JPH0234698B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原肉歯車類の製造法に関する。

閉輪郭の凹凸を有する部品たとえば歯車を製造
する場合、従来では一般にブランクをホブカツタ
やピニオンカツタで切削し、必要に応じギヤグラ
インダ類で仕上げる方法が採られているが、この
方法はいかにしても低能率で加工費が高い欠点が
ある。これに代る方法として精密打抜き法やブラ
ンクをプレスせん断してせん断素体を作り、この
素体をシエービング打抜きなどにより仕上げる手
法がある。しかし、精密打抜き法は特殊かつ高価
なプレスを必要とするため汎用性に乏しく、また
難加工材や10mm以上の如き厚板を破断面を生じさ
せずに仕上げるのは難しく、ことにモジユールの
大きな歯車類ではこれを精度よく平滑な切口面に
加工することができない。これに対しシエービン
グ打抜き法は特別なプレスを必要としない利点は
あるが、板厚が厚かつたり輪郭形状が複雑になる
と２回以上の多数回にわたる加工を必要とし、し
かも取り代を小さくしても破断面が残る点に欠点
がある。このことから高速シエービング法も考え
られているが、この方法も特殊なプレスを必要と
すると共に騒音が大きいため作業環境の点に問題
があり、また対象が厚板難加工材の場合に所要荷
重が大きく切刃の摩耗の大きな割には良好な仕上
面が得られないという問題があつた。

本発明は前記したような従来法の欠点を解消す
るために研究を重ねて創案されたもので、その目
的とするところは、通常のプレスを用いて板厚の
厚い難加工材から全凹凸面が平滑な切口面からな
る歯車部品類を屑の排出を含めてきわめて簡単か
つ円滑に製造することができ、かつ刃の摩耗およ
び所要荷重も少なくて済む新しい厚肉歯車類製造
法を提供することにある。

この目的を達成するため本発明は、厚肉素材を
所要温度に加熱した状態で特殊なプレス型により
１行程内で加熱打抜き−加熱シエービングを連続
して行うことにより目的の凹凸付き閉輪郭製品を
得るようにしたもので、すなわち、厚肉歯車を製
造するにあたり、 素材として少なくとも構成刃先付着物を生じさ
せない所要温度に加熱した加熱厚肉素材を使用
し、 プレス型として、製品輪郭と合致した凹凸面を
有するポンチと、前記ポンチと対向する側でプレ
スラムに固定され製品輪郭に合致する凹凸を有す
るシエービングダイスと、製品輪郭と相似した凹
凸の成形孔とこれの外側表面にリング状凹部を有
しシエービングダイスと接離可能にプレスラムに
支えられた予備輪郭打抜きダイスを備えたものを
用い、 加熱厚肉素材をポンチと予備輪郭打抜きダイス
間に装着し、加熱厚肉素材をポンチと予備輪郭打
抜きダイスで挾持しつつ予備輪郭打抜きダイスと
シエービングダイスを合体させ、加熱厚肉素材の
貫通により歯形を有する素輪郭ブランクを成形
し、 引き続くポンチの前進により予備輪郭打抜きダ
イスの成形孔で素輪郭ブランクをガイドしながら
シエービングダイスに向けて強制移動させ、素輪
郭ブランクの縁をシエービングダイスにより切削
して製品形状に仕上げ、 その時に発生するリング状屑を前記シエービン
グダイスの下面と予備輪郭打抜きダイスのリング
状凹部間で捕捉し、成形ストローク終了時の予備
輪郭打抜きダイスとシエービングダイスの離間に
よりリング状屑排出空間を形成することを特徴と
するものである。

以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明
する。

第１図は本発明に係る厚肉歯車類の製造法を概
略的に示すもので、１は厚肉素材であり、製造す
べき歯車類すなわち歯車、スプロケツト、カムな
どの厚さに対応する板厚ｔを持ち、板取りに適し
た任意の形状、たとえば円形片、ストリツプ状な
どをなしている。その材質は一般に炭素鋼である
が、本発明を適用して特に有利なものとしては、
S45C、SCM415、SS41などの難加工材があげら
れる。

