JPH09239480A - 鍛造用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塑性流動を効果的に起して成形荷重の低減を
図る。 【解決手段】 歯形ダイス１１とポンチ１２との間に、
円筒形粗材１３を嵌装可能な環状の粗材収容部を備える
とともに、この粗材収容部の上端外周に臨む前記ダイス
１１の内周壁に賦形部１１ｂを備えかつ前記粗材収容部
の下端内周に臨む前記ポンチ１２の下端面１２ｄと前記
ダイス１１の底面１１ａとの間に逃し穴部Ｃを備え、円
筒形粗材が軸方向に圧縮されると、賦形部１１ｂと逃し
穴部Ｃとに向けて金属材料が流れて前記賦形部１１ｂを
フィルアップさせるとともに、余肉が逃し穴部Ｃに流入
するため、粗材１３の形状からの変形量が少ない形状て
あっても、比較的小さな荷重によって精度の高い成形品
に成形することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高精度の成形を
行う鍛造用金型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、熱間または冷間鍛造によって歯
車を成形する場合には、粗材を軸方向に圧縮することに
より、その金属材料を塑性流動させて拡径させる必要が
ある。特に、歯車の小径とボス部の外径とがほぼ同じ寸
法の歯車を成形する場合においては、粗材の金属材料が
塑性流動を起し難く、したがって、欠肉等の鍛造欠陥の
ない成形品を得るためには高い成形荷重が必要とされ
た。

【０００３】しかし、成形荷重を高くすると、金型の変
形量が増して成形精度の低下や金型寿命の短縮等の問題
が生じるため、金型強度を高めるか、成形荷重を低下さ
せる必要があった。しかし、金型強度を高めるには、金
型が大型化し、設備費もアップするという問題があっ
た。そこで、成形荷重を低下させることにより成形性度
を高める手段として、粗材を加圧した際に、粗材を形成
している金属材料に塑性流動を積極的に生じさせて成形
荷重を低減させる方法の一つとして、分流法が行われて
いる。

【０００４】この分流法は、加圧した際に粗材に生じる
塑性流動の方向として、賦形部へ向う流れと、これと相
反する方向に流れが生じるように逃し穴部を設け、この
逃し穴部に余肉を流入させることによって材料を積極的
に流動させて、前記賦形部への材料流入の促進を図るも
のである。

【０００５】図６および図７は、冷間鍛造加工において
分流法を行う場合に用いられる従来の鍛造用金型を示す
もので、歯形ダイス２と、この歯形ダイス２の上方に、
同軸上を昇降可能に設けられたポンチ３とからなり、こ
の歯形ダイス２の内底面には成形する歯車のボス部の内
径と外径とにそれぞれほぼ等しい内外径に形成された円
筒形の粗材１を、その下半部１ａを嵌合させてセットす
る環状溝２ａと、この環状溝２ａの上方外周側に形成さ
れた歯形賦形部２ｂとを備えている。また、この歯形ダ
イス２の内底面と、ポンチ３の下端面間には逃し穴部４
が、前記歯形賦形部２ｂとほぼ水平方向に対向するよう
に形成されている。また逃し穴部４は、ポンチ３が下降
限まで下がった状態（プレスラムが下死点の状態）でも
所定高さの空間が確保されるように設けられている。

【０００６】そして円筒形の粗材１を、歯形ダイス２の
前記環状溝２ａに下半部１ａを嵌合させてセットした状
態（図６の状態）で、ポンチ３を下降させると、円筒形
の粗材１が軸方向に圧縮される（図７参照）。この軸方
向に圧縮された粗材１は塑性流動を生じて、その外周側
に配設された歯形ダイス２の歯形賦形部２ｂ内に流入し
て歯部１ｂを形成するとともに、その内周側の逃し穴部
４内に膨出して環状の余肉突条１ｃが形成される。

