JP5451059B2 - 金型機構及び製造方法並びに多方軸部品 - Google Patents

Description

本発明は、放射状に軸部が延びた金属製の多方軸部品を、製品精度を低下させることなく、工程の簡略化を図ることのできる金型機構及び製造方法並びにこれらによって製造された多方軸部品に関する。

従来、例えば自在継手など放射状に軸部が延びた部品の製造方法として、以下の特許文献１，２が知られている。
特許第２５２７７４７号公報 特開２００７−１００２８号公報

特許文献１には、それまでのスパイダ部品を製造する工程、すなわち、丸棒の熱間鍛造、ばりの除去のための切削加工、焼きなまし又は焼ならし、切削加工、浸体焼入及び焼戻し、成型のための研削加工、のうち、切削加工を省略すべく、素材を閉塞鍛造により自在継手のほぼ軸の形状に形成し、軸部分にサイジングを施した後、熱処理を行うようにすることが記載されている。

特許文献２には、ジャーナル部の軸と平行な分割線を有する平面金型で作成した際に、該ジャーナル部の該金型の開閉部位に生じる、ジャーナル部の付根に存在するばりを問題として、それまで当該ばりを除去していたことに代え、ジャーナル部を含むボスの円周方向三等分の一を成型単位とする３つの鍛造金型で形成してパーティングラインを互いに隣接するジャーナル部間のボスの外周面における継手軸方向部位に形成することが記載されている。

しかしながら、特許文献１では閉塞鍛造後にサイジングを施す必要があった。また、特許文献２では製品に現れるパーティングラインの位置を規定しているだけであり、製造工程上での効果としては、該パーティングラインを切削、ショットブラスト、バレル処理などコストを掛けて処理することを止めることで簡略化が図られる程度に止まっていた。

本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１及び特許文献２は製品精度を低下させることなく製造工程の簡略化を図ることができない点である。

上記課題を解決するために、軸部が放射状に延びた金属製の多方軸部品を製造するための本発明の金型機構は、軸部を形成する複数の金型と、これら金型を型締方向に同時に移動させる型締手段及びメインラムに対応するベッド並びにスリーブを備えた型締機構 とを有し、前記型締機構は、前記メインラム下面と前記スリーブの上端面に前記複数の金型を配置すると共に、前記型締手段を前記ベッド上に固定配置し、さらに成型する素材を前記スリーブに保持すると共に該スリーブが前記複数の金型を所定位置に配置した状態で素材に対する所定位置へ移動させるべく上下動する構成とされ、前記各金型には、型締方向を正面としたときの、正面視両端に該軸部間中央位置で等角度に分割した分割テーパ部と、正面視中央に該軸部を形成する軸形成孔部が設けられ、離型方向を背面としたときの背面視上部位又は下部位に、前記型締手段が型締方向と直交方向に相対移動することで金型に閉塞力を発揮させるためのテーパ部が設けられた構成とされ、たものである。

また、上記の金型機構を用いた本発明の金属製の多方軸部品の製造方法は、型締手段により、成形荷重の５０〜１５０％の閉塞荷重で全金型を同時に閉塞することとした。

さらに、上記の金型機構及び製造方法により製造された本発明の多方軸部品は、金型を離型した状態で真円度が±０．０１ｍｍ以下とされたものである。

本発明に係る多方軸部品の金型機構は、型締方向を正面としたときの上下に分割された（以下、横割という）金型を用いず、型締方向の左右に分割された、つまり縦割の金型を用いている。金型は、例えば四方向に十字状に延びた多方軸部品であれば４個用いられる。これら金型は、個々に同一形状とされており、これらを閉塞して素材を塑性変形させることで多方軸部品が形成される。

さらに、金型は、同時に閉塞するための型締手段が相対移動すると、テーパ部を介して型締方向の閉塞力を発揮する。また、後述の分割テーパ部により、型締の最終に至るまでには各金型の閉塞力の均等化が図られる。これにより、例えば型締方向中央に対して同距離だけ離れた位置に設けた型締手段をテーパ部に対して例えば上方に移動させるだけで、金型や型締手段の動きの特段の同期を図る必要がなくなる。

金型における正面視上下左右の中央に設けられた軸形成孔部により形成された軸部は、該軸部の周面に、金型の分割線が形成されない。したがって、金型離型後に、軸部に形成された金型分割線（ばり）を除去する必要がなく、よってこの点でまず製造工程の省略化が図られる。

