JP4856889B2 - 冷間鍛造方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷間鍛造方法に関し、特に、後に機械加工が施される被加工部を構成する被加工部構成部分を有する粗形材を成形して、この粗形材を冷間鍛造して前記被加工部が形成された成形品を成形する冷間鍛造方法に関するものである。

例えば、互いに軸方向に隣接して異なる径のギヤと被加工部分とを有する段付きギヤを製造するには、図１３に示す製造工程を採用していた。図１３に示すように、棒材を切断して素材Ｗ１とし（ａ）、この粗材Ｗ１に第１軸絞り成形して所定の径の第１軸部が形成された粗形材Ｗ２を成形し（ｂ）、さらに、粗形材Ｗ２の第１軸部に第２軸絞り成形して第２軸部が形成された粗形材Ｗ３とする（ｃ）。そして、後にギヤＧ１と被加工部Ｇ２とを構成する大径部Ｗｂ’を成形するために大径部予成形部Ｗ４ａが成形された粗形材Ｗ４を軸絞りにより成形し（ｄ）、粗形材Ｗ４の大径部予成形部Ｗ４ａを軸絞り成形して大径部Ｗｂ’が軸部Ｗａに形成された粗形材Ｗ５’を得る（ｅ）。かかる粗形材Ｗ５’に焼きなまし潤滑処理を施してから、粗形材Ｗ５’を冷間鍛造により押し出し成形してその大径部Ｗｂ’の軸方向一方端側に小径のギヤ（第１ギヤ）Ｇ１が形成された成形品Ｗを得る手法を採用している。そして、粗形材Ｗ５’の大径部Ｗｂ’の他方端側には、後の工程で第２のギヤを被加工部Ｇ２に所定の機械加工を施して製造している。
上記図１３の（ｅ）に示したように、粗形材Ｗ５’を成形するに際しては、図１４に示すような閉塞鍛造型５０を用いている。閉塞鍛造型５０は、プレスのラムに取付けられたパンチ５１と、ボルスタに取付けられたダイス５２と、により構成されている。パンチ５１は、粗形材Ｗ４の大径部予成形部Ｗ４ａ（図１３を参照）の第１ギヤＧ１が形成される側とは反対側の端面（上端面）を成形するスリーブパンチ５１０と、軸部Ｗａの上端面を規制するパンチピン５１１と、により構成されている。また、ダイス５２は、ダイス５２０と、ダイス５２１と、により構成されている。粗形材Ｗ５’を成形するにあたり、ダイス５２内に大径部予成形部Ｗ４ａが形成された粗形材Ｗ４を配置してラムの駆動によりパンチ５１を相対的に下降させると、スリーブパンチ５１０とダイス５２０および５２１とにより、粗形材Ｗ４の大径部予成形部Ｗ４ａの材料が流動して大径部Ｗｂ’が形成される。

また、別の従来の技術としては、特許文献１が知られている。特許文献１には、ボス部と軸部とから成るスパイダを冷間閉塞鍛造により製造する方法において、成形ダイのボス端導入部に予めアールを付け、閉塞鍛造に際してインナパンチをほぼ軸部高さまで押込んで前記アール面とインナパンチの外周面との間にバリを発生させ、しかる後に前記バリを打込んでボス部に密着させることを特徴とするスパイダの製造方法が開示されている。

特開平２−５９１３５号公報

しかしながら、上記従来の技術の、図１４に示す閉塞鍛造型５０を使用して成形された従来の粗形材Ｗ５’にあっては、その前工程までで粗形材Ｗ４の大径部予成形部Ｗ４ａの材料硬化が進み、材料の流動抵抗が大きくなってコーナ部への材料の充填が困難となり、大径部Ｗｂ’に欠肉Ｋが発生するという問題があった。そして、この欠肉Ｋが発生した粗形材Ｗ５’では、その大径部Ｗｂ’の他方端側の被加工部Ｇ２に所定の機械加工を施す場
合、図１６に示すように、被加工部Ｇ２を機械加工しようとする軸方向寸法に欠肉Ｋの量（欠肉代）を加えた軸方向寸法の大径部Ｗｂ’を形成する必要がある。さらに、図１７に示すように、被加工部Ｇ２を機械加工しようとする径方向寸法に欠肉Ｋの量（欠肉代）を加えた径寸法の大径部Ｗｂ’を形成する必要もあり、材料の歩留りや後の機械加工量の増加などの問題があった。そして、欠肉Ｋの発生を防止しようとすると、図１５に示すように、成形荷重が増大するため、粗形材Ｗ５’を成形するための閉塞鍛造型５０の耐用寿命が低減したり、パンチ５１を駆動するためのプレスの能力増強を図る
必要があり、設備投資額が高額となる問題があった。

