JP4944293B2

JP4944293B2 - 筒状部材の鍛造・圧延方法

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Publication number: JP4944293B2
Application number: JP2000307852A
Authority: JP
Inventors: 卓長田; 寛百▲崎▼
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2020-10-06
Also published as: JP2002113547A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状部材の鍛造・圧造成形方法に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、産業機械等の機械構造物を構成する金属製部材には、その使用目的により筒状に成形されるものが多数ある。これらの筒状部材の多くが、鍛造・圧造により成形されている。具体的には、中実ブランクを工具型穴に挿入した後、該ブランクの一方または両方の端面より打ち込みピンを打ち込むことにより筒状部材を形成するような方法が採られている。具体的な製造方法の一例を、以下、図１を用いて説明する。
【０００３】
図１の(a)に示す第１工程により、１番ダイス３１の１番型穴４１に１番パンチ５１によって中実ブランク１ａを打ち込み、該パンチ５１の先端の食込み及びノックアウトピン６７の食込みによって、ブランクの両端面に浅い凹み１３を形成すると共に、ブランクの型穴４１の奥側先端外周縁に丸み１１を形成する。図１の(b)に示す第２工程により、図１(a)のブランク１ａを反転して、２番パンチ５２によって２番ダイス３２の型穴４２に打ち込み、ブランクの型穴４２の奥側先端外周縁に丸み１２を形成する。これによって、ブランクの両端面外周縁に丸み１１、１２が形成されたことになる。
【０００４】
図１の(c)に示す第３工程により、図１(b)のブランク１ｂを再び反転して、３番パンチ５３によって３番ダイス３３の型穴４３に打ち込み、該型穴４３の中央に待機する打ち込みピン６をブランクのパンチ側端面に接近する程度に深く食込ませて、底付き円筒部材１ｃを形成する。ここで、底付き円筒部材１ｃの底部１４は、該円筒部材１ｃのパンチ側先端近傍に位置している。図１の(d)に示す第４工程により、図１(c)の底付き円筒部材１ｃを、筒状の４番パンチ５４によって４番ダイス３４の型穴４４に打ち込み、４番ダイス３４の型穴４４の中央に待機する孔抜きピン６１によって底付き円筒部材の底部１４を打ち抜き、両端開口の円筒部材１ｄを形成する。底部１４であった抜きカス１９は、筒状４番パンチ５４の内孔５５を通って外部に排出される。
【０００５】
尚、上記の例の場合には、打ち込みピンをブランクの一方の端面から反対側端面近傍まで打ち込んでいるが、その他にも、打ち込みピンを両方の端面から打ち込む場合もあり、この場合には底はブランクのより中央付近に作られることになる。上記のような打ち込みピンをブランクの一方の端面から反対側端面近傍まで打ち込む製造方法の例において被加工材は図８に示すように形状が変化する。即ち、図８の(a)に示す中実ブランクは、打ち込みピンによる打ち込み加工により図８の(b)に示す底付き円筒部材となり、この底付き円筒部材の底部の打ち抜き加工により図８の(c)に示す円筒部材となる。
【０００６】
上記のように、筒状部材は、ブランクの一方または両方の端面より打ち込みピンを打ち込むことにより所望の形状を有する筒状部材として製造されるのであるが、これら筒状部材については形状の他にその用途に応じた強度（硬度）が必要とされる。従来、この強度は、用いる金属種、鋼種の選択、また、鋼であれば更に最終形状に成形後の焼き入れ処理等によって調整されている。
【０００７】
