JP6255205B2 - 鍛造成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、鍛造成形装置に関するものである。

従来、鍛造された内周面を有する被加工材に対し、その内径にキー溝やスプライン等（以下、単に「溝」という。）の加工が行われる場合がある。例えば、特許文献１には、まず、円盤状の被加工材を鍛造することによって中央に貫通孔を有するリング状の中間成形品を成形し、その後、その中間成形品の内周面にブローチ加工により溝を形成することにより最終成形品を成形する成形方法が開示されている。

特開２０１３−０４０６５２号公報

上記特許文献１に記載されるような成形方法では、鍛造成形及びブローチ加工がそれぞれ別の設備で順に実行される必要があることから、被加工材から所望の最終成形品を得るまでの工数が多く、生産性の向上が困難であるという課題がある。具体的には、特許文献１に記載の成形方法を実行するためには、通常、まず、被加工材を鍛造する鍛造装置の挟持部に前記被加工材が挟持され、この挟持された被加工材が鍛造されることにより前記中間成形品が成形される。その後、鍛造装置の挟持部から前記中間成形品が取り外され、当該中間成形品がブローチ加工装置の挟持部に挟持される。そして、前記中間成形品の内周面がブローチで切削加工されることによって溝が形成される。このように、上記の成形方法は非常に煩雑な作業を伴う。

さらに、前記中間成形品の成形と当該中間成形品への溝の形成とがそれぞれ別の装置で行われることに起因して溝の加工精度も低下する懸念がある。具体的には、鍛造装置で被加工材を鍛造することにより成形された中間成形品の公差に起因し、この中間成形品が正規の姿勢から僅かにずれた姿勢でブローチ加工装置の挟持部に挟持される場合がある。この場合、ブローチ加工の加工精度は著しく低下する。

本発明の目的は、容易に、生産性の向上と内径への高精度の溝の形成との双方を達成可能な鍛造成形装置及び成形方法を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明者らは、被加工材への内周面の形成と当該内周面への溝の形成とを単一のインナーパンチで行うことに想到した。しかしながら、被加工材への内周面の形成と溝の形成とを同時に行うと、インナーパンチと被加工材との間に生じる摩擦が大きくなり、インナーパンチに焼き付きが発生することが懸念される。

そこで、本発明は、鍛造成形装置であって、貫通孔を有する被加工材を載置可能なダイと、前記被加工材の貫通孔を取り囲む内周面を加工するインナーパンチと、前記インナーパンチが前記被加工材に向かう送り方向に変位することによって当該被加工材に衝突する衝突位置と前記インナーパンチが前記送り方向と反対の離間方向に変位することによって前記被加工材から離間する離間位置との間で当該インナーパンチを繰り返し変位させるインナーパンチ駆動部と、を備え、前記インナーパンチは、前記被加工材の内周面を鍛造する鍛造部と、前記送り方向について前記鍛造部の後方に形成された溝形成部とを有し、前記鍛造部は、前記送り方向について前記ダイに載置される被加工材と対向する位置に形成されかつ前記被加工材の内周面を鍛造することにより前記送り方向と直交する方向の断面の内周面を前記送り方向の全域にわたって均一な基準内周面とする形状を有し、前記溝形成部は、前記送り方向について前記鍛造部の後端から外側に突出しており前記基準内周面に溝を形成可能な形状を有する鍛造成形装置を提供する。

本発明によれば、前記鍛造部によって被加工材に前記基準内周面が形成された後に当該基準内周面に前記溝形成部によって溝が形成され、しかも、前記インナーパンチが前記被加工材への衝突と離間とを繰り返しながら変位することによって前記インナーパンチと前記被加工材との間に生じる摩擦が大幅に低減されるので、前記鍛造部及び前記溝形成部の双方への焼き付きの発生が抑制され、これにより単一のインナーパンチを用いて被加工材の内周面の鍛造と前記基準内周面への溝の形成とを単一の工程で行うことが可能となる。具体的には、前記鍛造部によって被加工材に前記送り方向と直交する方向の断面の内周面が前記送り方向の全域にわたって均一な基準内周面が形成され、この基準内周面に前記溝形成部によって溝が形成されることから、前記基準内周面に溝が形成される段階では、被加工材の断面減少率が一定、すなわち、溝形成部に作用する圧力が均一となるので、前記インナーパンチと前記被加工材との間に生じる摩擦が低減される。さらに、前記インナーパンチが前記被加工材への衝突と離間とを繰り返しながら変位すること、すなわち、インナーパンチが前記送り方向に被加工材を押し込むことによって生じる被加工材の余肉からインナーパンチの受ける抵抗が大きくなり過ぎる前に当該インナーパンチが被加工材から離間することで前記抵抗を低減しながら被加工材を前記送り方向に押し込むことも相まって、前記インナーパンチと前記被加工材との間に生じる摩擦が大幅に低減される。よって、前記鍛造部及び前記溝形成部の双方への焼き付きの発生が抑制され、被加工材の内周面の鍛造と前記基準内周面への溝の形成とを単一の工程で行うことが可能となる。したがって、従来のようなブローチ工程が省略され、被加工材から所望の成形品を得るまでの工数が削減される。このため、従来行われていた工程、つまり、鍛造された後の中間成形品を鍛造装置とは別のブローチ加工装置に設置し直す工程が省略され、これにより前記中間成形品の公差に起因する溝の加工精度の低下が回避されるので、高精度の溝の形成が可能となる。

