JP7114438B2

JP7114438B2 - スプラインパンチのスプライン形成方法

Info

Publication number: JP7114438B2
Application number: JP2018200639A
Authority: JP
Inventors: 純長妻
Original assignee: Tsuda Industries Co Ltd
Current assignee: Tsuda Industries Co Ltd
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2022-08-08
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: JP2020066102A

Description

本発明は、スプラインパンチのスプライン形成方法に関する。

例えば、冷間鍛造用スプラインパンチは、ワークに対する内スプラインの成形に用いられている。スプラインパンチのスプライン形成方法の従来例を述べる。図７は放電加工装置を模式的に示す平面図、図８は図７のVIII－VIII線矢視断面図である。図８に示すように、スプラインパンチ１００のスプライン１０２に対応するスプライン孔１０５を複数個（図７では６個を示す）有する放電加工用電極１０４を用いる。放電加工装置１０８の放電加工溶液１１０中で１つ目のスプライン孔１０５（符号、（ａ）を付す）にスプラインパンチ１００のパンチ素材１００ａの素軸部１０１を挿入させつつ放電加工を行う。次に、２つ目のスプライン孔１０５（符号、（ｂ）を付す）にパンチ素材１００ａの素軸部１０１を挿入させつつ放電加工を行う。これをスプライン孔１０５（符号、（ｃ）～（ｆ）を付す）に順に繰り返し、計６回の突き加工を行う（図７参照）。このようにして、パンチ素材１００ａの素軸部１０１に荒加工、中加工および仕上げ加工を段階的に行うことにより、パンチ素材１００ａの素軸部１０１にスプライン１０２が形成されている。

また、放電加工に際し、放電加工用電極１０４のスプライン孔１０５にその下方の放電加工溶液供給配管１１２から放電加工溶液１１０が噴射される（図８中、矢印参照）。これにより、図９に示すように、放電加工用電極１０４のスプライン孔１０５とパンチ素材１００ａの素軸部１０１との間の放電加工部位に発生した加工くず１１４が上方へ排出されている。なお、特許文献１には歯車用鍛造型を放電加工で製造する技術が記載されている。

特開２０００－２４８３８号公報

従来例によると、劣化したスプライン孔１０５を再生することができないため、スプラインパンチ１００の１本毎に放電加工用電極１０４が１個ずつ必要になる。また、放電加工用電極１０４は、高価な材料、例えば銅タングステンからなる。したがって、放電加工用電極１０４にかかるコストが高く付くことにより、スプラインパンチ１００の製作コストが増大するという問題があった。なお、特許文献１についても同様の問題が生じる。

本発明が解決しようとする課題は、放電加工用電極にかかるコストを低減し、スプラインパンチの製作コストを低減することにある。

前記した課題は、次の手段により解決することができる。

第１の手段は、スプラインパンチのスプラインに対応するラック歯を有する放電加工用電極を用い、放電加工装置の放電加工溶液中で前記ラック歯に沿ってパンチ素材を転動させつつ放電加工を行うことにより前記スプラインを形成する、スプラインパンチのスプライン形成方法である。

第１の手段によると、放電加工用電極のラック歯が劣化した場合には、面下げ加工によりラック歯を再生することができる。このため、従来例と異なり、放電加工用電極の再利用が可能である。よって、放電加工用電極にかかるコストを低減し、スプラインパンチの製作コストを低減することができる。

第２の手段は、第１の手段において、前記放電加工用電極は、前記ラック歯を側端面に有する平板状に形成されかつ前記放電加工溶液中に水平状態で設置されている、スプラインパンチのスプライン形成方法である。

第２の手段によると、放電加工溶液中に放電加工用電極が水平状態で設置されることで、ラック歯とパンチ素材との間の放電加工部位がラック歯の延在方向である水平方向両方向に開放される。このため、従来例と比べて、放電加工部位に発生した加工くずの排出性を向上させることができる。これにより、加工くずによる２次放電を抑制し、放電のロスが減少する。これにより、加工速度を向上し、加工時間を短縮することができる。

第３の手段は、第２の手段において、前記放電加工に際し、前記ラック歯と前記パンチ素材との間の放電加工部位にその上方近傍から放電加工溶液を噴射する、スプラインパンチのスプライン形成方法である。

