JP5594056B2

JP5594056B2 - 転造用平ダイス

Info

Publication number: JP5594056B2
Application number: JP2010237720A
Authority: JP
Inventors: 敬生木沢
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: JP2012086264A

Description

本発明は、歯車部品などの転造加工に用いる転造用平ダイスに関する。

近年、機械工具分野では自動車分野と同様に周囲の環境に配慮して転造加工時に用いるクーラント（冷却液）については、かつて主流であった油性クーラント方式から微量のクーラントによる加工を行うセミドライ方式へ変わりつつある。セミドライ方式による転造用平ダイスを用いた転造加工では、従来の油性クーラント方式による加工に比べてワーク（被加工物）と転造用平ダイスとの間の滑りが発生しにくいので、転造用平ダイスの食付き部における加工歯の表面粗さを小さくすることができる。

例えば、特許文献１では転造用平ダイスの食付き部を加工歯の表面粗さが２０μｍＲ_Ｚ以上３５μｍＲ_Ｚ以下である前半部分と表面粗さが５μｍＲ_Ｚ以上２０μｍＲ_Ｚ以下である後半部分に分割することで加工歯のチッピングを防止してセミドライ方式による加工において長寿命化を図る転造用平ダイスが開示されている。

また、特許文献２では従来の油性クーラント方式による転造用平ダイスの食付き部を勾配の異なる前半部と後半部に分けるとともに、前半部の加工歯の表面粗さを２０μｍＲ_Ｚ以上３５μｍＲ_Ｚ以下とし、後半部の加工歯の表面粗さを２μｍＲ_Ｚ以上１０μｍＲ_Ｚ以下とすることで長寿命化を図る転造用平ダイスが開示されている。

特開２００２−１９２２８２号公報特許第３７７８７９０号公報

しかし、特許文献１に開示された転造用平ダイスでは食付き部の加工歯の表面粗さが２０μｍＲ_Ｚ以上３５μｍＲ_Ｚ以下の部分（前半部分）と５μｍＲ_Ｚ以上２０μｍＲ_Ｚ以下の部分（後半部分）とで分割しているので、転造加工時に前半部分から後半部分へワークが移動すると、ワークへの負荷（圧縮応力）が急激に変化する。その結果、圧縮応力が急激に変化することで、例えばブリネル硬さ２５０ＨＢ〜３５０ＨＢのいわゆる高硬度材（ワーク）の累積ピッチ誤差が要求水準を満たさないという問題があった。

また、特許文献２に開示された転造用平ダイスでは、前述した圧縮応力の急激な変化に伴う高硬度材（ワーク）の累積ピッチ誤差が要求水準を満たさない問題に加えて、食付き部の前半部と後半部とで勾配を変えていることから、従来の転造用平ダイスに比べて製作工数やコストが増加するという問題があった。

そこで、本発明においては前述した問題点に鑑みて高硬度材の累積ピッチ誤差の要求水準を確保して、従来の製作工数やコストで製造可能である転造用平ダイスを提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、本発明においては、加工歯の表面粗さが各々異なる第１の食付き部、第２の食付き部と、第１の食付き部および第２の食付き部との間に設けた応力緩衝部とを備えて、応力緩衝部の加工歯の表面粗さが第１の食付き部側から第２の食付き部側へ向けて漸減している転造用平ダイスを提供することとした。これにより、転造加工時におけるワークへの負荷（圧縮応力）が緩やかに変化する。

本発明に係る転造用平ダイスの第１の食付き部、第２の食付き部および応力緩衝部について以下に説明する。第１の食付き部は、本発明に係る転造用平ダイスの第１番目の加工歯を含む先端部に位置しており、ワークに対して最初に転造加工を開始する部位である。第１の食付き部の長さは、本発明に係る食付き部全体の３０％〜６５％の割合を占める。また、第１の食付き部を構成する加工歯の表面粗さは、２０μｍＲ_Ｚ〜３５μｍＲ_Ｚの範囲である。

応力緩衝部は、本発明に係る転造用平ダイスの食付き部において、第１の食付き部と後述する第２の食付き部との間に位置し、第１の食付き部にて転造加工したワークに発生する応力を第２の食付き部へ向かうにしたがって徐々に軽減する部位である。応力緩衝部の長さは、本発明に係る食付き部全体の５％〜２０％の割合を占める。