この場合において、前記鍛造部は、前記送り方向について前記溝形成部の先端から当該送り方向に向かって延び、かつ、前記送り方向と平行な外周面を有するガイド部を含むことが好ましい。

このようにすれば、前記ガイド部が前記基準内周面によるガイドを受けた状態、すなわち、前記ガイド部の前記送り方向と直交する方向への変位が抑制された状態で前記送り方向及び前記離間方向に沿って変位する前記溝形成部によって前記基準内周面に溝が形成されるので、溝の加工精度がさらに向上する。

また、本発明において、前記インナーパンチの外側に配置されたアウターパンチをさらに備え、前記ダイは、前記被加工材の外周面を取り囲むとともに前記被加工材の外形を形成可能な形状の外形形成部を有し、前記アウターパンチは、前記被加工材が拡張することにより当該被加工材の外面が前記外形形成部に密着するように当該外径形成部に対して前記被加工材を前記送り方向に押し付けることが可能な形状を有することが好ましい。

このようにすれば、前記ダイから被加工材を取り外すことなく当該被加工材の内径に加えて外径が加工され、さらに、前記アウターパンチは、前記被加工材が拡張することにより当該被加工材の外面が前記外形形成部に密着するように当該外径形成部に対して前記被加工材を前記送り方向に押し付け可能な形状を有するので、このアウターパンチが被加工材を前記外形形成部に押し付けた状態、すなわち、前記被加工材の前記ダイに対する前記送り方向と直交する方向への変位が前記ダイで拘束された状態で前記インナーパンチにより前記被加工材を加工することにより、被加工材の内径の加工精度がさらに高くなる。

また、本発明において、前記インナーパンチ駆動部は、前記インナーパンチが最初に前記被加工材に接触した位置から当該インナーパンチの前記送り方向への変位量が増加するにしたがって、前記インナーパンチが前記被加工材を押し込む押込力を増大させる押込力設定部を有することが好ましい。

このようにすれば、前記インナーパンチによる被加工材の内周面の円滑な加工が可能となる。通常、インナーパンチの前記送り方向への変位量が増加するにしたがって被加工材の余肉が生じるので、前記押込力は徐々に大きくなる。このため、例えば前記押込力が一定の場合、インナーパンチの前記送り方向への変位量（インナーパンチによる内周面の加工速度）が次第に低下する。これに対し、本発明では、インナーパンチの前記送り方向への変位量が増加するにしたがって前記押込力が次第に増大するので、内周面の円滑な加工が可能となり、これにより生産性が向上する。

また、本発明において、前記インナーパンチ駆動部は、前記インナーパンチが前記衝突位置から前記離間位置に向かって変位する速度を調整可能な速度調整部を有することが好ましい。

このようにすれば、被加工材の素材や形状に柔軟に対応しながら当該被加工材を加工することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、容易に、内径への高精度の溝の形成と生産性の向上との双方を達成可能な鍛造成形装置及び成形方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の鍛造成形装置の概略を示す図である。 図１の鍛造成形装置の概略を示す図である。 図１に鍛造成形装置のインナーパンチの底面図である。 インナーパンチ駆動部の構成を示す図である。 インナーパンチとこのインナーパンチに作用する抵抗との関係を示すグラフである。

本発明の一実施形態の鍛造成形装置について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１及び図２に示されるように、本実施形態の鍛造成形装置は、被加工材１０を載置可能なダイ２０と、インナーパンチ３０と、アウターパンチ４０とを備えている。また、本鍛造成形装置は、図４に示されるように、インナーパンチ３０を駆動するインナーパンチ駆動部５０を備えている。本鍛造成形装置では、ベベルギア、デファレンシャルサイドギア、ハイポイドリングギア、スパーギア、スリーブヨーク、その他異形形状を有する成形品の成形が可能である。なお、図１では、インナーパンチ３０の中心軸Ｏよりも左側には、インナーパンチ３０及びアウターパンチ４０がともに被加工材１０に接触する前の状態が示されており、中心軸Ｏよりも右側には、アウターパンチ４０が被加工材１０をダイ２０に押し付けるとともにインナーパンチ３０が被加工材１０の内径を加工している途中の状態が示されている。図２では、中心軸Ｏよりも左側には、アウターパンチ４０が被加工材１０をダイ２０に押し付けるとともにインナーパンチ３０が被加工材１０の内径を加工している途中の状態が示されており、中心軸Ｏよりも右側には、インナーパンチ３０による被加工材１０の内径の加工が終了した状態が示されている。また、以下の説明では、図１及び図２の下側を下方または前方とし、図１及び図２の上側を上方または後方とする。

被加工材１０は、貫通孔を取り囲む内周面１０ａを有する環状の部材である。具体的には、冷間、温間又は熱間鍛造成形された素材の中央がピアシングされることにより、貫通孔を有する被加工材１０が形成される。なお、図１の中心軸Ｏの右側及び図２の中心軸Ｏの左側において、加工前の内周面１０ａの位置が二点鎖線で示されている。