また、特許文献１に示す従来技術にあっては、閉塞鍛造に際して発生させたアール面とインナパンチの外周面との間のバリを打込んでボス部に密着させる必要があり、工程数が増加すると共に、成形されたスパイダに打込まれたバリが残存するという問題があった。そして、型開閉方向に延びるようにバリを発生させるものであるため、かかるバリを打込んでボス部に密着させるしか他に方法がなく、バリを有効に活用することができなかった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、被加工部構成部分に欠肉を発生させることなく、粗形材をパンチとダイスによって冷間鍛造して後に機械加工が施される被加工部を有する成形品を成形することができ、もって素材の歩留り向上と被加工部に対する機械加工の効率化を図ることができる方法、およびその粗形材を提供することを目的とする。

請求項１の冷間鍛造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、後に機械加工が施される被加工部を構成する被加工部構成部分を有する粗形材を成形して、該粗形材を冷間鍛造して前記被加工部が形成された成形品を成形する冷間鍛造方法であって、前記粗形材を冷間鍛造により成形するときに成形型を半密閉状態として前記被加工部構成部分に径方向に突出する余肉部を成形し、該粗形材の前記被加工部構成部分の上端面を下端面の外周のコーナ部が面取りされたパンチで押圧することにより、前記余肉部をダイスの内周面でしごき成形して、余肉部を前記パンチの面取りされたコーナ部に流動させて充填することを特徴とするものである。

請求項１の発明では、被加工部を構成する被加工部構成部分を有する粗形材を成形するに際して、被加工部構成部分の上端面を前記粗形材を冷間鍛造により成形するときに成形型を半密閉状態として前記被加工部構成部分に径方向に突出する余肉部を成形する。この粗形材から成形品を成形するとき、下端面の外周のコーナ部が面取りされたパンチとダイスの内周面で押圧することにより、余肉部をしごき成形して前記パンチの面取りされたコーナ部に流動させて充填させる。そのため、被加工部構成部分に欠肉が発生することがない。

請求項１の発明によれば、前記粗形材を冷間鍛造により成形するときに成形型を半密閉状態として前記被加工部構成部分に径方向に突出する余肉部を成形し、該粗形材の前記被加工部構成部分の上端面を下端面の外周のコーナ部が面取りされたパンチで押圧することにより、前記余肉部をダイスの内周面でしごき成形して、余肉部を前記パンチの面取りされたコーナ部に流動させて充填するため、粗形材から成形品を成形するときに、被加工部構成部分に欠肉を確実に発生させることなく成形品を成形することができる方法を提供することができる。

本発明の冷間鍛造方法の実施の一形態を説明する。この実施の形態は、図２に示すように、軸部Ｗａを有する粗形材Ｗ５の被加工部構成部分となる大径部Ｗｂの一端側に、押し出し成形により第１ギヤＧ１（図１３の（ｆ）を参照）が形成された成形品Ｗとしての段付きギヤを成形し、この成形品Ｗの他端側の被加工部Ｇ２を後に切削加工して第２ギヤを第１ギヤＧ１と軸方向に隣接させるように成形して、最終的に２段ギヤを成形するものである。以下、図１〜図７に基づいて詳細に説明する。なお、同様の部分または相当する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
本発明の冷間鍛造方法は、概略、後に機械加工が施される被加工部Ｇ２を構成する被加工部構成部分Ｗｂを有する粗形材Ｗ５を成形して、この粗形材Ｗ５を成形型２０のパンチ２１とダイス２２によって冷間鍛造して被加工部Ｇ２が形成された成形品Ｗを成形するものである。そして、粗形材Ｗ５を成形するときに被加工部構成部分Ｗｂに径方向に突出する余肉部Ｙを形成し、この粗形材Ｗ５から成形品Ｗを成形するときにしごき成形して余肉部Ｙを成形型２０のコーナ部に流動させて充填する。
また、本発明の冷間鍛造方法は、概略、後に機械加工が施される被加工部Ｇ２を構成する被加工部構成部分Ｗｂを有する粗形材Ｗ５を冷間鍛造により成形して、この粗形材Ｗ５を成形型２０のパンチ２１とダイス２２によって冷間鍛造して被加工部Ｇ２が形成された成形品Ｗを成形するものである。そして、粗形材Ｗ５を冷間鍛造により成形するときに成形型１０を半密閉状態として被加工部構成部分Ｗｂに径方向に突出して、後の工程で成形型２０により成形品Ｗを成形するときにしごき成形される余肉部Ｙを成形する。