一方、上記のように筒状部材を成形する方法においては、打ち込みピンが打ち込まれるブランクの端面近傍では、より打ち込みが進んで歪みが蓄積される領域に比べて歪みが小さく、強度（硬度）が低くなる傾向がある。この例を図２に示す。即ち、図２に、ブランクに打ち込みピンを打ち込んだ際にブランクに与えられる歪みについて計算にて解析した結果の一例を示す。この図２は、上方から打ち込みピンを打ち込んだ際の歪みの分布を歪みレベルの等高線で示したものであるが、打ち込み過程の初期にあたる端面近傍で与えられる歪みが小さくなっている様子がわかる。
【０００８】
筒状部材は、実際の使用にあたって、他の部材と接合される場合も多く、実際の使用環境においては、この接合部付近の強度が最も重要視されるため、前記の強度の調整は、筒状部材の端面近傍の強度を調整すること（所望の強度レベルに上げること）が大きな目的となっている。
【０００９】
ところで、近年、地球環境問題への関心の高まり等から金属材料を用いた各種部材においての高強度化への要求が高まっている。例えば、自動車分野においては、使用されている金属製部材を高強度化すれば、同一の強度レベルを得るために必要な部材のコンパクト化が可能となり、結果として車体軽量化による燃費向上が図られる。また、同一の形状でも得られる強度レベルが上がれば耐久性の向上（部材の交換頻度の減少）を図ることが可能となり、資源の有効活用ができることになる。
【００１０】
上記筒状部材においても、高強度化が求められており、上記部材の硬度調整と同様、用いる金属種、鋼種の選択、また、鋼であれば更に最終形状に成形後の焼き入れ処理の実施の他、特開平10-180402号公報に示されているように筒状部材を成形した後に絞り加工を施して歪みを付与する方法等が検討されている。尚、この公報に記載のような方法において被加工材は図９に示すように形状が変化する。即ち、図９の(a)に示す中実ブランクは、打ち込みピンによる打ち込み加工により図９の(b)に示す底付き円筒部材となり、この底付き円筒部材の底部の打ち抜き加工により図９の(c)に示す円筒部材となり、そして、この円筒部材の絞り加工により図９の(d)に示す如き異形状の円筒部材となる。
【００１１】
これらの中、金属種、鋼種の変更は、主に、高強度化に寄与する金属元素をこれまで使用していた金属、鋼に添加する方法である。これは高強度化に有効な方法であるが、一般に高強度化に寄与する金属元素（Ｖ，Mn等）は高価であるために部材の単価が上昇することになる。また、素材の強度（硬度）を上げることになっているため、鍛造・圧造成形が施される際のブランク材の変形抵抗が上がることとなり、工具の損耗がこれまで以上になることも懸念される。
【００１２】
焼き入れ処理も高強度化に有効な手法であるが、熱処理コスト（設備、運転）に起因して、やはり部材の単価の上昇が避けられない。このため、かかる焼き入れ処理は省略したいとする要求も高まっている。
【００１３】
また、前記特開平10-180402号公報に記載の方法は、中央部に略球状の膨出部を有する筒状部品の製造方法に関するものであるが、筒状部材を成形した後に絞り加工を施すことにより歪みを付与し、加工硬化により強度を上昇させるものである。しかしながら、この方法では、筒状部材を成形した後に絞り加工をしているために、絞り時の素材座屈やしわ疵等の恐れもあり、径の絞り量とそれにより得られる歪み量には限界があり、このため、筒状部材の強度の向上が充分ではない。また、中央部に膨出部を要しない部材の場合には、適用ができなかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記従来の技術が有する問題点を解消し、筒状部材の構成材料（金属種や鋼種）の変更や焼き入れ処理によることなく、端面近傍の強度も充分に高い筒状部材を得ることができる筒状部材の鍛造・圧造成形方法を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る筒状部材の鍛造・圧造成形方法は、請求項１〜２記載の筒状部材の鍛造・圧造成形方法としており、それは次のような構成としたものである。
【００１６】
