JPH07223033A

JPH07223033A - 歯車部品の精密冷間鍛造方法および装置

Info

Publication number: JPH07223033A
Application number: JP1798594A
Authority: JP
Inventors: Kenji Honda; 健二本田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1995-08-22
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: JP3269726B2

Abstract

(57)【要約】【目的】一回の冷間鍛造にて逆テーパ成形前の製品形
状を得るようにして歯車部品の鍛造工程を少なくすると
共に、鍛造型の面圧を低下させてその寿命を増大させる
こと。【構成】ボス部１５の外周面にフランジ部１４が形成
され、前記ボス部１５とフランジ部１４との中間部分に
歯部１６が形成されてなる歯車部品を冷間鍛造のみで成
形する。この際、ボス部１５の鍛造前の端面の面積をＡ
₀とし、前記ボス部の鍛造後の端面の面をＡ₁とした場
合、面積減少比Ｒ＝（Ａ₀−Ａ₁）／Ａ₀を、２８％から
４１％の範囲内にする。これによりボス部方向と歯部方
向の材料流れの配分が、加工面圧の過度の増大や歯部充
填効率の過度の低下のいずれにも偏ることなくワークを
鍛造できる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は歯車部品の精密冷間鍛造
方法および装置に係り、特にボス部方向と歯部方向の２
方向に材料流れを起こさせる分流方式にて、ボス部端面
の面積減少比の上下限を所定の値に設定することによ
り、鍛造型の加工面圧を低下させつつ歯部充填度を高め
て歯部のチャンファ先端だれを少なくできる方法および
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】変速機用の同期用スプライン歯を有する
歯車部品などの成形は、従来図３（Ａ）に示す工程にて
行なわれていた。この工程は、切断された棒材を３〜４
工程からなる熱間鍛造にて中間製品としての歯部を含め
た全体形状を整え、続いてショットブラストにて熱間鍛
造で製品表面に形成された酸化被膜を除去し、次に冷間
鍛造にて歯部のチャンファ先端を鋭利に仕上げ成形し、
さらに二回目の冷間鍛造にて歯部の逆テーパ成形を行な
う。その後ははすば歯車部その他を機械加工し、浸炭焼
き入れをして全工程を終了する。図４の（Ａ）〜（Ｃ）
は、歯部が工程を追って変化する様子を示したもので、
（Ａ）は熱間鍛造終了時、（Ｂ）は最初の冷間鍛造終了
時、（Ｃ）は二回目の冷間鍛造終了時の歯部形状を示
す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の成形方法は熱間
鍛造からショットブラストに至るまで多くの工程がある
ので製造コストが高くつく。熱間鍛造を経ることなく、
歯部成形前の大まかな形状に予備成形された材料から冷
間鍛造で一気に逆テーパ成形前の製品形状（図４（Ｂ）
に相当）を得ようとすると、図５の破線で示すように鍛
造型の平均加工面圧が上昇する。この加工面圧は、図４
（Ｄ）（Ｅ）に示すように歯部のチャンファの垂れ（た
れ）具合を急峻にするほど高くなる傾向にある。この垂
れ具合は、図４（Ｅ）の鎖線のようにチャンファを理想
的なエッジ形状にした場合のその角部と、実際のチャン
ファの垂れ曲線の中間部における接線との離間距離Ｈ
（ｍｍ）をもって表示されるが、このＨが大きいほど変
速機のギア投入がスムーズでなくなる。このため各メー
カーは鍛造型の性能・寿命を考慮しつつ距離Ｈについて
の独自の規格値を採用しており、例えば０．５（ｍｍ）
以下を規格値としている。

【０００４】しかし、Ｈの値が小さいほど、すなわち歯
部の先端形状が鋭利であるほど、鍛造型の歯部雌型に食
込む材料流れが悪くなると共に、鍛造型に加わる面圧が
急勾配で上昇し、従来の鍛造型ではＨ＝約０．４ｍｍで
鍛造型の破損が発生してしまう。Ｈを０．４〜０．５ｍ
ｍの間にしておけば鍛造型がすぐに破損することはない
が、加工面圧が２３０ｋｇｆ／ｍｍ²以上とかなり高い
ため寿命が極度に短くなる。

【０００５】本発明の目的は、大まかな形状に予備成形
された材料から、一回の冷間鍛造にて逆テーパ成形前の
製品形状を得るようにして歯車部品の鍛造工程を少なく
すると共に、鍛造型の面圧を低下させてその寿命を増大
させることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】同期用スプライン歯を有
する歯車部品の形状は、通常図２（Ｂ）のようにボス部
とフランジ部と歯部とからなり、歯部がギア投入時に同
期用ギアと噛合する。フランジ部の外周面には機械加工
にてはすば歯車部が切削形成される。