ダイ２０は、被加工材１０を載置可能でかつ被加工材１０の外形を形成可能な形状の外形形成部２２を有する。外形形成部２２は、被加工材１０の周囲を取り囲む凹状となっている。本実施形態のダイ２０は、インナーパンチ３０及び被加工材１０の抜きカス１４（図２を参照）の挿通を許容する空間を取り囲む内周面２４を有する。外形形成部２２の下端は、内周面２４の上端とつながっている。

インナーパンチ３０は、図１及び図２に示されるように、上下方向に繰り返し変位しながら被加工材の内周面１０ａを加工する工具である。より具体的には、インナーパンチ３０は、インナーパンチ３０が被加工材１０に向かう送り方向（図１及び図２の下方）に変位することによって当該被加工材１０に衝突する衝突位置と、インナーパンチ３０が前記送り方向と反対の離間方向（図１及び図２の上方）に変位することによって被加工材１０から離間する離間位置との間を繰り返し変位しながら被加工材の内周面１０ａを加工する。インナーパンチ３０のこの動作は、インナーパンチ駆動部５０によって実現される。この点については、後に詳述する。具体的に、インナーパンチ３０は、被加工材１０の内周面１０ａを鍛造する鍛造部３２と、被加工材１０にキー溝やスプライン等の溝を形成する溝形成部３４とを有している。

鍛造部３２は、ダイ２０に載置された被加工材１０と対向する位置に形成されている。図２に示されるように、鍛造部３２は、被加工材１０の内周面１０ａを鍛造することにより当該被加工材１０に基準内周面１０ｂを形成する。基準内周面１０ｂは、中心軸Ｏの軸方向と直交する方向の断面の内周面が前記軸方向の全域にわたって均一な形状の内周面である。図３に示されるように、鍛造部３２は、前記軸方向と直交する面と平行な平坦部３２ａと、この平坦部３２ａから前記軸方向について上方に延びる形状の傾斜部３２ｂと、前記軸方向（送り方向）と平行な外周面を有するガイド部３２ｃとを有する。平坦部３２ａは、インナーパンチ３０の先端（図１では下端）に形成されている。傾斜部３２ｂは、平坦部３２ａの外縁から上方に向かうにしたがって次第にその外径が大きくなる形状を有する。ガイド部３２ｃは、傾斜部３２ｂの上端から上方に向かって延びて溝形成部３４につながる形状、換言すれば、溝形成部３４の先端（図１では下端）から送り方向に沿って延びて傾斜部３２ｂの外縁につながる形状を有する。ガイド部３２ｃの外径は、平坦部３２ａのそれよりも大きくなっている。本実施形態では、平坦部３２ａ及び傾斜部３２ｂは、円すい台形状となっており、ガイド部３２ｃは、円柱状となっている。すなわち、被加工材１０の内周面１０ａはガイド部３２ｃによって基準内周面１０ｂとなるように加工される。

溝形成部３４は、前記送り方向について鍛造部３２の直後（図１では鍛造部３２のすぐ上側）に形成されており、鍛造部３２によって形成された基準内周面１０ｂに溝を形成する。この溝形成部３４は、基部３４ａと、突出部３４ｂとを有する。

基部３４ａは、ガイド部３２ｃの後端から上方に向かって延びる形状を有する。本実施形態では、基部３４ａは軸方向に長い形状となっており、全体として円柱状となっている。

突出部３４ｂは、基部３４ａの外面から外側（中心軸Ｏから離れる側）に向かって突出するとともに軸方向に長い形状を有する。突出部３４ｂは、ガイド部３２ｃの後端から上方に向かうにしたがって次第に外側への突出量が増すテーパ部を有する。本実施形態では、図３に示されるように、複数の突出部３４ｂが中心軸Ｏ回りに等間隔に配置されている。なお、図１及び図２では、当該図の左右に位置する突出部３４ｂのみが示されている。

インナーパンチ駆動部５０によってインナーパンチ３０が駆動されると、上下方向に往復動するように変位する鍛造部３２によって被加工材１０の内周面１０ａに基準内周面１０ｂが先行して形成され、それに引き続き上下方向に往復動するように変位する溝形成部３４によって基準内周面１０ｂに溝１０ｃが形成される。そして、インナーパンチ３０による被加工材１０の内径の加工が終了したときに被加工材１０の抜きカス１４がダイ２０の内周面２４の内側において下方に落下する。

アウターパンチ４０は、インナーパンチ３０の外側に配置されている。アウターパンチ４０は、円筒状であり、ダイ２０の外形形成部２２に載置された被加工材１０を前記送り方向に押し付ける。具体的には、アウターパンチ４０の下端には前記軸方向と直交する面と平行な押付部４２が形成されており、この押付部４２で被加工材１０の周縁部を前記送り方向に押圧する。これにより、被加工材１０が拡張して当該被加工材１０の外面が外形形成部２２に密着する。このアウターパンチ４０は、インナーパンチ３０と独立して上下方向に変位可能となっている。具体的には、アウターパンチ４０は、当該アウターパンチ４０を駆動するアウターパンチ駆動部（図示略）によって駆動される。本実施形態では、アウターパンチ４０がインナーパンチ３０に先行して前記送り方向に駆動され、被加工材１０を外形形成部２２に押し付ける。