即ち、請求項１記載の筒状部材の鍛造・圧造成形方法は、金属製の筒状部材を鍛造・圧造により成形するにあたり、円柱形状の中実ブランクを工具型穴に挿入した後、該ブランクの一方の端面より打ち込みピンを打ち込むことにより筒状部材を形成する筒状部材の鍛造・圧造成形方法において、前記打ち込みピンの打ち込み前に、前記中実ブランクの前記打ち込みピンを打ち込む側の一方の端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域を開放して他の領域を拘束する金型穴内に保持し、その後、前記中実ブランクの開放された側より圧縮加工を行って、前記開放した領域の最大直径が前記金型穴内で拘束された他の領域の直径よりも大きくなるようにして成形する第１段加工工程と、第１段加工を施した後の前記中実ブランクを前記工具型穴に挿入した後、前記中実ブランクの一方の端面より打ち込みピンを打ち込んで最終筒状部材を形成する第２段加工工程を有し、前記最終筒状部材の最大外周径が、第１段加工を施した後の前記中実ブランクの最大外周径以下になるように第２段加工を施して筒状部材を形成することを特徴とする筒状部材の鍛造・圧造成形方法である。
【００１７】
請求項２記載の筒状部材の鍛造・圧造成形方法は、前記第１段加工における圧縮加工前の中実ブランクの直径に対して圧縮加工後の中実ブランクの端部の直径が１０５〜２００％となるように圧縮加工を施すことを特徴とする請求項１記載の筒状部材の鍛造・圧造成形方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明および参考例は、例えば次のような形態で実施する。
（参考例１−Ａ）中実ブランクの一方の端面（円柱状ブランクの端部の円形面等）からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域〔即ち、ブランクの全長をＬとすると、前記端面（Ｌ＝０）からL₁（但し、L₁＝0.05Ｌ〜0.5Ｌ）までの領域〕に絞り加工を施し、該絞り加工を施した領域の最小直径が前記ブランクの直径よりも小さくなるように成形する（第１段加工の遂行）。次に、この絞り加工後のブランクに打ち込みピンを打ち込むことにより筒状部材を形成する。
【００１９】
（参考例１−Ｂ）中実ブランクの一方の端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域と、他方の端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域に絞り加工を施し、該絞り加工を施した領域の最小直径が前記ブランクの直径よりも小さくなるように成形する（第１段加工の遂行）。次に、この絞り加工後のブランクに打ち込みピンを打ち込むことにより筒状部材を形成する。（図５及び図１０参照）
【００２０】
（参考例２）押し込み用のピン（筒状部材形成用の打ち込みピンとは異なる形状を有するピン）を中実ブランクの一方の端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％の深さまで押し込む（第１段加工の遂行）。次に、このピンを引き抜いてからブランクに打ち込みピンを打ち込むことにより筒状部材を形成する。（図１１参照）
【００２１】
（本発明）中実ブランクの一方の端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域を開放して他の領域を拘束する金型穴内に保持し、その後、中実ブランクの開放された側より圧縮加工を行って前記開放した領域の最大直径が前記金型穴内で拘束された他の領域の直径よりも大きくなるように成形する（第１段加工の遂行）。次に、この圧縮加工後のブランクに打ち込みピンを打ち込むことにより最終筒状部材を形成する（第２段加工の遂行）（図７及び図１２参照）。
【００２２】
以下、本発明について主にその作用効果を説明する。
【００２３】
