JP6706276B2 - 鍛造用の金型 - Google Patents

Description

本発明は金型に関し、とくに等速ジョイントの内輪など、外形が球形状ないし樽形状で、球形状部に溝を有する製品を製造するための冷間鍛造用の金型に関する。

ＦＦ車の前輪シャフトと駆動軸の連結部などに使用される等速ジョイントの内輪に使用される部品は、外形が球面状で、かつ、その表面に上下方向に延びるボール溝が形成されている。このような部品を鍛造成形する場合、上下分割式の閉塞金型で製作されるが、上下分割のため、ボール溝に上下の金型のパーティングラインが生ずる。そのため、溝部の成形精度に限界がある。

また、中心軸に対して傾斜したボール溝を有するレブロジョイント用の内輪の場合は、傾斜したボール溝があるため、上下分割式の閉塞鍛造では成形できない。この問題を解決するため、特許文献１では、放射状に配列した分割ダイスをカム機構によって半径方向に往復移動させる製造方法および製造装置が示されている。しかしこの装置では、分割ダイスを移動させるためにテーパ面からなるカム面が用いられており、成形時に分割ダイスに作用する荷重もテーパ面で受ける構造となっている。

特開２０００−１４０９８４号公報

特許文献１の装置では、分割ダイスのテーパ面で成形時の荷重を受けるので、テーパ面の面粗さの管理、テーパ面間の接触面の確保、複数の分割ダイス同士の寸法のばらつき管理などのために高い部品加工精度が要求される。また、テーパ面を介して分割ダイスの半径方向の位置決めが行われるので、高さ方向の誤差により半径方向の誤差が生ずる。そのため、プレス機械のダイハイトの調整の影響や、成形中の金型やプレス機械の温度上昇によるダイハイトの変化の影響を受けて、テーパ面の位置が変化し、分割ダイスの半径方向の位置も変化する。そのため、製品の精度が低下し、分割ダイスの寿命も短くなる。

本発明はこのような従来の成形型の問題を解消し、プレス機械のダイハイトの調整や温度変化の影響を受けても分割ダイスの位置が変化しにくく、それにより、製品の精度が高く、分割ダイスの寿命が長い、球形状部を有する成形品を成形する金型を提供することを技術課題としている。

本発明の金型１は、ダイケース１１と、そのダイケースの中央に上下移動自在に配置されるカウンタパンチ１３と、そのカウンタパンチを囲むように半径方向移動自在に配置され、内側が高い傾斜面からなるカム面１２ｆを有する、内端に加工面１５が形成された複数の分割ダイス１２と、分割ダイスを外向きに付勢する付勢部材（弾性体１４）とを備えている下型１０と；パンチケース２１と、そのパンチケースの中央に配置され前記カウンタパンチ１３と協働して材料２４を挟圧するパンチ２２と、前記カム面１２ｆを押圧して内側に移動させるカム２３とを備えている上型２０とからなる。そして前記ダイケース１１が、分割ダイス１２の移動方向と直角で内側を向いたバックアップ面１１ｆを有し、前記分割ダイス１２が、移動方向と直角で外側を向いた受圧面１２ｅを有し、前記上型２０が、分割ダイス１２の移動後に受圧面１２ｅとバックアップ面１１ｆとの間に挿入され、分割ダイス１２が受ける外向きの荷重をバックアップ面１１ｆに伝えるブロック２４を備えていることを特徴としている。

このような金型１においては、前記分割ダイス１２が外側の端面に受圧面１２ｅを有し、左右の側面に突起部１２ｃを備え、それらの突起部に前記カム面１２ｆが形成されているものが好ましい。また、前記カム２３が分割ダイス１２を半径方向内向きに移動させたときの受圧面１２ｅとバックアップ面１１ｆの間隔が、前記ブロック２４の対応する寸法よりわずかに狭くされており、それにより分割ダイス１２の移動後、ブロック２４が受圧面１２ｅとバックアップ面１１ｆの間に挿入されるときに分割ダイス１２をわずかに半径方向内向きに移動させて位置決めするように構成されているものが好ましい。また、前記上型のカム２３がブロック２４を兼ねているものであってもよい。