【０００７】すなわち、軸方向に圧縮された粗材１は、
その下半部１ａが環状溝２ａ、すなわち環状の閉塞空間
内で密閉されているため、環状溝２ａから出た上部だけ
に塑性流動が発生して、その肉厚のほぼ中央を境に歯形
賦形部２ｂ方向と、逃し穴部４方向との２方向に向けて
それぞれ水平方向に金属材料が流れ、粗材１の上部の肉
厚をほぼ二分する位置に境界線となる所謂分水嶺Ｓが形
成され、この分水嶺Ｓを挟んで金属材料が相反する方向
に流動することによって、逃し穴の原理による分流法に
より、積極的に金属材料を流動させることによって成形
荷重の低減を図っている。

【０００８】また、図８は特開平５−１５４５９８号公
報に記載されている別の分流法による平歯車の鍛造方法
を示すもので、歯形ダイス６は、その周壁に歯形賦形部
６ａが形成されるとともに底部中央には下方へ貫通した
透孔６ｂが形成された円形凹部を備え、この円形凹部の
上方には、歯形賦形部６ａに凹凸嵌合する押え部７ａが
ポンチ７の外周面に形成されている。

【０００９】そして、歯形ダイス６の円形凹部内に歯車
一次成形品５をセットした後、ポンチ７を下降させる
と、歯車一次成形品５が軸方向に圧縮されて、中央の透
孔６ｂへ向かう流れと、外周方向の歯形賦形部６ａの未
充填部分へ向かう流れとの２方向に向けてそれぞれ水平
方向の塑性流動が発生し、金属材料が前記透孔６ｂに流
入することによって、下方へ突出する突起部８ａを備え
た歯車の二次成形品８に成形される。この成形時には、
捨て軸の原理による分流法によって成形荷重の低減が図
られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の歯車鍛造方法のうち逃し穴の原理を利用した前者の方
法では、円筒形の粗材１の下半部１ａが、閉塞空間であ
る環状溝２ａ内に密閉されていることから、この下半部
１ａにおいては塑性流動が全く起こらないため高面圧と
なり、歯形賦形部２ｂへの金属材料の流れの妨げになる
という問題があった。また、分流方向の境となる分水嶺
Ｓがほぼ垂直となり、粗材１の板厚を２分するように成
形されるため、分水嶺Ｓを境に内側と外側とのそれぞれ
に向かって塑性流動を起こす金属材料のボリュームが少
なく、分水嶺Ｓの動く範囲も小さくなり、したがって面
圧が高く、分流法による成形荷重低減の効果が小さかっ
た。

【００１１】この発明は、上記の事情に鑑みなされたも
ので、比較的小さな荷重によって精度の高い鍛造加工を
行うことのできる鍛造用金型を提供することを目的とし
ている。

【００１２】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の課
題を解決するための手段としてこの発明は、パンチとダ
イスとによって粗材を加圧し、その加圧方向に対して垂
直な面内で前記粗材に塑性流動を生じさせて所定の形状
に成形する鍛造用金型において、前記パンチとダイスと
によって形成されるキャビティが、前記加圧方向におい
て互いに離隔しかつその加圧方向に対して垂直な面方向
で互いに異なる方向に、粗材の塑性流動を生じさせて所
定の形状に成形する賦形部と、同じく塑性流動を生じさ
せて余肉を流入させる逃し穴部とを備えていることを特
徴としている。

【００１３】したがって、この発明の鍛造用金型は、そ
のダイスとポンチとによって形成されるキャビティの加
圧方向に対して互いに離隔するとともに、加圧方向に対
して垂直な面方向で互いに異なる方向に賦形部と逃し穴
部とが設けられているので、粗材が加圧されると賦形部
と逃し穴部とのそれぞれに向けて塑性流動が生じる。そ
して、両方向への流れの境となる部分、すなわち、所謂
分水嶺が、前記賦形部と逃し穴部とのほぼ中間となる位
置に、賦形部に対して角度を持った状態に形成される。

【００１４】その結果、前記分水嶺を境にしてそれぞれ
の方向に向けて材料が流れて、ダイスの賦形部に円滑に
フィルアップするとともに余肉が前記逃し穴部に流入す
ることから、前記賦形部が完全にフィルアップするまで
前記逃し穴部内に自由表面が残存して塑性流動が継続さ
れる。したがって、比較的低い成形荷重で欠肉等の鍛造
欠陥のない精度の高い成形品が成形される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の鍛造用金型を、
小径とボス部の外径とがほぼ同じ寸法の歯車を成形する
ための鍛造用金型に適用した一実施例を図１ないし図５
に基づいて説明する。