また、アウターパンチ４０には、潤滑油供給流路４４が形成されている。潤滑油供給流路４４は、アウターパンチ４０を前記軸方向と直交する方向に貫通している。本実施形態では、潤滑油供給流路４４は、中心軸Ｏ回りに９０度間隔で４箇所に形成されている。潤滑油供給流路４４を通じてアウターパンチ４０の外側から供給された潤滑油は、インナーパンチ３０の外面に噴射される。この潤滑油は、インナーパンチ３０の外面を下方へ伝っていき、被加工材１０の内周面１０ａに至る。よって、インナーパンチ３０と被加工材１０との間の摩擦が低減される。本実施形態では、潤滑油は、１秒間に１回のペースで噴射される。

次に、図４を参照して、インナーパンチ駆動部５０について説明する。

インナーパンチ駆動部５０は、上下方向に伸縮可能な油圧シリンダ５００と、この油圧シリンダ５００を伸縮方向に駆動する油圧系統５０２とを有する。

油圧シリンダ５００は、ピストン５０７と、これを昇降可能に収容するシリンダ本体５０１と、ロッド５０８と、を有し、前記ピストン５０７は前記シリンダ本体５０１内を上側のヘッド室５０１ａと下側のロッド室５０１ｂとに分離するように当該シリンダ本体５０１内に装填されている。前記ロッド５０８は、前記ピストン５０７から前記シリンダ本体５０１の下端を超えて下方に延び、このロッド５０８の下端５０８ａにインナーパンチ３０の上端が接続されている。よって、油圧シリンダ５００の伸縮、すなわち、前記ピストン５０７及びロッド５０８の上下方向の変位に合わせて、インナーパンチ３０が上下方向に変位する。

油圧系統５０２は、油圧ポンプ５０３と、吐出流量調整部５０５と、切換弁５１０と、シーケンス弁５３０と、圧力設定部５３６と、流量調整弁５４０と、流量調整部５４６と、緩衝部５５０と、初期位置調整部５６０とを有している。

油圧ポンプ５０３は、前記吐出流量調整部５０５から出力される電気信号に応じて、その吐出流量が調整可能な可変容量形ポンプである。この油圧ポンプ５０３は、回転数を調整可能なモータ５０４に接続されている。つまり、油圧ポンプ５０３からの吐出流量は、前記レギュレータ及びモータ５０４の回転数の双方によって調整可能となっている。前記レギュレータ及びモータ５０４の回転数、すなわち、油圧ポンプ５０３からの作動油の吐出量は、油圧ポンプ５０３及びモータ５０４に接続された吐出流量調整部５０５によって調整される。

切換弁５１０は、第一油路５２１を介して油圧ポンプ５０３と接続されており、第二油路５２２を介してヘッド室５０１ａと接続されており、第三油路５２３を介してロッド室５０１ｂと接続されており、第四油路５２４を介してタンクＴと接続されている。切換弁５１０は、油圧ポンプ５０３から吐出された作動油を第一油路５２１及び第二油路５２２を介してヘッド室５０１ａに導くとともにロッド室５０１ｂから戻り油を第三油路５２３及び第四油路５２４を介してタンクＴに導くシリンダ下げ位置５１０ｂと、油圧ポンプ５０３から吐出された作動油を第一油路５２１及び第三油路５２３を介してロッド室５０１ｂに導くとともにヘッド室５０１ａから戻り油を第二油路５２２及び第四油路５２４を介してタンクＴに導くシリンダ上げ位置５１０ａとの間でスプールを切り換え可能な油圧パイロット式の２位置切換弁である。

切換弁５１０は、第一パイロット室５１１と、第二パイロット室５１２と、ばね５１３とを有している。ばね５１３は、スプールがシリンダ下げ位置５１０ｂとなる方向に当該スプールを常時付勢している。このため、第一パイロット室５１１にパイロット圧が作用していないときは、スプールはシリンダ下げ位置５１０ｂに維持される。前記第一パイロット室５１１は、第一パイロットライン５３１を介して前記第一油路５２１に接続され、この第一パイロットライン５３１を通じて前記第一油路５２１から第一パイロット室５１１にパイロット圧が供給されたときは、当該パイロット圧がばね５１３の付勢力に抗してスプールをシリンダ上げ位置５１０ａに切り換える。前記第二パイロット室５１２は、第二パイロットライン５３２を介して前記第四油路５２４に接続され、この第二パイロットライン５３２を通じて前記第四油路５２４から第二パイロット室５１２に供給されるパイロット圧は、前記ばね５１３とともに、スプールがシリンダ下げ位置５１０ｂとなる方向に当該スプールを付勢する。

