JP6300317B2

JP6300317B2 - サイジング金型

Info

Publication number: JP6300317B2
Application number: JP2014085305A
Authority: JP
Inventors: 久保　博; 博久保; 守今村
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: JP2015206062A

Description

この発明は、各種機械部品の寸法矯正に利用するサイジング金型に関する。

例えば、粉末冶金法で製造される内接歯車ポンプのポンプロータは、粉末の成形体を焼結した後に、サイジングを実施して寸法精度を高めることが行われている。

従来実施されているサイジングの一例の概要を図６に示す。同図は、リング状部品のサイジングを例に挙げたものである。

例示のサイジング金型１は、ダイ２と、上パンチ３と、下パンチ４と、コアロッド５を組み合わせているが、コアロッドの無い金型を使用して穴の無い部品のサイジングを行うこともなされている。

また、図６に示したサイジング金型のダイ２は、成形孔６がストレート穴になっているが、成形穴の内面に突起を設けた下記特許文献１に示されるようなダイを使用して部品の表面の緻密化などの要求に応えることも行われている。

特開２０１２−０００６４６号公報

図６に示したような金型を使用して行うサイジングは、サイジングプレス機の機構上の制約により、上からの加圧のみでサイジング対象の部品を圧縮する。

それが原因で、図７に示すように、部品の上パンチ側（上パンチに加圧される側）寸法が下パンチ側（下パンチに受けられる側）寸法よりも大きくなる傾向がある。

このように、上パンチ側寸法と下パンチ側寸法に差が生じた部品は、上記寸法差の大きさ次第では要求仕様を満たさない不良品となる。

また、上パンチ側寸法が下パンチ側寸法よりも大きくなると、図７からわかるように、部品１０の端面１１，１２に対する内周面１３と外周面１４の直角度も低下する。

サイジング対象が先に述べた内接歯車ポンプのポンプロータであると、直角度の低下はポンプ性能の低下に繋がる。また、その部品が上記ポンプロータや歯車などの噛合い機械部品であると、直角度の低下は異音や油もれ（リーク不良）などの発生原因ともなる。

なお、上記特許文献１は、部品をダイに押し込むときと押し抜くときの双方においてダイの内周の突起による部品のしごきがなされるようにしている。

しかしながら、部品を下パンチで加圧してダイから押し抜くときの部品の下パンチ側圧縮量は、押し抜き時の抵抗が押し込み時の抵抗に比べて小さくなることから上パンチ側圧縮量に比べて小さくなる。

このために、サイジングによって部品の上パンチ側寸法が大きくなったり、部品の端面に対する内、外周面の直角度が低下したりする問題は、特許文献１の方法をもってしても十分に解消し得ていないのが実情である。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、サイジング金型の形状を工夫して、上加圧サイジングによって上パンチ側寸法が大きくなる傾向を示す部品の上パンチ側寸法と下パンチ側寸法の差を小さく抑えられるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、下記のように設計されたダイ、即ち、サイジング代の付与された成形孔の部品圧縮部よりも下側に前記部品圧縮部を通り抜けた部品を入り込ませる圧縮調整部を設け、その圧縮調整部の孔形状を下側が上側よりも拡径するテーパ孔にしたダイを備え、そのダイの前記成形孔にサイジング対象の部品を上パンチで加圧して押し込み、さらに、前記圧縮調整部に入り込んだ部品を下パンチで前記成形孔から押し抜くようにしたサイジング金型を提供する。

上記したサイジング金型を用いれば、サイジングされた部品の上パンチ側寸法と下パンチ側寸法の差が小さく抑えられて部品の端面に対する内、外周面の直角度が向上する。

この発明のサイジング金型の一例を示す断面図である。図１のサイジング金型のダイの拡大断面図である。図２のダイの圧縮調整部形成部をさらに拡大した断面図である。この発明のサイジング金型でサイジングする部品の一例を示す斜視図である。この発明のサイジング金型でサイジングする部品の他の示す斜視図である。サイジング金型の従来例を示す断面図である。従来金型でサイジングを行った部品の一例を、端面に対する内、外周面の直角度の低下を誇張して示す断面図である。