また、分割テーパ部は、金型を同時に型締する際の閉塞荷重を分散させ、各金型に均等にこの閉塞荷重（閉塞力）がかかるから、軸形成孔部で形成される軸部の中心がぶれることがなく、また、この閉塞力に対する素材の応力で復元する際に、素材の流入口以外の開口が存在しない断面真円状の軸形成孔部の内周に沿って復元するから、金型を開いた状態における軸部の真円度が高くなり、後の仕上げ工程などを省略できる。

また、上記金型機構を用いた同士にかかる多方軸部品の製造方法は、型締手段により、閉塞荷重を成形荷重の５０〜１５０％で全金型を同時に閉塞することにより、誤差が±０．０１ｍｍ以下の真円の軸部を形成することができる。

閉塞荷重が成形荷重の５０％より低いと金型離型時に、軸部が左右に扁平した状態となり真円度が低くなる。一方、閉塞荷重が成形荷重の１５０％より高いと金型離型時に、軸部が上下に扁平した状態となり真円度が低くなる。

そして、上記金型機構と上記製造方法により製造された多方軸部品は、金型離型時で真円度が±０．０１ｍｍ以下とされているから、後の工程において、形状的な仕上げ加工を施す必要がほとんどなく、よって大幅な製造工程の簡略化を図ることとなり、低コストで量産化が可能となる。

本発明は以下の図１〜図６に示す形態にて実施可能である。図１は、本発明の金型機構に用いられる金型を示す。図２及び図３は、本発明の金型機構を用いた多方軸部品の製造方法を説明するための図である。図４は、軸部成型状態を説明するための図である。図５及び図６は、金型離型直後の本発明の多方軸部品の状態を説明するための図である。

本例では、金属、例えば、円柱状の、SCr415、SCr420、SCM415、SCM420などのクロム鋼、クロムモリブデン鋼の素材Ｐを四方向で放射状に軸部分が延びた十字の多方軸部品１０とする場合について説明する。多方軸部品１０は、例えば、ボス部１１の側周面において同一平面上に該ボス部１１の中心から放射状に本例では４個の断面中実円形の軸部１２が形成され、後述金型２から離型した状態で、該軸部１２の断面真円度が±０．０１ｍｍ以下とされたことを特徴としたものである。

本発明の金型機構１は、次のように構成されている。２は、多方軸部品１０の軸部１２の個数だけ用意（本例では４個）される金型である。この金型２は、図１（ａ）に示す平面視で、軸部１２の軸間中央においてボス部１１の中心から等分割されており、型締時に互いが当接する本例では４５°の分割テーパ部２Ａが図１（ｂ）に示す正面視の両端に設けられている。

また、金型２は、図１（ｂ）に示す正面視において分割テーパ部２Ａ，２Ａ間に、ボス部１１の側周面を形成するボス形成部２Ｂが設けられており、このボス形成部２Ｂの上下左右の中央位置、すなわち正面視中央に、軸部１２を形成するための軸形成孔部２Ｃが設けられている。

さらに、金型２は、図１（ｃ）に示す背面、すなわち離型方向の面における本例では下部位に、後述する型締機構３のカム３Ａ（型締手段）が型締方向と直交方向に相対的に移動することで該金型２に閉塞力を発揮させるためのテーパ部２Ｄが設けられている。なお、図１（ｄ）には、金型２を側面視した状態が示されている。

３は、本発明の金型機構１における、上記金型２を型締する際に用いる型締機構である。この型締機構３には、通常のプレス装置におけるメインラム３ａに対応するベッド３ｂ、成型する素材Ｐを保持すると共に金型２を所定位置に配置し、この状態で素材Ｐに対する所定位置へ移動させるべく上下動するスリーブ３ｃを備えている。そして、本発明の金型機構１は、本例では、型締手段としてのカム３Ａをベッド３ｂ上に固定配置している点を特徴とする。

カム３Ａは、本例では、ベッド３ｂ上において、型締時に金型２のテーパ部２Ｄが当接して、このカム３Ａに対する金型２の相対的な垂直方向の移動により、該金型２に水平方向の閉塞力を発揮させるべく、上部に、型締方向の下方に傾斜した斜面部３Ａａが形成されている。