しかして歯車類を製造するにあたつては、まず
前記厚肉素材１を加熱炉２に装入して所要温度に
加熱する。その加熱温度は後記する加工時にダイ
スに構成刃先状付着物が生じない温度以上である
ことが必要であり、炭素鋼の場合には一般にシエ
ービング温度が600〜900℃となる範囲である。
600℃以下では取り代いかんにかかわらず素輪郭
ブランク成形およびシエービングの際に破断面が
生ずる。900℃以上は所要荷重を削減できるとい
う点からは望ましいが、製品の酸化が進むこと
や、だれやわん曲が大きくなること、また焼付き
や型寿命の点からは望ましくない。

加熱炉２は雰囲気炉であれば抵抗炉加熱炉、高
周波誘導加熱炉など型式は任意であるが、ポツト
式、連続式のいずれの場合も厚肉素材の全体が一
様な温度分布となるように調整することが必要で
ある。高周波誘導加熱はスケール減少を図る点か
ら有利であり、また製品の凹凸部（歯先など）を
硬化させる場合には、高周波誘導加熱により厚肉
素材１の必要部分のみを環状に局部高温加熱して
おけばよく、この手法を採れば、後述する素輪郭
成形−シエービングを行つた後冷却油中に投入す
ることにより簡単に焼入れを施すことができる。

次いで、前工程で得た加熱厚肉素材１′を特殊
な２段ダイスを備えたプレス型Ａに装入し、ポン
チの一行程で製品輪郭に近似した素輪郭ブランク
成形をシエービングを連続して行う。その加工速
度は通常のプレス速度である0.1〜0.4ｍ／ｓで良
い。

第２図はこの工程に用いるプレス型の一例を示
し、第３図は行程を概略的に示すものである。こ
の実施例ではポンチを下側に、ダイを上側に配し
ているが逆の配置でもよいのは勿論である。３は
ポンチであり製品輪郭と合致した凹凸面３１を有
し、下部をもつてボルスタ１５に固定されてい
る。４はダイクツシヨンピンに支えられた板押え
で、上面にはさも幅Ｗより内側のゾーンにダレ減
少用の突起１４が形成されている。５はポンチ３
に向いた表面に加熱厚肉素材１′を当てがわれる
予備輪郭打抜きダイスであり、内径部に製品輪郭
と相似した凹凸の成形孔５１が形成されている。
この成形孔５１とポンチ３の凹凸面３１のクリア
ランスCl_Bは必要な取り代δ_aにシエービング用ク
リアランスCl_Sを加えたものである。

６は前記予備輪郭打抜きダイス５の後方に設け
られたシエービング用ダイスであり、製品輪郭に
合致する凹凸のついたシエービング孔６１を有し
ている。穴５１のクリアランスCl_Bは本工程での
取り代が板厚の約８％以下となるように設定する
ことが望ましい。

７は前記予備輪郭打抜きダイス５とシエービン
グダイス６の間に形成された空間であり、前段で
成形された素輪郭ブランクをシエービングする際
に先ずるリング状の屑を排出するのに十分なスペ
ースを有していることが必要である。この空間７
の形成方法として本発明は第２図のような構成を
採用している。すなわち、プレスラム（スライ
ド）８にシエービングダイス６を固定すると共
に、プレスラム８に形成した空所９を通してピス
トン１０を突出させ、このピストン１０の先端に
予備輪郭打抜きダイス５を固定し、空所９にピス
トン１０を常時付勢する押圧部材（スプリング又
は液圧）１１を内装させることで予備輪郭打抜き
ダイス５とシエービングダイス６とを接離自由と
なし、さらに予備輪郭打抜きダイス５の成形孔外
側上部にシエービング屑を収容するためのリング
状凹部１２を形成している。このリング状凹部１
２は加熱厚肉素材１′の厚さよりも深さが小であ
ることが必要である。このような第２図の方式を
採つた場合にはシエービング屑の除去が容易とな
るだけでなく、予備輪郭打抜きダイス５の成形孔
５１がシエービング過程で素輪郭ブランクをガイ
ドする機能をはたすため、均一なシエービング取
り代を形成できる。１３はノツクアウトバーであ
る。