本発明の金型では、分割ダイスに半径方向移動用のカム面と成形荷重の受圧用の受圧面とを設けており、分割ダイスの移動後の位置決めおよび成形時の受圧は、カム面とは別個の移動方向に対し直角の受圧面で行う。このように本発明の金型では分割ダイスの移動機構と位置決め受圧機構とを分離し、受圧面が移動方向に対して直角であるので、プレス機械のダイハイトの調整や、成形中の金型およびプレス機械の温度上昇によるダイハイトの変化など、高さ方向の変化や誤差の影響を受けにくい構造となる。その結果、テーパ面の部品加工精度が緩和され、しかもプレス機械のダイハイトの影響の排除が可能となる。

前記分割ダイスが外側の端面に受圧面を有し、左右の側面に突起部を備え、それらの突起部に前記カム面が形成されている場合は、分割ダイスが受ける加工時の反力を受圧面およびブロックによってまっすぐバックアップ面に伝えることができる。そのため、分割ダイスの撓み変形が少なく、加工精度が高くなる。また、受圧面は分割ダイスの外側の端面に設けるので、大きく設計することができる。そのため、分割ダイスの受圧面やダイケースのバックアップ面、それらと当接するブロックの対応する面が受ける面圧を減少することができ、耐久性が高くなる。なお、分割ダイスのカム面は加工面に対して左右の横方向にシフトしているが、カム面の主要作用は分割ダイスの移動であり、加工時の圧力を受けない。そのため、カム面が加工面に対して扁心していても曲げなどの原因になることはない。

前記分割ダイスを半径方向内向きに移動させたときの受圧面とバックアップ面の間隔が、前記ブロックの対応する寸法よりわずかに狭くされており、それにより分割ダイスの移動後、ブロックが受圧面とバックアップ面の間に挿入されるときに分割ダイスをわずかに半径方向内向きに移動させて位置決めするように構成されている場合は、分割ダイスを中心側に移動させる操作はカムとブロックによって２段階で行われる。そのため分割ダイスの位置決めが一層高精度で行われる。

前記上型のカムがブロックを兼ねている場合は、部品点数を少なくすることができる。

本発明の金型の一実施形態を示す斜視図である。 図２Ａは上型の底面図、図２Ｂは下型の平面図である。 図１の金型の縦断面図であり、中心から右側だけを示している。 図１の金型に用いる分割ダイスの斜視図である。 図２Ｂの分割ダイスの先端を示す拡大平面図である。 図６Ａ〜Ｄは図１の金型による成形過程を示す工程図である。 図７Ａ〜Ｃは図６Ｄに続く成形過程を示す工程図である。 図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは本発明の金型で成形した成形品の一例を示す平面図、側面図および斜視図である。

図１に示す金型１は、下型１０と上型２０とからなるプレス機械による鍛造型、とくに冷間鍛造型である。成形するときは、下型１０はプレス機械のボルスタに固定され、上型２０はスライドに固定される。図１はスライドが上死点にあるときを示している。この金型１は、円柱状の材料（図３の符号２）から図８Ａ〜Ｃに示す成形品３（等速ジョイントの内輪の中間品）を形成するものである。

下型１０は、円柱状のダイケース１１と、そのダイケース１１の上面に形成されたガイド溝１１ａ内に収容され、半径方向に移動自在に設けられる複数個の分割ダイス１２と、ダイケース１１の中央に上下移動自在に配置されるカウンタパンチ１３と、分割ダイス１２を外向きに付勢する圧縮コイルバネなどの弾性体（付勢部材、図３の符号１４）とからなる。この実施形態では、分割ダイス１２は６個であり、これは製造しようとする等速ジョイントの内輪のボール溝（図８Ａの符号３１）の数に合わせている。