また、図２及び図３に示される型締機構３において、３Ｂはボス部１１の平面形成部位に設けられた上パンチ、３Ｃは上パンチに対応してボス部１１の底面形成部位に設けられた下パンチである。上パンチ３Ｂ、下パンチ３Ｃは、ボス部１１の平面、底面、の形成部位において中央から外周部に向けて拡径状に傾斜した斜面３Ｂａ，３Ｃａが形成されると共に、この斜面３Ｂａ，３Ｃａの所定拡径部位に平坦状の段部３Ｂｂ，３Ｃｂが各々形成されている。

上パンチ３Ｂ，下パンチ３Ｃの、斜面３Ｂａ，３Ｃａ、段部３Ｂｂ，３Ｃｂにより、ボス部１１の成型時に、本来、金型２との間にばりとして生じる余肉部を補強リブとしての形状とすることができると共に、速やかに成型する素材Ｐを金型２の軸形成孔部２Ｃへ流入させることができる。

次に、上記の金型機構１を用いた多方軸部品１０を製造する工程について説明する。図２（ａ）に示すように、ベッド３ｂ上に、カム３Ａを、下パンチ３Ｃの中心から（本例では四方に）等距離だけ離間させて固定配置する。そして、下パンチ３Ｃ上とスリーブ３ｃに囲まれた部位に、円柱状の素材Ｐを配置する。

上記の後、図２（ｂ）に示すように、メインラム３ａ下面とスリーブ３ｃの上端面に金型２を配置し、メインラム３ａを、上パンチ３Ｂと共に、ベッド３ｂに向けて接近移動させて型締を開始する。このとき、スリーブ３ｃは図示下方、未だ移動していない下パンチ３Ｃの段部３Ｃｂと同高さにまで下降させる。

なお、本例では図３（ａ）に示すように、下パンチ３Ｃを上パンチ３Ｂに向けて移動させて型締を行うようにしており、これにより、成型の偏りが生じない均質な多方軸部品１０を速やかに製造できる。

図３（ａ）に示すように、型締を開始し、金型２のテーパ部２Ｄがカム３Ａの斜面部３Ａａに当接すると、金型２は、それまでの垂直下方向の移動から、水平中心方向への閉塞力を発揮するようになり、このとき、隣接する互い金型２の分割テーパ部２Ａが各々当接して該閉塞力が全体として均一となる。

また、図３（ｂ）に示すように、金型２を同時に、閉塞荷重が成形荷重の５０〜１５０％の範囲内である例えば７８．７５％（＝本例においては閉塞力６３０ＫＮ相当）で閉塞し、後に上パンチ３Ｂ、下パンチ３Ｃを互いに接近可動させることで、素材Ｐを塑性変形させる。これにより、金型離型時で真円度が±０．０１ｍｍ以下の多方軸部品１０が完成する。

本発明の金型機構１を用いた本発明の製造方法により真円度が±０．０１ｍｍ以下の多方軸部品１０が製造可能な原理について図４を参照して説明する。型締された状態の時に、軸部１２が成型される部位は、金型２及び上パンチ３Ｂと下パンチ３Ｃにより軸形成孔部２Ｃに流入する素材Ｐにより構成される。

素材Ｐは、流入する開口以外は閉じた軸形成孔部２Ｃ内においてしだいに充満し、充満後、つまり、型締された状態のときに、該軸形成孔部２Ｃに沿った成型が行われることとなる。

このとき、軸部１２となる素材Ｐ（以下、軸部１２とのみ記す）の断面においては、金型２同士で不均等にかかる閉塞力は、分割テーパ部２Ａにより互いに均等に分散され、また、軸形成孔部２Ｃは素材Ｐの流入部位以外に開いた部位がないので、軸部１２にはその外周から軸中心に向けた均等な閉塞力がかかる。

一方、この閉塞力の応力、すなわち素材Ｐの復元力によって軸部１２には、中心から外周へ均等な内部圧力がかかる。このときも軸形成孔部２Ｃは素材Ｐの流入部位以外に開いた部位がないと共に、金型２同士が分割テーパ部２Ａにより互いに力が均等分散されるから、結果的に、周面均等に閉塞力と復元力が働き、軸形成孔部２Ｃの断面真円状に沿って成形されるのである。

