JP5860223B2

JP5860223B2 - 難加工形状を具えた厚肉金属部品の製造方法

Info

Publication number: JP5860223B2
Application number: JP2011080152A
Authority: JP
Inventors: 栄司市野; 貴久市野; 祐充澤口
Original assignee: 有限会社市野製作所
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: JP2012213788A

Description

本発明は、一般の機械プレス装置を用い、比較的肉厚のある金属素材に対し、その側断面に細かいピッチの歯型を成形するための、難加工形状を具えた厚肉金属部品の製造方法に関するものである。

一般の機械プレス装置を用いた金属部品の製造は、量産部品の場合、生産性が高く、製造コストを低廉にすることができ、極めて広汎に採用されている。ところで、例えば図１に示すような肉厚金属部品１は、肉厚素材を用いて構成され、且つ厚さ方向の側面に細ピッチの歯型１１が成形されている。このような形状のものを一般の機械プレス装置を用いて製造を試みた場合、細ピッチを期待通りに現出させることは難しい。
このため、このような細ピッチ歯型を有する部品については、従来はレーザ加工やワイヤカット、切削加工、バニシング加工の併用等、の一般の機械プレス加工に比べては、生産効率を上げることが難しい手法で製造されていた（特許文献１）。
しかしながら、この種の金属部品等の供給に際してはコスト低減の要求が常になされており、このような要求に応えるためには、従来手法の範囲で効率化を求めたとしても限界があった。

特開２００９−２８５７７２号公報

本発明は、これらの種々の背景を考慮してなされたものであって、従来は不可能とされて考慮外とされていた一般の機械プレスによる加工を見直し、加工時における材料挙動等の考察により、難加工形状を具えた厚肉金属部品の製造を可能とする新規な手法の開発を試みたものである。

請求項１記載の難加工形状を具えた厚肉金属部品の製造方法は、出発素材である平板状金属素材から、難加工形状を具えた厚肉金属部品を機械プレス加工により製造する方法であって、この厚肉金属部品は本体部側面に多数の細ピッチの歯型を具えるものであり、歯型ピッチ寸法Ｐは、本体部の肉厚ｄに対して最大１／３ｄの寸法であり、また歯高寸法と歯型ピッチ寸法との比は１／２〜１／１であり、この厚肉金属部品を加工するにあたっては、粗型ブランク抜きプレス工程と、粗型歯型成形プレス工程と、中間仕上げプレス工程と、製品仕上げプレス工程と、を経るものであり、前記粗型ブランク抜きプレス工程では、出発素材から粗型ブランクを打ち抜き、続く前記粗型歯型成形プレス工程では、粗型ブランクにおける本体部のマージンをしごき除けるとともに、歯型が成形される部位には、粗型歯型となる凹凸条を現出させるように粗型ブランクにおけるマージンをしごき除けるものであり、更に前記中間仕上げプレス工程では、しごき除けられたマージンを打ち抜き除去させる加工と、前記粗型歯型の中間シェービングにより中間歯型の形状を現出させる加工とを行うものであり、この中間シェービングは、複数回に亘って行われ、且つ中間シェービングは、歯溝側でシェービングしろを大きく採って行われるものであり、更に前記製品仕上げプレス工程では、前記中間歯型の仕上げシェービングにより、仕上げ寸法を現出させる加工を行うものであり、この製品仕上げプレス工程における仕上げシェービングしろは、中間歯型の全範囲に亘って設けられ、且つ歯溝側を小さい寸法とすることによって、製品歯型を得ることを特徴として成るものである。

請求項２記載の難加工形状を具えた厚肉金属部品の製造方法は、前記請求項１記載の要件に加えて、前記出発素材の肉厚については、５ｍｍ〜１２ｍｍのものが適用されることを特徴として成るものである。

請求項３記載の難加工形状を具えた厚肉金属部品の製造方法は、前記請求項１または２記載の要件に加えて、前記歯型と歯溝とについては、他部材に形成された同形状の歯型と歯溝とに対して、噛み合い自在な形状であることを特徴として成るものである。

