JPS61202742A - 塑性加工用型構造 - 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］ 本発明は環状の成形内周面へ被加工品の外周を半径方向
に押圧し塑性変形させて成形するための塑性加工用型構
造に関する。

［背景技術及び解決すべき事項］ リング状ブランク材を環状の型内へ半径方向に押圧して
塑性加工する所謂リングローリング加工法がある（特開
昭５４−１７３５２号）。

このリングローリング加工法では、第１０図（Ａ）に示
される如く、環状の成形内周面であるインターナルギヤ
ｌＯを内層に形成した型１２内へリング形状の被加工品
１４を同軸的に配置し、この被加工品１４の内部にはマ
ンドレル１６を挿入し、第１０図（Ｂ）に示される如く
このマンドレル１６を被加工品１４の軸１８周りに回転
させながら被加工品１４へ半径方向の押圧力を加える。

これによって被加工品１４はインターナルギヤｌＯへ押
圧変形されて被加工品１４の外周にインターナルギヤ１
０と嵌り合ったアウターギヤ１４Ａが加工される。

この被加工品１４は第１０図（Ｃ）に示される如く外周
にアウターギヤ１４Ａと同様な形状を有するノックアウ
トパンチ２０を用いて軸方向へ押圧し型１２から抜き出
す。

しかしこの抜き出し時には、被加工品１４を型１２内へ
押し広げる方向に大きな内部応力が残存している。この
ためノックアウトパンチ２０による必要な抜き出し力Ｐ
Ｍは著しく大きくなり、被加工品１４の肉厚が薄い場合
には、被加工品１４が力ｐＨによって変形してしまいノ
ックアウトが困難な場合もある。

一例としてアウターギヤ１４Ａの歯先円直径が９０ｍ＋
ｓ、歯数が１１５、モジュールが０．７７、刃幅１３ｍ
ｍ、内径８０ｍｍの中炭素鋼リングギアを製作する場合
には、ノックアウト荷重ｐＨが約２０　ｔｏｎにも達す
る。

このため従来、第１１．１２図に示される如く、型１２
を放射方向に複数個に分割して型２２内へ収容すると共
に型押え２３で固定し、この型１２の内周へ被加工品１
４を抑圧塑性変形した後に、型１２を分割して取り出す
ようにした構成も提案されている（特開昭５８−４１６
４３号）。

しかしこの場合には複数個の型１２の分割境界面に被加
工品１４の外周部が入り込んでパリとなり、これがアウ
ターギヤ１４Ａの外周面に突出するため、歯車やスプラ
インの成形には不適当なものとなる。

またノックアウト荷重を下げる方法として成形内周面へ
抜き勾配を設ける手段もあるが、金型製作に手間がかか
り、かつ製品の外周にはテーパが転写される不具合を有
する。

本発明は上記事実を考慮し、製品の成形面にパリを発生
させたり、−製品に抜き勾配をつけたりする必要がなく
、かつ成形後のノックアウト荷重を低減することが可能
な塑性加工用型構造を得ることが目的である。

［発明のＳ要及び作用］ 本発明に係る塑性加工用型構造は、環状の成形内周面へ
被加工品の外周を半径方向に押圧し塑性変形させて成形
するための預性加工用型構造であって、少なくとも一方
が開放した空洞を備えており剛性の高い保持型と、成形
内周面を備え保持型の空洞内へ収容可能で半径方向肉厚
が被加工品外径に対して０．２〜０．０１とされた薄肉
リング型と、薄肉リング型の半径方向弾性変形を制御す
る制御手段と、を設けたことを特徴としている。

従って本発明では被加工品を薄肉、リング型の成形内周
面へ押圧して塑性変形させた後に、制御手段により薄肉
リング型を半径方向に変形可能とし、薄肉リングと被加
工品との間の面圧を下げ。