図１および図３に示すように、ダイケース１１の上面の外周縁には、上型２０と嵌合する段部１１ｂが突出している。ガイド溝１１ａは分割ダイス１２の高さに合わせた深さを有し、ガイド溝１１ａに収容した分割ダイス１２の上面はダイケース１１の上面と面一になる。図２Ｂに示すように、ガイド溝１１ａの平面形状は分割ダイス１２の外形と略同様で、さらに分割ダイス１２が半径方向に移動できる隙間１１ｃを形成する。

図３に示すように、ガイド溝１１ａの底面には、弾性体１４を収容する収容溝１１ｄと、後述する分割ダイス１２の受圧部１２ｂを半径方向に移動可能に収容する深溝１１ｅが形成されている。収容溝１１ｄの外側の面は内側に向いているバックアップ面１１ｆである。さらに収容溝１１ｄないし深溝１１ｅの底面には、後述するカム２３の先端を逃がすための孔１１ｇが形成されている。

カウンタパンチ１３は円柱状で、ダイケース１１の中央に形成された貫通孔１１ｈ内に上下移動自在に収容されている。カウンタパンチ１３の下端はプレス機械のノックアウト装置に取り付けられており、カウンタパンチ１３は加工後に成形品３を取り出すために上昇する（図７Ｃ参照）。

前記分割ダイス１２は、図４に示すように、角柱状の中心部１２ａと、その中心部の後端に中心部に対して直角に設けた板状の受圧部１２ｂと、中心部１２ａの側面から左右に突出する突起部１２ｃとからなる。それらの上面は面一であり、突起部１２ｃの下面も中心部１２ａの下面と面一にしている。受圧部１２ｂは中心部１２ａより幅が広く、下端は中心部より下方に突出している。突出する部位は弾性体１４の端部と係合する受け部１２ｄとされている。受圧部１２ｂの後面は分割ダイス１２の移動方向に対して直角の受圧面１２ｅとなる。

突起部１２ｃは薄い角柱状で、後部上端に内側に向かって上昇する傾斜面からなるカム面１２ｆが形成されている。従来のカム型に比してカム面１２ｆの面積が小さいのは、カム面１２ｆが分割ダイス１２の移動に用いられるだけで、成形には実質的に関与しないためである。突起部１２ｃを左右一対で設けることにより、受圧部１２ｂを中心部１２ａの後端に設けることができ、成形時の加圧力を受圧面１２ｅにスムーズに伝えることができる。

突起部１２ｃの後面（カム面１２ｆの下端から下方に延びる面）１２ｇは分割ダイス１２の移動方向（半径方向）に対して直角であり、後述する上型２０のカム２３の垂直面が当接してスライドする面である。さらのこの実施形態では、受圧部１２ｂの上端後方の角部にわずかなテーパ面１２ｈが形成されている。このテーパ面１２ｈは、後述するブロック２４の下端が受圧部１２ｂとバックアップ面１１ｆの間に嵌入してくるとき、入り易くガイドするほか、ブロック２４の下端と当接してブロック２４の下方への加圧力を分割ダイス１２を中心側に押し付ける水平方向の力に変換する機能を奏する。さらにこの実施形態では、ブロック２４の下端の前側にも小さいテーパ面２４ａを設けている。

分割ダイス１２の中心部１２ａの先端は、材料を所定の形状に成形する加工面１５である。この実施形態では図４および図５に示すように、成形品３の球状面（図８Ａの符号３０）を形成するための球状凹面１５ａと、その中心部を斜め上下に延びる、ボール溝（図８Ａの符号３１）形成用の断面円弧状の凸条１５ｂと、左右端の前面から側面にかけて斜めに形成された前進端位置決め部１５ｃとが形成されている。前進端位置決め部１５ｃは、成形時に隣接する分割ダイス１２同士が密に当接する部位であり、それにより材料を隙間なく囲むと共に、分割ダイス１２がそれ以上中心側に入らないよう規制することができる。