まず請求項１記載の発明によれば、厚肉金属部品を形成するにあたり、難加工部位となる細ピッチの歯型をシェービング加工により現出させるものであり、機械プレスを用いながらも精密な製品が製造ができる。加えて、細ピッチ歯型等の難加工部位を成形するにあたり、まず粗型歯型を成形し、その後に行う中間シェービングでは歯溝側を削り込むように順次複数回に亘ってシェービングしてゆくものであり、加工部位の素材に無理が掛からず精密な細ピッチ歯型が構成し得る。更にまた、仕上げシェービングにあたり、シェービングしろが歯溝側を小さくし、これにより歯溝側のシェービング加工によるストレスが歯頂部側に至らず、結果的に精密な歯型が成形し得る。

また請求項２記載の発明によれば、出発素材の肉厚寸法が５ｍｍから１２ｍｍと比較的肉厚のものであっても可能であり、多くの機械部品の製造を可能とする。

また請求項３記載の発明によれば、歯型と歯溝とは、相互噛み合い構造となるものであり、歯車、あるいはラチェット機構等の機械要素が構成し得る。

本発明の製造対象物である難加工形状を具えた厚肉金属部品の説明図であり、加工順序を併せ示す。同上厚肉金属部品の加工順序を示す平面図である。粗型ブランク抜きプレス工程における出発素材抜き処理を示す説明図であり、以下図８まで（ａ）は、加工前のワークの平面図、（ｂ）は、加工状態の断面図、（ｃ）は、加工後のワークの平面図である。同上工程における粗型ブランクトリミング処理を示す説明図である。粗型歯型成形プレス工程を示す説明図である。中間仕上げプレス工程におけるマージン素材除去処理を示す説明図である。中間仕上げプレス工程における２段階の処理を示す説明図である。製品仕上げプレス工程を示す説明図である。歯型形状の加工進行状態を示す説明図であり、（ａ）は進行状態をすべて併せて示し、（ｂ）〜（ｅ）は、前工程形状との比較を示し、（ｆ）は最終形状を示すものである。本発明の他の加工対象形状を示す平面図である。

本発明を実施するための形態は、以下述べる実施例をその一つとするものであるとともに、この技術思想に基づく種々の改良した実施例をも含むものである。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明する。
まず本発明に係る製造方法の適用対象物である厚肉金属部品１について説明する。このものは、いわゆる難加工形状を具えるものであり、微細な凹凸例えば歯車形状の歯型、ラチェット爪形状の歯型等が全体またはその一部に成形されたものである。
まず図１に示す厚肉金属部品１は、一例として例えば卓上照明器具Ａの支持杆部の角度調整部品要素として提供されるようなものが想定される。この厚肉金属部品１は、一例として、円環状の本体に対し、その外周部の一部に歯型１１を具える。当然歯型１１は、全体として連続した凹凸形状であり、突起部を歯型１１とするとその間に相対的に凹陥した部位として、歯溝１２が形成される。なおこの本体１０は、円環状であり、その内部内側を内孔１３とする。また本体１０は、その外周の一部に例えばストッパー作用等を奏する外周凸部１４を具える。

なおこの厚肉金属部品における、歯型１１がラチェット歯として作用する場合において、これと対応するラチェット爪となる厚肉金属部品５が製造される。このものは、図１、図１０に示すように本体５０に対し、歯型５１が成形され、隣り合う歯型５１の間が歯溝５２となり、その回動中心に例えば対向面落とし状の軸孔５３を具えたものである。ちなみにこれら図示する厚肉金属部品１、厚肉金属部品５は、それぞれの歯型と歯溝が噛み合い形状をとっている。

ここで厚肉金属部品１の肉厚寸法ｔ及びこの肉厚寸法ｔを基準とした歯型ピッチ寸法ｐ、歯高寸法ｈとの関係について説明する。
この図示した厚肉金属部品１の一例は、本体１０の肉厚寸法ｔを基準とすると、歯型ピッチ寸法ｐは、１／３〜１／６程度であり、例えばこの比を１／４とし、ｔ＝６ｍｍとした場合、歯型ピッチ寸法ｐは、１．５ｍｍ程度のピッチとなる。
また歯高寸法ｈと、歯型ピッチ寸法ｐとの比は１／３〜１／１程度の比であり、前記数値の場合、歯高寸法ｈには概ね０．７ｍｍから１．５ｍｍ程度になるものである。
このように本発明により製造される厚肉金属部品１は、その歯型１１と歯溝１２との形状が肉厚寸法ｔに対し、比較して微細形状であり、これを正確に一般の機械プレス装置で製造することは難しく、本明細書において、このような形状を難加工形状と定義する。なおこのような難加工形状は、本体１０に対して、全周に亘って形成されてもよいし部分的に形成されてもよい。

