JPH07108320A - 中空軸成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 断面減少率を大幅に増大させ、生産性の向上
と製造コストの低減とを図る。 【構成】 ダイホルダ２３内にダイ受け２４と第１のス
ペーサ２５とを介して成形ダイ２２を配置し、この成形
ダイ２２の上部に断熱板２６および第２のスペーサ２７
を介してガイドブロック２８を載置し、第２のスペーサ
２７内には高周波加熱コイル４０を、第１のスペーサ２
５内には冷媒を噴出するノズル４３をそれぞれ配設し、
高周波加熱コイル４０により素材Ｗを加熱しながら、プ
レス上ラム３５と共に下動するポンチ３６とマンドレル
３７とにより素材Ｗを成形ダイ２２の成形ランド部３２
内に押込み、該ランド部３２を通過した成形品Ｐをノズ
ル４３から噴射する冷媒により急速冷却し、成形終了と
同時に浮動ポンチ３３の上動により成形品Ｐを成形ダイ
２２から払出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、押出し加工により中空
軸を成形する成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、押出し加工により中空軸を成形す
るには、図６に示すような成形装置が用いられていた。
同図において、１はベースで、ベース１上には成形ダイ
２を嵌合してなる筒状のダイホルダ３が載置されてい
る。ダイホルダ３内の底部側には板状の受台４と環状の
スペーサ５とを介して環状のダイ受け６が配置されてお
り、前記成形ダイ２はこのダイ受け６に着座する状態で
ダイホルダ３に支持されている。なお、成形ダイ２はダ
イホルダ３の上端に固定したダイ押え７によりダイ受け
６に対して押えられている。一方、ベース１の上方には
上下動可能にプレス上ラム８が配設されており、このプ
レス上ラム８にはポンチホルダ９を用いてポンチ10が支
持されている。ポンチ10の中心部には素材Ｗを部分的に
受入れるための保持穴10ａが形成されている。

【０００３】成形ダイ２の中心には上下方向に貫通する
成形孔11が穿設されており、この成形孔11内の上部側に
は環状の成形ランド部12が突出形成されている。また、
この成形孔11内には、マンドレル13とノックアウトスリ
ーブ14とが相互に嵌合する状態で挿入されている。マン
ドレル13は、その基端大径部13ａが前記スペーサ５によ
り受台４に対して押えられる一方で、その上端部が前記
成形ランド部12よりわずか上方位置まで延ばされてい
る。またノックアウトスリーブ14は、成形ダイ２および
マンドレル13に対して摺動自在に設けられ、常時はその
基端大径部14ａをマンドレル13の基端大径部13ａに着座
させる状態を維持している。このノックアウトスリーブ
14は、後述する成形体Ｐを成形ダイ２から払出すための
もので、駆動手段（図示略）から延ばされたノックアウ
トピン15の上動に応じて成形孔11内を上昇するようにな
る。

【０００４】上記成形装置は、中空軸を冷間加工で成形
する工程の中間工程で用いられるもので、これに供され
る素材Ｗは前工程において先端止まりの軸穴Ｗa を有す
る形状に形成され、一方、マンドレル13は前記軸穴Ｗa
に丁度嵌合する太さに形成されている。成形に際して
は、図６の左半分に示すように軸穴Ｗa が下向きとなる
ように素材Ｗを成形ダイ２上にセットし、プレス上ラム
８と一体にポンチ10を下動させる。すると、先ずポンチ
10の保持穴10ａ内に素材Ｗの基端中実部が嵌入し、続い
てポンチ10により素材Ｗの先端側中空部が成形ダイ２の
成形ランド部12内に押込まれる。この押込みにより素材
Ｗの外径が成形ランド部12により絞られ、この時、素材
Ｗの内径はマンドレル13により拘束されているので、同
図の右半分に示すようにその中空部が薄肉となるように
延伸される。そして、プレス上ラム８が下死点に到達し
て成形は終了し、その後、プレス上ラム８すなわちポン
チ10が上動すると共に、ノックアウトピン15と一体にノ
ックアウトスリーブ14が上動し、成形品Ｐが成形ダイ２
から払出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の成形装置を用いた冷間押出し加工によれば、加工硬
化が顕著に起こるため、一回（一工程）の加工での断面
減少率すなわち中空部の延伸量には一定の限界があり、
所望の軸長を得るには、中間に焼なまし処理および潤滑
処理を加えて押出し加工を複数回繰り返さなければなら
ないという制約があった。この場合、上記成形装置と類
似の成形装置を複数台設置しなければならないことはも
ちろん、前記した中間の処理に多くの工数を要し、生産
性の低下と製造コストの増大が避けられないこととなっ
ていた。