【００１６】図１ないし図４は、この鍛造用金型を用い
て図５に示す歯車１６の歯１５を、１ストロークで成形
する過程を段階的に示したもので、歯車１６は、円筒状
のボス部１４の外径ｂと、歯車１６の小径ａとがほぼ等
しい形状をしている。

【００１７】この歯車１６を成形する鍛造用金型は、歯
形ダイス１１と、この歯形ダイス１１の上方に同軸上に
昇降可能に配設されたポンチ１２とで構成されている。
そして、歯形ダイス１１は、底面１１ａを有する浅い臼
状をしており、その凹部周壁の上部には歯形賦形部１１
ｂが環状に形成されている。またポンチ１２は、小径円
筒部１２ａの上部に大径部１２ｂが拡径段部１２ｃを介
して連設されている。そして、歯形ダイス１１の凹部内
周壁とポンチ１２の小径円筒部１２ａの外周壁との間に
は、円筒形粗材１３を収容する粗材収容部が、粗材１３
の外径ｄより若干大きな外径（＝ボス部１４の外径ｂ）
で、粗材１３の内径ｅより若干小さい内径（＝ポンチ１
２の小径円筒部１２ａの外径ｆ）の環状空間に形成され
ている。

【００１８】そして、歯形ダイス１１の凹部底面１１ａ
と、ポンチ１２の小径円筒部１２ａの下端面１２ｄとの
間には、逃し穴となる空間Ｃが、ポンチ１２の下降限に
おいても所定高さの空間が確保されるように形成されて
いる。

【００１９】したがって、粗材収容部に円筒形粗材１３
をセットすると、この円筒形粗材１３の上部外周は、歯
形ダイス１１の歯形賦形部１１ｂに面し、下部内周は逃
し穴となる空間Ｃに面することとなる。

【００２０】そして、上記のように構成されるこの鍛造
用金型１１を用いて歯車１６を成形する際には、円筒形
粗材１３を粗材収容部にセットした後、ポンチ１２を下
降させると、円筒形粗材１３は軸方向に圧縮されて、そ
の上部外周と下部内周にそれぞれ塑性流動が発生し、上
部外周部が歯形ダイス１１の歯形賦形部１１ｂ内に膨出
するとともに、下部内周部が逃し穴となる空間Ｃ内に膨
出する（図２参照）。

【００２１】このとき、塑性流動は、歯形賦形部１１ｂ
に近い円筒形粗材１３の上端付近と、逃し穴となる空間
Ｃに近い下端付近とにそれぞれ生じるため、両部分へ向
う流れの境となる分水嶺Ｓは、歯形賦形部１１ｂと平行
に近い角度に形成される。したがって、歯形賦形部１１
ｂ内に流入する金属材料の流れがほぼ水平となる。すな
わち、金属材料の流入方向が歯形賦形部１１ｂに対して
ほぼ垂直にるため摩擦抵抗は高くなるが、歯形賦形部１
１ｂ内の自由表面積がまだ充分に残っているため、比較
的低荷重で歯車１６の歯１５が円滑にフィルアップされ
る。

【００２２】つぎに、ポンチ１２がさらに下降すること
によって、円筒形粗材１３がさらに圧縮されると、歯形
賦形部１１ｂへ向う流れと、逃し穴部となる空間Ｃへ向
かう流れとの２つの方向の金属材料の流れが、円筒形粗
材１３の全体を２分するように発生し、両方向の流れの
境となる分水嶺Ｓが、図３に示すように歯形賦形部１１
ｂに対する角度が増大する方向に変化する。したがっ
て、分水嶺Ｓを境に相反する方向に流れる前記２つの流
れの方向が、それぞれ軸線方向に近付き、その結果、歯
形賦形部１１ｂに、斜め上方に向けて金属材料が流入す
るため摩擦抵抗が比較的小さくなり、成形荷重が低減さ
れる。