また、応力緩衝部の加工歯の表面粗さは第１の食付き部側から第２の食付き部側へ向けて１μｍＲ_Ｚ〜３５μｍＲ_Ｚの範囲で漸減している。例えば、第１の食付き部の最後部の加工歯の表面粗さが２５μｍＲ_Ｚであり、第２の食付き部の最前部の加工歯の表面粗さが２μｍＲ_Ｚである場合には、応力緩衝部の加工歯の表面粗さは第１の食付き部側から第２の食付き部側へ向けて２５μｍＲ_Ｚから２μｍＲ_Ｚまでの範囲で漸減している。

さらに、応力緩衝部の加工歯の表面処理方法については、後述する第２の食付き部のみをマスキングした状態で、第１の食付き部および応力緩衝部の各加工歯に対して珪砂によるサンドブラスト処理を行う。その後、上述のマスキングを第１の食付き部のみに変更した状態で、第２の食付き部および応力緩衝部の各加工歯に対して鋼球によるショットピーニング処理を行う。これらの表面処理により応力緩衝部の加工歯の表面粗さは第１の食付き部側から第２の食付き部側に向けて漸減する。そのため、第１の食付き部で転造加工されたワークを第２の食付き部での転造加工へとスムーズにつなげていくことができて、転造加工時における高硬度材への負荷（圧縮応力）を緩やかに変化した状態で転造加工を行うことができる。

第２の食付き部は、本発明に係る転造用平ダイスの食付き部において、第１の食付き部および応力緩衝部よりも後部側に位置し、応力緩衝部にて転造加工による応力が軽減されたワークに対して、食付き部にて最終の転造加工を行う部位である。また、第２の食付き部を構成する加工歯の表面粗さは、１μｍＲ_Ｚ〜４μｍＲ_Ｚの範囲である。

なお、本発明に係る転造用平ダイスの食付き部における勾配は、第１の食付き部、応力緩衝部、第２の食付き部を通して一定である。また、第２の食付き部の長さは、本発明に係る食付き部全体から第１の食付き部と応力緩衝部の占める割合を差し引いた残余の割合となる。

以上述べたように、本発明においては、加工歯の表面粗さが各々異なる第１の食付き部、第２の食付き部と、第１の食付き部および第２の食付き部との間に設けた応力緩衝部とを備えて、応力緩衝部の加工歯の表面粗さが第１の食付き部側から第２の食付き部側へ向けて漸減している転造用平ダイスにより、転造加工時におけるワークへの負荷（圧縮応力）が緩やかに変化するので、例えばブリネル硬さ２５０ＨＢ〜３５０ＨＢである高硬度材（ワーク）であっても累積ピッチ誤差の要求水準を十分に確保できるという効果を奏する。

また、本発明に係る転造用平ダイスは食付き部の勾配を変えずに一定であることから、従来の製作工数やコストで製造可能であるという効果も奏する。

本発明に係る転造用平ダイス１の側面図である。図１の転造用平ダイス１の食付き部２における拡大側面図である。

本発明に係る転造用平ダイスの実施の形態の一例を図面に基いて説明する。図１は、本発明に係る転造用平ダイス１の側面図であり、図２は図１に示す転造用平ダイス１の食付き部２における拡大側面図である。

図１に示すように、転造用平ダイス１は転造加工時の移動方向側（図面右側）より食付き部２、仕上げ部３および逃げ部４を備えている。食付き部２は、転造用平ダイス１を被加工物の外周面に食付かせる部位であり、そのための加工歯２０が設けられている。食付き部２の加工歯２０の表面にはサンドブラストなどで予めその表面の表面粗さを粗くしておくことで、加工歯２０と被加工物との間に生じる滑りを防止する。

次に、食付き部２を構成する第１の食付き部２１、応力緩衝部２２および第２の食付き部２３については図２を用いて説明する。図２に示すように、食付き部２は第１の食付き部２１と、応力緩衝部２２と、第２の食付き部２３と、から構成されている。第１の食付き部２１は食付き部２の中で被加工物の外周面に対して、最初に転造用平ダイス１が食付く部位である。第１の食付き部２１の長さは、本発明に係る食付き部２全体の３０％〜６５％の割合を占める。また、第１の食付き部を構成する加工歯２０の表面粗さは、２０μｍＲ_Ｚ〜３５μｍＲ_Ｚの範囲である。

応力緩衝部２２は、本発明に係る転造用平ダイス１の食付き部２において、第１の食付き部２１と後述する第２の食付き部２３との間に位置し、第１の食付き部２１にて転造加工したワークに発生する圧縮応力を第２の食付き部２３へ向かうに従って徐々に軽減する部位である。応力緩衝部の加工歯２０は、第１の食付き部２１側から第２の食付き部２３側へ向けて徐々に歯丈が増加するのに対して、その表面粗さ（１μｍＲ_Ｚ〜３５μｍＲ_Ｚ）は漸減している。