被加工品を薄肉リング型から容易に抜き出し可能として
いる。

本発明の好適な具体的態様では、制御手段を薄肉リング
型と保持型との間に介在したテーパ面としており、薄肉
リング型を被加工品と共に軸方向へ移動することにより
薄肉リング型の外周が保持型による拘束を調節できるよ
うにしている。すなわち塑性加工が終了した後に、薄肉
リング型を被加工品と共に軸方向へ移動すれば、薄肉リ
ング型のテーパ外周面は保持型のテーパ内周面から離れ
てもよいし、接したままで薄肉リング型は被加工品の残
留内部応力で被加工品と共に拡がり、被加工品を容易に
薄肉リング型からノックアウトできるようになっている
。

本発明の他の具体的態様では、制御手段は薄肉リング型
と保持型との間に介在されるテーパリングを備えている
。このテーパリングは塑性加工終了後に軸方向へ移動さ
せることにより薄肉リング型を被加工品の残留内部応力
により押し拡げ、被加工品と薄肉リング型との間の面圧
を低下してノックアウト荷重を低減する。

さらに本発明の他の具体的態様では、制御手段として薄
肉リング型と保持型との間に膨張収縮手段を配置してい
る。この膨張収縮手段は、−例として軸方向への押圧力
で半径方向へ拡張する金属を用いることができ、この金
属への押圧力を解消すれば、金属は薄肉リング型を半径
方向に膨張可能とし、これによって薄肉リング型と被加
工品との間の面圧を低下させるようになっている。

また本発明の他の具体的態様では、制御手段を薄肉リン
グ型に設けた液圧室としている。このため液圧室へ圧力
液体が充填されれば、薄肉リング型は被加工品を軸心へ
向かう方向に押圧し、液体の圧力解消により半径方向に
拡張可能とする。

このため塑性加工終了後に液体への加圧を解消すれば、
薄肉リング型は被加工品と共に半径方向に膨張し、この
結果薄肉リング型の保持型からの抜き出しが容易になる
と共に、被加工品との間の面圧が低下し、被加工品を容
易に薄肉リング型からノックアウト可能としている。な
お、薄肉リング型の半径方向肉厚は、被加工品仕上り外
径の０．２〜０，０１倍である。０．２倍以上では保持
型から離型しても、薄肉リング型と被加工品間の面圧が
低下せず、ノックアウトできない、また、０．０１倍未
満では薄肉リング自体の剛性が低く、保持型への嵌合が
行ないにくくなると共に、塑性加工時の力によって薄肉
リング自体が変形して被加工品の精度が悪化する。

［発明の実施例］ 第１５！Ｊには本発明の第１実施例が適用された型構造
が示されている。

保持型２４は軸２６周りに中空円板状とされ。

高い剛性を有するように所定肉厚を有した構成となって
いる。この保持を２４の内周面はテーパ面２８とな−っ
ており、薄肉リング３０の外周面が密着して挿入されて
いる。この薄肉リング３０は保持型２４とほぼ同等の軸
方向肉厚を有しており、内周面にはインターナルギヤ３
２が形成されて成形面となっている。またこの薄肉リン
グ３０の外周テーパ面はテーパ面２８と共に薄肉リング
３０の半径方向弾性変形を制御する制御手段としての役
目を有している。

保持型２４には表裏から中空バックアツプ材３４．３６
が当接されると共に、取付ボルト３８゜４０で保持型２
４へ固着されている。このバックアツプ材３４．３６は
軸心部付近に円孔４２．４４が形成されて、マンドレル
１６の挿入用となっている。

またこのバックアップ材３４．３６には型締め用ポルト
４６及び型拡げ用ポルト４８が複数本。

軸２６の回りに互いに等間隔で螺合して各軸心が軸２６
と平行となっており、これらの突出先端部は薄肉リング
３０の端面へそれぞれ当接している。

すなわち型締め用ポルト４６は薄肉リング３０のテーパ
大径側端面３０Ａ八当接し、型拡げ用ポルト４８はテー
パ小径側端面３０Ｂ八当接している。これにより、型締
め用ポルト４６をバックアツプ材３４へ締め込むと、Ｆ
ｌｌクリング３０強固にテーパ面２８へ押圧され、型拡
げ用ポルト４８をバックアツプ材３６へ強固に締め込む
と、薄肉リング３０はその外周がテーパ面２８へ加えら
れている拘束が減少し、半径方向に弾性的に膨張変形す
るようになっている。