そして、上記、閉塞力は、図５（ａ）に示すように、成形荷重の５０〜１５０％とすれば、図５（ｂ）に示すように、真円度が±０．０１ｍｍ以下の軸部１２が形成される。成形荷重の５０％より低いと図５（ｃ）に示すように水平方向に扁平した状態となり、１５０％より高いと図５（ｄ）に示すように垂直方向に扁平した状態となる。

ちなみに、図６（ａ）に示すように、従来の横割の金型を用いた際には、本発明条件範囲内の成形荷重の７８．７５％（＝閉塞力：６３０ＫＮ相当）とした状態であっても、金型離型時の軸部は真円度が図６（ｂ）に示すように最大で約０．０４ｍｍで大きく歪んだ断面形状となった。ゆえに、従来の金型機構及び製造方法では、軸部を真円状に仕上げたり、上型と下型の分割部位に生じるばりを除去する後処理が必要となる。

一方、本発明の金型機構１を用いた本発明の製造方法による本発明の多方軸部品１０は、同じ成形荷重の７８．７５％であれば、図６（ｃ）に示すように、金型２離型時で真円度が±０．００５ｍｍ程度であり、軸部１２を真円状に仕上げる処理は必要なく、また、軸部１２にばりが生じないので、これを除去する処理も不要である。

本発明の金型機構における金型であり、（ａ）は全てを配置した状態の平面視、（ｂ）はそのうちの１個の正面視、（ｃ）は（ｂ）の背面視、（ｄ）は（ｂ）の側面視、の状態を示す図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の多方軸部品の製造方法を説明するための図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の多方軸部品の製造方法を説明するための図である。 本発明の多方軸部品の製造方法における軸部成形原理を説明するために、（ａ）は金型を平面視した状態、（ｂ）は金型を正面視した状態、を各々示す図である。 本発明の多方軸部品の製造方法における閉塞荷重を説明するために、（ａ）は閉塞力と真円度の関係を表し、（ｂ）は（ａ）のｂ点の軸部断面を、（ｃ）は（ａ）のｃ点の軸部断面を、（ｄ）は（ａ）のｄ点の軸部断面を、各々示す図である。 （ａ）は従来の金型及び製造方法及び本発明と真円度の関係を表し、（ｂ）は（ａ）のｂの従来例による軸部断面、（ｃ）は（ａ）のｃの本発明による軸部断面、を各々示す図である。

符号の説明

１ 金型機構
２ 金型
２Ａ 分割テーパ部
２Ｃ 軸形成孔部
２Ｄ テーパ部
３ 型締機構
３Ａ カム（型締手段）
３Ａａ 斜面部
３Ｂ 上パンチ
３Ｃ 下パンチ
１０ 多方軸部品
１１ ボス部
１２ 軸部
Ｐ 素材

Claims (3)

1. 軸部が放射状に延びた金属製の多方軸部品を製造するための金型機構であって、軸部を形成する複数の金型と、これら金型を型締方向に同時に移動させる型締手段及びメインラムに対応するベッド並びにスリーブを備えた型締機構とを有し、前記型締機構は、前記メインラム下面と前記スリーブの上端面に前記複数の金型を配置すると共に、前記型締手段を前記ベッド上に固定配置し、さらに成型する素材を前記スリーブに保持すると共に該スリーブが前記複数の金型を所定位置に配置した状態で素材に対する所定位置へ移動させるべく上下動する構成とされ、前記各金型は、型締方向を正面としたときの、正面視両端に該軸部間中央位置で等角度に分割した分割テーパ部と、正面視中央に該軸部を形成する軸形成孔部とが設けられ、離型方向を背面としたときの背面視上部位又は下部位に、前記型締手段が型締方向と直交方向に相対移動することで金型に閉塞力を発揮させるためのテーパ部が設けられた構成とされ、たことを特徴とする金型機構。
2. 請求項１の金型機構を用いた金属製の多方軸部品の製造方法であって、型締手段により、成形荷重の５０〜１５０％の閉塞荷重で全金型を同時に閉塞することを特徴とする多方軸部品の製造方法。
3. 請求項１の金型機構及び請求項２の製造方法により製造された金属製の多方軸部品であって、金型を離型した状態で真円度が±０．０１ｍｍ以下であることを特徴とする多方軸部品。

Images