本発明は、円柱形状の中実ブランク（金属製）の一方または両方の端面より打ち込みピンを打ち込むことにより筒状部材を形成するに際し、前記打ち込みピンの打ち込み前に、中実ブランクに第１段加工を施し、その後、前記打ち込みピンを打ち込む第２段加工を施すこととしている。このとき、第１段加工としては、参考例１においては、前記ブランクの前記打ち込みピンを打ち込む端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域に絞り加工を施し、該絞り加工を施した領域の最小直径が前記ブランクの直径よりも小さくなるように成形することとし（図１０参照）、また、参考例２においては、前記打ち込みピンとは異なる形状を有する別のピンを前記ブランクの前記打ち込みピンを打ち込む端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％の深さまで押し込むこととしている（図１１参照）。一方、本発明（請求項１記載の筒状部材の鍛造・圧造成形方法）においては、前記ブランクの前記打ち込みピンを打ち込む端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域を開放して他の領域を拘束する金型穴内に保持し、その後、開放された側より圧縮加工を行って前記開放した領域の最大直径が前記金型穴内で拘束された他の領域の直径よりも大きくなるように成形することとしている（図１２参照）。
【００２４】
このように打ち込みピンの打ち込み前に中実ブランクに第１段加工を施すようにすると、中実ブランクの端面近傍に歪みを付与し、加工硬化により強度を上昇させることができる。このとき、前記特開平10-180402号公報に記載の方法（筒状部材を成形した後に絞り加工をして歪みを付与する方法）の場合と異なり、筒状部材となる前の中実ブランクを加工して歪みを付与するので、前記特開平10-180402号公報に記載の方法の場合に比べて、加工の程度の制限が緩やかであり、このため、付与し得る歪みの程度が大きく、充分な歪みを付与することが可能であり、ひいては、充分に強度を上昇させることができる。そして、かかる第１段加工後の中実ブランクに打ち込みピンを打ち込む第２段加工を施し、これにより筒状部材が形成される。この結果、端面近傍の強度も充分に高い筒状部材を得ることができる。
【００２５】
従って、本発明によれば、筒状部材の構成材料（金属種や鋼種）の変更や焼き入れ処理によることなく、端面近傍の強度も充分に高い筒状部材を得ることができるようになる。また、第１段加工に際して中実ブランクの端面近傍の領域を選択的に加工することにより、金属種や鋼種の変更の場合のような中実ブランク全体の硬度上昇を招くこともないため、筒状部材の形成加工の際の工具（打ち込みピン、金型等）の損耗の問題も少なくなる。
【００２６】
本発明および参考例に係る第１段加工の程度及び領域に関して、以下記述する。
【００２７】
参考例１における第１段加工（中実ブランクの絞り加工）の程度は、用いる金属種、最終製品スペック等に合わせて、予備実験等により適宜決定すればよいが、金属種として筒状部材に多く使用される鋼材を選択した際には、絞り加工前の中実ブランクの直径に対して絞り加工後の中実ブランクの端部の直径が９９％以下となるように絞り加工を施すとよく、好ましくは９５％以下、より好ましくは９０％以下となるように絞り加工を施すと、より効果的に歪みを付与することができる。
【００２８】
また、この際、中実ブランクの端面近傍の強度を確実に向上させる（ひいては端面近傍の強度も充分に高い筒状部材を得ることができる）ようにし、且つ、絞り加工後の打ち込みピンの打ち込みにより必要な歪みを得ることができる領域については必要以上の加工を加えないようにするためには、第１段加工（中実ブランクの絞り加工）の領域に関して適正な範囲（ブランク長さ方向での範囲）というものが存在する。これは、図２に例示した如く、歪みの低い領域はある程度の範囲（領域）をもっており、筒状部材の端面近傍の強度を確実に向上させるために最低限必要な加工領域がある一方、ブランク全体として強度（硬度）が上がってしまうと、金属種や鋼種を変更する場合と同様に絞り加工後の筒状部材成形加工の際の変形抵抗が上昇し、プレス荷重の上昇や金型寿命の低下を招き、また、ブランク全体の変形が著しくなって、絞り加工後の筒状部材成形加工の際の工具型穴の形状や加工条件に変更を余儀なくされること等から、あまり絞り加工（第１段加工）の領域を拡げすぎるのも好ましくないからである。このような絞り加工の適正な範囲は、用いる金属種、最終製品スペック、絞り加工後の打ち込みピンの打ち込み条件等によって変化するものであり、予備実験等により適宜決定する必要があるが、中実ブランクの端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域（範囲）となる。即ち、中実ブランクの全長をＬとすると、中実ブランクの端面（Ｌ＝０）からL₁（但し、L₁＝0.05Ｌ〜0.5Ｌ）までの領域に絞り加工を施す必要がある。
