JP7095558B2

JP7095558B2 - 歯車の冷間鍛造成形方法

Info

Publication number: JP7095558B2
Application number: JP2018206369A
Authority: JP
Inventors: 雅浩田中; 須彦鵜飼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: JP2020069520A

Description

本開示は、歯車の冷間鍛造成形方法に関し、例えば、パンチにより、円環状の素材を歯形ダイスの内部に押し込んで当該素材の外周面にスプラインを成形する歯車の冷間鍛造成形方法に関する。

一般的な歯車の冷間鍛造成形方法においては、パンチにより、円環状の素材を歯形ダイスの内部に押し込んで当該素材の外周面にスプラインを成形するため、素材における押し込み方向と逆側の面からバリが発生する。

そのため、特許文献１の歯車の冷間鍛造成形方法のように、素材の外周面にスプラインを成形した後に、素材に発生したバリを除去する後処理を行っている。ここで、特許文献１の歯車の冷間鍛造成形方法は、歯形パンチを用いて素材に発生したバリを除去している。

特開２０１３－１１１６２７号公報

本出願人は、以下の課題を見出した。特許文献１の歯車の冷間鍛造成形方法は、素材に発生したバリを除去する後処理が必要である。また、特許文献１の歯車の冷間鍛造成形方法は、バリを除去するために歯形パンチを用いているため、歯形パンチの歯部と歯形ダイスの歯形溝部との位相を一致させる必要がある。そのため、特許文献１の歯車の冷間鍛造成形方法は、歯車の製造が煩雑である課題を有する。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、容易に歯車を製造可能な歯車の冷間鍛造成形方法を実現する。

本開示の一態様に係る歯車の冷間鍛造成形方法は、パンチにより、円環状の素材を歯形ダイスの内部に押し込んで前記素材の外周面にスプラインを成形する歯車の冷間鍛造成形方法であって、
前記素材を載置台に載置した状態で、円環状の第１のパンチと前記載置台とを連動するように移動させて前記素材を押し込み、前記素材の外周面にスプラインの一部を成形しつつ前記第１のパンチの周辺に前記素材の余肉を盛り上がらせる工程と、
前記載置台に前記素材を載置した状態で当該載置台を固定し、前記第１のパンチと等しい円環状であり、外周縁部に沿って配置され、且つ軸方向に突出する溝形成部を有する第２のパンチで前記素材を押し込み、前記素材における前記第２のパンチの側の面に溝部を形成しつつ加工硬化部を形成する工程と、
前記素材を載置台に載置した状態で、前記第１のパンチと前記載置台とを連動するように移動させて前記素材を押し込み、前記素材の外周面に前記スプラインの残りの部分を成形しつつ前記加工硬化部を起点に前記素材の余肉を破断させる工程と、
を備える。

本開示によれば、容易に歯車を製造可能な歯車の冷間鍛造成形方法を実現できる。

実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法において、素材を第１のパンチで押し込む様子を模式的に示す断面図である。実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法において、素材の外周面にスプラインの一部を成形する様子を模式的に示す断面図である。実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法において、素材に溝部を形成する様子を模式的に示す断面図である。実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法において、素材の外周面にスプラインの残りの部分を成形する様子を模式的に示す断面図である。第１のパンチの外径寸法と冷間鍛造成形される歯車の形状との関係を模式的に示す図である。溝形成部を用いて素材の上面に溝部が形成された際の当該素材に発生する加工硬化部を模式的に示す図である。実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法を用いてプラネタリリングギヤを製造する流れを示す図である。

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

本実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法は、円環状の素材の外周面にスプラインを成形して歯車を製造する際に好適である。図１は、本実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法において、素材を第１のパンチで押し込む様子を模式的に示す断面図である。図２は、本実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法において、素材の外周面にスプラインの一部を成形する様子を模式的に示す断面図である。図３は、本実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法において、素材に溝部を形成する様子を模式的に示す断面図である。図４は、本実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法において、素材の外周面にスプラインの残りの部分を成形する様子を模式的に示す断面図である。

先ず、本実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法で用いられる冷間鍛造成形装置の構成を簡単に説明する。本実施の形態の歯車の冷間鍛造成形装置１は、図１及び図３に示すように、第１のパンチ２、第２のパンチ３、押圧板４、歯形ダイス５、マンドレル６及び載置台７を備えている。