第３の手段によると、ラック歯とパンチ素材との間の放電加工部位に発生した加工くずを放電加工溶液の噴射によって速やかに排除することができる。したがって、加工くずによる２次放電の抑制効果を向上し、放電のロスが大幅に減少する。これにより、加工速度を一段と向上し、加工時間を一層短縮することができる。

第４の手段は、スプラインパンチのスプライン形成方法に用いる放電加工用電極であって、前記スプラインパンチのスプラインに対応するラック歯を側端面に有する平板状に形成されている、放電加工用電極である。

第４の手段によると、放電加工用電極のラック歯が劣化した場合には、面下げ加工によりラック歯を再生することができる。このため、従来例と異なり、放電加工用電極の再利用が可能である。よって、放電加工用電極にかかるコストを低減し、スプラインパンチの製作コストを低減することができる。

本発明によると、放電加工用電極にかかるコストを低減し、スプラインパンチの製作コストを低減することができる。

一実施形態にかかるスプラインパンチを示す側面図である。パンチ素材を示す側面図である。放電加工装置を模式的に示す平面図である。図３のIV－IV線矢視断面図である。放電加工用電極を示す平面図である。加工くずの排出状態を示す説明図である。従来例にかかる放電加工装置を模式的に示す平面図である。図７のVIII－VIII線矢視断面図である。加工くずの排出状態を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための一実施形態について図面を用いて説明する。

（スプラインパンチ）
スプラインパンチから説明する。スプラインパンチは、冷間鍛造用スプラインパンチである。スプラインパンチは、ワークに対する内スプラインの成形に用いられるものである。図１はスプラインパンチを示す側面図である。図１に示すように、スプラインパンチ１０は、丸軸状のシャンク部１２と、シャンク部１２の一端部に形成されたフランジ部１４と、シャンク部１２の他端部に形成されたスプライン軸部１６と、を同軸上に有する。スプラインパンチ１０は、超硬合金材により形成されている。

フランジ部１４は、シャンク部１２の外径よりも大きい外径を有する短軸状に形成されている。スプライン軸部１６は、丸軸状で外周面にスプライン１７が形成されている。スプライン１７は、シャンク部１２の外径よりも小さい歯先円径を有する。

図２はパンチ素材を示す側面図である。図２に示すように、パンチ素材１１は素軸部１５を有する。パンチ素材１１の素軸部１５の外周面にスプライン１７が形成されることにより、スプラインパンチ１０となる（図１参照）。素軸部１５は、丸軸状に形成されている。素軸部１５は、スプライン１７の歯先円径と同一又は略同一の外径を有する。パンチ素材１１のシャンク部１２、フランジ部１４および素軸部１５は、研磨加工、切削加工等により形成されている。

（放電加工装置）
パンチ素材１１の素軸部１５に放電加工を行う放電加工装置２０を説明する。図３は放電加工装置を模式的に示す平面図、図４は図３のIV－IV線矢視断面図である。図３および図４において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｘ軸方向は右方向を示し、Ｙ軸方向は後方向を示し、Ｚ軸方向は上方向を示している。

図４に示すように、放電加工装置２０は処理槽２２を備えている。処理槽２２内には、放電加工溶液２３が貯留されている。処理槽２２内の底部上には台座２４が配置されている。台座２４上には、放電加工用電極３０が水平状態で設置されている。放電加工用電極３０を「電極３０」ともいう。電極３０は後で説明する。

電極３０の上方には駆動部２６が設けられている。駆動部２６は、左右方向（Ｘ軸両方向）、前後方向（Ｙ軸両方向）および上下方向（Ｚ軸両方向）に移動可能である。駆動部２６は、上下方向に延在する軸線回りに回転可能な主軸２７を備えている。主軸２７には、パンチ素材１１のフランジ部１４が着脱可能にかつ同軸状に保持されている。パンチ素材１１は、処理槽２２の上方において主軸２７に対して着脱される。

図５は放電加工用電極を示す平面図である。図５に示すように、電極３０は、略長四角形平板状に形成されている。電極３０は、短辺側の左右一対の側端面と長辺側の前後一対の側端面とを有する。電極３０の前側の側端面には、スプラインパンチ１０のスプライン１７に対応するラック歯３４が切削加工等により形成されている（図３参照）。ラック歯３４は、例えばスプライン１７の歯数の複数倍程度（例えば３倍程度）の歯数を有する。電極３０は、電極材料、例えば銅タングステン材からなる。

