（21a）から挿入することにより、素材（１）を成形ダイ（11）及び両ガイド（20）（20）にセットした。

Ｂ…素材（１）を、成形ダイ（11）の両分割片（11a）（11a）間にその側方から直接入れて、素材（１）を成形ダイ（11）及び両ガイド（20）（20）にセットした。

＜「据え込み加工後の熱処理」欄の符号について＞
Ａ…据え込み加工後において、据え込み加工品（５）に１９０℃×８時間の条件で人工時効処理を施した。

Ｂ…据え込み加工後において、据え込み加工品（５）に５３０℃×３時間の条件で溶体化処理、及び水焼入れを順次施し、その後、据え込み加工品（５）に１９０℃×８時間の条件で人工時効処理を施した。

なお実施例１〜８では、据え込み加工時において、ガイド（20）は加熱されており、成形ダイ（11）は温度調節されている。比較例１〜３では、据え込み加工時において、ガイド（20）は加熱されており、成形ダイ（11）は温度調節されていない。比較例４では、据え込み加工時において、ガイド（20）は加熱されておらず、成形ダイ（11）は温度調節されている。

表１に示すように、実施例１〜８では、いずれも引張強度及び０．２％耐力を高くすることができ、またそり及び曲がりを低減することができた。

一方、比較例１では、非拡径部（７）及び拡径部（６）それぞれの引張強度及び０．２％耐力が低かった。比較例２では、そり及び曲がりが大きかった。比較例３では、非拡径部（７）及び拡径部（６）それぞれの引張強度及び０．２％耐力が比較的低かった。比較例４では、素材（１）の拡径予定部（２）を拡径することができなかった。その理由は次のとおりである。すなわち、比較例４ではガイド（20）は加熱されていないため、素材（１）の拡径予定部（２）がガイド（20）の挿通孔（21）内に配置されると、該拡径予定部（２）の挿通孔（21）周面との接触に伴い拡径予定部（２）の温度が低下し、その結果、拡径予定部（２）の変形抵抗が増大したからである。

本発明は、車両（自動車や鉄道車両）用アーム、コンロッド、コンプレッサの双頭ピストン等の様々な製品を製作するために用いられる据え込み加工方法及び据え込み加工装置に利用可能である。

本発明の一実施形態に係る据え込み加工装置の概略分解斜視図である。 同装置により素材を成形ダイ及び両ガイドにセットする前の状態の概略平面図である。 同装置により素材を一方のガイドの挿通孔内に挿入する途中の状態の概略平面図である。 同装置により素材の両拡径予定部を両ガイドの挿通孔内に配置した状態の概略平面図である。 同装置により素材を成形ダイと両ガイドにセットした状態の概略平面図である。 図５−Ａ中のＡ−Ａ線断面図である。 同装置により素材の拡径予定部を拡径する途中の状態の概略平面図である。 図６−Ａ中のＢ−Ｂ線断面図である。 同装置により素材の拡径予定部を拡径した状態の概略平面図である。 図７−Ａ中のＣ−Ｃ線断面図である。 同装置から据え込み加工品を取り出すときの概略平面図である。 同装置により製造された据え込み加工品の斜視図である。 据え込み加工品のそりを示すための据え込み加工品の概略側面図である。 据え込み加工品の曲がりを示すための据え込み加工品の概略平面図である。 試験片の採取位置を示すための据え込み加工品の概略平面図である。 同装置により製造されたもう一つの据え込み加工品の斜視図である。

符号の説明

１…素材
２…拡径予定部
３…非拡径予定部
５…据え込み加工品（プリフォーム）
６…拡径部
７…非拡径部
10…据え込み加工装置
11…成形ダイ
11a…分割片
12…キャビティ
13…固定部
14…素材固定用嵌込み孔
15…分割面
17…成形ダイ駆動装置
20…ガイド
21…挿通孔
21a…入口部
25…ガイド駆動装置
30…パンチ
35…パンチ駆動装置
40…成形ダイ温度調節装置
50…ガイド加熱装置
60…素材挿入装置
70…素材加熱装置
80…移動ステージ