以下、本発明に係る製造方法について順次説明する。
この厚肉金属部品１の製造方法における加工の概略は、
（１）粗型ブランク抜きプレス工程と、
（２）粗型歯型成形プレス工程と、
（３）中間仕上げプレス工程と、
（４）製品仕上げプレス工程と
の大別して４工程を経るものであり、更にこれらの加工を処理するために各工程に複数の処理が行われる場合もある。以下各工程について説明する。

（１）粗型ブランク抜きプレス工程
まず粗型ブランク抜きプレス工程は、二段階の処理が行われるものであり、第一段階の処理として、図３に示すように（１−i ）出発素材抜き処理が行われ、次いで第二段階の処理として図４に示すように（１−ii）粗型ブランクトリミング処理が行われる。

まず、（１−ｉ）出発素材抜き処理について説明する。
出発素材Ｓとして想定されるものは、６ｍｍ厚程度の鋼板であって、この出発素材Ｓを金型２におけるポンチ２０とダイス２１とにより打ち抜きプレスを行い、打ち抜き原ブランクＷを得る。
この処理にあたっては、図３に示すように出発素材Ｓから打ち抜かれるのは、打ち抜き原ブランクＷと、更に他の前記厚肉金属部品５を構成するための打ち抜き原ブランクＷ′である。この打ち抜き原ブランクＷ′は、打ち抜き原ブランクＷの内側の出発素材Ｓを打ち抜くようにして得られるものである。要は、厚肉金属部品１の形状が円環状であり、打ち抜き原ブランクＷの中心部は概ね素材マージンＭとして排除されるものであるから、この部位を有効に利用して打ち抜き原ブランクＷ′を得るのである。

なお以後の説明は、このようにして得られた厚肉金属部品１を例に、その製造方法を説明する。
また以降の加工に関する説明、及び図面中の表示において、順次加工が進むにつれて、ブランク乃至はワークが形状を変えてゆく状態の理解を助けるために次のような参照符号を付した。
即ちまず打ち抜き原ブランクＷの後に形状を変化させるワークを順に、トリミング原ブランクＷ₀ 、粗型歯型付ワークＷ₁ 、第一中間ワークＷ₂ 、第二中間ワークＷ₃ 、仕上げワークＷ₄ とする。
そして、これらの加工にあたって、あるいは製品完成後形状を説明するにあたっての各種線形状を、
トリミング原ブランクＷ₀ については、原ブランク線Ｌ₀ と、
粗型歯型付ワークＷ₁ については、粗型歯型線Ｌ₁ と、
第一中間ワークＷ₂ については、中間（一次）シェービング線Ｌ₂ と、
第二中間ワークＷ₃ については、中間（二次）シェービング線Ｌ₃ と、
仕上げワークＷ₄ （実質厚肉金属部品１）については、仕上げシェービング線Ｌ₄ とする。
更に完成した仕上げ形状においては、歯頂部１１Ｔを結ぶ線を歯頂線Ｌ₁₁とし、歯溝底部１２を結ぶ線を歯溝底線Ｌ₁₂する。
また歯型については、
粗型歯型付ワークＷ₁ に成形されたものを粗型歯型１１１とし、
第一中間ワークＷ₂ 成形されたものを中間歯型（一次）１１２とし、
第二中間ワークＷ₃ 成形されたものを中間歯型（二次）１１３とし、
仕上げワークＷ₄ 成形されたものを仕上げ歯型１１４とする。

次に（１−ii）粗型ブランクトリミング処理について説明する。
この処理は、トリミング原ブランクＷ₀ 得るための処理であって、図４に示すように既に厚肉金属部品１の外周形状については、前処理で得られているため、専ら打ち抜き原ブランクＷの内側を打ち抜き、この部位の材料をトリミングマージンＭ₀ して排除するものである。これによって円環状のトリミング原ブランクＷ₀ を得る。
もちろん、この粗型ブランク抜きプレス工程は、出発素材抜き処理、粗型ブランクトリミング処理ともに一般の機械プレスで行われるものである。