図４に示すように、電極３０は、処理槽２２の台座２４上にラック歯３４を前方に向けた状態で設置されている。ラック歯３４は左右方向に延在する。電極３０は、放電加工溶液２３中に浸漬されている。電極３０のラック歯３４に対するパンチ素材１１の素軸部１５の転動にともない放電加工が行われる部位を放電加工部位３６という（図３参照）。

駆動部２６には、放電加工部位３６にその上方近傍から放電加工溶液２３を噴射する加工溶液噴射ノズル２９が設けられている（図６参照）。処理槽２２内の放電加工溶液２３は、ポンプ（不図示）により吸入されかつ加工溶液噴射ノズル２９に送給されるようになっている。加工溶液噴射ノズル２９は、駆動部２６と共に移動する。また、パンチ素材１１と電極３０とは電源（不図示）に接続されている。

（放電加工装置２０の動作）
放電加工装置２０の動作を説明する。駆動部２６は、パンチ素材１１の素軸部１５が電極３０のラック歯３４の左方の位置に位置するスタート位置に移動される。このとき、電極３０の左側面を基準側端面３１として駆動部２６のＸ軸方向のスタート位置が設定される。また、素軸部１５に対する放電加工を複数段階（例えば３段階）に分けて行うために、スタート位置でのパンチ素材１１の軸心１１Ｃの位置がＹ軸方向に３位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が設定される。

（第１段階の放電加工）
スタート位置において、駆動部２６によりパンチ素材１１の軸心１１Ｃの位置を、ラック歯３４との噛み合いが軽度となる位置Ｐ１に設定する。続いて、電極３０のラック歯３４に同期するように主軸２７が軸回りに回転されつつ駆動部２６がＸ軸方向（右方）へ直線的に移動される。これにより、放電加工溶液２３中で、ラック歯３４に沿ってパンチ素材１１の素軸部１５が転動されつつ放電加工が行われる。パンチ素材１１が所定回数回転されることにより、素軸部１５にスプライン１７の荒加工が施される。このとき、ラック歯３４に対してパンチ素材１１は、ラック歯３４の歯数をスプライン１７の歯数で割った回数程度（例えば３回程度）回転する。

（第２段階の放電加工）
次に、スタート位置において、駆動部２６によりパンチ素材１１の軸心１１Ｃの位置を、Ｙ軸方向に１段階ずらした位置Ｐ２に設定する。続いて、前回と同様、主軸２７が軸回りに回転されつつ駆動部２６がＸ軸方向（右方）へ直線的に移動される。これにより、放電加工溶液２３中で、ラック歯３４に沿ってパンチ素材１１の素軸部１５が転動されつつ放電加工が行われることにより、素軸部１５にスプライン１７の中仕上げ加工が施される。

（第３段階の放電加工）
次に、スタート位置において、駆動部２６によりパンチ素材１１の軸心１１Ｃの位置を、Ｙ軸方向に更に１段階ずらした位置Ｐ３に設定する。続いて、前回と同様、主軸２７が軸回りに回転されつつ駆動部２６がＸ軸方向（右方）へ直線的に移動される。これにより、放電加工溶液２３中で、ラック歯３４に沿ってパンチ素材１１の素軸部１５が転動されつつ放電加工が行われることにより、素軸部１５にスプライン１７の仕上げ加工が施される。

以上、３段階の放電加工によって、パンチ素材１１の素軸部１５にスプライン１７が形成されたスプラインパンチ１０が得られる。なお、必要に応じて、スプライン１７に磨き加工、表面処理等の後処理が施される。

また、放電加工に際し、放電加工部位３６にその上方近傍の加工溶液噴射ノズル２９から放電加工溶液２３が噴射される。これによって、放電加工部位３６に発生した加工くず４０が速やかに排除される。

また、スプライン１７の形成後のスプラインパンチ１０は、処理槽２２の上方において、駆動部２６の主軸２７から取り外される。その後、駆動部２６の主軸２７に次回のパンチ素材１１が取り付けられる。また、電極３０のラック歯３４は、放電加工により劣化するため、台座２４に対する電極３０の新旧交換が行われる。