前記上型２０は、円柱状のパンチケース２１と、そのパンチケース２１の中心部に固定され、下方に突出するパンチ２２とを備えている。さらにパンチ２２を中心として囲むように、分割ダイス１２と対応する位置に、上下に延びるカム２３およびブロック２４が固定され、それぞれパンチケース２１の下面から突出している。カム２３は分割ダイス１２を中心側に移動させるものであり、下端の前側の角に分割ダイス１２のカム面１２ｆと摺接する傾斜面２３ａが形成されている。カム２３は図２Ａに示すように、１個の分割ダイス１２につき２個一対ずつ、半径を示す線に対し左右対称に設けられている。ブロック２４は分割ダイス１２を位置決めするものであり、半径を示す線に対して直角に配列されている。前述のようにブロック２４の下端の前面側には小さいテーパ面２４ａが形成されている。

この上型２０では、パンチケース２１の下方に間隔をあけて円盤状の押えプレート２５が上下方向に移動可能に配置されており、その押えプレート２５は上下に延びるクッションピン２６を介してパンチケース２１内の油圧シリンダ２７によって下向きに付勢されている。クッションピン２６は、上端が油圧シリンダ２７内を摺動するピストン２６ａとされており、パンチケース２１の中心に対して複数本、等間隔で配列されている(図２Ａ参照）。押えプレート２５の中心部には材料２およびパンチ２２の先端を通す貫通孔２５ａが形成されている。さらに押えプレート２５には、カム２３およびブロック２４を通す貫通孔２５ｂ、２５ｃが形成されている。

押えプレート２５は、成形時に分割ダイス１２を押えると共に、成形後にパンチ２２に食い込んだ成形品を抜き落とす機能を奏する。また、分割ダイス１２の受圧面１２ｅとダイケース１０のバックアップ面１１ｆの間に嵌入されたブロック２４を抜き取るとき、分割ダイス１２が追従しないよう押さえる機能をも奏する。押えプレート２５は、クッションピン２６の下端を押えプレート２５に固定してクッションピン２６で吊り下げることにより、上下移動自在に保持することができる。ただし押えプレート２５をパンチケース２１に対して上下移動自在に支持し、下降端を規制する他の部材を設けることもできる。

図３は簡略化しており、油圧シリンダ２７のシール構造や、油圧シリンダ２７の上端を閉じる蓋部材の取り付け構造は省略している。さらにパンチケース２１の上面に取り付けられ、パンチ２２やカム２３、ブロック２４の上端をバックアップすると共に、プレス機械のスライドに固定するパンチプレートないしパンチホルダーは図示を省略している。同様に、ダイケース１１の下面に取り付けられるダイホルダーも図示を省略している。

つぎに図６、図７を参照して、前述の金型１を用いて材料２を成形品３に成形する過程を説明する。なお、図６および図７では、図３と同様に金型１の右半分だけを示しており、左半分は省略している。下型１０はプレス機械のボルスタに固定し、上型２０はスライドに固定する。図６Ａでは、分割ダイス１２は弾性部材１４によって外側に付勢されて拡がっており、受圧部１２ｂが深溝１１ｅの外側の左右の面（図２Ｂの符号１１ｉ）に当接している。この状態でカウンタパンチ１３の上に円柱状の材料２を載せ、プレス機械の作動を開始する。

図６Ｂのようにスライドが下降して上型２０が下降すると、まず押えプレート２５が分割ダイス１２の上面に当接し、材料２と分割ダイス１２の加工面１５の隙間の上部を閉じ、成形品の高さをもった空間Ｓを形成する。押えプレート２５の周囲下面はダイケース１１の上面で下降端が規制される。このとき、押えプレート２５の中心の貫通孔２５ａ内に材料２の上部が入り込んでいる。さらにスライドが下降すると、図６Ｃのようにカム２３の傾斜面２３ａが分割ダイス１２のカム面１２ｆと当接し、分割ダイス１２を中心側に押す。分割ダイス１２はガイド溝１１ａによって案内され、弾性体１４を圧縮しながら中心側に移動する。

