JPH04105741A - 溝形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、円筒面が被成形面である素材のその被成形面
上にそれの軸線に沿って延びる溝を形成する溝形成装置
に関するものであり、特に、被成形面の溝形成開始部に
おける寸法精度を向上させる技術に関するものである。

従来の技術 上記溝形成装置は一般に、実開平１−１００６３１号公
報にも記載されているように、内周面または外周面上に
それの軸線に沿って延びる突条が形成されて成る成形型
と、外周面または内周面が被成形面である素材を成形型
に対して相対的に移動させる相対移動装置とを含み、突
条で被成形面を凹ませてその被成形面上に溝を形成する
とともに、突条に押し除けられた材料を被成形面の溝以
外の部分に向けて流動させてその非溝部分を予定寸法に
仕上げるものである。そして、この溝形成装置は例えば
、スプライン軸、スプライン穴、セレーション軸、セレ
ーション穴等を加工する際に使用される。

発明が解決しようとする課題 スプライン軸は一般に、それの軸線に沿って真直に延び
る複数のスプライン溝がスプライン軸の表面にそれの周
方向に並んで成るものである。そして、このスプライン
軸を加工する場合には、複数のスプライン溝の底面に対
して想定される一円筒面の直径のみならず、素材の被成
形面のうち複数のスプライン溝を除く複数の非溝部分に
対して想定される一円筒面の直径（以下、単に非溝部分
の直径という）も精度よく仕上げられることが大切であ
る。しかし、従来の溝形成装置を使用する場合乙こは、
被成形面の先端部（溝形成開始部）におい−コ（、よ、
成形後の３Ｆ溝部分の直径が小さくなってしまい、スプ
ライン溝の深さ、すなわち、スプライン歯の歯面の面積
か不足するという問題があった。

この問題存在の理由は次のようであると推定される。突
条で素材中間部の被成形面を凹まゼる場合には、その突
条に押し除４Ｊられた材料は素材の軸方向（素材進行方
向）に流動することを制限され、素材の周方向に流動す
る傾向か強いため、その押し除けられた材料は非溝部分
に向かって流動してその非溝部分に充填される。これに
対し、素材先端部においては、材料の素材進行方向への
流動が素材中間部はど制限されていないため、素材先端
部における材料は素材進行方向に流動する傾向が強い。

したがって、溝形成当初から被成形面のうぢ溝底面とな
るべき部分以外の部分にも圧縮応力（素材中心に向かう
半径方向応力）を生じさせると、素材のうち溝となるべ
き部分の材料のみならず、非溝部分となるべき部分の材
料も素材進行方向に流動してしまうことが問題存在の理
由であると推定されるのである。

第１０図に、素材先端部の成形時に被成形面に生ずる圧
縮応力の分布の一例を示す。なお、この例は、溝形成装
置の一態様である冷間押出加工装置において得られるも
のである。この冷間押出加工装置においては、第１１図
に示すように、成形型としてのダイ１００の内周面１０
２上にそれの軸線に沿って真直に延びる複数の突条１０
４が形成されている。突条１０４は、素材の進行方向（
図において矢印Ｘで表す）に沿って予備成形部１０６と
本成形部１０８とがそれらの順に並んで成っている。本
成形部１０８は、スプライン溝の底面に対応する突条頂
面１１０と、スプライン溝の一対の傾斜側面（それら側
面はスプライン溝の底面から遠ざかるにつれて相互に離
間する）に対応する一対の突条傾斜側面１１２とを有す
る一方、予備成形部１０６は、突条頂面１１０の上流縁
がら突条１０４の上流端に向がって（進行方向Ｘとは逆
の方向に）延びて内周面１０２に達する中央斜面１１４
と、その中央斜面１１４の各側縁と各突条傾斜側面１１
２の上流縁とをっなく一対の分流面１１６とを有する。

また、それら突条頂面１１０、突条傾斜側面１１２．中
央斜面１１４および分流面１１６はいずれも平面である
。

そして、第１０図には、素材の先端面が中央斜面１１４
に接する期間内において素材の進行方向Ｘに沿って順に
並ぶ３つの進行位置Ｗ、、Ｗ２およびＷ３についてそれ
ぞれ、素材の被成形面に生ずる圧縮応力の分布の一例が
グラフで表されている。図から明らかなように、溝形成
当初から素材の被成形面のうち中央斜面１１４が接する
部分のみならず、分流面１１６が接する部分においても
圧縮応力が生しており、そのため、素材先端部において
は、素材の非溝部分における材料も進行方向Ｘに流動し
てしまうと推定されるのである。