次に未実施例の作用を説明する。

薄肉リング３０の外周テーパ面をテーパ面２８へ緊密に
接触するまで保持型２４内へ挿入し、型締め用ポルト４
６を締め付けてこの薄肉リング３０を保持型２４へ固定
する。

ここで薄肉リング３０内へ被加工品１４を収容し、マン
ドレル１６を軸２６周りに回転させながら被加工品１４
の内周面へ半径方向に向けて押圧させる。これによって
被加工品１４は塑性変形し、その外周面はインターナル
ギヤ３２へ強固に押圧されて外周ヘアウタギアが形成さ
れる。

塑性加工が終了した状態では、マンドレル１６を抜き出
すと共に型締め用ボルト４６を弛めて薄肉リング３０か
も離間させ、型拡げ用ボルト４８をバックアツプ材３６
へ強固に締め込む、これによって薄肉リング３０は軸方
向へ移動する。この場合、薄肉リング３０は被加工品１
４に残存する内部応力を受けて半径方向に拡がる力を有
しているが、型拡げ用ボルト４８による移動方向が軸２
６の方向であるため、比較的軽い力で薄肉リング３０を
軸方向へ移動することができる。

これによって薄肉リング３０は被加工品１４の残留内部
応力を受けて半径方向に被加工品１４と共に拡径し、被
加工品１４との間の面圧が低減する。

ここでノックアウトパンチを用い、被加工品１４を軸２
６と平行に押圧すれば、面圧が低下しているため、被加
工品１４は容易に薄肉リング３０から抜き出される。こ
の場合には薄肉リング３０はバックアツプ材３４の一部
へ当接し、アウターギヤ１４のみが円孔４２から抜き出
されるように円孔４２の大きさをあらかじめ設定するこ
とが好ましい。

一例として歯先円直径９０１腸、歯数１１５、モジュー
ル０．７７、歯幅１３ｍｍ、内径８０ｔｔｒｒａの中炭
素鋼リングギアをリングローリング方式で成形した場合
、従来例では約２０　ｔｏｎのノックアウト荷重が必要
であったが、本実施例では薄肉リング３０の自由膨張の
みで５　ｔｏｎまで低減させることができた。しかも被
加工品の外周部に形成された歯の表面には、ノックアウ
ト時、薄肉リング内周面との摩擦によるきずは、殆ど見
られなかった。

次に第２図には本発明の第２実施例が適用された型構造
が示されている。この実施例では、保持型２４の円孔４
４は一部に段部５０を有した拡径孔５２となっている。

この段部５０へは薄肉リング３０のテーパ大径側端面３
０Ａが当接されており、この薄肉リング３０のテーパ小
径側端面３０Ｂへは保持型２４へ取付ボルト３８で固着
されるバックアツプ材３４が当接しており、これによっ
て薄肉リング３０の軸方向移動が阻止されている。

薄肉リング３０と拡径孔５２の内周面との間には、内周
面がテーパ状とされて薄肉リング３０のテーパ面と密着
するテーパリング５４が配置されている。このデ゛−バ
リング５４のテーパ大径側端面へはバックアツプ材３４
を螺合貫通する型締め用ボルト４６の先端部が１反対方
向には保持型２４を螺合貫通する型拡げ用ボルト４８の
先端部が当接している。

従って型締め用ボルト４６をバックアツプ材３４へ締め
込むことにより、テーパリング５４を軸方向へ移動させ
て、薄肉リング３０へ軸心へ向かう方向の押圧力を付与
可能とし、型拡げ用ボルト４８を保持型２４へ締め込む
ことにより、逆に薄肉リング３０を半径方向へ拡がり可
能とするようになっている。