【０００６】なお、この対策として、成形に先立って素
材Ｗを加熱して熱間で加工することも考えられるが、こ
の場合は、成形直後に払出しできるほどの剛性がないた
め、冷却を待って成形品を払出さなければならず、思う
ように生産性が向上しないばかりか、この冷却待ちの間
に酸化スケールが発生して後処理が必要になり、根本的
な対策とはならない。

【０００７】本発明は、上記従来の問題を解決すること
を課題としてなされたもので、その目的とするところ
は、成形過程内に加熱、冷却の熱サイクルを効果的に組
込むことにより品質的に優れた中空軸を高能率に製造で
きるようにした中空軸成形装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、軸外形を成形するための成形ランド部を有
する成形ダイと、前記成形ランド部内に素材を押込むポ
ンチと軸中空部を成形するマンドレルとを備え、さらに
前記成形ダイの前面側に素材を加熱する加熱手段を配設
すると共に、該成形ダイの後面側に前記成形ランド部を
通過した成形品に冷媒を噴射する冷却手段を配設する構
成としたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記のように構成した中空軸成形装置において
は、加熱手段により事前に素材を加熱するので、断面減
少率を大幅に増大させることができ、しかも、成形ダイ
の成形ランド部を通過した成形品を冷却手段により強制
冷却するので、成形直後の払出しが可能になると共に酸
化スケールの発生が抑制される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面にもとづい
て説明する。

【００１１】図１は、本発明の第１実施例を示したもの
である。同図において、21はベースで、ベース21上には
成形ダイ22を嵌合してなる筒状のダイホルダ23が載置さ
れている。ダイホルダ23内の底部側にはダイ受け24と環
状の第１のスペーサ25とが配置されており、前記成形ダ
イ22は第１のスペーサ25を介してダイ受け24に支持され
ている。また、ダイホルダ23内において成形ダイ22の上
部には断熱板26および環状の第２のスペーサ27を介して
ガイドブロック28が配置されている。ガイドブロック28
は、ダイホルダ23の上端にボルト29を用いて固定したダ
イ押え30により押えられており、その押え力はガイドブ
ロック28、第２のスペーサ27および断熱板26を介して成
形ダイ22に伝えられ、成形ダイ22はダイ受け24に対して
強固に押えられるようになっている。

【００１２】成形ダイ22の中心には上下方向に貫通する
成形孔31が穿設されており、この成形孔31内の上部側に
は環状の成形ランド部32が突出形成されている。また、
ダイ受け24、断熱板26およびガイドブロック28のそれぞ
れには前記成形ダイの成形孔31と同心に貫通孔24ａ、26
ａ、28ａが形成されている。33は、ベース21下に配置し
たクッション装置（図示略）からダイ受け24の貫通孔24
ａを挿通して成形ダイ22の成形孔31内まで延ばされた浮
動ポンチである。この浮動ポンチ33は、前記クッション
装置が発生するクッション圧により常時は上方へ付勢さ
れ、その先端を断熱板26の貫通孔26ａ内に位置させる状
態に維持されている。しかして、前記クッション装置
は、流体圧の切換えによりクッション圧を発生する状態
と上昇力を発生する状態とに切換え可能に構成されてお
り、前記上昇力の発生により浮動ポンチ33はクッション
ピンとして機能し、後述する成形品Ｐを成形ダイ22から
払出すように作動する。

【００１３】一方、ベース１の上方に上下動可能に配設
されたプレス上ラム35には、固定ポンチ36とマンドレル
37とが相互に嵌合する状態で支持されている。固定ポン
チ36は前記ガイドブロック28の貫通孔28ａに嵌入可能な
筒状部36ａを有し、一方、マンドレル37は素材Ｗの軸穴
Ｗa に丁度嵌合する太さに形成されている。なお、素材
Ｗは、こゝでは前工程でカップ状に成形され、その軸孔
Ｗａは最終成形品の寸法に仕上げられている。

【００１４】しかして、上記第２のスペーサ27の内側に
は高周波加熱コイル40が配設され、この高周波加熱コイ
ル40には別途設置した高周波電源41から延ばした電源ケ
ーブル42が接続されている。これらは、成形に先立って
素材Ｗを加熱する加熱手段を構成するもので、ワークＷ
は高周波加熱コイル40内を通過する間に誘導加熱される
ようになる。なお、高周波加熱コイル40と第２のスペー
サ27およびガイドブロック28との間は電気的に絶縁され
ている。