また、図５に示すように、電極３０のラック歯３４が劣化した場合、面下げ加工によりラック歯３４が除去され、新たなラック歯３４ａが再生される。また、ラック歯３４ａが劣化した場合、面下げ加工によりラック歯３４ａが除去され、新たなラック歯３４ｂが再生される。これにより、複数回の電極３０の再使用が可能とされる。また、ラック歯３４ａ，３４ｂの再生時には、電極３０の基準側端面３１についても基準側端面３１ａ，３１ｂが再生される。

（実施形態の利点）
本実施形態のスプラインパンチ１０のスプライン形成方法によると、電極３０のラック歯３４が劣化した場合には、面下げ加工によりラック歯３４ａ，３４ｂ・・・を再生することができる。このため、従来例と異なり、電極３０の再利用が可能である。よって、電極３０にかかるコストを低減し、スプラインパンチ１０の製作コストを低減することができる。

また、放電加工溶液２３中に電極３０が水平状態で設置されることで、ラック歯３４とパンチ素材１１との間の放電加工部位３６がラック歯３４の延在方向である水平方向両方向（Ｘ軸両方向）に開放される。このため、従来例と比べて、放電加工部位３６に発生した加工くず４０の排出性を向上させることができる。これにより、加工くず４０による２次放電を抑制し、放電のロスが減少する。これにより、加工速度を向上し、加工時間を短縮することができる。

また、放電加工部位３６に発生した加工くず４０を放電加工溶液２３の噴射によって速やかに排除することができる。したがって、加工くず４０による２次放電の抑制効果を向上し、放電のロスが大幅に減少する。これにより、加工速度を一段と向上し、加工時間を一層短縮することができる。

ちなみに、従来例（図９参照）によると、放電加工溶液供給配管１１２から噴射された放電加工溶液１１０の噴射によって加工くず１１４が上方へ押し出されるものの、加工くず１１４の排出性が非常に悪い。このため、加工くず１１４による２次放電が発生しやすく、放電のロスが増大することにより、加工速度が低下し、加工時間が長くかかることになる。

従来例に対し、本実施形態（図６参照）によると、放電加工溶液２３中に電極３０が水平状態で設置されることで、放電加工部位３６がラック歯３４の延在方向に開放されるため、加工くず４０の排出性向上させることができる。さらに、加工くず４０を放電加工溶液２３の噴射によって速やかに排除することができる。これにより、加工くず４０による２次放電を抑制し、放電のロスが減少することにより、加工速度を向上し、加工時間を短縮することができる。

また、スプラインパンチ１０のスプライン形成方法に用いる電極３０によると、電極３０のラック歯３４が劣化した場合には、面下げ加工によりラック歯３４ａ，３４ｂ・・・を再生することができる。このため、従来例と異なり、電極３０の再利用が可能である。よって、電極３０にかかるコストを低減し、スプラインパンチ１０の製作コストを低減することができる。

［他の実施形態］
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明でいうスプラインにはセレーションが含まれる。また、電極３０は、少なくとも一側端面を有する平板状に形成されていればよい。また、電極３０が複数の側端面を有する場合には、少なくとも一側端面にラック歯３４が形成されていればよい。また、ラック歯３４の歯数及び再生回数、放電加工にかかる段階数等は任意に設定することができる。

１０スプラインパンチ
１１パンチ素材
１５素軸部
１７スプライン
２０放電加工装置
２３放電加工溶液
３０電極（放電加工用電極）
３４，３４ａ，３４ｂラック歯

Claims

スプラインパンチのスプラインに対応するラック歯を有する放電加工用電極を用い、放電加工装置の放電加工溶液中で前記ラック歯に沿ってパンチ素材を転動させつつ放電加工を行うことにより前記スプラインを形成する、スプラインパンチのスプライン形成方法であって、
前記パンチ素材は、前記スプラインが外周面に形成される素軸部を一端部に有しており、
前記放電加工用電極は、前記ラック歯を側端面に有する平板状に形成されかつ前記放電加工溶液中に水平状態で設置されており、
前記ラック歯の水平方向に並ぶ各歯部は、前記放電加工用電極の上下方向全長に亘って延びており、
前記放電加工に際し、前記パンチ素材は前記素軸部を下方に向けた状態で転動され、前記ラック歯と前記素軸部との間の放電加工部位にその上方近傍から放電加工溶液を噴射し、その放電加工溶液が前記ラック歯と前記素軸部との間を下方へ向けて直線状に通過する、スプラインパンチのスプライン形成方法。