従ってこの実施例では、前記実施例と同様に薄肉リング
３０のインターナルギヤ３２へ被加工品１４の外周面を
マンドレル１６で押圧して塑性加工した後に、型締め用
ボルト４６を弛めると共に型拡げ用ボルト４８を保持型
２４へ締め込む、これによってテーパリング５４が軸方
向へ移動し薄″肉リング３０は被加工品１４と共に半径
方向へ拡がり可能となる。このため、薄肉リング３０の
内周面と被加工品１４の外周面との間の面圧が低下し、
ノックアウトパンチを用いて被加工品１４を軸方向へ押
圧すれば、薄肉リング３０は保持型２４、バックアツプ
材３４によって軸方向移動が阻止されているため、被加
工品１４は容易に薄肉リング３０から抜き出すことがで
きる。

この実施例では薄肉リング３０の外周面、及びテーパリ
ング５４が薄肉リング３０の半径方向弾性変形を制御す
る制御手段としての役目を有している。

第３図には本発明の第３実施例が適用された型構造が示
されている。

この実施例は前記第２実施例と原理的には同様であるが
、薄肉リング３０の外周面はテーパリング５４の内周面
に形成されたリング溝５６内へ収容されてテーパリング
５４と軸方向に相対移動不可能となっている。またテー
パリング５４の外周面はテーパ状となっており、保持型
２４のテーパ内周面２８と密着している。また図示され
ていないがこのテーパリング５４を軸方向へ移動するた
め前記実施例の型締め用ポルト４６、型拡げ用ポルト４
８と同様な取付ボルトが設けられている。

この実施例ではテーパリング５４を半径方向に沿った切
断面で複数に分割する分割型、完全に分割しないで一部
を連結したコレット形状、半径方向肉厚を薄くした薄肉
型等にして薄肉リング３０を容易に半径方向に拡縮可能
としである。このため薄肉リング３０を軸方向にΔＸだ
け移動させた時の内径をＤからＤ′に変化させ、薄肉リ
ング３０の内径を変化させることができ、塑性加工後に
テーパリング５４の軸方向移動でテーパリング５４を薄
肉リング３０と共に拡径し、被加工品１４との面圧を低
下している。

第３図に示すテーパリング５４を分割型として薄肉リン
グ３０の膨張量ΔＤを制御する手段は以下のとおりであ
る。

薄肉リング３０の軸方向の移動量ΔＸと半径方向の移動
量ΔＤの関係は、 ΔＤ＝２ΔＸ　Ｘ　ｔ　ａ　ｎθ−−−−−（１）とな
り、ΔＸの値を制御すれば薄肉リング３ｏの膨張量ΔＤ
を管理することができる。

第４図には本発明の第４実施例に係る型構造が示されて
薄肉リング３０を塑性加工後に強制的に拡径できる構造
となっている。この実施例では保持型２４の内周面がテ
ーパ面２８とされ、テーパリング５４の外周テーパ面が
密着している。このテーパリング５４の内周面は円筒面
であり、薄肉リング３０の外周面が密着している。この
薄肉リング３０の軸方向一端は内周面がテーパ面６ｏと
なっており、このテーパ面６０へ押し拡げリング６２の
外周テーパ面６３が当接している。一方、テーパリング
５４のテーパ大径側端面には圧着リング６４が当接して
テーパリング５４の軸方向移動を制限している。テーパ
リング５４には段部５５が設けられて、薄肉リング３０
の上昇を阻止している。

したがって塑性加工後に、圧着リング６４を所定量だけ
上昇させ、押し拡げリング６２を上昇させれば、薄肉リ
ング３０はテーパリング５４と共に上昇して半径方向に
弾性的に膨張変形すると共に、テーパリング５４が上昇
後に圧着リング６４へ当接すれば、テーパ面６３によっ
て半径方向に強制的にさらに膨張され、ノックアウトパ
ンチ２０によって被加工品１４を容易に薄肉リング３゜
から抜き出すことができる。