【００１５】一方、第１のスペーサ25の内周側には、冷
媒噴出用のノズル43が周方向に複数配設されている。各
ノズル43は成形ダイ22の成形孔31に向けられており、こ
れには別途設置した冷媒循環装置44から延ばした冷媒供
給管45が接続されている。また、この第１のスペーサ25
には前記冷媒供給装置44から延ばした冷媒排出管46が導
入され、その先端が第１のスペーサ25の内周下部に開口
されている。これらは、成形ランド部32を通過した成形
品Ｐに冷媒を噴射して冷却する冷却手段を構成するもの
で、成形品Ｐを冷却した冷媒は冷媒排出管46を経て冷媒
循環装置44に戻され、そこで熱交換されてさらに冷媒供
給管45から噴出ノズル43へと循環供給されるようにな
る。なお、浮動ポンチ33とダイ受け24との間はシール部
材47によりシールされ、冷媒が浮動ポンチ33を伝わって
外部に漏れ出ないようになっている。

【００１６】こゝで、上記成形ダイ22は、耐摩耗性を考
慮して合金工具鋼、高速度工具鋼等の高硬度材料から形
成されると共に、絶縁板26は絶縁性および強度を考慮し
てセラミックスから形成されている。また、マンドレル
37は、高周波誘導加熱に対する感受性を考慮してセラミ
ックスから形成されている。

【００１７】以下、上記のように構成した中空軸成形装
置の作用を説明する。成形に際しては、図１の左半分に
示すように軸穴Ｗa が上向きとなるように素材Ｗをガイ
ドブロック28の貫通孔28ａ内に嵌入し、上昇端にある浮
動ポンチ33に着座させる。そして、先ずプレス上ラム35
と一体に固定ポンチ36とマンドレル37とを下動させ、マ
ンドレル37を素材Ｗの軸孔Ｗａに嵌入させる。次に、マ
ンドレル37の先端が軸孔Ｗａの底に当接する段階で、一
旦プレス上ラム35の下動を停止し、この停止完了信号に
より高周波電源41を起動させて高周波加熱コイル40に電
力を供給する。

【００１８】上記高周波加熱コイル40への電力供給によ
り素材Ｗは急速に誘導加熱され、その温度上昇に合せて
プレス上ラム35を再下動させる。この時、素材Ｗの下面
には浮動ポンチ33のクッション圧が作用しており、素材
Ｗはマンドレル37と浮動ポンチ33とにより挟持された状
態で成形ダイ22の成形ランド部32内に押込まれ、その中
空部が薄肉となるように延伸される。しかして、素材Ｗ
は高周波加熱コイル40により後述する適当温度に加熱さ
れているので、その変形抵抗は小さく、断面減少率を増
大させても割れなどの不具合は発生しないようになる。

【００１９】一方、上記プレス上ラム35の再下動に合せ
て冷媒循環装置44が起動され、ノズル43から成形ダイ22
の成形孔31に向けて冷媒が噴出されている。したがっ
て、成形ダイ22の成形ランド部32を通過した成形品Ｐ
は、ノズル43から噴出する冷媒により急速に冷却され
る。このようにして成形（押出し加工）が進行し、プレ
ス上ラム８が下死点に到達する最終段階では、同図の右
半分に示すように固定ポンチ36の先端が素材Ｗの後端に
当接し、成形が終了する。しかして、この最終段階では
成形品Ｐは充分に冷却されて剛性が高まっているので、
プレス上ラム８すなわちポンチ10の上動と同時に図示を
略すクッション装置を切換え、浮動ポンチ33を上動させ
ても成形品Ｐは変形を起こすことがなく、その速やかな
払出しが可能になる。また、前記強制冷却により酸化ス
ケールの発生が抑制され、成形品Ｐの後処理が不要にな
る。

【００２０】こゝで、素材Ｗの変形抵抗は加熱温度の上
昇に応じて低下し、したがって素材の種類（材種）に応
じて予め変形抵抗と温度との相関を求めておけば、素材
Ｗを何度まで加熱するのが妥当かの判断をすることがで
きる。ただし、素材Ｗの加熱温度が高くなるほど成形品
Ｐの加工精度が低下するので、加工精度も勘案して加熱
温度を設定する必要がある。因みに、Ｃをそれぞれ0.22
％、0.45％含有する中炭素鋼の変形抵抗は、図２に実線
（0.22％Ｃ）および点線（0.45％Ｃ）にて示すように、
700℃で40〜50kgf/mm² 程度となっており、この程度の
変形抵抗であれば断面減少率をかなり大きくしても割れ
は発生せず、しかも加工精度も阻害されることはない。