（２）粗型歯型成形プレス工程
前工程で得られたトリミング原ブランクＷ₀ からこの粗型歯型成形プレス工程で粗型歯型付ワークＷ₁ 得る。この工程は、図５に示すように粗型歯型付ワークＷ₁ の成型形状に応じた加工形状を有するポンチ２０とダイス２１とを具えた一般の機械プレスにより行われる。この工程ではトリミング原ブランクＷ₀ の外周を正確な寸法とするため、本体マージン１０Ｍをしごき除けるように塑性変形させるとともに、内周部についてもしごき除けるような加工を行う。このしごき除けられた内孔マージン１３Ｍ、本体マージン１０Ｍともにこの工程では完全に打ち抜かず、それぞれ張り出したバリ状の形状を維持する。この工程と同時に緩やかな歯型状の粗型歯型１１１が成形される。この状態でのワークを区別して示すときは、粗型歯型付ワークＷ₁ （ａ）とする。

（３）中間仕上げプレス工程
この中間仕上げプレス工程は、一例として３段階の処理によって行われるものであって、（３−ｉ）マージン素材除去処理と、（３−ii）中間（一次）シェービング処理と、（３−iii)中間二次シェービング処理とがすべて一般の機械プレスにより行われる。

（３−ｉ）マージン素材除去処理
まず（３−ｉ）マージン素材除去処理は、図６に示すように機械プレスにおけるポンチ２０とダイス２１とにより、前記粗型歯型成形プレス工程で生じた本体マージン１０Ｍ、内孔マージン１３Ｍをトリミングするように打ち抜き、マージン取り除き済みの粗型歯型付ワークＷ₁ （ｂ）を得る。

（３−ii）中間一次シェービング処理
中間（一次）シェービング処理では、前段の処理で得られたマージン取り除き済みの粗型歯型付ワークＷ₁ （ｂ）を加工処理対象として、図７に示すように特にその中間歯型（一次）１１２を得る。この中間歯型（一次）１１２は、図９（ａ）、（ｃ）に示すように粗型歯型線Ｌ₁ からその歯溝部に相当する部位を比較的大きな寸法のシェービングしろでシェービング排除する工程である。この排除された部位を、中間歯型マージン１１２Ｍとして示す。この処理によって、中間歯型（一次）１１２を具えた第一中間ワークＷ₂ が得られる。

（３−iii)中間二次シェービング処理
このようにして得られた第一中間ワークＷ₂ は、更に中間（二次）シェービング処理によって加工され、第二中間ワークＷ₃ となる。この処理も、主として歯溝部側のシェービングしろを大きく採ってをシェービングする加工であり、図９（ａ）、（ｄ）に示すように歯頂部１１Ｔの部位においては、殆んどシェービング処理がなされない。
なおこれによって、中間歯型マージン１１３Ｍが排除される。
このように中間仕上げプレス工程では、中間シェービング処理を一次、二次と行い、シェービング処理時における材料にかかるストレスを少なくし、歯頂部１１Ｔにおいてこれらのシェービング処理に伴いがちな材料流動等が起こらないような処理がなされる。

（４）製品仕上げプレス工程
このようにして得られた第二中間ワークＷ₃ を加工対象として図８に示すように製品とするための仕上げプレス工程が行われる。
この工程も、前工程と同様機械プレスによるシェービング処理であり、図９（ｅ）に示すようにこの仕上げにあたっては、歯頂部１１Ｔを含み、ほぼ歯型全周に亘って適宜の厚さ寸法でシェービングを行う。
なおこのときのシェービングしろは、歯頂部１１Ｔにおいて最大であり、歯溝底部、歯型側部においては、それより少ない寸法のシェービングしろでトリミング処理が行われる。これによって、仕上げワークＷ₄ 構成されるものであり、仕上げワークＷ₄ は、実質的に本発明の厚肉金属部品１となるものである。