シーケンス弁５３０は、前記第一パイロットライン５３１の途中に設けられ、その開弁及び閉弁によって当該第一パイロットライン５３１の開通及び遮断を行う。シーケンス弁５３０は、その一次圧、すなわち、第二油路５２２を介して前記ヘッド室５０１ａに接続される第一油路５２１の圧力、が前記圧力設定部５３６により設定される設定圧を超えたときに開弁する。より具体的には、インナーパンチ３０が被加工材１０に接触して当該被加工材１０から抵抗を受けることにより当該インナーパンチ３０及び油圧シリンダ５００のピストン５０７の下降が抑制されてヘッド室５０１ａに作用する圧力及び第一油路５２１の圧力が上昇し、当該第一油路５２１の圧力が前記設定圧に対応する圧力を超えたときに、シーケンス弁５３０が開く。そうすると、第一パイロットライン５３１が開通されて第一パイロット室５１１にパイロット圧が作用する。また、これと同時に、第一パイロットライン５３１に供給された作動油は、絞り弁５３５を経由して第二パイロットライン５３２にも供給される。なお、シーケンス弁５３０は、ヘッド室５０１ａの圧力が前記設定値を下回ったときに閉じる。

本実施形態のシーケンス弁５３０は比例電磁式の弁であり、当該シーケンス弁５３０の設定圧を外部の圧力設定部５３６によって調整可能となっている。シーケンス弁５３０の設定圧は、インナーパンチ３０が被加工材１０を押し込む押込力に相当するため、圧力設定部５３６は「押込力設定部」に相当する。図５に示されるように、圧力設定部５３６は、インナーパンチ３０が最初に被加工材１０に接触した位置（初期位置）から当該インナーパンチ３０の前記送り方向への変位量が増加するにしたがって前記押込力が大きくなるように前記設定圧を増大させる。

流量調整弁５４０は、第二パイロットライン５３２に設けられている。この流量調整弁５４０の開度が調整されることにより第二パイロット室５１２へ流入する作動油の流量、すなわち、第二パイロット室５１２に作用するパイロット圧が調整される。本実施形態の流量調整弁５４０は比例電磁式の弁であり、当該流量調整弁５４０の開度は外部の流量調整部５４６によって調整可能となっている。流量調整弁５４０の開度が小さくなれば、第二パイロット室５１２に作用するパイロット圧が小さくなるので、スプールがシリンダ下げ位置５１０ｂに戻る速度が小さくなり、よって油圧シリンダ５００のピストン５０７及びインナーパンチ３０が上昇する速度も小さくなる。換言すれば、流量調整部５４６は、流量調整弁５４０の開度を調整することによってインナーパンチ３０が離間方向へ変位する速度を調整する「速度調整部」を構成する。本実施形態では、油圧シリンダ５００の変位速度は、速度調整部によって５〜８００ｓｐｍの間で調整可能となっている。

緩衝部５５０は、第四油路５２４に設けられており、各油路での作動油の振動を低減させる。緩衝部５５０は、作動油を蓄えることが可能なアキュームレータ５５１と、第四油路５２４のうちアキュームレータ５５１よりもタンクＴ側に設けられた絞り弁５５２と、この絞り弁５５２と並列に接続された逆止弁５５３とを有する。

初期位置調整部５６０は、油圧シリンダ５００におけるピストン５０７及びインナーパンチ３０の上下方向についての初期位置を調整するためのものである。初期位置調整部５６０は、電磁切換弁５６１と、逆止弁を含む背圧保持部５６６と、パイロット式の可変流量調整弁を含む調整部５６７とを有する。電磁切換弁５６１は、中立位置５６１ａ、シリンダ下げ位置５６１ｂ及びシリンダ上げ位置５６１ｃの３位置の間で切換操作される電磁式の３位置切換弁である。電磁切換弁５６１は、パイロットライン５６４、第二油路５２２及び第三油路５２３に接続されている。この電磁切換弁５６１の位置を外部からオペレータが切り換え操作することにより油圧シリンダ５００及びインナーパンチ３０の初期位置が調整される。具体的には、オペレータは、インナーパンチ３０の下端が被加工材１０の上端に当接する位置を初期位置として設定する。

なお、第二油路５２２および第三油路５２３には、それぞれパイロットチェック弁５７１，５７２が設けられており、当該弁のパイロットポートは、切換弁５７３を介してパイロットラインまたはタンクラインへ接続されている。

パイロットチェック弁５７１，５７２は、ロッド５０８とインナーパンチ３０とを上下動する場合にはともに開いており、初期位置調整部５６０により、インナーパンチ３０の下端の位置を調整するときのみともに閉じるように操作される。これにより、切換弁５１０の内部漏れを気にせずに、初期位置調整を行うことができる。

また、第一油路５２１から分岐した油通路５７５には、リリーフ弁５７６が設けられている。このリリーフ弁５７６は、アンロード弁として使用されることができる。すなわち、リリーフ弁５７６のバネ側の油室は、減圧弁５７７、絞り５７８及び電磁弁５７９を順次介してタンクラインに接続されており、電磁弁５７９が開位置に操作された場合は、前記バネ側の油室をタンクへ連通することでリリーフ弁５７６はアンロード弁として機能する。また、電磁弁５７９が閉位置に操作された場合は、前記バネ側の油室とタンクとの連通が遮断され、リリーフ弁５７６は通常の安全弁として機能する。

