JP4920756B2 - フランジ構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フランジ構造体の製造方法に関する。

例えば、自動車のパーキングブレーキ用ブロックアンカーは、軸部の外周に楕円状に大きく張り出したフランジ部を有する部品である。このような部品の製造において、フランジ部の成形は、素材の変形量が大きいことから熱間鍛造により行われることが多い。

しかし、熱間鍛造は大型の装置が必要でコスト増大につながること、生産速度が遅いこと、熟練を要すること、表面状態の良好な製品が得られにくく高い寸法精度が必要な部品に関しては切削・研磨等の後工程が必要となること、等の点で不利である。

このため、全ての工程を冷間鍛造で行うことも検討されてきたが、フランジ部の張り出しが大きい部品の成形の場合、加工圧力が大きくなりすぎて現実的でない。また、フランジ部の張り出し形状が楕円形などの非円形のものでは、据込みにより円形に張り出させた後、求めるフランジ部の形状に合わせて切削やバリ抜きを行うこととなるため、材料歩留まりが悪くなる、という問題点がある。

特開２００８−２６７４８１号公報

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、大きく張り出したフランジ部を備えるフランジ構造体を効率的に製造できる方法を提供することを目的とする。

本発明は、軸部材と、この軸部材から外径方向へ延びる非円形のフランジ部とを備えたフランジ構造体を成形するフランジ構造体の製造方法であって、冷間または温間鍛造によって、張り出し部形成部を備えるダイス穴が凹設された第１ダイスに装着された素材を第１パンチで押圧し、前記第１ダイスにおける前記張り出し部形成部の内面と前記第１パンチにおける前記第１ダイスとの対向面とに囲まれた閉鎖空間内で前記素材の一部を外周方向に張り出させることにより、一部が前記フランジ構造体におけるフランジの張り出し方向と整合する方向に張り出すとともにこの張り出し部が前記フランジ構造体における前記フランジよりも厚肉である中間成形体を形成する第１の鍛造工程と、冷間または温間鍛造によって、前記中間成形体における張り出し部を第２ダイスと第２パンチとの間で押し潰す際に前記張り出し部の外周における少なくとも一部が前記第２ダイスと前記第２パンチから非拘束となるようにしておくことで、得ようとする前記フランジ構造体の前記フランジ部よりも大きい粗鍔部を備える粗鍔部形成体を形成する第２の鍛造工程と、前記粗鍔部に打ち抜き加工を施すことで前記フランジ部の輪郭を形成する打ち抜き工程と、を含むものである。
なお、本発明において「素材」とは、原料となる棒材や筒材等、およびこの棒材や筒材等に必要に応じて前処理を施したものを含む。

本発明によれば、大きく張り出したフランジ部を備えるフランジ構造体を効率的に製造できる。

実施形態における第１の鍛造工程において、第１鍛造装置による段付棒状部材の押圧前の様子を示す側断面図 第１の鍛造工程で第１鍛造装置による段付棒状部材の押圧後の様子を示す側断面図 中間形成体の正面図 中間形成体の平面図 中間形成体の底面図 第２の鍛造工程において第２鍛造装置による中間成形体の押圧前の様子を示す断面図 第２鍛造装置におけるダイス側凹み部およびパンチ側凹み部の部分拡大断面図 第２の鍛造工程において第２鍛造装置による中間成形体の押圧後の様子を示す断面図 粗鍔部形成体の正面図 粗鍔部形成体の底面図 打ち抜き工程において打ち抜き装置による粗鍔部形成体の打ち抜き前の様子を示す側断面図 打ち抜き工程において打ち抜きダイス上に載置された粗鍔部形成体の部分拡大側断面図 打ち抜き工程において打ち抜き装置による粗鍔部形成体の打ち抜き後の様子を示す側断面図 打ち抜き工程終了後の打ち抜き体および余肉部分を示す斜視図 打ち抜き体の正面図 打ち抜き体の底面図 アンカーブロックの斜視図 アンカーブロックの底面図

本発明の実施形態を図１〜図１８によって説明する。
本実施形態で製造されるフランジ構造体は、自動車のパーキングブレーキ用アンカーブロック１（以下、「アンカーブロック１」と記載する）である。このものは、段付軸部２の周りに大きく張り出す略楕円状のフランジ部３を備えている。
出発材料となる丸棒は、数段階の成形工程を経て、大径部１１、およびこの大径部１１と同軸で大径部１１より径が小さい小径部１２を有する段付棒状部材１０とされる。