しかして、この工程においては、まず第３図ａ
のごとく前段階で所定温度に加熱された厚肉素材
１′をポンチ３と予備輪郭打抜きダイス５の間に
装着し位置決めする。次いで予備輪郭打抜きダイ
ス５とポンチ３を相対的に移動し、ポンチ３に前
進力を与える。本実施例ではプレスラム８の作動
によりシエービングダイス６が下降するとピスト
ン１０が後退してシエービングダイス６と予備輪
郭打抜きダイス５が合体する。

そしてこの状態で第３図ｂのように加熱厚肉素
材１′がポンチ３と予備輪郭打抜きダイス５との
間で挾み込まれるためポンチ肩と成形孔５１によ
り打抜きが開始され、成形孔５１がポンチ肩に到
り厚肉素材が予備輪郭打抜きダイスを貫通するこ
とにより厚肉素材１′から製品輪郭に近似した素
輪郭ブランク１７が熱間成形される。第４図ａ，
ｂはこの段階の厚肉素材１′と素輪郭ブランク１
７を示す。

なお、板押え４に突起１４を形成しておいた場
合には、突起１４が加熱厚肉素材１′に喰込んで
材料の逃げを抑制するため素輪郭ブランク１７の
ダレが少なくなる。

次いで、そのままポンチ３と２段ダイスの相対
移動を継続させれば、ポンチ３の押圧力で加熱ま
まの素輪郭ブランク１７はシエービングダイス６
に向けて強制的に移動させられ、素輪郭ブランク
１７の上側外縁部１７′がシエービングダイス６
の下縁６２に当てがわれる。このとき、本発明に
おいてはシエービングダイス６が予備輪郭打抜き
ダイス５と合体しているため、素輪郭ブランク１
７が後続のシエービングダイス６に到るまでのあ
いだ成形孔５１が素輪郭ブランク１７を適切に案
内する。そして、ポンチ３の継続的な前進動作に
より、第３図ｃのようにシエービングダイス６の
縁で素輪郭ブランク１７の縁が切削され、前過程
の熱間打抜き面が平滑化される。このときに素輪
郭ブランク１７から生ずるリング状の屑１８は、
シエービングダイス６の下面と予備輪郭打抜きダ
イス５の上面とのあいだの空間７に捕捉される。

かくして、シエービングダイス６が素輪郭ブラ
ンク１７を貫通する位置まで到ることによりシエ
ービングが完了し、第３図ｄのようにシエービン
グダイス６のシエービング孔６１に製品１９が残
り、一体化したシエービングダイス６と予備輪郭
打抜きダイス５のあいだの空間７にリング状屑１
８が収容される。第４図ｃはこの段階のリング状
屑１８と製品１９の一例を示す。

これで成形ストロークが終了し、ポンチ３と２
段ダイスが離間することにより、第３図ｅのごと
く穴１ａの明けられた厚肉素材１′は板押え４で
ポンチ上部に持ち上げられ、エアなどにより排出
される。また、シエービングダイス６が引上げら
れると同時に空所９の押圧部材１１がピストン１
０を突き出し、これで予備輪郭打抜きダイス５と
シエービングダイス６が大きく離間する。そのた
めエアなどを作用させることによりリング状屑１
８を外方へ容易に除去できる。そして、製品１９
はノツクアウトバー１３により型外に取出され、
製品焼入れが所望される場合のごとく直ちに冷却
油などへ投入されるかまたは空冷以上の冷却速度
で冷却されるか又は焼入れが所望されない場合は
適宜冷却されることにより目的製品となる。

以上のように本発明は厚肉素材を加熱し、加熱
厚肉素材を同一型により一行程で素輪郭ブランク
成形−シエービングすることが特徴であり、この
手法により例えばモジユール３以上というような
厳しい輪郭形状を有する歯車類を全歯面を平滑な
切口面にして製造することができる。