次に、図４を参照しながら油圧シリンダ５００を用いてインナーパンチ３０を上下に繰り返し変位させる機構について説明する。

図４に示されるように、初期状態では、切換弁５１０のスプールは、ばね５１３の付勢力を受けてシリンダ下げ位置５１０ｂに保持されている。この状態で油圧ポンプ５０３が駆動されると、当該油圧ポンプ５０３から吐出された作動油が第一油路５２１及び第二油路５２２を介してヘッド室５０１ａに供給されることによって油圧シリンダ５００が伸長する（図４においてピストン５０７及びロッド５０８が下側に変位する）ので、インナーパンチ３０が下向きすなわち前記送り方向に変位する。

そして、インナーパンチ３０、より具体的には鍛造部３２が被加工材１０に衝突すると、インナーパンチ３０が被加工材１０の余肉１２から抵抗を受けることによってインナーパンチ３０及びピストン５０７の下降が抑制され、これによりヘッド室５０１ａ内の圧力及びポンプラインである第一油路５２１の圧力が上昇する。この圧力がシーケンス弁５３０の設定圧を超えると、シーケンス弁５３０が開いて第一パイロットライン５３１を開通し、これにより第一パイロットライン５３１を介して第一パイロット室５１１にパイロット圧が加わる。そうすると、切換弁５１０のスプールはシリンダ上げ位置５１０ａに切り換わる。これにより、油圧ポンプ５０３から吐出された作動油が第一油路５２１及び第三油路５２３を介してロッド室５０１ｂに供給されて油圧シリンダ５００を収縮させる（図４においてピストン５０７を上側に変位させる）ので、インナーパンチ３０が上向きすなわち前記離間方向に変位する。そうすると、ヘッド室５０１ａ内の圧力及び第一油路５２１の圧力がシーケンス弁５３０の設定圧を下回るので、シーケンス弁５３０が閉じて第一パイロットライン５３１を遮断する。従って、切換弁５１０のスプールがばね５１３の付勢力及び第二パイロット室５１２に作用するパイロット圧を受けることによって当該スプールがシリンダ下げ位置５１０ｂに切り換わる。

以上のようにスプールがシリンダ下げ位置５１０ｂとシリンダ上げ位置５１０ａとの間の切り換えを自動的に繰り返すことにより、油圧シリンダ５００のピストン５０７及びロッド５０８並びにインナーパンチ３０が一体となって上下方向の変位を繰り返す。この間、上記したように、圧力設定部５３６によってシーケンス弁５３０の設定圧が特定の初期値から時間の経過とともに徐々に増加するように調整される。

続いて、被加工材１０の加工工程を説明する。

まず、ダイ２０の外形形成部２２に被加工材１０が載置される。そして、図示略のアウターパンチ駆動部によってアウターパンチ４０が下方に駆動され、押付部４２によって被加工材１０の周縁部が下方に押し付けられる。このとき、被加工材１０が塑性変形してその外面が外向きに拡張し、当該被加工材１０の外面が外形形成部２２に密着する。これにより、被加工材１０の外形が形成される。そして、この状態で、被加工材１０は、前記送り方向と直交する方向へ変位しないようにダイ２０で拘束される。このことは、次のインナーパンチ３０による鍛造成形の精度の向上に寄与する。

続いて、オペレータは、初期位置調整部５６０を用いることによってインナーパンチ３０の下端の位置を当該下端が被加工材１０の表面に当接するように手動で調整する。図５に示されるように、本実施形態では、インナーパンチ３０の下端の初期位置を示す目盛りは約４１．０ｍｍとなっている。また、シーケンス弁５３０の設定圧（圧力設定部での設定圧）は、初期値が約４．５ＭＰａであり、その後、次第に約１１ＭＰａとなるまで上昇するように設定される。

初期状態では、切換弁５１０の位置は、ばね５１３の付勢力によりシリンダ下げ位置５１０ｂに保持されている。この状態で油圧ポンプ５０３が駆動されると、シリンダ本体５０１のヘッド室５０１ａに作動油が供給されるので、ピストン５０７、ロッド５０８及びその下端５０８ａに接続されたインナーパンチ３０が一体に下降し、当該インナーパンチ３０の先端（鍛造部３２）が被加工材１０に衝突する。このとき、被加工材１０に余肉１２が生じる。そして、インナーパンチ３０が前記余肉１２から受ける抵抗によって上昇する第一油路５２１の圧力がシーケンス弁５３０の初期設定圧である約４．５ＭＰａに到達したときにシーケンス弁５３０が開き、第一パイロット室５１１にパイロット圧が作用する。このパイロット圧は、ばね５１３の付勢力に抗しながら切換弁５１０のスプールをシリンダ上げ位置５１０ａに切り換える。そうすると、油圧ポンプ５０３から吐出された作動油がロッド室５０１ｂに供給されるので、油圧シリンダ５００のピストン５０７及びインナーパンチ３０の変位方向が逆転し、これらは被加工材１０から離間するように上昇する。これにより、前記抵抗がなくなり、ヘッド室５０１ａ内の圧力が下がって第一油路５２１の圧力がシーケンス弁５３０の初期設定圧である約４．５ＭＰａを下回った時点でシーケンス弁５３０が閉じて第一パイロットライン５３１を遮断する。このとき、切換弁５１０のスプールがばね５１３の付勢力及び第二パイロット室５１２に作用するパイロット圧によってシリンダ下げ位置５１０ｂに切り換わる。そうすると、油圧ポンプ５０３から吐出された作動油がヘッド室５０１ａに供給されるので、再び油圧シリンダ５００のピストン５０７及びインナーパンチ３０が一体に前記送り方向（下方）に変位し、インナーパンチ３０が被加工材１０に衝突する。以上の要領で、インナーパンチ３０は被加工材１０への衝突と離間とを繰り返しながら当該被加工材１０の内径を加工する。なお、本実施形態では、図５に示されるように、インナーパンチ３０による被加工材１０の加工が始まってから終了するまでの期間Ａに当該インナーパンチ３０は被加工材１０への衝突を１０回繰り返す。