以上、スプライン軸を加工する場合を例にとり、被成形
面の溝形成開始部における寸法不良という問題の存在を
説明したが、スプライン穴、セレーション軸、セレーシ
ョン穴等を加工する場合にも同様の問題が存在する。ま
た、上記の例は、素材の先端面と被成形部の先端面とが
互に一致する場合のものであったが、上記の問題はそれ
らが互に一致しない場合にも存在する。例えば、小径部
と中径部と大径部とが互に同軸的に形成された段付き素
材のうち中径部の外周面上に溝を形成する場合にも存在
し、この場合には小径部と中径部との間に形成された円
環状段付き面が被成形部の先端面に相当するのである。

本発明は、突条のうち素材と最初に接する先端部分の形
状を、被成形面のうち溝底面となるべき部分以外の部分
にはできる限り接触しないものとすることにより、上記
の問題を解決することを課題として為されたものである
。

課題を解決するための手段 そして、本発明の要旨は、前記成形型および相対移動装
置を含み、突条で被成形面を凹ませてその被成形面上に
、溝底面と各々その溝底面から遠ざかるにつれて相互に
離間する一対の溝傾斜側面とを有する溝を形成するとと
もに、突条に押し除けられた材料を被成形面の溝以外の
部分に向けて流動させてその非溝部分を予定寸法に仕上
げる溝形成装置において、突条を、それの上流端から順
に予備成形部と本成形部とが並んで成るものとするとと
もに、その本成形部を、溝底面に対応する突条頂面と、
一対の溝傾斜側面に対応する一対の突条傾斜側面とを有
するものとする一方、予備成形部を、突条頂面の上流縁
から突条の上流端に向かって延びて成形型の内周面また
は外周面に達する中央斜面と、その中央斜面の両側縁と
一対の突条傾斜側面の上流縁とをそれぞれつなぐ一対の
分流面とを有するものとし、かつ、それら各分流面を、
中央斜面の各側縁と各突条傾斜側面の上流縁とを含む一
平面に対して凹ませたことにある。

なお、ここにおいて突条頂面、突条傾斜側面および中央
斜面はそれぞれ、平面であっても曲面であってもよい。

作用 本発明に係る溝形成装置においては、予備成形部の各分
流面が凹まされているから、被成形面の溝形成開始部（
以下、単に被成形面の先端部という）が突条の予備成形
部を通過する際には、各分流面は被成形面の先端部のう
ち溝底面となるべき部分以外の部分にできる限り接触し
なくなり、その結果、その部分に圧縮応力が全く生じな
いかまたは生じるとしてもその圧縮応力が従来装置にお
けるより減少する。このように、被成形面のうち溝傾斜
側面となるべき部分には溝形成当初には圧縮応力はほと
んど生じないが、最終的には、その部分に本成形部の突
条傾斜側面が接触することとなるために圧縮応力が生じ
るに至る。しかし、本発明装置においては、被成形面の
先端部が予備成形部を経て本成形部に進入する際に急に
圧縮応力が生じるのであって、従来装置におけるように
、予備成形部にはじめて接した時期から圧縮応力が継続
的に生じるのではなく、この圧縮応力の発生態様の相違
に起因して、本発明装置における方が従来装置における
より、被成形面の先端部の非溝部分における材料の素材
進行方向への流動量が減少する。

発明の効果 そのため、本発明に従えば、被成形面先端部の非溝部分
における寸法精度が向上し、被成形面先端部から十分高
い精度で溝形成を行い得るという効果が得られる。

実施例 以下、本発明を冷間押出加工装置に適用した場合の実施
例を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の一実施例である冷間押出加工装置は第２図に示
すように、円筒状の素材ｌＯの外周面１２（これが本発
明における被成形面に相当する）上にそれの軸線に沿っ
て真直に延びる複数のスプライン溝１４（これが本発明
における溝の一態様である）を形成するものである。そ
して、本冷間押出加工装置は、内周面１６を有し、かつ
、この内周面１６上にそれの軸線に沿って真直に延びる
複数の突条１８が形成されて成る円筒状のダイ（これが
本発明における成形型の一態様である）２０と、そのダ
イ２０に素材１０を押し込むポンチ２２と、そのポンチ
２２を駆動する図示しない駆動装置（これがポンチ２２
と共同して本発明における相対移動装置を構成している
）を備えている。本冷間押出加工装置においては、素材
１０がダイ２０に対して図において下方に直線移動させ
られることによって素材ＩＯの外周面１２にスプライン
溝１４が連続的に形成され、素材１０のフランジ２４の
肩面（段付き面）にダイ２０の上端面が接触したときに
一回の押出加工が終了する。