この段付棒状部材１０に冷間鍛造または温間鍛造を施すことにより、中間成形体を形成する（第１の鍛造工程）。
第１の鍛造工程で使用される第１鍛造装置４０は、第１ダイス４１および第１パンチ４２を備えている。第１ダイス４１は金属により円柱状に形成され、その上面（第１パンチ４２との対向面）にはダイス穴４３が凹設されている。このダイス穴４３は上面側の張り出し部形成部４４と、底面側の第１軸孔部４５とからなる。張り出し部形成部４４は、上面から見て横長の略楕円状をなし、その長円方向（左右方向）および短円方向（前後方向）の長さは最終成形物であるアンカーブロック１におけるフランジ部３のそれよりも短くされ、その深さはフランジ部３の厚さよりも大きくされている。この張り出し部形成部４４の底面中央位置には、段付棒状部材１０における大径部１１の下部および小径部１２を受け入れる第１軸孔部４５が、縦方向に凹設されている。また、張り出し部形成部４４の底面には、中心（第１軸孔部４５の形成位置）に近づくほど深くなる（第１ダイス４１の上面から離れる）ように傾斜がつけられている。傾斜の角度は正面方向（図１の紙面直交方向）から見て約１５°とされている。
この第１ダイス４１の外周には、第１ダイス４１と第１パンチ４２との軸位置を合わせるための第１ガイド部材４６が配されている。

第１パンチ４２は、アウターパンチ４７とインナーパンチ４８とに分割されている。アウターパンチ４７は金属により円柱状に形成され、その中心位置には軸方向に沿って貫通する断面円形のパンチ孔４９が形成されている。このパンチ孔４９の内径は、段付棒状部材１０の大径部１１を受け入れ可能な大きさとされている。パンチ孔４９の内部には、金属により丸棒状に形成されたインナーパンチ４８がほぼ緊密に挿通されている。また、アウターパンチ４７の下面（第１ダイス４１の上面と対向する面）には窪み部５０が設けられている。この窪み部５０の内壁は、中心（パンチ孔４９の開口部）に近づくにつれて僅かに上方に傾く傾斜面とされている。なお、このアウターパンチ４７およびインナーパンチ４８は、詳細には図示しないが、弾性部材を介して加圧装置に固定されている。

次に、このような第１鍛造装置４０を用いた第１の鍛造工程について説明する。第１の鍛造工程は冷間鍛造または温間鍛造によって行われる。温間鍛造の場合、鍛造温度は５５０℃〜８５０℃であることが好ましく、７００℃であることが最も好ましい。

まず、段付棒状部材１０を、小径部１２側を下側に向けて第１軸孔部４５に差し入れ、第１ダイス４１にセットする。次に、加圧装置を操作して第１パンチ４２を下降させる。下降操作の初期状態では、インナーパンチ４８の下端面がアウターパンチ４７の下端面よりもやや後退した位置（上方位置）にある。第１パンチ４２が下降していくと、まずアウターパンチ４７が第１ガイド部材４６の内部に進入し、アウターパンチ４７の下面が第１ダイス４１の上面に突き当たる。この状態では、パンチ孔４９の内部に段付棒状部材１０における大径部１１の上部が進入した状態となる。次いでインナーパンチ４８がさらに下降していくと、段付棒状部材１０における大径部１１の上部がインナーパンチ４８により押し潰され、第１ダイス４１の張り出し部形成部４４と第１パンチ４２の窪み部５０とで形成される閉鎖空間の内部に広がる。

このようにして、段付軸部２と、この段付軸部２の上端に形成された頭部２１を備える中間成形体２０が形成される。頭部２１の形状は目的とするアンカーブロック１のフランジ部３の形状と同様に、軸方向から見て略楕円状であり、その長円方向（左右方向）および短円方向（前後方向）の張り出し長さはフランジ部３の張り出し長さよりも短くされ、その厚さはフランジ部３の厚さよりも厚くされている。

なお、第１ダイス４１における張り出し部形成部４４の底面、およびアウターパンチ４７の窪み部５０の内面に傾斜が設けられていることにより、材料の流れがスムーズとなり、形成される中間成形体２０に割れ等の欠陥が生じにくいようになっている。

得られた中間成形体２０は、スケール落とし・表面処理等の工程を経て、第２の鍛造工程に供される。第２の鍛造工程では、中間成形体２０に冷間鍛造または温間鍛造を施すことにより、粗鍔部３１を形成させる。