【００２１】図３は、本発明の第２実施例を示したもの
である。本第２実施例は筒状の素材Ｗを対象にその薄肉
延伸化を図るものであるが、その基本構成は前出第１実
施例と同一であるので、こゝでは図１に示した部分と同
一部分には同一符号を付し、異なる部分のみを説明する
こととする。本第２実施例においては、前記第１実施例
においてプレス上ラム35側に設けたマンドレル37と同じ
く成形ダイ22内に設けた浮動ポンチ33とを省略し、代わ
りに成形ダイ22内に位置固定のマンドレル50を配設して
いる。このマンドレル50は、その基端大径部50ａがダイ
受け24に支承される一方で、その先端部が成形ダイ22の
成形孔31および絶縁板26の貫通孔26ａを挿通してガイド
ブロック28の貫通孔28ａ内まで延ばされている。また、
本第２実施例においては、前記マンドレル50にノックア
ウトスリーブ51を摺動自在に嵌合すると共に、前記第１
実施例におけるクッション装置に代えてノックアウト用
駆動手段（図示略）を設け、この駆動手段からダイ受け
24およびマンドレル50の基端大径部50ａを挿通して延ば
したノックアウトピン52を前記ノックアウトスリーブ51
に当接させている。

【００２２】本第２実施例においては、マンドレル50を
挿通させながら素材Ｗをガイドブロックの貫通孔28ａ内
にセットした後、高周波電源41を起動させて高周波加熱
コイル40に電力を供給して素材Ｗを加熱し、さらにその
温度上昇に合せてプレス上ラム35を下動させると、固定
ポンチ36の筒状部36ａにより素材Ｗが成形ダイ22の成形
ランド部32内に押込まれ、第１実施例と同様にその中空
部が円滑に延伸される。一方、成形ダイ22の成形ランド
部32を通過した成形品Ｐは、ノズル43から噴出する冷媒
により急速に冷却され、したがって、成形終了後におい
てはノックアウトピン52と一体に上動するノックアウト
スリーブ51により素材Ｗを成形ダイ22から速やかに払出
すことができる。

【００２３】なお、上記２つの実施例において、成形ダ
イ22に対し断熱板26を介して第２のスペーサ27を配置す
るようにしたが、成形ダイ22を断熱性を有する材料、例
えばセラミックスから形成することにより、図４に示す
ように成形ダイ22の上に直接第２のスペーサ27を載せる
ことができる。また、上記２つの実施例において断熱板
26をセラミックスから形成するようにしたが、図５に示
すように、断熱板26に冷却水通路55を設けて、この通路
55内に冷却水を流通させることにより、断熱板26を金属
から形成することもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かゝる中空軸成形装置によれば、成形過程内に加熱、冷
却の熱サイクルを効果的に組込むことにより品質的に優
れた中空軸を高能率に製造でき、生産性の向上と製造コ
ストの低減とに大きく寄与する効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す断面図で、左半分に
成形前の状態を、右半分に成形後の状態を併せて示した
ものである。

【図２】素材の変形抵抗と加熱温度との相関を示すグラ
フである。

【図３】本発明の第２実施例を示す断面図で、左半分に
成形前の状態を、右半分に成形後の状態を併せて示した
ものである。

【図４】本発明の第１および第２実施例の変形例を示す
断面図である。

【図５】本発明の第１および第２実施例のさらなる変形
例を示す断面図である。

【図６】従来の中空軸成形装置の構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

21 ベース 22 成形ダイ 23 ダイホルダ 24 ダイ受け 25 スペーサ 26 絶縁板 27 スペーサ 36 ポンチ 37 マンドレル 40 高周波加熱コイル 41 高周波電源 43 冷媒噴射ノズル 44 冷媒循環装置 50 マンドレル Ｗ 素材 Ｐ 成形品

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸外形を成形するための成形ランド部を
   有する成形ダイと、前記成形ランド部内に素材を押込む
   ポンチと軸中空部を成形するマンドレルとを備え、さら
   に前記成形ダイの前面側に素材を加熱する加熱手段を配
   設すると共に、該成形ダイの後面側に前記成形ランド部
   を通過した成形品に冷媒を噴射する冷却手段を配設した
   ことを特徴とする中空軸成形装置。