第１のパンチ２は、詳細は後述するが、図１などに示すように、素材Ｍの外周面にスプラインを成形する際に用いられる。第１のパンチ２は、円環形状を基本形態としている。ここで、図５は、第１のパンチの外径寸法と冷間鍛造成形される歯車の形状との関係を模式的に示す図である。第１のパンチ２の外径寸法は、図５に示すように、冷間鍛造成形される歯車Ｇの歯底円直径と略等しい。そして、第１のパンチ２の内径寸法は、歯車Ｇの内径寸法と略等しい。

第２のパンチ３は、詳細は後述するが、図３に示すように、素材Ｍの上面に溝部１０などを形成（面付け）する際に用いられる。第２のパンチ３は、第１のパンチ２と略等しい円環形状を基本形態としているが、第２のパンチ３の下面における外周縁部に沿って配置され、且つ第２のパンチ３の下面から下方に向かって突出する円環状の凸部を溝形成部３ａとして備えている。

ここで、図６は、溝形成部を用いて素材の上面に溝部が形成された際の当該素材に発生する加工硬化部を模式的に示す図である。溝形成部３ａは、例えば、図６に示すように、第２のパンチ３の外周縁から下方に突出する鉛直面３ｂ、第２のパンチ３の径方向外側に向かうに従って下方に向かう傾斜面３ｃ、及び鉛直面３ｂの下端部と傾斜面３ｃの下端部とに連続する水平面３ｄを備えている。

押圧板４は、図示を省略した駆動装置によって上下方向に移動可能な構成とされている。そして、押圧板４の下面には、図１及び図３に示すように、第１のパンチ２及び第２のパンチ３の上端部が嵌合される切り欠き部４ａが形成されており、当該切り欠き部４ａに第１のパンチ２又は第２のパンチ３の上端部が嵌合された状態で、押圧板４は、駆動装置の駆動力によって第１のパンチ２又は第２のパンチ３を上下方向に移動させる。

歯形ダイス５は、素材Ｍが挿入される貫通孔を備えており、当該貫通孔に素材Ｍの外周面にスプラインを成形するための歯形溝部５ａが上下方向に延在するように形成されている。そして、歯形ダイス５の貫通孔における歯形溝部５ａに対して上側の部分は、上方に向かうに従って歯形ダイス５の径方向外側に向かう傾斜面５ｂとされている。

マンドレル６は、歯形ダイス５の貫通孔の内部に配置されており、上下方向に延在している。マンドレル６は、歯車Ｇの内径寸法と略等しい外径寸法を有する円柱部材であり、素材Ｍの貫通孔に通される。

載置台７は、歯形ダイス５の貫通孔の内部に配置されており、図示を省略した駆動装置によって上下方向に移動可能な構成とされている。載置台７は、歯車Ｇの歯底円直径と略等しい直径を有する円盤形状を基本形態としており、載置台７の上面に形成された凹部７ａにマンドレル６の下端部が嵌合されている

次に、本実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法を説明する。先ず、図１に示すように、素材Ｍの貫通孔にマンドレル６を通して、当該素材Ｍを載置台７に載置する。そして、押圧板４を介して第１のパンチ２を下方に移動させつつ、第１のパンチ２の貫通孔にマンドレル６を通し、第１のパンチ２と載置台７とで素材Ｍを挟み込む。

次に、図２に示すように、押圧板４、ひいては第１のパンチ２と載置台７とを連動させて下方に移動させて素材Ｍを歯形ダイス５の歯形溝部５ａに押し込み、素材Ｍの外周面にスプラインの一部を成形すると共に、素材Ｍの余肉を第１のパンチ２の周辺に盛り上がらせる。このとき、全てのスプラインを成形することで発生する素材Ｍの余肉の殆どが上述の工程で第１のパンチ２の周辺から盛り上げる程度まで、スプラインの一部を成形するとよい。

次に、図３に示すように、第１のパンチ２と載置台７とを連動させて上方に移動させて、素材Ｍを歯形ダイス５の歯形溝部５ａから抜き出し、第１のパンチ２に代えて第２のパンチ３の上端部を押圧板４の切り欠き部４ａに嵌合する。

そして、載置台７に素材Ｍを載置した状態で当該載置台７の高さを略固定しつつ、押圧板４を介して第２のパンチ３を下方に移動させて、素材Ｍの上面に第２のパンチ３の溝形成部２ａを食い込ませる。これにより、図６に示すように、素材Ｍの上面に溝部１０が形成されると共に、溝部１０の周辺に加工硬化部１１が発生する。このとき、溝部１０は、素材Ｍの余肉の根元部分の内側縁に沿って形成される。なお、図６では、ハッチングを施した部分が加工硬化部１１である。