第２の鍛造工程で使用される第２鍛造装置５１は、第２ダイス５２および第２パンチ５３を備えている。第２ダイス５２は金属により円柱状に形成され、その上面（第２パンチ５３との対向面）にはダイス側凹み部５５Ａが設けられている。このダイス側凹み部５５Ａは、上方向から見た外形がアンカーブロック１におけるフランジ部３の軸方向から見た外形と等しくされている。また、ダイス側凹み部５５Ａの側壁面５６Ａは、第２ダイス５２の上面から下方へ垂直に延びるストレート部５７Ａと、そのストレート部５７Ａの下端縁から下方にいくほど中心寄りに傾くテーパ部５８Ａとで構成されている。また、このダイス側凹み部５５Ａの底面中心位置には、中間成形体２０の段付軸部２を受け入れる第２軸孔部５９が縦方向に凹設されている。

一方、第２パンチ５３は金属により円柱状に形成され、その下面（第２ダイス５２との対向面）にはパンチ側凹み部５５Ｂが設けられている。このパンチ側凹み部５５Ｂは、下方向から見た外形がアンカーブロック１におけるフランジ部３の軸方向から見た外形と等しくされている。また、パンチ側凹み部５５Ｂの側壁面５６Ｂは、第２パンチ５３の下面から上方へ垂直に延びるストレート部５７Ｂと、そのストレート部５７Ｂの上端縁から上方にいくほど中心寄りに傾くテーパ部５８Ｂとで構成されている。この第２パンチ５３は、加圧装置（図示せず）に固定されている。
なお、ダイス側凹み部５５Ａの深さとパンチ側凹み部５５Ｂの深さとの合計は、得ようとするフランジ部３の厚みよりも小さくされている。
第２ダイス５２の外周には、第２ダイス５２と第２パンチ５３との軸位置を合わせるための第２ガイド部材５４が配されている。

次に、このような第２鍛造装置５１を用いた第２の鍛造工程について説明する。第２の鍛造工程は、第１の鍛造工程と同じく、冷間鍛造または温間鍛造によって行われる。温間鍛造の場合、鍛造温度は５５０℃〜８５０℃であることが好ましく、７００℃であることが最も好ましい。

まず、中間成形体２０を、段付軸部２側を下側に向けて第２軸孔部５９に差し入れ、第２ダイス５２にセットする。次に、加圧装置を操作して、第２パンチ５３を下降させる。第２パンチ５３は、下降動作に伴って第２ガイド部材５４の内部に進入し、中間成形体２０の頭部２１に接する位置まで達する。さらに第２パンチ５３を下降させていくと、中間成形体２０の頭部２１が第２ダイス５２と第２パンチ５３との間で押し潰されて平面方向に広がり、粗鍔部３１が形成される。

そして、ダイス側凹み部５５Ａの底面からパンチ側凹み部５５Ｂの天井面までの距離が得ようとするフランジ部３の厚みとほぼ等しくなる位置まで第２パンチ５３が下降したところで、第２パンチ５３の下降動作をストップする。この状態で、ダイス側凹み部５５Ａの深さとパンチ側凹み部５５Ｂの深さの合計は目的とするアンカーブロック１におけるフランジ部３の厚みよりも小さくされているから、第２ダイス５２と第２パンチ５３との隙間に広がる材料の上下面および側面の一部はダイス側凹み部５５Ａおよびパンチ側凹み部５５Ｂにより拘束されるが、側面の大部分は拘束されていない状態となる。このため、材料の一部はダイス側凹み部５５Ａおよびパンチ側凹み部５５Ｂからはみ出して外側方向に自由に流れる。このように材料の側面の一部を型により拘束せず、余分の材料をパンチとダイスとの間でバリとしてはみ出させることで、過大な加工圧力を要することなく鍛造を行うことができる。

このようにして、段付軸部２と、この段付軸部２の上端に形成された粗鍔部３１とを備える粗鍔部形成体３０を得ることができる。粗鍔部３１は、段付軸部２の軸方向から見て、目的とするアンカーブロック１のフランジ部３よりも一回り大きな略楕円形をなし、その上下面にはそれぞれ膨出部３２Ａ、３２Ｂが形成されている。下側の膨出部３２Ａの形状はダイス側凹み部５５Ａの凹み形状と整合しており、その外周面には下方に垂直に延びる直壁部３５Ａと、この直壁部３５Ａの下端縁から下方へいくほど内側に傾く傾斜部３６Ａとを備えている。一方、上側の膨出部３２Ｂの形状はパンチ側凹み部５５Ｂの凹み形状と整合しており、その外周面には上方に垂直に立ち上がる直壁部３５Ｂと、この直壁部３５Ｂの上端縁から上方へいくほど内側に傾く傾斜部３６Ｂとを備えている。