Claims (25)

1. 棒状の素材を固定する固定部及びキャビティを有する成形ダイと、素材の拡径予定部を座屈阻止状態に挿通保持し、軸方向に貫通して延びた挿通孔を有するガイドと、パンチと、を備えた据え込み加工装置を用い、
   加熱状態の素材の拡径予定部を加熱状態のガイドの挿通孔内に配置するとともに、該ガイドの先端部を素材の温度未満の温度に調節された状態の成形ダイのキャビティ内に配置し、且つ素材を成形ダイの固定部に固定した状態にし、
   この状態で、パンチを移動させて該パンチで素材の拡径予定部をその軸方向に加圧しながら、ガイドをパンチの移動方向とは反対方向に移動させることにより、ガイドの先端部と成形ダイの固定部との間に露出する素材の拡径予定部を、成形ダイのキャビティ内で拡径すること特徴とする据え込み加工方法。
2. 加熱状態の素材を、加熱状態のガイドの挿通孔内に、該ガイドの後端部に設けられた挿通孔入口部から挿入することにより、素材の拡径予定部をガイドの挿通孔内に配置する請求項１記載の据え込み加工方法。
3. 素材を成形ダイの固定部に固定すると同時又はその直後に、パンチで素材の拡径予定部をその軸方向に加圧する請求項１又は２記載の据え込み加工方法。
4. 成形ダイの固定部には、素材固定用嵌込み孔がキャビティに連通して設けられ、
   成形ダイは、嵌込み孔及びキャビティを縦断する分割面で分割された複数個の分割片を有し、
   素材の非拡径予定部を成形ダイの複数個の分割片の嵌込み孔分割溝部間にクランプすることにより、素材を成形ダイの固定部に固定する請求項１〜３のいずれか１項記載の据え込み加工方法。
5. 素材は該素材の溶体化処理温度に加熱されている請求項１〜４のいずれか１項記載の据え込み加工方法。
6. 素材は熱処理型アルミニウム合金からなり、
   素材は４００〜５７０℃の温度範囲に加熱されている請求項５記載の据え込み加工方法。
7. 成形ダイは５〜１２０℃の温度範囲に調節されている請求項６記載の据え込み加工方法。
8. ガイドは１７０〜５００℃の温度範囲に加熱されている請求項６又は７記載の据え込み加工方法。
9. 素材は、その軸方向中間部を非拡径予定部とし軸方向両側部を拡径予定部とするものであり、
   据え込み加工装置において、成形ダイのキャビティの個数、ガイドの個数及びパンチの個数はいずれも２個であり、
   加熱状態の素材の各拡径予定部をそれぞれ対応する加熱状態のガイドの挿通孔内に配置するとともに、該各ガイドの先端部をそれぞれ素材の温度未満の温度に調節された状態の成形ダイのキャビティ内に配置し、且つ、素材を成形ダイの固定部に固定した状態とし、
   この状態で、素材の各拡径予定部をそれぞれ対応するパンチで軸方向に同時に加圧しながら、各ガイドをそれぞれ対応するパンチの移動方向とは反対方向に移動させることにより、素材の両拡径予定部を同時に拡径する請求項１〜８のいずれか１項記載の据え込み加工方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項記載の据え込み加工方法により得られた据え込み加工品。
11. 請求項１〜９のいずれか１項記載の据え込み加工方法により素材に据え込み加工を施した後、該素材に時効処理を施すことを特徴とする据え込み加工品の製造方法。
12. 棒状の素材を固定する固定部及びキャビティを有する成形ダイと、
    素材の拡径予定部を座屈阻止状態に挿通保持し、軸方向に貫通して延びた挿通孔を有するガイドと、
    ガイドの挿通孔内に配置された素材の拡径予定部をその軸方向に加圧するパンチと、
    ガイドをパンチの移動方向とは反対方向に移動させるガイド駆動装置と、
    素材を加熱する素材加熱装置と、