【００２９】
参考例２における第１段加工〔筒状部材形成用の打ち込みピンとは異なる形状を有する別のピン（押し込み用のピン）を中実ブランクの端面から押し込む加工〕の際の押し込み用のピンの形状及び押し込みの程度（量）は、用いる金属種、最終製品スペック等に合わせて、予備実験等により適宜決定すればよいが、押し込み用のピンとして、例えば図３に示すようなピンの先端部の直径のみを打ち込みピンと異なるようにした形状のものを用いる場合には、このピン先端部の直径を打ち込みピンの直径に対して２０〜９５％、あるいは、１０５％以上（但し、ブランクの直径未満）としたものを用いることが推奨される。また、押し込み用のピンとして、図４に示すようにピン先端形状を打ち込みピンと異なるようにした形状のものを用いる場合には、ピン先端に３〜８０°のテーパ角（θ）を有するもの等を用いることができる。
【００３０】
また、この際、中実ブランクの端面近傍の強度を確実に向上させる（ひいては端面近傍の強度も充分に高い筒状部材を得ることができる）ようにし、且つ、第１段加工（押し込み加工）後の打ち込みピンの打ち込みにより必要な歪みを得ることができる領域については必要以上の加工を加えないようにするためには、前記参考例１に係る第１段加工の場合と同様、第１段加工（押し込み加工）の領域に関して適正な範囲（ブランク長さ方向での範囲）というものが存在する。このような押し込み加工の適正な範囲は、中実ブランクの端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％の深さまでの領域（範囲）である。即ち、中実ブランクの全長をＬとすると、L₁（但し、L₁＝0.05Ｌ〜0.5Ｌ）の深さまで押し込み用のピンを押し込む必要がある。
【００３１】
本発明（請求項１記載の筒状部材の鍛造・圧造成形方法）における第１段加工〔中実ブランクの圧縮加工、即ち、中実ブランクの一部（第１段加工後に打ち込みピンの打ち込みがなされる端面近傍）を開放し、それ以外の領域を拘束する金型穴内に保持した状態での圧縮加工〕の程度は、用いる金属種、最終製品スペック等に合わせて、予備実験等により適宜決定すればよいが、圧縮加工前の中実ブランクの直径に対して圧縮加工後の中実ブランクの端部の直径が１０５〜２００％となるように圧縮加工を施すとよく、効果的に歪みを付与することができる。
【００３２】
また、この際、中実ブランクの端面近傍の強度を確実に向上させる（ひいては端面近傍の強度も充分に高い筒状部材を得ることができる）ようにし、且つ、圧縮加工後の打ち込みピンの打ち込みにより必要な歪みを得ることができる領域については必要以上の加工を加えないようにするためには、前記参考例１に係る第１段加工の場合と同様、第１段加工（圧縮加工）の領域に関して適正な範囲（ブランク長さ方向での範囲）というものが存在する。このような圧縮加工の適正な範囲は、中実ブランクの端面（第１段加工後に打ち込みピンを打ち込む端面）からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域（範囲）である。即ち、中実ブランクの全長をＬとすると、前記中実ブランクの端面（Ｌ＝０）からL₁（但し、L₁＝0.05Ｌ〜0.5Ｌ）までの領域を開放し、それ以外の領域を拘束した状態で圧縮加工をする必要がある。
【００３３】
本発明において、最終筒状部材（鍛造・圧造成形終了後の筒状部材）の最大外周径が、第１段加工を施した後の前記中実ブランクの最大外周径以下になるようにすることで、一層効果的に、筒状部材の端面近傍に歪みを付与することができ、端面近傍の強度も充分に高い筒状部材を得ることができる。このとき、第１段加工後の中実ブランクの最大外周径が最終筒状部材の最大外周径に対して１０５〜２００％となるようにすると、より確実に、一層効果的に端面近傍に歪みを付与することができる。
