JPH0692019B2 - カップ状部品の冷間連続成形方法 - Google Patents

カップ状部品の冷間連続成形方法

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JPH0692019B2
JPH0692019B2 JP3320189A JP3320189A JPH0692019B2 JP H0692019 B2 JPH0692019 B2 JP H0692019B2 JP 3320189 A JP3320189 A JP 3320189A JP 3320189 A JP3320189 A JP 3320189A JP H0692019 B2 JPH0692019 B2 JP H0692019B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は等速ジョイント外輪等のようなカップ状部品を
丸棒素材(ビレット)から複数の成形工程を経て成形す
る方法に関する。
(従来の技術) カップ状をなす部品を成形する方法として、素材を変態
点(再結晶温度)以下の温度で鍛造する方法が特公昭63
−41665号として知られている。
この方法はカップ状部品を素材から成形するにあたり、
据込み成形と後方押出し成形とを1秒以内に連続して行
うことで、中間の焼鈍及び中間の潤滑処理を省略するよ
うにしている。
一方、成形時の潤滑方法として、キャビティ内に潤滑油
を供給する方法が特開昭59−150639号として開示されて
いる。
(発明が解決しようとする課題) (1)特公昭63−41665号に開示される方法にあっては
極めて短かい間(1秒)に据込み成形と押出し成形とを
行うため、等速ジョイント外輪生産のように大型トラン
スファープレスを使用する場合には1秒以内の成形は極
めて困難で、更に素材のサイズ、成形率或いはカーボン
当量等も限定されたものとなる。
(2)一方、特開昭59−150639号に開示される方法にあ
ってはラセン状部品を形成する為に素材の下方より反力
を与えることを主目的としたものでカップの冷間連続成
形に適用しているものではない。
(3)またボンデ処理を行なわずに連続して軸部の段差
とカップを形成するのは困難であった。
(4)また等速ジョイント外輪として高周波焼入鋼や浸
炭焼入鋼が用いられるが浸炭焼入鋼を用いて、据込みと
押出しの間に中間焼鈍を行なうとこの温度が疑似球状化
処理温度にあたるためAlNが球状化セメンタイトに析出
凝縮し、後に行なう浸炭処理の際に、AlNが均一に分散
せず混粒状態となり常温衝撃値の低下を招く。
(5)また複数の成形を連続して行なうと等速ジョイン
トのような大物部品では発生熱が蓄積され金型表面の温
度上昇及び素材自身が青熱脆性域に入るという恐れがあ
る。
(6)またこのような高温の温度域では潤滑性能が落ち
るので適切な使用温度範囲とそれに見合った潤滑剤が望
まれていた。
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決すべく本発明は、 (1)表面に化成被膜を形成した丸棒素材を据込み成形
して頭部を有する中間素材とし、この中間素材が時効硬
化によって所定の硬度となる押出し成形用金型のキャビ
ティに投入し、このキャビティ内を潤滑油で充満させた
状態で前記頭部をカップ状に後方押出しするようにし
た。
(2)前記カップ状部品は軸部を有し、この軸部は前記
据込み成形よりも前に前方押出しによって成形し、カッ
プ成形時に更に軸部に段差を形成するようにした。
(3)前記カップ押出し成形に於る軸部の段差形成はパ
ンチの押込みにより軸部の絞りを先に行ない続いてカッ
プを形成するようにした。
(4)丸棒素材材質が浸炭焼入鋼(肌焼鋼)の場合に、
カップ成形までの複数の工程を連続して行ない焼鈍前の