本発明者らは、円形ブランクを加熱し歯先外周
での公称 取り式δを−２〜＋２mmにとつて直接
シエービングにより歯車（歯先円直径φ48mm、モ
ジユール３のインボリユート歯車）を製造する実
験も行つてみた。その結果加熱温度が適正であつ
ても、また取り代の多少にかかわらず歯先部に破
断面が生じた。これは、シエービング時に隣接す
る歯面間で切屑の排出が阻害され、その結果切り
屑が半径方向外側に押しやられるため、歯先部は
引張応力状態でせん断分離されるためである。従
つて、この方法では精度、切口面の良好な製品が
得られない。

そこで本発明者らは、切り屑の排出を容易にす
るため、予め輪郭外周にわたつて均一な取り代を
持つ歯形ブランクを製作し、これを加熱してシエ
ービングにより歯車を製造してみた。その結果、
実質取り代が小さい範囲（たとえばブランク厚さ
10mm、加熱温度800℃、S45Cにおいてδ_a＝0.23〜
0.73mm）では歯先部はせん断面となつたが、取り
代を大きくすると隣接する歯面の切り屑が干渉し
あい、破断面が生じた。これは取り代が増大する
につれてシエービング機構の割合が減少し、打抜
き機構により切口面が形成されるため、引張応力
状態となる歯先部に破断面が生じたものである。
また、この手法のように歯形ブランクを用いるこ
とは、一般にブランクが冷間打抜きで製作するこ
とを考えると適当とはいえない。ことに厳しい輪
郭形状を厚板難加工材から打抜くと歯部にき裂が
入り、実用に供し難い。

しかるに本発明によれば、ストリツプ状などの
厚肉素材を同一行程内で加熱打抜き−加熱シエー
ビングして製品を得る方法を採り、前段で輪郭外
周にわたり均一な取り代を持つブランクを形成す
るためブランクの製作が容易であると共に、素輪
郭ブランク（歯形ブランク）の切口面は破断面が
生じていてもその破断面深さは上記条件ではせい
ぜい0.1mm程度と浅い。またさん幅の多少も関係
がない。しかもこの加熱打抜きによる素輪郭ブラ
ンクを引続き同一行程内で破断面深さより大きな
取り代をとつてシエービングし、その時に発生す
るング状の屑１８を素輪郭打抜きダイス５の成形
孔外側のリング状凹部１２とシエービングダイス
下面間の空間７で捕捉するため切り屑の排出が容
易で、隣接する歯面の切り屑が干渉し合うことが
なく、平滑な切口面が形成されるものである。

本発明は炭素鋼の厚肉歯車類を製造するに好適
であるが、そのほかステンレス系の厚肉歯車類の
製造法に適用しても効果は大きい。すなわちこの
材質の場合、打抜き荷重およびバネ性が高いため
冷間加工では材料切断完了時における弾性エネル
ギー解放による型のガタつきや緩みが生じやすい
点が荷重自体が大きい点に問題があつたが、本法
を適用して少なくとも300℃以上に素材を加熱し、
その温度を保つて２段ダイスにより同一行程内で
加熱素輪郭打抜き−加熱シエービングを行えば、
冷間加工並みの平滑面を少ない荷重と型のガタつ
きなしに形成することができる。

また、本発明の場合には厚肉素材を加熱条件下
でブランク取り−シエービングするものであり、
従つて型は予め熱膨張を見込んで大きめに製作し
ておくことにより、寸法精度を向上することがで
きる。型製作は例えばワイヤカツトの倍尺機能を
利用することにより簡単に対応できる。

さらに本発明は外歯だけでなく内歯形成、ある
いは外歯と内歯の同時形成にも適用できるのは勿
論である。

次に本発明の具体的な実施例を示す。

実施例 １ 本発明を適用して歯先円直径φ48mm、モジユ
ール３のインボリユート歯車をS45C材（Ｃ：
0.44％、Si：0.24％、Mn：0.74％、Ｐ：0.02
％、Ｓ：0.01％、Cu：0.01％、Ni：0.01％、
Cr：0.03％、Ni＋Cr：0.04％）、板厚10mmから
製造した。