第５図には被加工品１４、薄肉リング３ｏ、及び保持型
２４間に作用する力関係が模式的に示されている。第６
図に同じく模式的に示される如く、成形前の型の変形を
ゼロとすれば、Ａ点が成形前の状態であり、成形により
被加工品１４と薄肉リング３０との間に生ずる面圧Ｐｎ
は上昇し、成形後の薄肉リング３０の膨張量をＢ点とす
れば、Ｂ点におけるノックアウト力はＦＫＢｗＩＬＰｎ
日×Ｓとなる。ここに川は摩擦係数、Ｓは被加工品１４
と薄肉リング３０との接触面積である。

従来はこの高いノックアウトカＦＫ日のままでノックア
ウトを行っていたため、ノックアウト荷重が著しく大き
くなっていたが、本発明では成形後に薄肉リング３０を
半径方向に膨張させるため。

薄肉リング３０と被加工品１４との間の面圧が下がり、
ノックアウト荷重が低減されている。

ここで薄肉リング３０と保持型２４との間の面圧ｐ（１
は、・薄肉リング３０を型２４から取り出して自由膨張
させた場合に０点でゼロとなり、薄肉リングの押拡げ圧
力ＰｃＬ　　とＰｎはつり合う、薄肉リング３０の許容
応力σｅに余裕があれば、さらに型の膨張を強制的に行
うこともできる。この場合り点を上限としてノックアウ
ト荷重Ｆにを低減させることができる。　　′ 第７図は薄肉リング３０へ塑性加工前に軸心へ向かう方
向への予圧縮力を付加した場合の模式的説明である。こ
の場合、薄肉リング３０に発生する円周方向応力が圧縮
側からスタートするため、同じ型の許容応力σρｆｆ１
ａｆｆｉでも、型の膨張量を大きくとることができる。

従って薄肉リング３０に予圧縮力を付与すればノックア
ウト荷重を著しく低減させることができると共に、薄肉
リング３０に発生する円周方向引張り応力も小さくでき
る。

次に第８図には本発明の第５実施例が示され、膨張収縮
手段が用いられて第７図に示される如く、塑性加工前に
薄肉リング３０へ予圧縮力を付与できるようになってい
る。この膨張収縮手段は薄肉リング３０と保持型２４と
の間に介在される軟質金属６６であり、具体的には銅、
アルミニウム、鉛、スズ等が用いられる。

この軟質金属６６は軸２６回りにリング状となっており
、保持型２４と薄肉リング３０との間へ挿入される圧着
リング６４の軸方向押圧によって半径方向に膨張され、
薄肉リング３０を縮径させることができる。

従って塑性加工時には、薄肉リング３０を軸心へ向かう
方向へ変形させて縮径しておき、塑性加工終了後に圧着
リング６４による押圧を解除すれば、薄肉リング３０が
被加工品１４と共に半径方向に拡大して薄肉リング３０
と被加工品１４との間の血圧を低減することができる。

なお、第１，２図の実施例においても、塑性加工前に型
縮め用ボルト４６を強固に締め込めば。

テーパ面２８の作用により、薄肉リング３０へ予圧縮力
を付与できる。

次に第９図には本発明の第６実施例が示されている。こ
の実施例では薄肉リング３０の内部に中空室６８が設け
られており、導管７０を介して油圧等の圧力流体を注入
できるようになっている。