【００３４】
尚、本発明において、筒状部材とは、両端開口の筒状部材の他、片端のみ凹部を有する底付きカップ状の部材や上下に凹部を持つ部材（中央付近に底が残ったままのもの）をも含むものである。更に、中心軸対称性を持つ円筒状のもののみに限らず、楕円や多角形の断面形状を有する筒状部材であってもかまわない。
【００３５】
参考例１において被加工材は、例えば図１０に示すように形状が変化する。即ち、図１０の(a)に示す中実ブランクは、絞り加工により図１０の(b)に示す形状の中実ブランクとなり、この中実ブランクへの打ち込みピンによる打ち込み加工により図１０の(c)に示す底付き円筒部材となり、この底付き円筒部材の底部の打ち抜き加工により図１０の(d)に示す円筒部材となる。
【００３６】
参考例２において被加工材は、例えば図１１に示すように形状が変化する。即ち、図１１の(a)に示す中実ブランクは、押し込み用ピンの押し込み加工により図１１の(b)に示す如き形状の中実ブランクとなり、この中実ブランクへの打ち込みピンによる打ち込み加工により図１１の(c)に示す底付き円筒部材となり、この底付き円筒部材の底部の打ち抜き加工により図１１の(d)に示す円筒部材となる。
【００３７】
本発明において被加工材は、例えば図１２に示すように形状が変化する。即ち、図１２の(a)に示す中実ブランクは、圧縮加工（ブランクを上端部近傍及び上端部近傍を開放し中央部のみ拘束する金型穴内に保持した状態で上下より圧縮加工）により図１２の(b)に示す如き形状の中実ブランクとなり、この中実ブランクへの打ち込みピンによる打ち込み加工により図１２の(c)に示す底付き円筒部材となり、この底付き円筒部材の底部の打ち抜き加工により図１２の(d)に示す円筒部材となる。
【００３８】
【実施例】
本発明の実施例を以下説明する。尚、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
（参考例１）
中実ブランク（素材）として外径：３０ｍｍ、高さ（全長Ｈ）：３０ｍｍの円柱形状の鋼（Ｓ３５Ｃ）製中実ブランクを用い、この中実ブランクを図５の(a)に示すように立てた状態で（円柱の上側端面を上にして）配置し、室温にて図５の(a)に示す凹形状の工具Ａ１及びＡ２（Ａ１：上側、Ａ２：下側）によりブランク中心高さが２０ｍｍになるまでプレスして絞り加工（第１段加工）をし、中心高さ：２０ｍｍ、最大外径：約４０ｍｍの中実ブランク（荒地）を得た。尚、この加工は参考例１に係る第１段加工（絞り加工）の例に相当し、この加工により、中実ブランク（素材）の上側端面からブランク高さ方向１０ｍｍまでの領域（上側端面からブランク全長Ｈの約３３％までの領域）、及び、この中実ブランクの下側端面からブランク高さ方向１０ｍｍまでの領域（下側端面からブランク全長Ｈの約３３％までの領域）に絞り加工が施されたことになる。
【００４０】
上記絞り加工後の中実ブランク（荒地）を立てた状態で図５の(b)に示す工具型Ａ３に乗せて工具型Ａ３の中央部乃至上部に配置した後、この中実ブランクを室温にて図５の(b)に示す打ち込みピンＡ４により工具型Ａ３内に押し込み、次いで、この中実ブランクに室温にて打ち込みピンＡ４を打ち込み、これにより外径：３０ｍｍ、肉厚：４ｍｍ、高さ：約４８ｍｍの底付きカップ状の筒状部材を形成して得た。しかる後、この筒状部材の底部を打ち抜き、外径：３０ｍｍ、肉厚：４ｍｍ、高さ：約４８ｍｍの筒状（円筒状）部材を得た。
【００４１】
以上のようにして参考例１に係る筒状部材の成形を行った。
【００４２】
一方、比較のために、比較例に係る筒状部材の成形を図１に示した従来方法と基本的に同様の方法により行った。即ち、中実ブランク（素材）として参考例１の場合と同様の寸法形状の鋼（Ｓ３５Ｃ）製中実ブランクを用い、この中実ブランクを立てた状態で図５の(b)に示す工具型Ａ３内に挿入して配置した後、この中実ブランクに室温にて打ち込みピンＡ４を打ち込み、これにより外径：３０ｍｍ、肉厚：４ｍｍ、高さ：約４８ｍｍの底付きカップ状の筒状部材を形成し、しかる後、この筒状部材の底部を打ち抜き、外径：３０ｍｍ、肉厚：４ｍｍ、高さ：約４８ｍｍの筒状（円筒状）部材を得た。