粗形材Ｗ４を成形するまでの工程は、図１３の（ａ）〜（ｄ）と同様であるため、ここでは説明を省略する。
成形材Ｗ４の大径部予成形部Ｗ４ａを軸絞り成形して被加工部構成部分である大径部Ｗｂが軸部Ｗａに形成された粗形材Ｗ５を成形するための成形型１０は、図１に示すように、プレスのラムに取付けられたパンチ１１と、ボルスタに取付けられたダイス１２と、により構成されている。パンチ１１は、粗形材Ｗ４の大径部予成形部の第１ギヤＧ１が形成される側とは反対側の端面（上端面）を成形するスリーブパンチ１１０と、軸部Ｗａの上端面を規制するパンチピン１１１と、により構成されている。また、ダイス１２は、ダイス１２０と、ダイス１２１と、により構成されている。成形型１０は、プレスの下死点でパンチ１１の下面とダイス１２の上面とが完全に閉じることなく、わずかに開放した状態で成形する。
このように構成された冷間鍛造型である成形型１０では、ラムを上昇させて粗形材Ｗ４
をダイス１２内に配置し、ラムを下降させてパンチ１１とダイス１２の間で粗形材Ｗ５を成形する。粗形材Ｗ５の大径部Ｗｂの被加工部Ｇ２となる上方端には、成形型１０が開放している、すなわち半密閉状態とされていることにより、かかる開放部に材料が流入して径方向に突出する余肉部Ｙが全周にわたって形成されることとなる。このように成形された粗形材Ｗ５は、焼きなまし潤滑処理が施された後に、図３、図５、および図７に示すような成形型２０で大径部Ｗｂの下端側が押し出し成形されることにより、第１ギヤＧ１が被加工部Ｇ２と隣接して成形された成形品Ｗとなる。

ここで、粗形材Ｗ５を成形品Ｗに成形するための冷間鍛造型である成形型２０について図３〜図７に基づいて説明する。成形型２０は、プレスのラムに取付けられたパンチ２１と、ボルスタに取付けられたダイス２２と、により構成されている。パンチ２１は、粗形材Ｗ５の大径部Ｗｂの第１ギヤＧ１が形成される側とは反対側の端面（上端面）を成形するスリーブパンチ２１０と、軸部Ｗａの上端面を規制するパンチピン２１１と、により構成されている。また、ダイス２２は、図３などに示した実施の形態の場合、ガイドダイス２２０と、ギヤ押し出しダイス２２１と、第１ギヤ端面成形ダイス２２２と、により構成されている。

スリーブパンチ２１０の下端面外周のコーナ部は面取りが施されている。
ガイドダイス２２０は、その内径が粗形材Ｗ５の大径部Ｗｂを挿入し得る大きさに形成されたもので、ダイスホルダ２３０に保持されている。
ギヤ押し出しダイス２２１は、その内径の軸方向上方がガイドダイス２２０の内径と同じ径に形成されており、軸方向中間部が粗形材Ｗ５に形成する第１ギヤＧ１の歯形に応じた形状に形成された歯形形成部２２１ａを有しており、軸方向下方が第１ギヤ端面成形ダイス２２２の外径に応じて形成されたもので、ダイスホルダ２３１内に保持されている。第１ギヤ端面成形ダイス２２２は、ギヤ押し出しダイス２２１の内部軸方向下方に保持されている。
粗形材Ｗ５から成形品Ｗを成形するにあたり、パンチ２１を上方に退避させた状態で粗形材Ｗ５をダイス２２内に挿入する。図４に拡大して示すように、粗形材Ｗ５は、その大径部Ｗｂの上方端に形成された余肉部Ｙがダイス２２のガイドダイス２２０の上方に引っ掛かっている。この状態からラムの駆動によってパンチ２１をダイス２２に対して相対的に下降させると、図３に示すように、粗形材Ｗ５の大径部Ｗｂの上端面がスリーブパンチ２１０によって押圧されると共に、軸部Ｗａの上端面がパンチピン２１１に衝合されることにより規制される。そして、大径部Ｗｂの下方はギヤ押しダイス２２１の歯形形成部２２１ａを流動することによって第１ギヤＧ１の歯形が押し出し成形され、図７に示すように、粗形材Ｗの大径部Ｗｂの径方向外周側の下端面が、第１ギヤ端面成形ダイス２２２によって成形される。このとき、大径部Ｗｂの径方向に突出する余肉部Ｙは、ガイドダイス２２０の内周面でしごき成形されて、図６に拡大して示すように、スリーブパンチ２１０の下端面外周の面取りされたコーナ部に流入し充填されることとなる。そのため、後に機械加工が施される被加工部Ｇ２を構成する被加工部構成部分（大径部）Ｗｂに欠肉が確実に発生することなく、成形品Ｗを成形することができる。