歪量φgの総和が、Inφg≧0.6となるように設定し
た。
(5)キャビティ内に充填する潤滑油は循環して用いる
ようにし、潤滑油を冷却又は加熱により金属温度が100
〜400℃、素材のカップ成形後の取出し温度が150〜300
゜、供給時潤滑油温度が20〜40℃の範囲に維持するよう
にコントロールするようにした。
(6)前記押出し成形に於る軸部の段差形成はパンチの
押込みにより軸部の絞りを先に行ない続いてカップを形
成するようにした。
(作用) 中間素材が時効硬化によって所定硬度になる前に押出し
成形するとともに、押出し成形は金型のキャビティ内に
潤滑油を供給して行うようにしたので、中間工程におけ
る焼鈍が省略でき、且つ潤滑処理も自動的になされる。
(実施例) 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
第1図は本発明を各成形工程順に示した図、第2図乃至
第4図は各成形工程に用いる金型の断面図であり、実施
例としてはカップ状部品として等速ジョイント外輪を成
形する場合について説明する。
本発明にあっては第1図(A)に示す丸棒素材W1の表面
にボンデ処理によってリン酸塩被膜等の潤滑用化成被膜
を形成する。
次いで上記の丸棒素材W1を第2図に示す金型1のキャビ
ティ2内にセットし、パンチ3により前方押出しを行
い、第1図(B)に示すような軸部aを有する中間素材
W2を得る。ここで軸部aの主対数歪(変形度)は[表]
にも示すように、1.26程度とする。
尚、[表]中A,B,C,Dは第1図のA,B,C,Dに対応し、また
前方押出しにおける主対数歪φ及び後方押出しにおけ
る主対数歪φは以下の計算式から求めた。
A0:押出し前の断面積 A1:押出し後の断面積 d0:押出し前の径 d1:押出し後の径 以上の如くして軸部aを有する中間素材W2を得たなら
ば、第3図に示す金型11のキャビティ12内に中間素材W2
をセットし、パンチ13により据込み成形を行い、第1図
(C)に示すような軸部aと頭部bとを有する中間素材
W3を得る。尚、中間素材W2から中間素材W3を成形する際
には丸棒素材W1の表面に形成した化成被膜が残っており
潤滑処理を行わない。この時の歪量はInφg=0.31程度
である。
以上の如くして中間素材W3を得たならば、この中間素材
W3が時効硬化によって所定硬度になる前、具体的には5
分以内、好ましくは18秒以内に第4図(A)に示す金型
21のキャビティ22内に投入するとともに、潤滑油Oをキ
ャビティ上方から供給路24を介して供給し、キャビティ
22内を潤滑油Oで満した状態でパンチ23により第4図
(B)に示すように中間素材W3の頭部bを後方押出し成
形し、第1図(D)に示すようなカップ状部Cを有する
中間素材W4を得る。この時のカップ部の歪量は後方押出
し成形単独ではInφg=0.59であるが、連続成形により
先の据込み成形による歪が加算されてInφg=0.9とな
る。また、この押出し成形の際にはキャビティ内を潤滑
油で満たしていることから軸部の段差も同時に形成する
ことが可能である。
ここで潤滑油Oはタンク25から汲み上げて定量供給装置
26に一旦貯留してから瞬時にキャビティ22内に供給し、
成形後は排出装置27にて払出しピン28周囲から強制的に
タンク25へ排出するようにし、更にタンク25内において
はクーラ及び及びヒータを備えた温度制御装置30等によ
って潤滑油温度、金型温度、及びワーク温度を一定範囲
内に維持するようにしている。
ところで本実施例で用いる潤滑油Oはヘッダー油等の通
常の潤滑油でもよいが加熱されることで中間素材W3表面
に固体潤滑被膜を形成する熱反応性の潤滑油を用いると
一層好ましい。斯かる潤滑油としては例えばナフテン系
ベースオイルにカルシウム系添加剤(15.0wt%〜25.0wt
%)及び活性又は不活性の硫化油脂(イオウ分4.0wt%
