JP2002035884A - 温熱間鍛造用ギヤ金型およびその製造方法 - Google Patents
温熱間鍛造用ギヤ金型およびその製造方法Info
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- JP2002035884A JP2002035884A JP2000224250A JP2000224250A JP2002035884A JP 2002035884 A JP2002035884 A JP 2002035884A JP 2000224250 A JP2000224250 A JP 2000224250A JP 2000224250 A JP2000224250 A JP 2000224250A JP 2002035884 A JP2002035884 A JP 2002035884A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温間ないし熱間の鍛造によりギヤを製造する
ための鍛造金型であって、寿命が延長されたものを提供
する。 【解決手段】 金型ブランクの放電加工または切削加工
とそれに続く放電加工とにより粗材を製造し、精加工お
よび研磨仕上げをそれに続ける工程からなる温熱間鍛造
用ギヤ金型の製造にあたり、ブランク（１）表面のうち
で金型の歯先部分となる面に肉盛り溶接によって耐熱性
金属の層（２ａ）を設けた上で、放電加工または切削加
工に進み、金型の刃先部分が、その表面に耐熱性金属の
層（２ｂ）を有している温熱間鍛造用ギヤ金型を得る。
ための鍛造金型であって、寿命が延長されたものを提供
する。 【解決手段】 金型ブランクの放電加工または切削加工
とそれに続く放電加工とにより粗材を製造し、精加工お
よび研磨仕上げをそれに続ける工程からなる温熱間鍛造
用ギヤ金型の製造にあたり、ブランク（１）表面のうち
で金型の歯先部分となる面に肉盛り溶接によって耐熱性
金属の層（２ａ）を設けた上で、放電加工または切削加
工に進み、金型の刃先部分が、その表面に耐熱性金属の
層（２ｂ）を有している温熱間鍛造用ギヤ金型を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種のギヤを温間
または熱間で鍛造により製造するための金型の改良に関
し、その製造方法を包含する。本発明により、寿命の長
い金型が提供される。
または熱間で鍛造により製造するための金型の改良に関
し、その製造方法を包含する。本発明により、寿命の長
い金型が提供される。
【０００２】
【従来の技術】たとえば自動車のトランスミッション装
置を構成するギヤを製造する方法として、鍛造が広く行
なわれている。この鍛造に使用する金型は、ブランクの
放電加工または切削加工とそれに続く放電加工とに始ま
り、精仕上げおよび研磨を経て製品が得られるが、製造
が困難な金型のひとつに数えられている。それは、スト
レートギヤ、ヘリカルギヤを問わず、鍛造用の金型には
高い精度が求められ、ギヤのサイズによっても異なる
が、しばしば数ミクロン程度の公差基準を満たさなけれ
ばならないからである。
置を構成するギヤを製造する方法として、鍛造が広く行
なわれている。この鍛造に使用する金型は、ブランクの
放電加工または切削加工とそれに続く放電加工とに始ま
り、精仕上げおよび研磨を経て製品が得られるが、製造
が困難な金型のひとつに数えられている。それは、スト
レートギヤ、ヘリカルギヤを問わず、鍛造用の金型には
高い精度が求められ、ギヤのサイズによっても異なる
が、しばしば数ミクロン程度の公差基準を満たさなけれ
ばならないからである。
【０００３】この種の金型は、冷間から熱間に至る広い
温度領域で使用され、生産量からいえば冷間が多いが、
冷間鍛造は金型寿命が著しく短いのが難点である。その
理由は、歯出し鍛造は局部的で非定常的な変形が多く、
金型のギヤ部分にワレや焼き付きが発生しやすいこと、
また変形荷重が大きくて金型の弾性変形をコントロール
