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

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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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