【００４３】
このようにして得られた筒状部材を切断し、図６に示す断面内の測定点ａ、ｂでビッカース硬さ（ＨＶ）を測定した。ここで、測定点ａも測定点ｂも肉厚中心に位置するが、測定点ａは筒状部材の上端部からの距離が５ｍｍの点、即ち、筒状部材の端面近傍の点であり、測定点ｂは筒状部材の上端部からの距離が筒状部材の高さの１／２（中央高さ）の点である。
【００４４】
上記測定の結果を表１に示す。本筒状部品はＨＶ２３０の硬度が要求される部品であるが、表１からわかる如く、比較例に係る成形方法により得られた筒状部材は、測定点ｂ（筒状部材の中央高さの点）での硬さはＨＶ２５０であるが、これに比べて測定点ａ（筒状部材の端面近傍の点）での硬さはＨＶ２１０と低くて不充分である。これに対して、参考例１に係る成形方法により得られた筒状部材は、測定点ｂ（筒状部材の中央高さの点）での硬さはＨＶ２６０、測定点ａ（筒状部材の端面近傍の点）での硬さはＨＶ２５０であり、筒状部材の端面近傍の硬さも高く、端面近傍の強度も充分に高いことが確認された。
【００４５】
【表１】

【００４６】
（発明例１）
中実ブランク（素材）として外径：３０ｍｍ、高さ（全長Ｈ）：３０ｍｍの円柱形状の鋼（Ｓ３５Ｃ）製中実ブランクを用い、この中実ブランクを図７の(a)に示す如く立てた状態で図７の(a)に示す金型Ａ５内に挿入した後、室温にて図７の(a)に示す凸形状の工具Ａ６によりブランク中心高さが２０ｍｍになるまでプレスして工具Ａ６を押し込む圧縮加工（第１段加工）をし、中心高さ：２０ｍｍ、最大外径：約４０ｍｍの中実ブランク（荒地）を得た。尚、この加工は本発明に係る圧縮加工の例に相当し、中実ブランク（素材）をブランク全長Ｈの５０％までの領域を開放して他の領域を拘束するように金型内に保持し、開放された側より圧縮加工をする加工が施されたことになるともいえる。
【００４７】
上記第１段加工後の中実ブランク（荒地）を立てた状態で図７の(b) に示す工具型Ａ７に乗せて工具型Ａ７の中央部乃至上部に配置した後、この中実ブランクを室温にて図７の(b)に示す打ち込みピンＡ８により工具型Ａ７内に押し込み、次いで、この中実ブランクに室温にて打ち込みピンＡ８を打ち込み、これにより外径：３０ｍｍ、肉厚：４ｍｍ、高さ：約４８ｍｍの底付きカップ状の筒状部材を形成して得た。しかる後、この筒状部材の底部を打ち抜き、外径：３０ｍｍ、肉厚：４ｍｍ、高さ：約４８ｍｍの筒状（円筒状）部材を得た。
【００４８】
以上のようにして発明例１に係る筒状部材の成形を行った。
【００４９】
このようにして得られた筒状部材を切断し、参考例１の場合と同様の図６に示す測定点ａ及びｂでビッカース硬さ（ＨＶ）を測定した。この測定結果を表１に示す。表１からわかる如く、比較例に係る成形方法により得られた筒状部材は前述のように測定点ａ（筒状部材の端面近傍）での硬さはＨＶ２１０と低いが、これに対して、本発明の実施例１に係る成形方法により得られた筒状部材は、測定点ｂ（筒状部材の中央高さの点）での硬さはＨＶ２５０、測定点ａ（筒状部材の端面近傍）での硬さはＨＶ２５０であり、筒状部材の端面近傍の硬さも高く、端面近傍の強度も充分に高いことが確認された。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係る筒状部材の鍛造・圧造成形方法によれば、筒状部材の構成材料（金属種や鋼種）の変更や焼き入れ処理によることなく、端面近傍の強度も充分に高い筒状部材を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の筒状部材の鍛造・圧造成形方法（工程）の例を示す模式図であって、図１の(a)は第１工程、図１の(b)は第２工程、図１の(c)は第３工程、図１の(d) は第４工程を示すものである。
【図２】従来の筒状部材の鍛造・圧造成形方法に係るブランクへの打ち込みピンの打ち込みの際の歪みについての解析の結果の例を示す図であって、歪みの分布を歪みレベルの等高線で示したものである。