することが困難なことにある。そこで、近年は、精密熱
間鍛造によるギヤの製造に努力が向けられている。
温度領域で使用され、生産量からいえば冷間が多いが、
冷間鍛造は金型寿命が著しく短いのが難点である。その
理由は、歯出し鍛造は局部的で非定常的な変形が多く、
金型のギヤ部分にワレや焼き付きが発生しやすいこと、
また変形荷重が大きくて金型の弾性変形をコントロール
することが困難なことにある。そこで、近年は、精密熱
間鍛造によるギヤの製造に努力が向けられている。
【０００４】しかし、熱間鍛造は、冷間に比べて鍛造時
の荷重を著しく低減でき、金型のギヤ先端部への応力集
中による破損はほとんど回避できるものの、一方で金型
の刃先部にヒートチェックがみられる。そのため、金型
寿命が短いという問題は、一向に解消できていない。製
品の寸法精度が高く求められるギヤ用の鍛造金型は、通
常、１０００ショットから、よくて２０００ショットで
寿命が尽きてしまう。
の荷重を著しく低減でき、金型のギヤ先端部への応力集
中による破損はほとんど回避できるものの、一方で金型
の刃先部にヒートチェックがみられる。そのため、金型
寿命が短いという問題は、一向に解消できていない。製
品の寸法精度が高く求められるギヤ用の鍛造金型は、通
常、１０００ショットから、よくて２０００ショットで
寿命が尽きてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、温間
ないし熱間の鍛造によりギヤを製造するための金型であ
って、従来技術によるものより寿命が長い金型と、その
製造方法を提供することにある。
ないし熱間の鍛造によりギヤを製造するための金型であ
って、従来技術によるものより寿命が長い金型と、その
製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の温熱間鍛造用ギ
ヤ金型は、温間または熱間の鍛造によりギヤを製造する
ための金型であって、ブランクの放電加工または切削加
工とそれに続く放電加工とにより粗材を製造し、精加工
および研磨仕上げにより製造された金型において、図３
および図６に見るように、刃先部分が、その表面に肉盛
り溶接により形成された耐熱性金属の層（２ｂ）を有し
ていることを特徴とする。
ヤ金型は、温間または熱間の鍛造によりギヤを製造する
ための金型であって、ブランクの放電加工または切削加
工とそれに続く放電加工とにより粗材を製造し、精加工
および研磨仕上げにより製造された金型において、図３
および図６に見るように、刃先部分が、その表面に肉盛
り溶接により形成された耐熱性金属の層（２ｂ）を有し
ていることを特徴とする。
【０００７】このような鍛造金型を製造する本発明の方
法は、温間または熱間の鍛造によりギヤを製造するため
の金型の製造方法であって、ブランクの放電加工または
切削加工とそれに続く放電加工とにより粗材を製造し、
これを精加工および研磨仕上げにより製品とする工程か
らなる製造方法において、図１に示したように、ブラン
ク（１）の表面のうちで、金型の刃先部分となる面（図
１では外側）に、図２に見るように耐熱性金属の肉盛り
溶接による耐熱性金属層（２ａ）を設けた上で、放電加
工または切削加工に進み、図３に示したような粗材とす
ることを特徴とする。
法は、温間または熱間の鍛造によりギヤを製造するため
の金型の製造方法であって、ブランクの放電加工または
切削加工とそれに続く放電加工とにより粗材を製造し、
これを精加工および研磨仕上げにより製品とする工程か
らなる製造方法において、図１に示したように、ブラン
ク（１）の表面のうちで、金型の刃先部分となる面（図
１では外側）に、図２に見るように耐熱性金属の肉盛り
溶接による耐熱性金属層（２ａ）を設けた上で、放電加
工または切削加工に進み、図３に示したような粗材とす
ることを特徴とする。
【０００８】図１〜図３に示した例は、金型の刃先が外
側にある、内歯型のギヤを鍛造するための金型である