【０００７】このような歯車部品用の冷間鍛造では、加
工面圧を低下させるために鍛造型を完全な閉塞構造とは
せず、材料の一部が外方に向かって流れる構造にする。
この構造では材料は歯部方向への流れと外方への流れに
大きく二分されることになる（分流方式ともいわれ
る）。

【０００８】通常の冷間鍛造型ではボス部側に材料が流
れる構造にされ、従って材料は歯部方向とボス部方向の
両方に流れる。これによって加工面圧の増大を抑制しつ
つ歯部への必要にして十分な材料流れを確保するのであ
る。ところが、このような分流方式でも前述したように
熱間鍛造を経ることなく一気に所望の製品形状を得よう
とすると、加工面圧が高くなり過ぎて鍛造型の破損や寿
命低下を招来する（図５の破線右端参照）。

【０００９】本発明は、分流方式による冷間鍛造におい
て歯部方向とボス部方向への材料流れを所定の割合に割
り振ることにより、比較的低い加工面圧でも歯部への十
分な材料流れを確保でき、従ってチャンファ先端垂れの
程度を所定の規格値の範囲内に収めることができること
を見出した（図５の実線右端参照）。

【００１０】材料流れの割り振りは、ボス部端面（また
はボス部断面）の面積の減少比として表わすことができ
る。この減少比は、ボス部の鍛造前の端面の面積をＡ₀
とし、前記ボス部の鍛造後の端面の面をＡ₁とした場
合、

【００１１】Ｒ＝（Ａ₀−Ａ₁）／Ａ₀ と表され、Ｒが大きいほど歯部への材料流れが多く、小
さいほどボス部への材料流れが多いことを示す。本発明
ではこのＲの範囲を、

【００１２】２８％≦ Ｒ ≦４１％とした。

【００１３】本発明の冷間鍛造装置ではこのＲの範囲を
満足するように、上型のボス部の成形型の直径ないし冷
間鍛造装置にセットする歯車部品の原材料のボス部とな
る部分の直径を選定している。

【００１４】

【作用】前記範囲を上回ると、換言するとボス部端面の
面積が鍛造によりかなり狭くなると、ボス部方向の材料
流れが少なく、歯部方向の材料流れが多くなり過ぎるた
め、歯部充填効率が増大する代わりに、加工面圧が過大
となって鍛造型の破損や寿命低下を惹起する（図６右端
参照）。

【００１５】この反対に前記範囲を下回ると、換言する
とボス部端面の面積が鍛造によりあまり減少しないと、
ボス部方向の材料流れが多く、歯部方向の材料流れが少
なくなり過ぎるため、加工面圧は低下し鍛造型の破損や
寿命低下を生じない代わりに、歯部充填効率が低下して
チャンファ先端垂れＨが規格内に収まらなくなる（図６
左端参照）。

【００１６】本発明はボス部端面積の減少比Ｒを前記範
囲内にして冷間鍛造するので、ボス部方向と歯部方向の
材料流れの配分が、加工面圧の過度の増大や歯部充填効
率の過度の低下のいずれにも偏ることなくワークを鍛造
できる結果、大まかに予備成形されたワーク形状から一
回の冷間鍛造にて歯部逆テーパ成形前の歯車部品を得る
ことができる（図３（Ｂ）および図６中央参照）。以上
の現象は実験により確認された。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図に基づき説明す
る。図１は本発明の精密冷間鍛造装置の縦断面を示す。
１はワーク２を載せる下型、３は下型１と一体結合され
ワーク２のボス部に貫通したマンドレル、４は歯部形成
用雌型５を有する上下動可能な上型、６はワーク２の周
囲を閉塞する環状型、７は環状型を上下動可能に支持す
るガス封入スプリング、８は基礎固定台である。上型４
の中心部にはマンドレル３の延長線方向に延びる貫通縦
孔１１が形成され、上型４自体は図示しない駆動手段に
て昇降される。貫通縦孔１１内には、上下動可能なノッ
クアウトスリーブ１２が図示しない付勢手段により下方
に向けて適度の付勢力を与えられた状態で摺動自在に嵌
合されている。このノックアウトスリーブ１２の内径は
マンドレル３の上端がちょうど挿入可能な大きさとされ
ている。

【００１８】本発明に係る精密冷間鍛造は以下の工程で
行なわれる。まず切断された棒材を機械加工あるいは冷
間鍛造により予備成形して図２（Ａ）に示す形のワーク
２を作る。このワークは中心部に貫通縦孔１１が形成さ
れた下部大径部２ａと上部小径部２ｂとからなる円盤形
状であって、最終的に大径部２ａが図２（Ｂ）のフラン
ジ部１４となり、小径部２ｂがボス部１５となり、フラ
ンジ部１４とボス部との中間にスプラインの歯部１６が
形成される。このワーク２を図１の中心線より左側に示
すように下型１上にセットし、上型４を下降させること
によりワーク２が図１の中心線より左側ないし図２
（Ｂ）のような形に鍛造される。