まず、上下面の仕上げられた厚肉素材を電気
炉に装入し、炉中で800℃に15分間保持して全
体が均一な温度分布になるように加熱した。プ
レスとしては100.トンクランクプレスを用い
（型構造第２図のもの）、シエービング実質取り
代δ_aを0.5mmとし、歯形ブランク成形時のクリ
アランスをCl_B≒0.53mmとした。なおシエービ
ングクリアランスCl_S≒0.03mmである。平均加
工速度は0.1ｍ／secとした。

実施にあたつては加熱保持した厚肉素材を炉
から取出し−素輪郭打抜き−シエービングの工
程を10秒以内に終了させ、製品は冷却油中に投
入し冷却させた。その結果、さん幅いかんにか
かわらず全歯面に破断面のない平滑な切口面の
歯車が得られた。

得られた製品のさん幅と外径との関係を示す
と第５図のとおりであり、また製品歯部の寸法
および形状をシエービング型との比較で示すと
第６図のとおりであり、第６図中実線はダイ輪
郭、点線は製品形状である。

製品寸法は歯先面及び歯底面直径部でそれぞ
れダイ寸法より0.39mm及び0.30mm小さくなつて
いるが、これは冷却後の収縮分にほぼ相当して
おり、実製造で熱膨張を考慮しておくことによ
り製品精度を向上できることがわかる。

次に歯先部と歯底部の真直度の測定結果をさ
ん幅Ｗ＝0.5，1.5，14.5について示すと第７図
のとおりである。第８図は加熱丸形ブランクか
ら直接シエービングで歯車を加工した場合の歯
部真直度であり、本発明のように一行程内で加
熱歯形ブランク打抜き−加熱シエービングを行
うと、精度が著しく改善されることがわかる。

本発明において、打抜き−シエービング温度
を種々変えた場合の影響を検討すると第９図と
第１０図のごとくである。第９図はだれへの影
響、第１０図はわん曲への影響をみたもので、
700〜900℃が最適範囲であることがわかる。な
お、だれは板押えに突起をつけなかつた場合で
あり、突起を付けて打抜き行程での拘束を強め
れば格段に減少できる。また、加熱温度800℃
の条件で一行程加熱打抜き−シエービング線図
を示すと第１１図のごとくである。この第１１
図から本発明の場合第一行程の打抜きで素形さ
れ破断面が生じても第二行程でシエービングに
より破断面を含めて仕上げることがわかる。な
お本実施例においてはいずれの取り代でもきれ
いな切口面となつていることが確認された。

また、加熱温度800℃、さん幅１mm、取り代
0.5mmの条件でSS41，SCM415材板厚20mmから
前記歯車の製造を行つたが、この場合にも全歯
面が平滑な切口面の製品が得られた。

以上説明した本発明によれば、厚肉歯車を製造
するにあたり、素材として少なくとも構成刃先付
着物を生じさせない所要温度に加熱た加熱厚肉素
材１′を使用し、プレス型として、製品輪郭と合
致した凹凸面を有するポンチ３と、前記ポンチと
対向する側でプレスラムに固定され製品輪郭に合
致する凹凸を有するシエービングダイス６と、製
品輪郭と相似した凹凸の成形孔５１とこれの外側
表面にリング状凹部１２を有しシエービングダイ
ス６と接離可能にプレスラムに支えられた予備輪
郭打抜きダイス５を備えたものを用い、前段とし
て、加熱厚肉素材１′をポンチ３と予備輪郭打抜
きダイス５間に装着し、加熱厚肉素材１をポンチ
３と予備輪郭打抜きダイス５で挾持しつつ予備輪
郭打抜きダイス５とシエービングダイス６を合体
させ、加熱厚肉素材１′の貫通により歯形を有す
る素輪郭ブランク１７を成形し、次に、ポンチ３
の前進により予備輪郭打抜きダイス５の成形孔５
１で素輪郭ブランク１７をガイドしながらシエー
ビングダイス６に向けて強制移動させ、素輪郭ブ
ランク１７の縁をシエービングダイス６により切
削して製品形状に仕上げ、その時に発生するリン
グ状屑１８を前記シエービングダイス６の下面と
予備輪郭打抜きダイス５のリング状凹部１２間で
捕捉し、成形ストローク終了時の予備輪打抜きダ
イス５とシエービングダイス６の離間により形成
される排出空間７から排出するようにしたため次
のようなすぐれた効果が得られる。