このように成形された成形品Ｗは、大径部Ｗｂの被加工部Ｇ２として、第１ギヤＧ１の上方側に機械加工によって第２のギアが成形される。このとき、成形品Ｗの被加工部Ｇ２は、大径部Ｗｂに欠肉が発生するのを防止し、機械加工によって成形する前の形状にほぼ成形されているため、素材に無駄がなく歩留りが向上すると共に、被加工部Ｇ２に対する機械加工が必要最小限となり、効率化が図られる。

次に、本発明の別の実施の形態を、図８〜図１２に基づいて詳細に説明する。上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。
図８に示すように、この実施の形態における成形品Ｗは、棒状の粗形材Ｗ６から各工程を経て最終的に中央に軸方向の透孔Ｗｃを有し外周面に被加工部Ｇ２を有する形状に成形されるものである。このような成形品Ｗを成形するに際し、最初に棒状の素材を所定の長さに切断して粗形材Ｗ６とし（ａ）、この粗形材Ｗ６の端面を矯正して粗形材Ｗ７を成形し（ｂ）、さらに、粗形材Ｗ７を据込みして粗形材Ｗ８を成形する（ｃ）。そして、粗形材Ｗ８を押し出し成形して軸方向に延びる有底凹部Ｗ９ａを有する粗形材Ｗ９を成形し（ｄ）、芯抜き加工して中央に軸方向の透孔Ｗｃを有する形状の成形品Ｗを成形する（ｅ）。

図９は、本発明による粗形材Ｗ８（図８の（ｃ））を成形するための成形型３０を示したものである。上述した実施の形態と同様に、プレスの下死点でパンチ３１の下面とダイス３２の上面とが完全に閉じることなく、わずかに開放した半密閉状態とされる。成形型３０は、プレスのラムに取付けられたパンチ３１と、ボルスタに取付けられたダイス３２と、により構成されている。パンチ３２は、成形する粗形材Ｗ８の径よりも大きい径を有している。ダイス３２は、その内部の上端がわずかに拡径するよう形成されている。ダイス３２の底部中央には、ノックアウトピン３３が設けられている。
このように構成された成形型３０では、粗形材Ｗ７をダイス３２内に配置してパンチ３１を相対的に下降させると、粗形材Ｗ７がパンチ３１とダイス３２との間で据え込みされて外周面に被加工部構成部分Ｗｂを有する粗形材Ｗ８が成形される。そして、下死点でパンチ３１がダイス３２の表面に対してわずかに離間した半密閉状態とされており、しかも、ダイス３２の内部上端がわずかに拡径していることにより、図１０に示すように、成形された粗形材Ｗ８の被加工部構成部分Ｗｂの上端には、径方向に突出する余肉部Ｙが全周にわたって形成されることとなる。

その後、図１１に示すように、据込み成形された粗形材Ｗ８を成形型４０により押し出し成形して粗形材Ｗ９を成形する。図１１に示した成形型４０は、プレスのラムに取付けられたパンチ４１と、ボルスタに取付けられたダイス４２と、により構成されている。パンチ４１は、粗形材Ｗ９の上端面を成形するスリーブパンチ４１０と、粗形材Ｗ９の中央に軸方向の凹部Ｗ９ａを成形するセンタパンチ４１１と、により構成されている。また、ダイス４２は、粗形材Ｗ９の被加工部構成部分Ｗｂである外周面を成形するガイドダイス４２１と、粗形材Ｗ９の下端面を成形するスリーブダイス４２２と、により構成されており、ダイス４２の中央にはノックアウトピン４２３が設けられている。