通常、インナーパンチ３０の前記送り方向への変位量が増加するにしたがって、すなわち、インナーパンチ３０の下端の高さ位置が低くなるにしたがって、被加工材１０に生じる余肉１２の量が増えるので、インナーパンチ３０が被加工材１０から受ける抵抗は徐々に大きくなる。このため、例えばシーケンス弁５３０の設定圧が一定の場合、インナーパンチ３０の前記送り方向への変位量（インナーパンチ３０による内周面１０ａの加工速度）が次第に低下する。そのため、本実施形態では、図５に示されるように、時間が経過するにしたがって（インナーパンチ３０の前記送り方向への変位量が増加するにしたがって）シーケンス弁５３０の設定圧（インナーパンチ３０が被加工材１０を押し込む押込力）が約４．５ＭＰａから約１１ＭＰａに徐々に増大するように圧力設定部５３６でその圧力を設定している。よって、内周面１０ａが円滑に加工される。これにより生産性が向上する。なお、図５から、インナーパンチの位置が極小となる位置とインナーパンチが被加工材から受ける抵抗が極大となる位置とが一致していること、及びインナーパンチの位置が極大となる位置とインナーパンチが被加工材から受ける抵抗が極小となる位置とが一致していることが分かる。加えて、インナーパンチが被加工材から受ける抵抗の極大値を結ぶ線の形状が、圧力設定部での設定圧のそれに略一致していることが分かる。

インナーパンチ３０が被加工材１０の内径を加工する上記の工程では、まず、上下方向に変動する鍛造部３２が被加工材１０への衝突を繰り返すことによって当該被加工材１０に基準内周面１０ｂが形成され、その後、上下方向に変動する溝形成部３４が被加工材１０への衝突を繰り返すことによって前記基準内周面１０ｂに溝１０ｃが形成される。前記基準内周面１０ｂは、中心軸Ｏの軸方向と直交する方向の断面の内周面が前記軸方向の全域にわたって均一な形状の内周面であることから、この基準内周面１０ｂに溝形成部３４によって溝１０ｃが形成される段階では、常に被加工材１０の断面減少率が一定、すなわち、突出部３４ｂに作用する圧力が均一となる。よって、基準内周面１０ｂを形成することなく直接被加工材１０の内周面１０ａに溝を形成する場合に比べて、インナーパンチ３０と被加工材１０との間に生じる摩擦が低減される。

さらに、インナーパンチ３０が被加工材１０への衝突と離間とを繰り返しながら変位すること、すなわち、インナーパンチ３０が前記送り方向に被加工材１０を押し込むことによって生じる被加工材１０の余肉１２からインナーパンチ３０が受ける抵抗が大きくなり過ぎる前に当該インナーパンチ３０が被加工材１０から離間することで前記抵抗を低減しながら被加工材１０を前記送り方向に間欠的に押し込むことも相まって、インナーパンチ３０と被加工材１０との間に生じる摩擦が大幅に低減される。

よって、鍛造部３２及び溝形成部３４の双方への焼き付きの発生が抑制されるので、単一のインナーパンチ３０を用いて被加工材１０の内周面１０ａの鍛造と基準内周面１０ｂへの溝１０ｃの形成とを単一の工程で行うことが可能となる。したがって、従来のようなブローチ工程が省略され、被加工材１０から所望の成形品を得るまでの工数が削減される。このため、従来行われていた工程、つまり、鍛造された後の中間成形品を鍛造装置とは別のブローチ加工装置に設置し直す工程が省略され、これにより前記中間成形品の公差に起因する溝の加工精度の低下が回避されるので、高精度の溝の形成が可能となる。

また、本実施形態の鍛造部３２は、前記送り方向について溝形成部３４の先端から当該送り方向に向かって延び、かつ、前記送り方向と平行な外周面を有するガイド部３２ｃを含むことから、インナーパンチ３０が被加工材１０を加工する工程では、ガイド部３２ｃが基準内周面１０ｂによるガイドを受けた状態、すなわち、ガイド部３２ｃの前記送り方向と直交する方向への変位が抑制された状態で前記送り方向及び前記離間方向に沿って変位する溝形成部３４によって基準内周面１０ｂに溝が形成される。よって、溝１０ｃの加工精度がさらに向上する。

さらに、本実施形態では、アウターパンチ４０が被加工材１０を外形形成部２２に押し付けた状態、すなわち、被加工材１０が前記送り方向と直交する方向へ変位しないようにダイ２０で拘束された状態でインナーパンチ３０により被加工材１０が加工されるので、被加工材１０の内径の加工精度がさらに高くなる。加えて、本鍛造成形装置では、ダイ２０から被加工材１０を取り外すことなく当該被加工材１０の内径及び外径の双方が加工される。