なお本発明による製造対象製品は、このようなリング状の厚肉金属部品１の他、既に述べたような係止爪タイプの厚肉金属部品５（図１０（ａ））を含むものである。
また既に述べた実施例の歯型１１は、波状のラチェット歯様の形状を採るものであるが、他の形状も採り得る。図１０（ｂ）に示すものは、一般のインボリュート歯型１１Ｂである。また図１０（ｃ）に示すものは、セレーション用の歯型１１Ｃである。また図１０（ｄ）に示すものは、スプライン状の歯型１１Ｄである。本発明は、このような精密歯型の何れも製造し得るものである。

１厚肉金属部品
１０本体
１１歯型
１１Ｂ歯型（インボリュート歯型）
１１Ｃ歯型（セレーション用の歯型歯型）
１１Ｄ歯型（スプライン状の歯型）
１１Ｔ歯頂部
１２歯溝
１３内孔
１４外周凸部

１０Ｍ本体マージン
１１２Ｍ中間歯型マージン
１１３Ｍ中間歯型マージン
１１４Ｍ仕上げ歯型マージン
１３Ｍ内孔マージン

１１１粗型歯型
１１２中間歯型（一次）
１１３中間歯型（二次）
１１４仕上げ歯型

２金型
２０ポンチ
２１ダイス

５厚肉金属部品
５０本体
５１歯型
５２歯溝
５３軸孔

Ｓ出発素材
Ｗ打ち抜き原ブランク
Ｗ′ 打ち抜き原ブランク
Ｗ₀ トリミング原ブランク
Ｗ₁ 粗型歯型付ワーク
Ｗ₁ （ａ）粗型歯型付ワーク
Ｗ₁ （ｂ）粗型歯型付ワーク
Ｗ₂ 第一中間ワーク
Ｗ₃ 第二中間ワーク
Ｗ₄ 仕上げワーク

Ｌ₀ 原ブランク線
Ｌ₁ 粗型歯型線
Ｌ₂ 中間（一次）シェービング線
Ｌ₃ 中間（二次）シェービング線
Ｌ₄ 仕上げシェービング線
Ｌ₁₁ 歯頂線
Ｌ₁₂ 歯溝底線

ｐ歯型ピッチ寸法
ｔ肉厚寸法
ｈ歯高寸法
Ｍ素材マージン
Ｍ₀ トリミングマージン
Ａ卓上照明器具

Claims

出発素材である平板状金属素材から、難加工形状を具えた厚肉金属部品を機械プレス加工により製造する方法であって、この厚肉金属部品は本体部側面に多数の細ピッチの歯型を具えるものであり、歯型ピッチ寸法Ｐは、本体部の肉厚ｄに対して最大１／３ｄの寸法であり、また歯高寸法と歯型ピッチ寸法との比は１／２〜１／１であり、
この厚肉金属部品を加工するにあたっては、粗型ブランク抜きプレス工程と、粗型歯型成形プレス工程と、中間仕上げプレス工程と、製品仕上げプレス工程と、を経るものであり、
前記粗型ブランク抜きプレス工程では、出発素材から粗型ブランクを打ち抜き、
続く前記粗型歯型成形プレス工程では、粗型ブランクにおける本体部のマージンをしごき除けるとともに、歯型が成形される部位には、粗型歯型となる凹凸条を現出させるように粗型ブランクにおけるマージンをしごき除けるものであり、
更に前記中間仕上げプレス工程では、しごき除けられたマージンを打ち抜き除去させる加工と、前記粗型歯型の中間シェービングにより中間歯型の形状を現出させる加工とを行うものであり、この中間シェービングは、複数回に亘って行われ、且つ中間シェービングは、歯溝側でシェービングしろを大きく採って行われるものであり、
更に前記製品仕上げプレス工程では、前記中間歯型の仕上げシェービングにより、仕上げ寸法を現出させる加工を行うものであり、この製品仕上げプレス工程における仕上げシェービングしろは、中間歯型の全範囲に亘って設けられ、且つ歯溝側を小さい寸法とすることによって、製品歯型を得ることを特徴とする難加工形状を具えた厚肉金属部品の製造方法。
前記出発素材の肉厚は、５ｍｍ〜１２ｍｍのものが適用されることを特徴とする請求項１記載の難加工形状を具えた厚肉金属部品の製造方法。
前記歯型と歯溝とは、他部材に形成された同形状の歯型と歯溝とに対して、噛み合い自在な形状であることを特徴とする請求項１または２記載の難加工形状を具えた厚肉金属部品の製造方法。