が、外歯型のギヤを鍛造するための、刃先が内側にある
金型を製造する場合は、図４〜図６に示したような工程
で、円筒型のブランクの内側に耐熱性金属層（２ａ）を
設けて、放電加工すればよい。
側にある、内歯型のギヤを鍛造するための金型である
が、外歯型のギヤを鍛造するための、刃先が内側にある
金型を製造する場合は、図４〜図６に示したような工程
で、円筒型のブランクの内側に耐熱性金属層（２ａ）を
設けて、放電加工すればよい。
【０００９】
【発明の実施形態】温熱間鍛造によるギヤの製造に用い
る金型の寿命が短いのは、刃先部分にヒートチェックが
生じるためであり、これは、刃先部が鍛造時に最も強い
荷重を受けること、かつ最も長い時間被鍛造材に接触
し、最も高温になるとともに、高温でいる時間が長いこ
と、さらに鍛造品のノックアウト後は強く冷却され、加
熱と冷却とを繰り返し受けること、がその原因である。
そこで本発明においては、このような熱ダメージに対処
することが金型寿命延長にとって重要であるとの予想の
もとに、刃先部分に耐熱性金属の層を存在させて、ヒー
トチェックに備えたわけである。
る金型の寿命が短いのは、刃先部分にヒートチェックが
生じるためであり、これは、刃先部が鍛造時に最も強い
荷重を受けること、かつ最も長い時間被鍛造材に接触
し、最も高温になるとともに、高温でいる時間が長いこ
と、さらに鍛造品のノックアウト後は強く冷却され、加
熱と冷却とを繰り返し受けること、がその原因である。
そこで本発明においては、このような熱ダメージに対処
することが金型寿命延長にとって重要であるとの予想の
もとに、刃先部分に耐熱性金属の層を存在させて、ヒー
トチェックに備えたわけである。
【００１０】図３および図６に示した段階以後の金型の
製造工程は、これまでの温熱間鍛造用ギヤ金型の製造工
程と同様である。本発明の鍛造金型を使用したギヤの鍛
造もまた、既知の技術に従って実施すればよい。すなわ
ち、図３の金型であれば、金型の周囲にそれを囲む円筒
状のブランクを、適宜の温度に加熱した状態で置き、さ
らにそれを取り囲んで最も外側にリング状のダイスを置
き、ブランクを上下からパンチでプレスすることにより
塑性変形させ、鍛造金型の刃先の間にブランクを侵入さ
せることで、内歯型ギヤの歯を形成する。図６の金型で
あれば、その中に円柱状のブランクを入れ、パンチでプ
レスすることにより、外歯型のギヤができる。
製造工程は、これまでの温熱間鍛造用ギヤ金型の製造工
程と同様である。本発明の鍛造金型を使用したギヤの鍛
造もまた、既知の技術に従って実施すればよい。すなわ
ち、図３の金型であれば、金型の周囲にそれを囲む円筒
状のブランクを、適宜の温度に加熱した状態で置き、さ
らにそれを取り囲んで最も外側にリング状のダイスを置
き、ブランクを上下からパンチでプレスすることにより
塑性変形させ、鍛造金型の刃先の間にブランクを侵入さ
せることで、内歯型ギヤの歯を形成する。図６の金型で
あれば、その中に円柱状のブランクを入れ、パンチでプ
レスすることにより、外歯型のギヤができる。
【００１１】本発明の鍛造金型のブランク材料として
は、製品ギヤの材料や加工温度などの因子によっても異
なるが、工具鋼、好ましくはマトリクスハイス鋼を使用
する。
は、製品ギヤの材料や加工温度などの因子によっても異
なるが、工具鋼、好ましくはマトリクスハイス鋼を使用
する。
【００１２】歯先部分に肉盛り溶接する耐熱性金属とし
ては、ステライト合金（Ｃｏ基合金）またはコルモノイ
合金（Ｎｉ基合金）が好適である。これらの合金が高い
耐熱性を有することはよく知られているが、硬さは、マ
トリクスハイス鋼などと比べたとき、高いものではな
い。それゆえ、大きな荷重がかかる金型の刃先にあまり
硬くない耐熱性金属の層を設けても、果たして金型寿命
を延長できるのか否か危ぶまれたが、実験の結果、有効
であることが確かめられた。この事実は、金型寿命を主
として決定するものが、発明者らの予想どおり、熱ダメ