次に、第２のパンチ３に代えて再び第１のパンチ２の上端部を押圧板４の切り欠き部４ａに嵌合し、図４に示すように、第１のパンチ２と載置台７とで素材Ｍを挟み込んだ状態で、第１のパンチ２と載置台７とを連動させて下方に移動させて素材Ｍを歯形ダイス５の歯形溝部５ａに押し込み、素材Ｍの外周面にスプラインの残りの部分を成形すると、歯車Ｇを製造することができる。このとき、素材Ｍを下方に押し込むことによって発生した余肉は、加工硬化部１１を起点として破断し、素材Ｍから除去される。これにより、素材Ｍの上面でのバリの発生を抑制することができる。

このように本実施の形態の歯車Ｇの冷間鍛造成形方法は、素材Ｍの上面でのバリの発生を抑制することができ、特許文献１の歯車の冷間鍛造成形方法のように素材に発生したバリを除去する後処理を省略することができる。

しかも、本実施の形態の歯車Ｇの冷間鍛造成形方法は、円環形状の第１のパンチ２及び第２のパンチ３を用いて素材Ｍを成形するので、歯形パンチを用いて素材Ｍを成形する場合に比べて、歯形ダイス５の歯形溝部５ａとの位相合わせを省略することができる。

そのため、本実施の形態の歯車Ｇの冷間鍛造成形方法は、容易に歯車を製造可能である。ここで、一般的な歯車の冷間鍛造成形方法においては、パンチと歯形ダイスとの干渉を防ぐために、素材Ｍの上部に押し残し部が形成され、当該押し残し部を切削により除去する必要があり、ホブやブローチを用いてスプラインを形成する場合に比べてメリットが少ない。一方、本実施の形態の歯車Ｇの冷間鍛造成形方法は、第１のパンチ２を用いて素材Ｍの外周面の全域にスプラインを成形することができるので、一般的な歯車の冷間鍛造成形方法のような押し残し部が形成されず、切削作業が必要なく、しかも、バリの発生を抑制することができる。

次に、本実施の形態の歯車Ｇの冷間鍛造成形方法の適用例を説明する。図７は、本実施の形態の歯車の冷間鍛造成形方法を用いてプラネタリリングギヤを製造する流れを示す図である。

先ず、図７（ａ）に示すように、円環形状の素材Ｍを用意する。素材Ｍは、例えば、熱間鍛造により成形できるが、成形方法は限定されない。次に、図７（ｂ）に示すように、素材Ｍの表面を切削して予め定めされた寸法に形成し、さらに素材Ｍの端面に切り欠き部１２を形成する。

次に、図７（ｃ）に示すように、上述の歯車Ｇの冷間鍛造成形方法によって素材Ｍの外周面にスプライン１３を成形する。そして、図７（ｄ）に示すように、素材Ｍの端面にザグリ部１４を形成する。

最後に、図７（ｅ）に示すように、素材Ｍの内周面に斜歯１５を形成すると、プラネタリリングギヤＧを製造することができる。

本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１歯車の冷間鍛造成形装置
２第１のパンチ、２ａ溝形成部、２ｂ鉛直面、２ｃ傾斜面、２ｄ水平面
３第２のパンチ
４押圧板、４ａ切り欠き部
５歯形ダイス、５ａ歯形溝部、５ｂ傾斜面
６マンドレル
７載置台、７ａ凹部
１０溝部
１１加工硬化部
１２切り欠き部
１３スプライン
１４ザグリ部
１５斜歯
Ｇ歯車
Ｍ素材

Claims

パンチにより、円環状の素材を歯形ダイスの内部に押し込んで前記素材の外周面にスプラインを成形する歯車の冷間鍛造成形方法であって、
前記素材を載置台に載置した状態で、円環状の第１のパンチと前記載置台とを連動するように移動させて前記素材を押し込み、前記素材の外周面にスプラインの一部を成形しつつ前記第１のパンチの周辺に前記素材の余肉を盛り上がらせる工程と、
前記載置台に前記素材を載置した状態で当該載置台を固定し、前記第１のパンチと等しい円環状であり、外周縁部に沿って配置され、且つ軸方向に突出する溝形成部を有する第２のパンチで前記素材を押し込み、前記素材における前記第２のパンチの側の面に溝部を形成しつつ加工硬化部を形成する工程と、
前記素材を載置台に載置した状態で、前記第１のパンチと前記載置台とを連動するように移動させて前記素材を押し込み、前記素材の外周面に前記スプラインの残りの部分を成形しつつ前記加工硬化部を起点に前記素材の余肉を破断させる工程と、
を備える、歯車の冷間鍛造成形方法。