図６Ｄのように、カム２３の傾斜面２３ａと分割ダイス１２のカム面１２ｆとの傾斜面同士の当接が終了し、垂直面同士が接触して摺動する状態では、分割ダイス１２の移動が終了している。このときの分割ダイス１２の位置は、正規の位置に対しておおむね１ｍｍ以下の微小量（図５の符号Ｌ参照）だけ手前である。他方、この時点では、ブロック２４の先端部に設けた小さいテーパ面２４ａが分割ダイス１２の受圧面１２ｅ上端のテーパ面１２ｈと接触する。

その後、図７Ａのように上型２０が下降し、分割ダイス１２が小さいテーパ面２４ａと上端のテーパ面１２ｈの作用により微小量Ｌ前進し、隣接する分割ダイス１２の前進端位置決め部１５ｃ同士が接触することで正規位置になる（図５の想像線参照）。この場合、分割ダイス１２の前進は前進端位置決め部１５ｃ同士の当接により拘束され、当接圧によってガタないしクリアランスがゼロにされる。また、隣接する分割ダイス１２同士の隙間がなくなるので、材料の表面にはパーティングラインがほとんど生じない。

分割ダイス１２が正規位置に来ると同時に、ブロック２４が分割ダイス１２の受圧面１２ｅとダイケース１１のバックアップ面１１ｆの間に嵌入する。成形の負荷が分割ダイス１２を外向きに押すと、その外向きの加圧力は分割ダイス１２の受圧面１２ｅからブロック２４を介してバックアップ面１１ｆに伝えられ、ダイケース１１によって支えられる。それにより分割ダイス１２の位置が正確に保持される。その時点で材料２にパンチ２２が接触し、成形が開始する。なお、図６Ｄと図７Ａでの分割ダイス１２の先端位置を図５に示す。実線が図６Ｄの状態で、想像線が図７Ａの状態である。また、図７Ａからわかるように、カム２３の先端はダイケースの孔１１ｇに挿入されている。

図７Ｂは、プレス機械が下死点となって成形が終了した状態を示している。円柱状の材料２はパンチ２２とカウンタパンチ１３の間で挟圧され、中間部分が膨らみ、分割ダイス１２の先端の加工面１５で形作られた空間内を満たすように塑性流動し、樽状ないし球面形状を備えた成形品３が得られる。このときの成形は、周囲が拘束され、全体が圧縮されるいわゆる静水圧状態での成形であるので、材料の流動性が高まり、高精度の加工が可能となる。

その後スライドが上昇し、前述と逆の動作によりブロック２４とカム２３が下型１０より離脱し、分割ダイス１２が弾性体１４の回復により初期位置に復帰する。その後、カウンタパンチ１３が上昇し、成形品３の取り出しと上型２０の上死点への上昇で成形が完了する。

以上、好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形を採用しうる。たとえば図３では押えプレート２５に下向きの付勢力を与える手段として、ストロークが長く、安定した加圧力を得ることができることから油圧シリンダ２７を採用しているが、エアシリンダであってもよい。さらにストローク長さによっては、コイルスプリングやゴムなどを採用することもできる。

１ 金型
２ 材料
３ 成形品
１０ 下型
１１ ダイケース
１１ａ ガイド溝
１１ｂ 段部
１１ｃ 隙間
１１ｄ 収容溝
１１ｅ 深溝
１１ｆ バックアップ面
１１ｇ 孔
１１ｈ 貫通孔
１１ｉ 深溝の左右の面
１２ 分割ダイス
１２ａ 中心部
１２ｂ 受圧部
１２ｃ 突起部
１２ｄ 受け部（バネ受け）
１２ｅ 受圧面
１２ｆ カム面
１２ｇ 突起部の後面
１２ｈ テーパ面（受圧部）
１３ カウンタパンチ
１４ 弾性体（バネ）
１５ 加工面
１５ａ 球状凹面
１５ｂ 凸条
１５ｃ 前進端位置決め部
２０ 上型
２１ パンチケース
２２ パンチ
２３ カム
２３ａ 傾斜面
２４ ブロック
２４ａ 小さいテーパ面（ブロック）
２５ 押えプレート
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 貫通孔
Ｓ 空間
Ｌ 微小量
２６ クッションピン
２６ａ ピストン
２７ 油圧シリンダ
３０ 球状面
３１ ボール溝