得られた粗鍔部形成体３０は、次の打ち抜き工程に供される。この打ち抜き工程では、粗鍔部３１の余肉部分３３（粗鍔部３１において膨出部３２Ａ、３２Ｂにおける直壁部３５Ａ、３５Ｂよりも外周側の部分）を切り落とし、フランジ部３の輪郭形状を作る。なお、打ち抜き工程は、粗鍔部形成体３０の形成後、すぐに行うことが好ましい。時間が経過してから処理すると、加工硬化が進行することにより、打ち抜き時に製品に割れが生じやすいためである。

打ち抜き工程で使用される打ち抜き装置６０は、打ち抜きダイス６１および打ち抜きパンチ６２を備えている。打ち抜きダイス６１は金属により矩形板状に形成され、その中心位置には、上下方向に貫通する打ち抜き孔６３が設けられている。打ち抜き孔６３は、上下方向（板厚方向）から見た外形がアンカーブロック１におけるフランジ部３の軸方向から見た外形と等しくされている。一方、打ち抜きパンチ６２は、金属により打ち抜き孔６３をほぼ緊密に挿通可能な形状に形成されている。この第２パンチ５３は、加圧装置（図示せず）に固定されている。

このような打ち抜き装置６０を用いて打ち抜き工程を行うには、まず、粗鍔部形成体３０を、段付軸部２側を下側に向けて打ち抜き孔６３に装着する。粗鍔部形成体３０は、粗鍔部３１における下面側の膨出部３２Ａが打ち抜き孔６３の内部に入り込み、外周の余肉部分３３が打ち抜きパンチ６２の上面に載置された状態となる。このとき、下側の膨出部３２Ａにおける直壁部３５Ａの壁面が打ち抜き孔６３の内周面と接することで、粗鍔部形成体３０の打ち抜きパンチ６２に対する位置決めが図られる。

次に、加圧装置を操作して打ち抜きパンチ６２を下降させる。打ち抜きパンチ６２を粗鍔部形成体３０の上面に接触する位置まで下降させ、さらに下方へ押し込んでいくと、粗鍔部３１において打ち抜き孔６３の開口縁よりも内側部分が打ち抜かれる。そして打ち抜かれた製品部分（打ち抜き体３４）は打ち抜き孔６３を通過して下に落ち、余肉部分３３が打ち抜きダイス６１上に残る。このようにして、フランジ部３の輪郭形状が形成される。このとき、粗鍔部３１において上面側の膨出部３２Ｂにも、外周に直壁部３５Ｂが形成されているから、打ち抜き時にフランジ部３の外周にバリが生じにくくなっている。これにより、後工程を簡略化することができる。

このようにして得られた打ち抜き体３４は、旋盤加工、穴あけ加工等必要な後処理を経て、アンカーブロック１となる。

以上のように本実施形態のフランジ構造体の製造方法は、第１の鍛造工程および第２の鍛造工程という２段階の鍛造工程を経るものである。第１の鍛造工程では、張り出し部形成部４４を備えるダイス穴４３が凹設された第１ダイス４１に装着された素材を第１パンチ４２で押圧し、第１ダイス４１における張り出し部形成部４４の内面と第１パンチ４２における第１ダイス４１との対向面とに囲まれた閉鎖空間内で段付棒状部材１０の一部を外周方向に張り出させることにより、アンカーブロック１におけるフランジ部３の張り出し方向と整合する方向に張り出すとともにフランジ部３よりも厚肉である頭部２１を備える中間成形体２０を形成する。次いで第２の鍛造工程では、中間成形体２０の頭部２１を第２ダイス５２と第２パンチ５３との間で押し潰す際にこの頭部２１の外周における少なくとも一部が第２ダイス５２と第２パンチ５３から非拘束となるようにしておくことで、フランジ部３よりも外周方向に一回り大きな粗鍔部３１を備える粗鍔部形成体３０を形成する。