厚肉難加工材から、モジユール３というよう
な厳しい輪郭形状を有する厚肉歯車類を、特殊
なプレス設備を要さず通常のプレスを使用して
しかも１行程で製造することができる。

加熱打抜きにより素輪郭ブランクを成形し、
引き続き加熱シエービングで前過程の熱間打抜
き面を平滑化すること、加熱打抜きから加熱シ
エービング間で適切なブランク案内作用が得ら
れること、加熱シエービング時に生ずるリング
状の屑の排出が容易で隣接する歯面の切り屑が
干渉しあうことがないことにより、厚肉素材で
かつ厳しい輪郭であつても寸法精度がよく、か
つ全歯面が平滑な切り口な厚肉歯車類を製造す
ることができる。

熱間加工のため所要荷重を小さくできるとと
もに、構成刃先付着物が型切刃に溶着離脱する
こともないため型の劣化も少なくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る歯車類製造法を概略的に
示す説明図、第２図は本発明において用いるプレ
ス型の一例を示す縦断側面図、第３図ａ〜ｅは本
発明による素輪郭打抜き−シエービング行程を段
階的に示す断面図、第４図ａ〜ｄは第３図の加工
段階における創成物の一例を示す斜視図、第５図
は本発明における製品とさん幅の関係を示すグラ
フ、第６図はダイス形状と製品歯部形状を比較し
て示す平面図、第７図は本発明製品の歯部真直度
を示す説明図、第８図は丸形ブランクから直接歯
車をシエービングした場合の歯部真直度を示す説
明図、第９図は本発明におけるシエービング温度
とだれの関係を示すグラフ、第１０図はシエービ
ング温度とわん曲の関係を示すグラフ、第１１図
は取り代を種々にとつた場合の加重−ストローク
線図である。 １……厚肉素材、１′……加熱厚肉素材、３…
…ポンチ、５……予備輪郭打抜きダイス、６……
シエービングダイス、７……空間、１２……リン
グ状凹部、１７……素輪郭ブランク、１８……リ
ング状の屑、１９……製品、５１……成形孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 厚肉歯車を製造するにあたり、素材として少
   なくとも構成刃先付着物を生じさせない所要温度
   に加熱した加熱厚肉素材１′を使用し、プレス型
   として、製品輪郭と合致した凹凸面を有するポン
   チ３と、前記ポンチと対向する側でプレスラムに
   固定され製品輪郭に合致する凹凸を有するシエー
   ビングダイス６と、製品輪郭と相似した凹凸の成
   形孔５１とこれの外側表面にリング状凹部１２を
   有しシエービングダイス６と接離可能にプレスラ
   ムに支えられた予備輪郭打抜きダイス５を備えた
   ものを用い、 加熱厚肉素材１′をポンチ３と予備輪郭打抜き
   ダイス５間に装着し、加熱厚肉素材１をポンチ３
   と予備輪郭打抜きダイス５で挾持しつつ予備輪郭
   打抜きダイス５とシエービングダイス６を合体さ
   せ、加熱厚肉素材１′の貫通により歯形を有する
   素輪郭ブランク１７を成形し、 引き続くポンチ３の前進により予備輪郭打抜き
   ダイス５の成形孔５１で素輪郭ブランク１７をガ
   イドしながらシエービングダイス６に向けて強制
   移動させ、素輪郭ブランク１７の縁をシエービン
   グダイス６により切削して製品形状に仕上げ、 その時に発生するリング状屑１８を前記シエー
   ビングダイス６の下面と予備輪郭打抜きダイス５
   のリング状凹部１２間で捕捉し、成形ストローク
   終了時の予備輪郭打抜きダイス５とシエービング
   ダイス６の離間により形成される排出空間７から
   排出することを特徴とする厚肉歯車類の製造法。