また、本実施形態のインナーパンチ駆動部５０は、速度調整部を有することから、被加工材１０の素材や形状に柔軟に対応しながら当該被加工材１０を加工することが可能となる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、ガイド部３２ｃが前記軸方向と平行な外周面を有する形状である例が示されたが、ガイド部３２ｃは、当該ガイド部３２ｃの後端から先端に向かうにしたがって徐々にかつ僅かに縮径する形状であってもよい。

また、溝形成部３４の突出部３４ｂの形状及び個数は、上記実施形態で示した例に限られない。例えば、キー溝を形成する場合、突出部３４ｂは１つとされる。

また、本実施形態では、ガイド部３２ｃ及び基部３４ａが円柱状、すなわち、ガイド部３２ｃ及び基部３４ａの前記軸方向と直交する方向の断面が円形である例が示されたが、これらの断面形状は、円形に限られない。例えば、ガイド部３２ｃ及び基部３４ａの断面は、楕円や多角形であってもよい。

１０ 被加工材
１０ａ 内周面
１０ｂ 基準内周面
１０ｃ 溝
２０ ダイ
２２ 外形形成部
３０ インナーパンチ
３２ 鍛造部
３２ｃ ガイド部
３４ 溝形成部
３４ｂ 突出部
４０ アウターパンチ
４４ 潤滑油供給流路
５０ インナーパンチ駆動部
５００ 油圧シリンダ
５０１ シリンダ本体
５０２ 油圧系統
５０３ 油圧ポンプ
５０４ モータ
５０５ 吐出流量調整部
５１０ 切換弁
５１０ａシリンダ上げ位置
５１０ｂシリンダ下げ位置
５１１ 第一パイロット室
５１２ 第二パイロット室
５１３ ばね
５２１ 第一油路
５２２ 第二油路
５２３ 第三油路
５２４ 第四油路
５３０ シーケンス弁
５３６ 圧力設定部（押込力設定部）
５４０ 流量調整弁
５４６ 流量調整部（速度調整部）
５５０ 緩衝部
５６０ 初期位置調整部

Claims (4)

1. 鍛造成形装置であって、
   貫通孔を有する被加工材を載置可能なダイと、
   前記被加工材の貫通孔を取り囲む内周面を加工するインナーパンチと、
   前記インナーパンチが前記被加工材に向かう送り方向に変位することによって当該被加工材に衝突する衝突位置と前記インナーパンチが前記送り方向と反対の離間方向に変位することによって前記被加工材から離間する離間位置との間で当該インナーパンチを繰り返し変位させるインナーパンチ駆動部と、を備え、
   前記インナーパンチは、
   前記送り方向について前記ダイに載置される被加工材と対向する位置に形成されかつ前記被加工材の内周面を鍛造することにより前記送り方向と直交する方向の断面の内周面を前記送り方向の全域にわたって均一な基準内周面とする形状を有して前記被加工材の内周面を鍛造する鍛造部と、
   前記送り方向について前記鍛造部の後端から前記離間方向に沿って延びる形状を有する基部と、前記基部の軸方向と直交する方向について前記基部の外面から外側に向かって突出するとともに前記基準内周面に溝を形成する突出部と、を有する溝形成部とを有し、 前記インナーパンチ駆動部は、
   前記送り方向及び前記離間方向に伸縮可能であり、前記インナーパンチが前記送り方向及び前記離間方向に変位するように前記インナーパンチと接続された油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダを伸縮方向に駆動する油圧系統と、を有し、
   前記油圧系統は、
   前記油圧シリンダに接続された前記インナーパンチが前記被加工材を押し込む力である押込力に相当する設定圧を設定可能なシーケンス弁と、
   前記設定圧を調整可能な圧力設定部と、を有し、 前記圧力設定部は、前記油圧シリンダが前記衝突位置と前記離間位置との間で前記インナーパンチを繰り返し変位させる過程において、前記インナーパンチが最初に前記被加工材に接触した位置から当該インナーパンチの前記送り方向への変位量が増加するにしたがって前記インナーパンチの前記押込力が増大するように前記設定圧を増大させる鍛造成形装置。
2. 請求項１に記載の鍛造成形装置において、
   前記鍛造部は、前記送り方向について前記溝形成部の先端から当該送り方向に向かって延び、かつ、前記送り方向と平行な外周面を有するガイド部を含む鍛造成形装置。
3. 請求項１又は２に記載の鍛造成形装置において、
   前記インナーパンチの外側に配置されたアウターパンチをさらに備え、
   前記ダイは、前記被加工材の外周面を取り囲むとともに前記被加工材の外形を形成可能な形状の外形形成部を有し、
   前記アウターパンチは、前記被加工材が拡張して当該被加工材の外面が前記外形形成部に密着するように当該外形形成部に対して前記被加工材を前記送り方向に押し付けることが可能な形状を有する鍛造成形装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の鍛造成形装置において、
   前記油圧系統は、前記インナーパンチが前記衝突位置から前記離間位置に向かって変位する速度を調整可能な速度調整部をさらに有する鍛造成形装置。

Images