ージであることを物語っている。
ては、ステライト合金（Ｃｏ基合金）またはコルモノイ
合金（Ｎｉ基合金）が好適である。これらの合金が高い
耐熱性を有することはよく知られているが、硬さは、マ
トリクスハイス鋼などと比べたとき、高いものではな
い。それゆえ、大きな荷重がかかる金型の刃先にあまり
硬くない耐熱性金属の層を設けても、果たして金型寿命
を延長できるのか否か危ぶまれたが、実験の結果、有効
であることが確かめられた。この事実は、金型寿命を主
として決定するものが、発明者らの予想どおり、熱ダメ
ージであることを物語っている。
【００１３】肉盛り溶接により設ける耐熱性金属の層の
厚さは、最低０．５mm程度必要であるが、あまり厚くす
る必要はなく、最大で５mmどまりである。通常は、１mm
程度で足りる。
厚さは、最低０．５mm程度必要であるが、あまり厚くす
る必要はなく、最大で５mmどまりである。通常は、１mm
程度で足りる。
【００１４】肉盛り溶接は、耐熱性金属の棒を溶加材と
して用いたＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接によってもよいし、
プラズマアークにのせて耐熱性金属の粉末を溶接する、
いわゆるＰＰＷ（プラズマ・パウダー・ウエルディン
グ）によることもできる。どの溶接法を採用するにせ
よ、後記する実施例で行なったような、肉盛りの前後に
溶接母材を加熱する、予熱および後熱処理を施すことが
推奨される。通常、予熱は２００〜４００℃で、後熱は
３００〜５５０℃で行なう。
して用いたＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接によってもよいし、
プラズマアークにのせて耐熱性金属の粉末を溶接する、
いわゆるＰＰＷ（プラズマ・パウダー・ウエルディン
グ）によることもできる。どの溶接法を採用するにせ
よ、後記する実施例で行なったような、肉盛りの前後に
溶接母材を加熱する、予熱および後熱処理を施すことが
推奨される。通常、予熱は２００〜４００℃で、後熱は
３００〜５５０℃で行なう。
【００１５】
【実施例】鍛造金型の材料としてＳＫＤ６１をえらび、
肉盛り材として、表１に記載の耐熱性合金の粉末を用意
した。
肉盛り材として、表１に記載の耐熱性合金の粉末を用意
した。
【００１６】 表 １ 耐熱性合金の組成 Ｃ Ｓｉ Ｎｉ Ｃｒ Ｗ Ｃｏ Ｂ Ｆｅ ステライトNo.６ １．２ １．０ − ３０ ４ 残部 − ≦２．０コルモノイNo.５ ０．５ ４．０ 残部 １２ − − ２．５ ３．０
【００１７】これらの耐熱性金属の粉末を、ＰＰＷによ
り円筒状ブランクの内側に肉盛り溶接して、厚さ３mmの
耐熱性金属の層を設けた。肉盛り溶接の前後に、３００
℃×１時間の予熱と、５２５℃×１時間の後熱を行なっ
た。肉盛り層の表面から深さ方向にわたる硬さを測定し
て、図７に示す結果を得た。耐熱性金属層から母材に移
行する部分における硬さの変化は滑らかであり、両者が
よく溶け合っていることを示している。
り円筒状ブランクの内側に肉盛り溶接して、厚さ３mmの
耐熱性金属の層を設けた。肉盛り溶接の前後に、３００
℃×１時間の予熱と、５２５℃×１時間の後熱を行なっ
た。肉盛り層の表面から深さ方向にわたる硬さを測定し
て、図７に示す結果を得た。耐熱性金属層から母材に移
行する部分における硬さの変化は滑らかであり、両者が
よく溶け合っていることを示している。
【００１８】つぎに、常用の放電加工に始まる一連の粗
加工および仕上げ加工により、図６の形状のストレート
ギヤ用鍛造金型を、２種の耐熱性合金について製造し
た。比較のため、耐熱性合金の層を設けないものについ
ても、鍛造金型を製造した。
加工および仕上げ加工により、図６の形状のストレート
ギヤ用鍛造金型を、２種の耐熱性合金について製造し
た。比較のため、耐熱性合金の層を設けないものについ
ても、鍛造金型を製造した。
【００１９】これら３種の鍛造金型を各２個（後記No.