押出加工中、素材ＩＯの貫通穴２６にはマンドレル３０
が摺動可能に嵌合されていて、素材１０はマンドレル３
０の外周面に案内されて直線運動を行うようになってい
る。また、マンドレル３０の外周面には円筒状のノック
アウトスリーブ３２が摺動可能に挿入されていて、押出
加工終了後には、適数本のノックアウトピン３４が上昇
させられてノックアウトスリーブ３２が上昇させられ、
これにより、素材ｌＯがダイ２０からそれの上方に押し
出されるようになっている。なお、ダイ２０の外周面に
は円筒状の補強リング３６が嵌合されていて、押出加工
によるダイ２０の損傷等が防止されるようになっている
。

ダ１′２０の内周面１６上に形成されている突条１８の
一つを第３図〜第５図において拡大して示す。突条１８
は、それの上流端から（素材進行方向に沿って）予備成
形部４０と本成形部４２とを備えている。前記スプライ
ン溝１４は、溝底面と、その溝底面から遠ざかるにつれ
て相互に離間する一対の溝傾斜側面とを有する。それら
溝底面および溝傾斜側面はいずれも平面である。そのた
め、本成形部４２は、溝底面に対応する突条頂面４４と
、一対の溝傾斜側面に対応する一対の突条傾斜側面４６
とを有する。それら突条頂面４４および突条傾斜側面４
６も平面である。

これに対して、予備成形部４０は、突条頂面４４の上流
縁から突条１８の上流端に向かって延びて内周面１６に
達する中央斜面４８と、その中央斜面４８の各側縁と各
突条（中耕側面４６の上ｔＬ縁とをつなぐ一対の分流面
５０とを有する。中央斜面４日も平面である。各分流面
５０は、（ａ）中央斜面４８の各側縁から素材進行方向
に延びるほぼ三角形の上流斜面５２と、Φ）各突条傾斜
側面４６の上流縁から素材進行方向とは逆の方向に延び
る三角形の下流斜面５４と、（Ｃ）上流斜面５２０３つ
の縁のうち最も中央斜面４８に近いものと下流斜面５４
の３つの縁のうち最も中央斜面４８に近いものとからそ
れぞれ素材中心方向に延びて中央斜面４８の各側縁に達
する三角形の垂直面５６とを有し、かつ、中央斜面４８
の各側縁と各突条傾斜側面４６の上流縁とを含む一平面
に対して凹まされている。それら上流斜面５４．下流斜
面５６および垂直面５８も平面である。また、上流斜面
５２と下流斜面５４とは直線り、において互に接続され
ている。

なお、突条１８にはさらに、本成形部４２に後続して、
押出加工荷重を低減させるための逃がし部６０も形成さ
れている。

したがって、素材１０がダイ２０に対して進行する際、
素材１０の先端面（本実施例においては、素材１０の先
端面は被成形面の先端面でもある）が予備成形部４０に
接触する段階、すなわち、押出加工の初期では、素材１
０の被成形面は分流面５０にはほとんど接触しない。そ
して、その段階のうち進行方向に沿って順に並ぶ３つの
進行位置Ｗ、、Ｗ２およびＷ３において被成形面に生し
る圧縮応力をそれぞれ調べると第１図に示すものとなる
と推定される。すなわち、進行位置Ｗ、およびＷ２にお
いては、素材ＩＯの被成形面のうち中央斜面４８と接す
る部分、すなわち、将来突条頂面４４と接してスプライ
ン溝１４の底面となるべき部分には圧縮応力が生じる一
方、それ以外の部分には圧縮応力がほとんど生しないの
に対し、進行位置Ｗ３においては、素材１０の被成形面
が本成形部４２全部に接触し、その接触域全域において
圧縮応力が生じるのである。

以上要するに、素材１０の被成形面が予備成形部４０を
通過する間、すなわち、押出加工の初期は、素材１０の
被成形面のうち将来スプライン溝１４の底面となるべき
部分を除く部分には圧縮応力がほとんど生じず、その結
果、その部分における材料の素材進行方向への流動が抑
制されることとなって、素材先端部の非溝部分における
直径減少が抑制されるのである。

なお、本実施例においては、分流面５０が３つの平面す
なわち上流斜面５２．下流斜面５４および垂直面５６に
よって構成されていたが、２つの平面によって構成する
ことも可能である。例えば、第３図〜第５図において、
下流斜面５４を素材進行方向とは逆の方向に延長するこ
とにより上流斜面５２を省略すれば、分流面５０をその
延長された下流斜面５４および垂直面５６によって構成
することも可能なのである。