〜7.0wt%)を添加し、更に必要に応じてCu,Zn等の非還
移金属の粒径100μm以下の微細粉末(1.0wt%〜5.0wt
%)、塩素化パラフィン(2.0wt%〜30wt%)を添加し
たものを用いる。
ここで潤滑油を以上の如き物質にて構成したのは以下の
理由による。
先ず、活性或いは不活性硫化油脂は通常の状態では反応
しないが、油性剤による油膜が破断した後、つまり摩擦
熱及び成形熱によって素材温度が上昇すると、化学的に
分解し、金型及び素材と反応して硫化鉄になり第5図に
示すように耐圧性に優れた固体潤滑被膜を形成する。そ
して第6図に示すように、活性硫化油脂と不活性硫化油
脂とはその使用温度範囲が異なり、前者にあっては、15
0℃〜300℃、後者にあっては250℃〜400℃が適当である
ので、成形率等に応じて使い分ける。本例の等速ジョイ
ント外輪の場合には素材温度が150〜300℃であるので前
者を使用した。
また、カルシウム系添加剤(1μm以下の極微細粉末)
を添加することで潤滑膜の保持性が向上し且つ摩擦係数
が上昇するまでの時間を遅らせることができ、ナフテン
系ベースオイルとすることでパラフィン系ベースオイル
に比べて添加剤の溶解性に優れ、更にCu,Zn等の非還移
金属粉末を添加することで耐摩耗性が改善される。
一方、タンク25内における潤滑油Oの温度は第7図に示
すように20℃以下とすると動粘性が高くなり強制供給が
困難となり40℃以上とすると熱劣化しやすくなるので20
℃〜40℃に維持するのが好ましく、更に金型21及びパン
チ23については第8図に示すようにTiN等の表面処理被
膜の劣化を生じることなく連続成形できる温度、つまり
100℃〜400℃に維持するのが好ましい。
また、第9図は素材の表面硬さと成形後の経過時間との
関係を潤滑油による冷却を行ったか否かで示したグラ
フ、第10図は素材の表面温度と変形抵抗との関係を示す
グラフであり、これらのグラフの内容を考慮すると、成
形中、素材が青熱脆性域に入らない温度100〜400℃に、
望ましくは150〜300℃に維持できるよう潤滑油にて冷却
する。このように本発明では特公昭63−41665号とは異
なり潤滑油の存在により発生熱を抑制し、最適を使用温
度範囲に維持している。また同時に時効硬化時間に重点
を置いたものである。このことは第11図からも明らかと
なる。即ち第11図は素材の表面温度と硬度との関係を示
すものであり、このグラフから一旦時効硬化した素材は
その表面温度は同じでも時効硬化していないものに比べ
硬くなってしまうことが分る。
以上の如くして中間素材W4を得たならばキャビティ形状
の異なる別のシゴキ成形用金型に中間素材W4を時効硬化
によって所定硬度となる前に投入し、シゴキ成形を行っ
て第1図(E)に示すような軸付きカップ状部品W5を得
ることも出来る。しかし、第1図に示すように等速ジョ
イント外輪の場合には寸法精度を向上させる為に、シゴ
キの前に焼鈍とボンデ処理を採用した。
尚、本実施例では1600トン〜2500トン冷間トランスファ
ープレスを使用し成形間隔は3〜4sec(生産速度15〜20
spm)であったが、5分以内であってもよい。即ち、第1
2図は成形後の経過時間と製品の表面硬さとの関係を示
すグラフであり、このグラフから素材の材質と成形率
(形状)によって時効硬化曲線が異なることが分る。ま
た第13図は素材の表面硬さと伸び率との関係を示すグラ
フであり、このグラフから成形の限界ラインを設定する
ことができる。従って、材質により定まる時効硬化時間
と硬度の関係を測定しそれに対応する素材の伸びと成形
荷重から限界を設定すればよい。
また本実施例では、素材材質として浸炭焼入鋼又は高周
波焼入鋼のどちらも適用可能であり、軸部、カップ部共
にシゴキ、焼鈍前の連続成形による総歪量をInφg=0.