【００１９】上型４が下降すると環状型６がガス封入ス
プリング７に抗して上型４により押し下げられる。ワー
ク２は上型４により上下方向に圧縮され、ワーク２材料
の一部は半径方向外方に流れて環状型６の内周部を充填
し、かつ上型４の歯部雌型５方向にも流れて歯部雌型５
内を充填する。また材料の一部は上型４の貫通縦孔１１
の下部に流れ込み、これによりボス部１５が成形され
る。ノックアウトスリーブ１２はこの際ボス部１５の上
端面と当接し、ボス部１５の上端面を適度に押圧するこ
とによりボス部１５の盛り上がり量を最適に制御する。

【００２０】図２（Ｃ）および（Ｄ）は、冷間鍛造成形
の前および後のボス部１５上端面の領域を示す。成形後
の上端面の面積Ａ₁は成形前の面積Ａ₀よりも減少する。
この減少分だけ図２（Ａ）のワーク２の小径部２ｂが絞
られたことになる。本発明では面積減少比Ｒ＝（Ａ₀−
Ａ₁）／Ａ₀を２８〜４１％の範囲内に設定しているの
で、比較的低い加工面圧でも高い歯部充填効率を得るこ
とができ、このため図３（Ｂ）のように予備成形された
材料から直接に一回の冷間鍛造にて逆テーパ成形前の歯
車製品を得ることができる。

【００２１】なお図６に示すように、前記範囲を下回る
とチャンファ先端垂れＨが規格外、例えばＨが０．５ｍ
ｍ以上になり、ギヤの投入がスムーズにいかなくなる。
この反対に前記範囲を上回ると鍛造型の大幅な寿命低下
や破損を招く。

【００２２】以上本発明の一実施例につき説明したが、
本発明は前記実施例に限定されることなく特許請求の範
囲の記載に基づき種々の変形が可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は前述の如く、分流方式による歯
車部品の冷間鍛造において、ボス部方向と歯部方向の材
料流れを所定の割合に設定して歯部充填効率の向上と鍛
造型の面圧上昇の抑制を両立させたものであるから、従
来のように熱間鍛造と冷間鍛造からなる多くの工程を経
て形成することなく予備成形された材料から一回だけの
冷間鍛造にて歯部の逆テーパ成形前の製品形状を直ちに
成形することができる。従って従来の３〜４工程にわた
る熱間鍛造を廃止できると共に、熱間鍛造に必然的に伴
っていたショットブラストも廃止でき、予備成形に要す
る工程数を考慮しても大幅な工程廃止および設備の削減
が可能となり、歯車部品の大幅なコストダウンが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る精密冷間鍛造装置の縦断面図。

【図２】（Ａ）は予備成形品の断面図、（Ｂ）は鍛造さ
れた歯車部品の断面図、（Ｃ）は予備成形品の上端面平
面図、（Ｄ）は歯車部品の上端面平面図。

【図３】（Ａ）は従来の歯車部品の成形工程図、（Ｂ）
は本発明による歯車部品の成形工程図。

【図４】（Ａ）は熱間鍛造後の歯部平面図、（Ｂ）は冷
間鍛造後の歯部平面図、（Ｃ）は逆テーパ成形後の歯部
平面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面図、（Ｅ）は
（Ｄ）の部分拡大図。

【図５】鍛造型の平均加工面圧とチャンファ先端垂れと
の関係を示すグラフ。

【図６】鍛造型の平均加工面圧とボス部上端面の面積減
少比との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１下型２ワーク３マンドレル４上型５雌型６環状型７ガス封入スプリング８基礎固定台１１貫通縦孔１２ノックアウトスリーブ１４フランジ部１５ボス部１６歯部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボス部の外周面にフランジ部が形成され、
前記ボス部とフランジ部との中間部分に歯部が形成され
てなる歯車部品を鍛造する冷間鍛造方法において、前記ボス部の鍛造前の端面の面積をＡ₀とし、前記ボス
部の鍛造後の端面の面をＡ₁とした場合、面積減少比Ｒ
＝（Ａ₀−Ａ₁）／Ａ₀を、２８％から４１％の範囲内に
したことを特徴とする歯車部品の精密冷間鍛造方法。
【請求項２】ボス部の外周面にフランジ部が形成され、
前記ボス部とフランジ部との中間部分に歯部が形成され
てなる歯車部品を鍛造する冷間鍛造装置において、歯車部品の原材料となるワークを載せる下型と、ワーク
のボス部となる部分に貫通されるマンドレルと、歯部の
雌型部およびボス部の成形型部を有する上型と、ワーク
のフランジ部となる部分の周囲を閉塞する環状型と、前
記環状型を上下動可能に支持するガス封入スプリングと
からなり、かつ、前記上型のボス部の成形型部の直径を、請求項１記載の
面積減少比Ｒの範囲を満足するように設定してなる歯車
部品の精密冷間鍛造装置。