第２の食付き部２３は、本発明に係る転造用平ダイス１の食付き部２において、第１の食付き部２１および応力緩衝部２２よりも後部側に位置し、応力緩衝部２２にて転造加工による圧縮応力が軽減されたワークに対して、最終の転造加工を行う部位である。また、第２の食付き部２３を構成する加工歯２０の表面粗さは、１μｍＲ_Ｚ〜４μｍＲ_Ｚの範囲である。

従来の転造用平ダイスと本発明に係る転造用平ダイスをそれぞれ用いて転造速度１０ｍ／ｍｉｎの条件で転造加工を行った被加工物（歯車）の加工精度結果について表１を用いて説明する。表１は、従来の転造用平ダイスと本発明に係る転造用平ダイスをそれぞれ用いて転造加工を行った被加工物の累積ピッチ誤差の測定結果を示す。本測定における累積ピッチ誤差については、被加工物（歯車）の各歯のピッチ誤差を足した合計として算出した。

本実施例で用いた従来の転造用平ダイスおよび本発明に係る転造用平ダイスの各部の寸法は、共通仕様として全長６２３ｍｍ、幅２５ｍｍ、全歯数１９６山とした。また、本発明に係る転造用平ダイスは、食付き部、仕上げ部、逃げ部からなり、食付き部については加工歯の表面粗さが２８μｍＲ_Ｚである第１の食付き部と、第１の食付き部と第２の食付き部との間に設けられて、加工歯の表面粗さが３μｍＲ_Ｚ〜２８μｍＲ_Ｚの範囲で第２の食付き部へ向けて漸減している応力緩衝部と、加工歯の表面粗さが３μｍＲ_Ｚの範囲である第２の食付き部から構成されている。また、第１の食付き部、応力緩衝部および第２の食付き部の歯数は、各々４８山、２４山、７６山としたので、食付き部全体に占める長さの割合は各々３３％、１６％、５１％である。

従来の転造用平ダイスは、食付き部、仕上げ部、逃げ部からなり、食付き部については加工歯の表面粗さが２０μｍＲ_Ｚである前半食付き部と加工歯の表面粗さが４μｍＲ_Ｚである後半食付き部に分かれている。さらに、被加工物（歯車）の完成諸元は、モジュール１．０ｍｍ、圧力角３０°、歯数２４枚、外径２４．８ｍｍ、材質Ｓ４５Ｃ、歯底径２２．６ｍｍ、ねじれ角０°、歯幅２０ｍｍ、ブリネル硬さ２６０ＨＢである。

表１に示すように、本発明に係る転造用平ダイスを用いて転造加工を行った歯車の測定結果については、その累積ピッチ誤差は、右歯面が１５．４μｍであり、左歯面が２３．１μｍであった。

これに対して、従来の転造用平ダイスを用いて転造加工を行った歯車の測定結果については、その累積ピッチ誤差は、右歯面が３７．９μｍであり、左歯面が３２．８μｍであった。したがって、本発明に係る転造用平ダイスを用いて転造加工を行うと、従来の転造用平ダイスを用いた場合に比べて累積ピッチ誤差はおよそ９μｍ〜２３μｍの誤差分が改善されることがわかった。

以上より、転造用平ダイスの食付き部を、第１および第２の食付き部と、第１食付き部および第２の食付き部の間に設けた応力緩衝部とから構成し、応力緩衝部の加工歯の表面粗さを第１食付き部側から第２の食付き部側へ向けて漸減している転造用平ダイスを用いて転造加工することで、ワークに対する急激な圧縮応力の変化が緩和できるので、高硬度材の加工精度も向上できる転造用平ダイスとなった。また、本発明に係る転造用平ダイスは食付き部の勾配を変えずに一定であることから、従来の製作工数やコストで製造可能である。

１転造用平ダイス
２食付き部
３仕上げ部
４逃げ部
２０加工歯
２１第１の食付き部
２２応力緩衝部
２３第２の食付き部

Claims

加工歯の表面粗さが各々異なる第１の食付き部、第２の食付き部と、前記第１の食付き部および前記第２の食付き部との間に設けられた応力緩衝部と、を備える転造用平ダイスであって、前記応力緩衝部の加工歯の表面粗さが前記第１の食付き部側から前記第２の食付き部側へ向けて漸減していることを特徴とする転造用平ダイス。