6以上にする事が出来る。即ち第14図は主対数歪(lnφ
g)と結晶粒度番号との関係を示すグラフであり、冷間
連続成形することで主対数歪を0.6以上とすることがで
き、0.6以上とすることで組織の緻密化を達成できる。
(発明の効果) 以上に説明したように本発明によれば、中間工程として
の焼鈍や中間でのボンデ処理を省略して丸棒素材からカ
ップ状部品を連続的に成形でき、併せて軸部の段差も形
成しうる。
また潤滑油を使用することで、潤滑油が金型及びパンチ
の昇温を抑制することとなり、型及びパンチの寿命が長
くなり、また、素材が青熱脆性域に入るのを抑制する。
更に素材を順次冷間連続鍛造するため、各成形ごとに素
材に冷間歪が蓄積され、後に浸炭処理を施す場合には前
記冷間歪(0.6以上の場合に顕著な効果がある)によっ
てAlNが分散析出し、オーステナイト粒の粗大化が抑制
され、機械的強度も向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を工程順に示した図、第2図、第3
図、第4図(A)及び第4図(B)は各成形工程に用い
る金型の断面図、第5図は面圧と摩擦係数との関係を示
すグラフ、第6図は温度と摩擦係数との関係を示すグラ
フ、第7図は潤滑油温と動粘性との関係をしめすグラ
フ、第8図は型温と硬度との関係を示すグラフ、第9図
は素材の表面硬さと成形後の経過時間との関係を示すグ
ラフ、第10図は素材の表面温度と変形抵抗との関係を示
すグラフ、第11図は素材の表面温度と表面硬さとの関係
を示すグラフ、第12図は成形後の経過時間と製品の表面
硬さとの関係を示すグラフ、第13図は素材の表面硬さと
伸び率との関係を示すグラフ、第14図は主対数歪と結晶
粒度番号との関係を示すグラフである。 尚、図面中1,11,21は金型、2,12,22はキャビティ、3,1
3,23はパンチ、Oは潤滑油、W1は丸棒素材、W2,W3,W4は
中間素材、W5はカップ状部品である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】丸棒素材表面に潤滑用の化成被膜を形成
    し、この丸棒素材を据込み成形することで大径の頭部を
    有する中間素材とし、この中間素材が前記据込み成形後
    に時効硬化によって、所定の硬度に達する時間内に中間
    素材を押出し成形用金型のキャビティ内に投入するとと
    もに該キャビティ内に潤滑油を充填し、この状態で中間
    素材の頭部をカップ状に後方押出しするようにしたこと
    を特徴とするカップ状部品の冷間連続成形方法。
  2. 【請求項2】前記カップ状部品は軸部を有し、この軸部
    は前記据込み成形よりも前に前方押出しによって成形
    し、カップ成形時に更に軸部に段差を形成することを特
    徴とする請求項1に記載のカップ状部品の冷間連続成形
    方法。
  3. 【請求項3】前記押出し成形に於る軸部の段差形成はパ
    ンチの押込みにより軸部の絞りを先に行ない続いてカッ
    プを形成するようにした請求項2に記載のカップ状部品
    の冷間連続成形方法。
  4. 【請求項4】前記丸棒素材の材質が浸炭焼入鋼(肌焼
    鋼)の場合には、カップ成形までの複数の工程を連続し
    て行った後焼鈍を行うものとし、且つ焼鈍前の歪量φg
    の総和が、Inφg≧0.6となるように設定した請求項1
    〜3に記載のカップ状部品の冷間連続成形方法。
  5. 【請求項5】前記キャビティ内に充填する潤滑油は循環
    して用いるようにし、潤滑油を冷却又は加熱することで
    金型温度が100〜400℃、素材のカップ成形後の取出し温
    度が150〜300℃、供給時潤滑油温度が20〜40℃の範囲に
    維持するようにした請求項1〜4に記載のカップ状部品
    の冷間連続成形方法。
  6. 【請求項6】前記潤滑油はナフテン系ベースオイルにカ
    ルシウム系添加剤と硫化油脂とを添加してなる熱反応性
    の潤滑油としたことを特徴とする請求項1〜5に記載の
    カップ状部品の冷間連続形成方法。
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