このように２段階で鍛造を行うことで、第２の鍛造工程において、粗鍔部３１をフランジ部３の最終形状に近い形状に形成できるから、切り落とすべき余肉部分３３が小さくてすみ、材料歩留まりがよくなる。
また、第１の鍛造工程において、得ようとするフランジ部３の張り出し方向と整合する方向に張り出す厚肉の頭部２１を形成しておき、さらに、第２の鍛造工程でこの頭部２１を押し潰す際に、側面の一部を型により拘束せず、余分の材料を第２パンチ５３と第２ダイス５２との間でバリとしてはみ出させている。これにより、各工程で成形に必要な圧縮荷重を小さくすることができるから、熱間鍛造によらなくても張り出し面積の大きなフランジ部を形成することができる。

これらより、全工程を冷間または温間鍛造で形成することが可能となり、大型の熱間鍛造装置が不要となる。また、表面状態の良い製品を得られやすいこと、精密な加工が可能であること等の冷間・温間鍛造の特性を生かすことができ、切削・研磨等の後工程を減らすことができる。これによりコスト低減を図ることができる。さらに、冷間・温間鍛造では生産速度が高く、温度管理等に関する熟練が熱間鍛造ほど要求されないため、生産性の向上を図ることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態ではフランジ部３が楕円形であるものについて例示したが、フランジ部の形状は必ずしも楕円形である必要はなく、例えば十字型、矩形等、非円形のものであれば本発明を好適に適用できる。その場合、中間成形体における張り出し部の形状もフランジ部の形状に整合させて成形する。

（２）原料である棒材から中間形成体形成工程に供される段付棒状部材１０を得る工程は、上記実施形態の限りではなく、このような部材を得るために一般的に行われている工程であれば特に制限なく採用することができる。

１...パーキングブレーキ用アンカーブロック（フランジ構造体）
２...段付軸部（軸部材）
３...フランジ部
１０...段付棒状部材（素材）
２０...中間成形体
２１...頭部（張り出し部）
３０...粗鍔部形成体
３１...粗鍔部
４１...第１ダイス
４２...第１パンチ
４３...ダイス穴
４４...張り出し部形成部
５１...第２ダイス
５２...第２パンチ
５５Ａ...ダイス側凹み部（凹み部）
５５Ｂ...パンチ側凹み部（凹み部）
５７Ａ、５７Ｂ...ストレート部
５８Ａ、５８Ｂ...テーパ部

Claims (3)

1. 軸部材と、この軸部材から外径方向へ延びる非円形のフランジ部とを備えたフランジ構造体を成形する方法であって、
   冷間または温間鍛造によって、張り出し部形成部を備えるダイス穴が凹設された第１ダイスに装着された素材を第１パンチで押圧し、前記第１ダイスにおける前記張り出し部形成部の内面と前記第１パンチにおける前記第１ダイスとの対向面とに囲まれた閉鎖空間内で前記素材の一部を外周方向に張り出させることにより、一部が前記フランジ構造体における前記フランジ部の張り出し方向と整合する方向に張り出すとともにこの張り出し部が前記フランジ部よりも厚肉である中間成形体を形成する第１の鍛造工程と、
   冷間または温間鍛造によって、前記中間成形体における張り出し部を第２ダイスと第２パンチとの間で押し潰す際に前記張り出し部の外周における少なくとも一部が前記第２ダイスと前記第２パンチから非拘束となるようにしておくことで、得ようとする前記フランジ構造体の前記フランジ部よりも大きい粗鍔部を備える粗鍔部形成体を形成する第２の鍛造工程と、
   前記粗鍔部に打ち抜き加工を施すことで前記フランジ部の輪郭を形成する打ち抜き工程と、を含むフランジ構造体の製造方法。
2. 前記第１の鍛造工程において、前記張り出し部形成部の底面には中心に近づくほど深くなるように傾斜が設けられている、請求項１に記載のフランジ構造体の製造方法。
3. 前記第２の鍛造工程において、前記第２ダイスまたは前記第２パンチにおいて相手側と対向する対向面には凹み部が設けられ、前記凹み部の外形が前記フランジ構造体における前記フランジ部の軸方向から見た外形と等しくされ、その側壁面が前記第２ダイスまたは前記第２パンチの表面から奥方へ垂直方向に延びるストレート部と、そのストレート部の奥端縁から奥方にいくほど中心寄りに傾くテーパ部とを備える、請求項１または請求項２に記載のフランジ構造体の製造方法。

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