【００２３】そして、ポンチ１２が下降限の直前まで下
がると、図４に示すように、分水嶺Ｓが歯形賦形部１１
ｂに対する角度が増大する方向へさらに変化してほぼ水
平となるため、金属材料の前記２つの流れの方向がそれ
ぞれ軸方向とほぼ平行となり、その結果、歯形賦形部１
１ｂには、ほぼ真上に向けて金属材料が流入するため摩
擦抵抗が低下する。その結果、低い成形荷重によって歯
形賦形部１１ｂ内に金属材料を充満できることから、比
較的低い成形荷重によって、欠肉等の鍛造欠陥のない加
工精度の高い歯車１６を成形することができる。なお、
逃し穴となる空間Ｃに流入した金属材料は、鍛造用金型
から取出した後、機械加工によって削除して仕上げる。

【００２４】以上のように、この実施例の鍛造用金型を
用いてボス部１４の外径と小径とがほぼ同じ寸法である
歯車１６を鍛造加工すれば、変形量が少なくても塑性流
動する金属材料のボリュームを大きくでき、比較的小さ
な成形荷重によって鍛造加工を行うことができるので、
成形荷重による金型の変形量が減少して高い成形精度を
得ることができる。また鍛造設備の小型化が可能とな
る。また、歯車１６を鍛造加工する場合について説明し
たが、例えばセレーションやスプライン等の円筒形粗材
を用いて変形量の少ない形状を鍛造加工する場合にも同
様に実施することができる。

【００２５】なお、この実施例においては、粗材形状か
らの変形量が少ないために従来においては高い成形荷重
が必要とされた形状の場合について説明したが、粗材形
状からの変形量が充分である場合にも、成形荷重の低減
を図ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の鍛造用
金型は、パンチとダイスとによって粗材を加圧し、その
加圧方向に対して垂直な面内で前記粗材に塑性流動を生
じさせて所定の形状に成形する鍛造用金型において、前
記パンチとダイスとによって形成されるキャビティが、
前記加圧方向において互いに離隔しかつその加圧方向に
対して垂直な面方向で互いに異なる方向に、粗材の塑性
流動を生じさせて所定の形状に成形する賦形部と、同じ
く塑性流動を生じさせて余肉を流入させる逃し穴部とを
備えているので、粗材が圧縮されて賦形部と逃し穴部と
にそれぞれ流入することによって両方向に塑性流動が生
じて前記賦形部をフィルアップさせるとともに、余肉が
逃し穴部に流入するため効果的に塑性流動を起して、比
較的小さな荷重によって精度の高い成形品に成形するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の鍛造用金型に粗材をセッ
トした状態を示す一部省略断面正面図である。

【図２】圧縮初期における粗材の形状変化および金属材
料の流れを示す説明図である。

【図３】圧縮中期における粗材の形状変化および金属材
料の流れを示す説明図である。

【図４】圧縮終期における粗材の形状変化および金属材
料の流れを示す説明図である。

【図５】本実施例の鍛造用金型によって成形される歯車
の斜視図である。

【図６】従来の逃し穴の原理を用いた鍛造用金型に粗材
をセットした状態を示す一部省略断面正面図である。

【図７】図６の鍛造用金型による圧縮中期の粗材形状お
よび金属材料の流れを示す説明図である。

【符号の説明】

１１ 歯形ダイス １１ａ 底面 １２ ポンチ １２ａ 小径円筒部 １２ｄ 下端面 １３ 円筒形粗材 １４ ボス部 １５ 歯 １６ 歯車 Ｃ 逃し穴となる空間 Ｓ 分水嶺

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パンチとダイスとによって粗材を加圧
   し、その加圧方向に対して垂直な面内で前記粗材に塑性
   流動を生じさせて所定の形状に成形する鍛造用金型にお
   いて、 前記パンチとダイスとによって形成されるキャビティ
   が、前記加圧方向において互いに離隔しかつその加圧方
   向に対して垂直な面方向で互いに異なる方向に、粗材の
   塑性流動を生じさせて所定の形状に成形する賦形部と、
   同じく塑性流動を生じさせて余肉を流入させる逃し穴部
   とを備えていることを特徴とする鍛造用金型。