１およびNo.２）使用してギヤ鍛造試験を行ない、それ
ぞれの金型寿命を評価した。鍛造したギヤの諸元は、表
２に掲げるとおりである。
１およびNo.２）使用してギヤ鍛造試験を行ない、それ
ぞれの金型寿命を評価した。鍛造したギヤの諸元は、表
２に掲げるとおりである。
【００２０】 表 ２ 鍛造するギヤの諸元 モジュール 歯先径（mm） 歯底径（mm） またぎ（mm） ２．５ ７５．０± 0.1 ６３．２５ ２６．８１-0.1,-0.15
【００２１】金型寿命評価の試験条件は、表３に示すと
おりである。
おりである。
【００２２】 表 ３ 金型寿命評価の試験条件 鍛造速度 ワーク加熱温度 潤滑剤 金型材質・硬さ ４個／分 １２００±２０℃ 水溶性黒鉛 ＳＫＤ６１ ＨＶ５６０
【００２３】３種の金型の寿命は、それぞれ表４のとお
りであった。寿命判定基準は、金型刃先に明確なヒート
クラックが発生し、それが鍛造されたギヤ製品に転写さ
れたと認められたときをもってした。
りであった。寿命判定基準は、金型刃先に明確なヒート
クラックが発生し、それが鍛造されたギヤ製品に転写さ
れたと認められたときをもってした。
【００２４】 表 ４ 金型寿命試験結果 肉盛り耐熱性金属 Ｎｏ．１ Ｎｏ．２ な し １３２２ ９５１ ステライトＮｏ．６ ２６６９ ３００５ コルモノイＮｏ．５ ２８７６ ２９２２
【００２５】上記した鍛造例は、ワーク加熱温度が１２
００℃という熱間鍛造であるが、より低い温度の温間鍛
造（おおよそ６００〜８００℃の領域）や亜熱間鍛造
（おおよそ８００〜１０００℃の領域）における鍛造に
使用しても、この金型は長い寿命を示す。
００℃という熱間鍛造であるが、より低い温度の温間鍛
造（おおよそ６００〜８００℃の領域）や亜熱間鍛造
（おおよそ８００〜１０００℃の領域）における鍛造に
使用しても、この金型は長い寿命を示す。
【００２６】
【発明の効果】本発明の温熱間鍛造用ギヤ金型は、刃先
に耐熱性金属の肉盛り層を備えているために熱ダメージ
を受けにくく、ヒートクラックに起因する金型寿命の到
来が、従来のものより著しく遅い。上記実施例から知ら
れるように、従来１０００ショット内外であった金型寿
命が、２〜３倍に伸びている。
に耐熱性金属の肉盛り層を備えているために熱ダメージ
を受けにくく、ヒートクラックに起因する金型寿命の到
来が、従来のものより著しく遅い。上記実施例から知ら
れるように、従来１０００ショット内外であった金型寿
命が、２〜３倍に伸びている。
【００２７】この温熱間鍛造用ギヤ金型を製造する本発
明の方法は、従来の鍛造金型製造法に耐熱性金属の肉盛
り溶接という工程を付加しただけであり、耐熱性金属の
層の存在は加工工程に影響しないから、従来法に変更を
加える必要なく実施することができる。金型寿命の明確
な延長は、金型交換の工数を減らすというメリットもあ
り、肉盛り溶接工程の付加によるコスト増を補って余り
あることはいうまでもない。
明の方法は、従来の鍛造金型製造法に耐熱性金属の肉盛
り溶接という工程を付加しただけであり、耐熱性金属の
層の存在は加工工程に影響しないから、従来法に変更を
加える必要なく実施することができる。金型寿命の明確
な延長は、金型交換の工数を減らすというメリットもあ
り、肉盛り溶接工程の付加によるコスト増を補って余り
あることはいうまでもない。
【図１】 本発明の温熱間鍛造用ギヤ金型のうち、内歯
型ギヤを鍛造する金型の製造法を説明するための、素材
の斜視図であって、円柱状に成形したブランクの段階を
示す。
型ギヤを鍛造する金型の製造法を説明するための、素材
の斜視図であって、円柱状に成形したブランクの段階を
示す。
【図２】 図１に続いて、ブランクの外側表面に耐熱性
金属の肉盛り溶接を施した段階を示す。
金属の肉盛り溶接を施した段階を示す。
【図３】 図２に続いて、ブランクに放電加工を行なっ
て刃を形成した段階を示す。
て刃を形成した段階を示す。
【図４】 本発明の温熱間鍛造用ギヤ金型のうち、外歯
型ギヤを鍛造する金型の製造法を説明するための、素材
の斜視図であって、円筒状に成形したブランクの段階を
示す。
型ギヤを鍛造する金型の製造法を説明するための、素材
の斜視図であって、円筒状に成形したブランクの段階を