別の実施例を第６図〜第８図に基づいて説明する。なお
、本実施例は先の実施例とは分流面についてのみ異なる
から、その部分についてのみ説明し、先の実施例と共通
の部分については図において同一の符号を付することに
より文章による説明を省略する。

本実施例における分流面７２は、それら図に示すように
、（ａ）前記各突条傾斜側面４６の上ｆＬ縁から素材進
行方向とは逆の方向に延びるほぼ三角形の外側斜面７４
と、（ｂ）その外側斜面７４の３つの縁のうち最も前記
中央斜面４８に近いもの（図においてＬｂで示す）から
前記ダイ２０の軸線とは直角な方向に延びるほぼ三角形
の内側斜面７６と、（Ｃ）その内側斜面７６の３つの縁
のうち最も中央斜面４８に近いもの（図においてり、で
示す）から素材中心方向に延びて中央斜面４８の各側縁
に達する三角形の垂直面７日とを有するものである。

それら外側斜面７４．内側斜面７６および垂直面７８は
いずれも平面である。外側斜面７４は、中央斜面４８の
各側縁と各突条傾斜側面４６の上流縁とを含む一平面上
にあるが、内側斜面７６と垂直面７８とは共に、その平
面に対して素材外側に存在するから、結局、分流面７２
は中央斜面４８に近い部分において局部的に上記平面に
対して凹まされていることになる。

したがって、本実施例においては、素材１０の先端面が
前記予備成形部４０に接する段階では、第９図に示すよ
うに、素材ＩＯの被成形面が分流面７２に全く接しない
期間と、分流面７２のうち外側斜面７４には接する期間
とがあるが、この接する期間内でも従来装置におけるよ
り分流面７２との接触面積が小さくなり、同図に示すよ
うに、素材１０の被成形面のうちスプライン溝１４の底
面となるべき部分以外の部分については、従来装置にお
けるほど圧縮応力が生じない。その結果、素材１０の非
溝部分における材料の素材進行方向への流動が抑制され
、素材先端部の非溝部分における直径減少が抑制される
。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明した
が、これらの他にも、例えば、本発明を溝形成用引抜き
加工装置に適用するなど、当業者の知識に基づいて種々
の変形、改良を施した態様で本発明を実施することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である冷間押出加工装置を使
用した場合に素材の被成形面に生ずる圧縮応力の分布の
一例を示す図である。第２図は上記冷間押出加工装置を
示す正面断面図である。第３図〜第５図はそれぞれ、第
２図におけるダイに形成された突条を示す平面図、側面
図および正面図である。第６図〜第８図はそれぞれ、上
記実施例とは分流面が異なる突条を示す平面図、側面図
および正面図である。第９図は第６図〜第８図における
突条と素材との接触によって素材の被成形面に生ずる圧
縮応力の分布の一例を示す図である。 第１０［９は従来の冷間押出加工装置による溝形成の際
に素材の被成形面に生ずる圧縮応力の分布の一例を示す
図である。第１１図は上記従来の冷間押出加工装置に用
いられるダイの一例を示す正面断面図である。 １０：素材 ２２：ポンチ ４０：予備成形部 ４４：突条頂面 ４８：中央斜面 ２０：ダイ １日：突条 ４２：本成形部 ４６：突条傾斜側面 ５０．７２：分流面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　内周面または外周面上にそれの軸線に沿って延びる突
   条が形成されて成る成形型と、外周面または内周面が被
   成形面である素材を前記成形型に対して相対的に移動さ
   せる相対移動装置とを含み、前記突条で前記被成形面を
   凹ませてその被成形面上に、溝底面と各々その溝底面か
   ら遠ざかるにつれて相互に離間する一対の溝傾斜側面と
   を有する溝を形成するとともに、前記突条に押し除けら
   れた材料を前記被成形面の前記溝以外の部分に向けて流
   動させてその非溝部分を予定寸法に仕上げる溝形成装置
   において、 前記突条を、それの上流端から順に予備成形部と本成形
   部とが並んで成るものとするとともに、その本成形部を
   、前記溝底面に対応する突条頂面と、前記一対の溝傾斜
   側面に対応する一対の突条傾斜側面とを有するものとす
   る一方、前記予備成形部を、前記突条頂面の上流縁から
   前記突条の上流端に向かって延びて前記成形型の内周面
   または外周面に達する中央斜面と、その中央斜面の両側
   縁と前記一対の突条傾斜側面の上流縁とをそれぞれつな
   ぐ一対の分流面とを有するものとし、かつ、それら各分
   流面を、前記中央斜面の各側縁と前記各突条傾斜側面の
   上流縁とを含む一平面に対して凹ませたことを特徴とす
   る溝形成装置。