以下、この発明のサイジング金型の実施の形態を添付図面の図１〜図３に基づいて説明する。

図１に例示したサイジング金型１は、ダイ２と、上パンチ３と、下パンチ４と、コアロッド５を備えたものである。

孔付き部品は、コアロッドを併用することで内外周の矯正が行える。サイジング対象が孔の無い部品である場合には、コアロッド５の無いサイジング金型を用いることになる。

図１のサイジング金型のダイ２には、図２に示すように、成形孔６の軸方向途中に突起によって構成された部品圧縮部（部品をしごくサイジング代の付与された部分）６ａが設けられている。

また、その部品圧縮部６ａよりも下側に、部品圧縮部６ａを通り抜けた部品を入り込ませる圧縮調整部６ｂが設けられている。

その圧縮調整部６ｂは、孔形状が、孔の下側が上側よりも拡径するテーパ孔になっている。

その圧縮調整部６ｂのテーパ勾配の適正値は、サイジングする製品によって加圧力が異なるため、製品の種類などによって変化すると考えられる。

生産実績のある製品（自動車の変速機のクラッチハブや可変バルブタイミング機構のベーンハウジングなど）のサイジング金型に関しては、孔の片側でのテーパ勾配θ（図３参照）は、０°０２′前後が適当であった。その０°０２′前後の勾配設定で期する効果が確実に得られた。

ただし、そのテーパ勾配θの値は、０°０２′である必要はない。生産実績のある製品の場合、上パンチ側と下パンチ側との間に５０μｍ程度の径差が生じているので、テーパ勾配θは、圧縮調整部６ｂの上端での孔径と下端での孔径の差が、好ましくは、半径で３０μｍ以上確保される範囲に設定するとよい。

その圧縮調整部６ｂを設けた成形孔６に対してサイジング対象の部品１０を上パンチ３で加圧して押し込み、さらに、圧縮調整部６ｂに入り込んだ部品１０を下パンチ４で成形孔６から押し抜くようにしている。

サイジング対象部品を上パンチで加圧して成形孔に押し込む上加圧サイジングによると、部品の上パンチ側の圧縮量が下パンチ側の圧縮量よりも大きくなることから、部品をダイから抜き出した際のスプリングバック量も上パンチ側が大きくなり、その結果、サイジングを施した部品は、図７に示したように、上パンチ側の寸法が下パンチ側よりも大きくなって端面１１，１２に対する内周面１３、外周面１４の直角度が低下する。

圧縮調整部６ｂは、その不具合を解消する働きをする。即ち、成形孔６に押込まれた部品が圧縮調整部６ｂに入り込むと、圧縮調整部６ｂは下側が拡径しているので、部品の下側が上側よりも大きく拡径する。

そのために、下側の拡径量と成形孔６から抜き出したときの上側のスプリングバックによる拡径量が相殺しあって部品の上下の内、外径寸法の差が小さくなる。

なお、図２のダイは、成形孔６の内面の軸方向途中に突起を設けてその突起の設置部を部品圧縮部６ａとなしたが、成形孔６は、図６のようなストレート孔に上記圧縮調整部６ｂを追設した形状であっても差し支えない。

サイジング対象部品の一例を図４及び図５に示す。図４の部品は可変バルブタイミング機構のベーンハウジング、図５の部品は自動車の変速機のクラッチハブである。

この発明のサイジング金型の性能評価試験を行った。
その試験は、ダイの成形孔の軸方向途中に突起を設けて部品圧縮部を構成し、その部品圧縮部の下側に、下側拡大のテーパ孔で構成される圧縮調整部を設けたサイジング金型を使用して図４、図５の部品のサイジングを行った。

図４の部品１０（可変バルブタイミング機構のベーンハウジング）は、外径Ｄ：φ８３ｍｍ、内径小径部ｄ１：φ５２ｍｍ、内径大径部ｄ２：φ７５ｍｍ、長さＬ：２７ｍｍである。