スリーブパンチ４１０の下端面外周のコーナ部は面取りが施されている。
ガイドダイス４２１は、その内径が粗形材Ｗ９の外径と対応して形成されている。ガイドダイス４２１の内径の上方端はわずかに拡径するよう形成されている。
スリーブダイス４２２は、その外径がガイドダイス４２１の内径に応じて形成されており、ガイドダイス４２１内に保持されている。スリーブダイス４２２の内径は、センタパンチ４１１により凹部Ｗ９ａが成形されるときの粗形材Ｗ９（Ｗ８）の材料の流動に応じて設定される。
粗形材Ｗ８から粗形材Ｗ９を成形するにあたり、パンチ４１を上方に退避させた状態で粗形材Ｗ８をダイス４２内に挿入する。図１１（ａ）に示すように、粗形材Ｗ８は、その被加工部構成部分Ｗｂの上端に形成された余肉部Ｙがガイドダイス４２１の内径の上方端に引っ掛かっている。この状態からラムの駆動によってパンチ４１をダイス４２に対して相対的に下降させると、図１１（ｂ）に示すように、粗形材Ｗ８の上端面がスリーブパンチ４１０によって押圧され、粗形材Ｗ８の被加工部構成部分Ｗｂの径方向に突出する余肉部Ｙは、ガイドダイス４２１の内周面でしごき成形されて被加工部Ｇ２となる。そして、図１１（ｃ）に示すように、センタパンチ４１１によって中央に軸方向の凹部Ｗ９ａが成形されると、材料がスリーブダイス４２２内に流動すると共に、図１２に拡大して示すように、スリーブパンチ４１０の下面外周の面取り形成されたコーナ部に粗形材Ｗ９の材料
が流動し充填される。そのため、確実に粗形材Ｗ９の被加工部Ｇ２の上方コーナ部に欠肉を発生することなく、粗形材Ｗ９を成形することができる。
このようにして成形された粗形材Ｗ９は、後の工程で底部が打ち抜き成形されて中央に軸方向の透孔Ｗｃを有する成形品Ｗとされる（図８の（ｅ）を参照）。成形品Ｗは、さらに後の工程で、例えばその外周面の被加工部Ｇ２に切削加工により歯形が形成されるなど、機械加工が施される。この成形品Ｗの被加工部Ｇ２に機械加工が施されるとき、コーナ部に欠肉が発生していないため、素材に無駄がなく歩留りが向上すると共に、被加工部Ｇ２に対する機械加工が必要最小限となり、効率化が図られる。

本発明の方法の実施の一形態において、粗形材に被加工部構成部分を成形すると共にこの被加工部構成部分に余肉部を成形する状態を説明するための断面図である。 図１に示した成形型によって成形された粗形材の実施の一形態を示す正面図である。 本発明の方法の実施の一形態において、粗形材の被加工部構成部分に歯形を押し出し成形する状態を説明するために示した断面図である。 図３の部分拡大図である。 図３の状態から、さらにパンチがダイスに対して下降して、粗形材の余肉部がしごき成形されている状態を説明するために示した断面図である。 図５の部分拡大図である。 図５の状態から、さらにパンチがダイスに対して下降して、粗形材の被加工部構成部分に第１ギヤが押し出し成形された状態を説明するために示した断面図である。 本発明の方法の別の実施の形態により成形される粗形材および成形品の形状を説明するために工程毎に示した断面図である。 粗形材に被加工部構成部分を成形すると共にこの被加工部構成部分に余肉部を成形する状態を説明するための断面図である。 図９の部分拡大図である。 粗形材を押し出し成形するときに余肉部をしごき成形する状態を説明するために工程毎に示した断面面図である。 スリーブパンチのコーナ部に粗形材の材料が充填された状態を示す部分拡大図である。 従来の一般的な方法により成形される粗形材および成形品の形状を、各工程毎に説明するために示した正面図である。 従来の方法による粗形材の成形状態を説明するために示した断面図である。 成形荷重と欠肉量との関係を示すグラフである。 従来の方法において、発生する欠肉量を予測して被加工部構成部分を軸方向に大きく成形する状態を示した説明図である。 従来の方法において、発生する欠肉量を予測して被加工部構成部分を径方向に大きく成形する状態を示した説明図である。

符号の説明

Ｗ１〜５：粗形材、 Ｗａ：軸部、 Ｗｂ：大径部、 Ｇ１：第１ギヤ、 Ｇ２：被加工部、 Ｙ：余肉部、

Claims (1)

1. 後に機械加工が施される被加工部を構成する被加工部構成部分を有する粗形材を成形して、該粗形材を冷間鍛造して前記被加工部が形成された成形品を成形する冷間鍛造方法であって、
   前記粗形材を冷間鍛造により成形するときに成形型を半密閉状態として前記被加工部構成部分に径方向に突出する余肉部を成形し、
   該粗形材の前記被加工部構成部分の上端面を下端面の外周のコーナ部が面取りされたパンチで押圧することにより、前記余肉部をダイスの内周面でしごき成形して、余肉部を前記パンチの面取りされたコーナ部に流動させて充填することを特徴とする冷間鍛造方法。

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