【図３】筒状部材の鍛造・圧造成形方法に係る加工用のピンの先端部及びその上部を示す側面図であって、図３の(a)は打ち込み加工用のピンの例、図３の(b)は参考例２の押し込み加工用のピンの例を示すものである。
【図４】参考例２の押し込み加工用のピンの先端部の例を示す側面図である。
【図５】参考例１に係る筒状部材成形用の工具を示す模式図であって、図５の(a)は絞り加工（第１段加工）用の工具、図５の(b)は打ち込み加工用の工具を示すものである。
【図６】参考例１に係る切断後の筒状部材での硬さの測定点ａ及び測定点ｂを示す模式図である。
【図７】本発明の発明例１に係る筒状部材成形用の工具を示す模式図であって、図７の(a)は第１段加工（圧縮加工）用の工具、図７の(b) は第２段加工（打ち込み加工）用の工具を示すものである。
【図８】従来の筒状部材の鍛造・圧造成形方法の各工程での被加工材の形状を示す模式図であって、図８の(a)は被加工材の中実ブランク、図８の(b)は打ち込みピンによる打ち込み加工後の底付き円筒部材、図８の(c) は底部の打ち抜き加工後の円筒部材の形状を示すものである。
【図９】特開平10-180402号公報に記載のような筒状部材の鍛造・圧造成形方法の各工程での被加工材の形状を示す模式図であって、図９の(a)は被加工材の中実ブランク、図９の(b)は、打ち込みピンによる打ち込み加工後の底付き円筒部材、図９の(c)は底部の打ち抜き加工後の円筒部材、図９の(d)は絞り加工後の円筒部材の形状を示すものである。
【図１０】参考例１に係る筒状部材の鍛造・圧造成形方法の各工程での被加工材の形状を示す模式図であって、図１０の(a)は被加工材の中実ブランク、図１０の(b)は絞り加工後の中実ブランク、図１０の(c)は打ち込みピンによる打ち込み加工後の底付き円筒部材、図１０の(d)は底部の打ち抜き加工後の円筒部材の形状を示すものである。
【図１１】参考例２に係る筒状部材の鍛造・圧造成形方法の各工程での被加工材の形状を示す模式図であって、図１１の(a)は被加工材の中実ブランク、図１１の(b)は押し込み用ピンの押し込み加工後の中実ブランク、図１１の(c)は打ち込みピンによる打ち込み加工後の底付き円筒部材、図１１の(d)は底部の打ち抜き加工後の円筒部材の形状を示すものである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る筒状部材の鍛造・圧造成形方法の各工程での被加工材の形状を示す模式図であって、図１２の(a)は被加工材の中実ブランク、図１２の(b)は圧縮加工後の中実ブランク、図１２の(c)は打ち込みピンによる打ち込み加工後の底付き円筒部材、図１２の(d)は底部の打ち抜き加工後の円筒部材の形状を示すものである。
【符号の説明】
Ａ１--凹形状の工具、Ａ２--凹形状の工具、Ａ３-工具型、Ａ４--打ち込みピン、Ａ５--金型、Ａ６--凸形状の工具、Ａ７-工具型、Ａ８--打ち込みピン。

Claims

金属製の筒状部材を鍛造・圧造により成形するにあたり、円柱形状の中実ブランクを工具型穴に挿入した後、該ブランクの一方の端面より打ち込みピンを打ち込むことにより筒状部材を形成する筒状部材の鍛造・圧造成形方法において、
前記打ち込みピンの打ち込み前に、前記中実ブランクの前記打ち込みピンを打ち込む側の一方の端面からブランク長さ方向の全長に対し５〜５０％までの領域を開放して他の領域を拘束する金型穴内に保持し、その後、前記中実ブランクの開放された側より圧縮加工を行って、前記開放した領域の最大直径が前記金型穴内で拘束された他の領域の直径よりも大きくなるようにして成形する第１段加工工程と、
第１段加工を施した後の前記中実ブランクを前記工具型穴に挿入した後、前記中実ブランクの一方の端面より打ち込みピンを打ち込んで最終筒状部材を形成する第２段加工工程を有し、
前記最終筒状部材の最大外周径が、第１段加工を施した後の前記中実ブランクの最大外周径以下になるように第２段加工を施して筒状部材を形成することを特徴とする筒状部材の鍛造・圧造成形方法。
前記第１段加工における圧縮加工前の中実ブランクの直径に対して圧縮加工後の中実ブランクの端部の直径が１０５〜２００％となるように圧縮加工を施すことを特徴とする請求項１記載の筒状部材の鍛造・圧造成形方法。