また、図５の部品１０（変速機のクラッチハブ）は、外周の歯（外歯）の歯先円径Ｄ：φ１０７ｍｍ、外歯の歯底円径ｄ１：φ１０３ｍｍ、中心孔のスプライン歯底円径ｄ２：φ４６ｍｍ、中心孔のスプライン歯先円径ｄ３：φ４３ｍｍ、厚みｔ：１９ｍｍである。

図４、図５の部品は、どちらも２ｗｔ％Ｃｕ−０．８ｗｔ％Ｃ−その他成分１．０ｗｔ％以下、残部Ｆｅの組成の材料で形成されている。それらの部品の成形密度は、６．９ｇ／ｃｍ^３〜７．０ｇ／ｃｍ^３である。

ダイの成形孔に設けた圧縮調整部（テーパ孔）のテーパ勾配は、片側で０°０２′とした。また、上パンチによるダイの成形孔への押し込み圧（サイジング圧）は、１００ＴＯＮ〜１５０ＴＯＮとした。

この条件でサイジングを行った部品の上部と下部のオーバーピン径を測定してその差を求めた。

図４の部品１０（可変バルブタイミング機構のベーンハウジング）は、内径大径部の上部と下部及び内径小径部の上部と下部の寸法径を測定して上下の測定値の差を求め、その差をばらつきとして試料個数３０個のばらつきの平均値を調べた。

また、図５の部品１０（変速機のクラッチハブ）は、外歯の上部と下部のオーバーピン径を測定して上下の測定値の差を求め、その差をばらつきとして試料個数３０個のばらつきの平均値を調べた。

その結果、図４の部品１０については、そのばらつきの平均値が内、外径とも０．０２５ｍｍ、図５の部品１０については、そのばらつきの平均値が０．０５ｍｍであった。

テーパの圧縮調整部の無いサイジング金型でサイジングを行った場合には、図４の部品１０は試料個数３０個のばらつきの平均値が内、外径とも０．０５ｍｍ、図５の部品１０は試料個数３０個のばらつきの平均値が０．１ｍｍであった。

従って、圧縮調整部のある金型でのサイジングでは、図４、図５のどちらの部品も上下の寸法ばらつきが半減したことになる。

この試験結果からわかるように、圧縮調整部のある金型でサイジングを行うと、上パンチに加圧される側と下パンチに受けられる側の内、外径寸法の差が小さくなる。

これにより、寸法精度の要求が厳しい部品のサイジングでは不良発生率が低下する。また、内、外径寸法の差が小さくなることで部品の端面に対する内、外周面の直角度も向上する。

なお、以上の説明はサイジング対象として可変バルブタイミング機構のベーンハウジングと変速機のクラッチハブを例に挙げたが、この発明のサイジング金型は、例示した部品以外の機械部品のサイジングにも利用することができる。

この発明のサイジング金型を、端面に対する内、外周面の直角度が重視される機械部品、例えば、内接歯車ポンプのポンプロータや歯車などの噛合い部品のサイジングに利用すると、ポンプの性能向上、製品の作動音の低減などに繋がる。

１サイジング金型
２ダイ
３上パンチ
４下パンチ
５コアロッド
６成形孔
６ａ部品圧縮部
６ｂ圧縮調整部
１０サイジング対象の部品
１１，１２端面
１３内周面
１４外周面

Claims

上下に貫通した成形孔と、その成形孔の軸方向途中の突起によって構成されてサイジング対象の部品をしごくサイジング代が付与された部品圧縮部と、その部品圧縮部よりも下側に位置し、前記部品圧縮部を通り抜けた部品を入り込ませる圧縮調整部とを有するダイを備え、
そのダイの前記成形孔にサイジング対象の部品を上パンチで加圧して押し込み、さらに、前記圧縮調整部に入り込んだ部品を下パンチで前記成形孔から押し抜くようにしたサイジング金型であって、
前記圧縮調整部の孔形状を、下側が上側よりも拡径するテーパ孔にしたサイジング金型。
圧縮調整部を構成するテーパ孔のテーパ勾配を、片側で０°０２′に設定した請求項１に記載のサイジング金型。
部品の貫通孔に通すコアロッドを含ませた請求項１又は請求項２に記載のサイジング金型。