    成形ダイを素材加熱装置による素材の加熱温度未満の温度に調節する成形ダイ温度調節装置と、
    ガイドを加熱するガイド加熱装置と、
    を備えていることを特徴とする据え込み加工装置。
13. 素材を、ガイドの挿通孔内に、該ガイドの後端部に設けられた挿通孔入口部から挿入する、素材挿入装置を備えている請求項１２記載の据え込み加工装置。
14. 成形ダイの固定部には、素材固定用嵌込み孔がキャビティに連通して設けられ、
    成形ダイは、嵌込み孔及びキャビティを縦断する分割面で分割された複数個の分割片を有するとともに、素材の非拡径予定部を複数個の分割片の嵌込み孔分割溝部間にクランプすることにより、素材を固定部に固定するものとなされている請求項１２又は１３記載の据え込み加工装置。
15. 素材加熱装置は、素材を該素材の溶体化処理温度に加熱するものである請求項１２〜１４のいずれか１項記載の据え込み加工装置。
16. 素材は熱処理型アルミニウム合金からなり、
    素材加熱装置は、素材を４００〜５７０℃の温度範囲に加熱するものである請求項１５記載の据え込み加工装置。
17. 成形ダイ温度調節装置は、成形ダイを５〜１２０℃の温度範囲に調節するものである請求項１６記載の据え込み加工装置。
18. ガイド加熱装置は、ガイドを１７０〜５００℃の温度範囲に加熱するものである請求項１６又は１７記載の据え込み加工装置。
19. 軸方向中間部を非拡径予定部とし軸方向両側部を拡径予定部とする棒状の素材の各拡径予定部をそれぞれ拡径する据え込み加工装置であって、
    素材を固定する固定部及び２個のキャビティを有する成形ダイと、
    成形ダイの固定部に固定された素材の各拡径予定部をそれぞれ座屈阻止状態に挿通保持し、軸方向に貫通して延びた挿通孔を有する２個のガイドと、
    各ガイドの挿通孔内に配置された素材の各拡径予定部をそれぞれ軸方向に加圧する２個のパンチと、
    各ガイドをぞれぞれ対応するパンチの移動方向とは反対方向に移動させる２個のガイド駆動装置と、
    素材を加熱する素材加熱装置と、
    成形ダイを素材加熱装置による素材の加熱温度未満の温度に調節する成形ダイ温度調節装置と、
    各ガイドをそれぞれ加熱する２個のガイド加熱装置と、
    を備えていることを特徴とする据え込み加工装置。
20. 素材を、両ガイドのうちいずれか一方のガイドの挿通孔内に、該ガイドの後端部に設けられた挿通孔入口部から挿入する、素材挿入装置を備えている請求項１９記載の据え込み加工装置。
21. 成形ダイの固定部には、素材固定用嵌込み孔が両キャビティに連通して設けられ、
    成形ダイは、嵌込み孔及び両キャビティを縦断する分割面で分割された複数個の分割片を有するとともに、素材の非拡径予定部を複数個の分割片の嵌込み孔分割溝部間にクランプすることにより、素材を固定部に固定するものとなされている請求項１９又は２０記載の据え込み加工装置。
22. 素材加熱装置は、素材を該素材の溶体化処理温度に加熱するものである請求項１９〜２１のいずれか１項記載の据え込み加工装置。
23. 素材は熱処理型アルミニウム合金からなり、
    素材加熱装置は、素材を４００〜５７０℃の温度範囲に加熱するものである請求項２２記載の据え込み加工装置。
24. 成形ダイ温度調節装置は、成形ダイを５〜１２０℃の温度範囲に調節するものである請求項２３記載の据え込み加工装置。
25. 各ガイド加熱装置は、ガイドを１７０〜５００℃の温度範囲に加熱するものである請求項２３又は２４記載の据え込み加工装置。

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