この薄肉リング３０は上下端面及び外周面が保持型２４
へ面して変形を阻止されている。このため油圧注入で、
薄肉リング３０を軸心へ向かう方向に縮径できるため、
塑性加工後にこの圧力を解消すれば、薄肉リング３０は
半径方向に拡大して被加工品１４との間の面圧を低下さ
せることができ［発明の効果］ 以上説明した如く本発明に係る塑性加工用型構造では、
環状の成形内周面へ被加工品の外周を半径方向に押圧し
塑性変形させて成形するための塑性加工用型構造であっ
て、少なくとも一方が開放した空洞を備えた剛性の高い
保持型と、成形内周面を備え保持型の空洞内へ収容可能
で半径方向肉厚が被加工品外径に対して０．２〜０．０
１とされた薄肉リング型型と、薄肉リング型型の半径方
向弾性変形を制御する制御手段と、を設は薄肉リング型
型を被加工品と共に半径方向に弾性的に膨張変形させる
ことを特徴としているため、被加工品の外周部にパリを
発生させず、製品に抜き勾配を付与することもなく、ノ
ックアウト荷重を著しく低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る塑性加工用型構造の第１実施例を
示す断面図、第２図は第２実施例の断面図、第３図は第
３実施例の断面図、第４図は本発明の第４実施例を示す
断面図、第５図は被加工品と型との関係を示す説明図、
第６図は型膨張量と荷重との関係を示す線図、第７図は
型に予圧縮力を付与した状態の膨張量と荷重の関係を示
す線図、第８図は本発明の第５実施例を示す断面図、第
９図は本発明の第６実施例を示す断面図、第１Ｏ図は従
来の加工状態を示す断面図、第１１図は他の従来例を示
す平面図、第１２図は他の従来例を示す断面図である。 １４・・・被加工品、 ２４・・・保持型。 ２８・・・テーパ面。 ３００番−薄肉リング。 ３２・・・インターナルギヤ、 ５４・ψ・テーパリング、 ６０・・・テーパ面、 ６２φ・拳押し拡げリング。 ６６・・・軟質金属、 ６８・・・中空室。 第１図 ２４：イ〉４ｆ謬型 ２８：テーパ・面 ５４ニー？−／望りンク１ 第３図 第４図 ６ｏ：テーハ゛面 ６２：千！しギ酸１す１りンク゛ 第５図 ＾；イｉｎ貯艷ヒｊ閏りｌりＮ１のａ圧第６図 Ａ勃ＩＱ（Ｆ凡Ｃ） 型ｔｒＭ傾ｔ　”１０＊→ 第７図 第８図 ６６二軟賀省属 第９図 第１０図 （Ａ） （Ｃ） 第１１図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）環状の成形内周面へ被加工品の外周を半径方向に
   押圧し塑性変形させて成形するための塑性加工用型構造
   であって、少なくとも一方が開放した空洞を備えており
   剛性の高い保持型と、成形内周面を備え保持型の空洞内
   へ収容可能で半径方向肉厚が被加工品外径に対して０．
   ２〜０．０１とされた薄肉リング型と、薄肉リング型の
   半径方向弾性変形を制御する制御手段と、を設けたこと
   を特徴とした塑性加工用型構造。
2. （２）前記制御手段は薄肉リング型と保持型との間に介
   在されたテーパ面であり、薄肉リング型を被加工品と共
   に軸方向へ移動することにより、薄肉リング型の半径方
   向膨張変形を生じさせることを特徴とした前記特許請求
   の範囲第（１）項に記載の塑性加工用型構造。
3. （３）前記制御手段は薄肉リング型と保持型との間に介
   在されるテーパリングを備え、このテーパリングの軸方
   向移動で薄肉リング型が被加工品と共に半径方向に弾性
   的に膨張させることを特徴とした前記特許請求の範囲第
   （１）項に記載の塑性加工用型構造。
4. （４）前記制御手段は薄肉リング型と保持型との間に介
   在され、半径方向肉厚を変更可能とされた膨張収縮手段
   であることを特徴とした前記特許請求の範囲第（１）項
   に記載の塑性加工用型構造。
5. （５）前記膨張収縮手段は軸方向への押圧力で半径方向
   に拡張する金属であることを特徴とした前記特許請求の
   範囲第（４）項に記載の塑性加工用型構造。
6. （６）前記制御手段は薄肉リング型に設けられた液圧室
   であることを特徴とした前記特許請求の範囲第（１）項
   に記載の塑性加工用型構造。