示す。
【図５】 図４に続いて、ブランクの内側表面に耐熱性
金属の肉盛り溶接を施した段階を示す。
金属の肉盛り溶接を施した段階を示す。
【図６】 図５に続いて、ブランクに放電加工を行なっ
て刃を形成した段階を示す。
て刃を形成した段階を示す。
【図７】 図２の段階において、耐熱性金属の肉盛り溶
接層から内部に向かう硬さの変化を示したグラフ。
接層から内部に向かう硬さの変化を示したグラフ。
１ ブランク ２ａ 肉盛り溶接された耐熱性金属の層（溶接時） ２ｂ 肉盛り溶接された耐熱性金属の層（放電加工後）
Claims (4)
- 【請求項１】 温間または熱間の鍛造によりギヤを製造
するための金型であって、ブランクの放電加工または切
削加工とそれに続く放電加工とにより粗材を製造し、精
加工および研磨仕上げにより製造された金型において、
歯先部分が、肉盛り溶接された耐熱性金属により形成さ
れていることを特徴とする温熱間鍛造用ギヤ金型。 - 【請求項２】 ブランクとしてマトリクスハイス鋼を使
用し、歯先部分に肉盛り溶接された耐熱性金属が、ステ
ライト合金（Ｃｏ基合金）またはコルモノイ合金（Ｎｉ
基合金）である請求項１の温熱間鍛造用ギヤ金型。 - 【請求項３】 肉盛り溶接された耐熱性金属の層の厚さ
が０．５〜５mmである請求項１または２の温熱間鍛造用
ギヤ金型。 - 【請求項４】 温間または熱間の鍛造によりギヤを製造
するための金型の製造方法であって、ブランクの放電加
工または切削加工とそれに続く放電加工とにより粗材を
製造し、これを精加工および研磨仕上げにより製品とす
る工程からなる製造方法において、ブランク表面のうち
で金型の歯先部分となる面に耐熱性金属の肉盛り溶接を
施した上で、放電加工または切削加工に進むことを特徴
とする温熱間鍛造用ギヤ金型の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000224250A JP2002035884A (ja) | 2000-07-25 | 2000-07-25 | 温熱間鍛造用ギヤ金型およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000224250A JP2002035884A (ja) | 2000-07-25 | 2000-07-25 | 温熱間鍛造用ギヤ金型およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002035884A true JP2002035884A (ja) | 2002-02-05 |
Family
ID=18718242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000224250A Pending JP2002035884A (ja) | 2000-07-25 | 2000-07-25 | 温熱間鍛造用ギヤ金型およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002035884A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008200710A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Osg Corp | 転造ダイスの製造方法 |
| KR101117953B1 (ko) | 2010-05-14 | 2012-02-15 | 인성 엔프라 주식회사 | 정밀기어 제조용 금형제작방법 |
| CN103157759A (zh) * | 2011-12-09 | 2013-06-19 | 江苏威鹰机械有限公司 | 圆柱齿轮温冷复合精锻塑性成型工艺 |
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-
2000
- 2000-07-25 JP JP2000224250A patent/JP2002035884A/ja active Pending
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