Claims (4)

1. ダイケースと、そのダイケースの中央に上下移動自在に配置されるカウンタパンチと、そのカウンタパンチを囲むように半径方向移動自在に配置され、内側が高い傾斜面からなるカム面を有する、内端に加工面が形成された複数の分割ダイスと、分割ダイスを外向きに付勢する付勢部材とを備えている下型と、
   パンチケースと、そのパンチケースの中央に配置され前記カウンタパンチと協働して材料を挟圧するパンチと、前記カム面を押圧して内側に移動させるカムとを備えている上型とからなり、
   前記ダイケースが、分割ダイスの移動方向と直角で内側を向いたバックアップ面を有し、
   前記分割ダイスが、前記カム面とは別個の、移動方向と直角で外側を向いた受圧面を有し、
   前記上型が、分割ダイスの移動後に受圧面とバックアップ面との間に挿入され、分割ダイスが受ける外向きの荷重をバックアップ面に伝えるブロックを備えており、
   前記カムおよびブロックがそれぞれ上下に延びると共に、パンチケースの下面から突出している金型。
2. ダイケースと、そのダイケースの中央に上下移動自在に配置されるカウンタパンチと、そのカウンタパンチを囲むように半径方向移動自在に配置され、内側が高い傾斜面からなるカム面を有する、内端に加工面が形成された複数の分割ダイスと、分割ダイスを外向きに付勢する付勢部材とを備えている下型と、
   パンチケースと、そのパンチケースの中央に配置され前記カウンタパンチと協働して材料を挟圧するパンチと、前記カム面を押圧して内側に移動させるカムとを備えている上型とからなり、
   前記ダイケースが、分割ダイスの移動方向と直角で内側を向いたバックアップ面を有し、
   前記分割ダイスが、移動方向と直角で外側を向いた受圧面を有し、
   前記上型が、分割ダイスの移動後に受圧面とバックアップ面との間に挿入され、分割ダイスが受ける外向きの荷重をバックアップ面に伝えるブロックを備えており、
   前記分割ダイスが外側の端面に受圧面を有し、左右の側面に突起部を備え、それらの突起部に前記カム面が形成されている金型。
3. 前記分割ダイスを半径方向内向きに移動させたときの受圧面とバックアップ面の間隔が、前記ブロックの対応する寸法よりわずかに狭くされており、
   それにより分割ダイスの移動後、ブロックが受圧面とバックアップ面の間に挿入されるときに分割ダイスをわずかに半径方向内向きに移動させて位置決めするように構成されている請求項１または２記載の金型。
4. ダイケースと、そのダイケースの中央に上下移動自在に配置されるカウンタパンチと、そのカウンタパンチを囲むように半径方向移動自在に配置され、内側が高い傾斜面からなるカム面を有する、内端に加工面が形成された複数の分割ダイスと、分割ダイスを外向きに付勢する付勢部材とを備えている下型と、
   パンチケースと、そのパンチケースの中央に配置され前記カウンタパンチと協働して材料を挟圧するパンチと、前記カム面を押圧して内側に移動させるカムとを備えている上型とからなり、
   前記ダイケースが、分割ダイスの移動方向と直角で内側を向いたバックアップ面を有し、
   前記分割ダイスが、移動方向と直角で外側を向いた受圧面を有し、
   前記上型が、分割ダイスの移動後に受圧面とバックアップ面との間に挿入され、分割ダイスが受ける外向きの荷重をバックアップ面に伝えるブロックを備えており、
   前記分割ダイスを半径方向内向きに移動させたときの受圧面とバックアップ面の間隔が、前記ブロックの対応する寸法よりわずかに狭くされており、
   それにより分割ダイスの移動後、ブロックが受圧面とバックアップ面の間に挿入されるときに分割ダイスをわずかに半径方向内向きに移動させて位置決めするように構成されている金型。

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