JP2004154794A

JP2004154794A - Forming die, forming method, and formed product for external tooth profile component with boss

Info

Publication number: JP2004154794A
Application number: JP2002321187A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishita; 寛史井下; Koichi Ikushima; 幸一生島; Kazuyoshi Kondo; 一義近藤; Norimasa Ono; 訓正小野; Masayoshi Ogura; 真義小倉
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Toyota Motor Corp; Toyota Gauken
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Gauken
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forming die and a forming method, which can precisely form an external tooth profile product, which has a boss and a variety of product shapes, in one process of upsetting. <P>SOLUTION: A punch 6 has a projection 6a. A counter punch 7 has a projection 7a. Annular grooves 5c, 5d are formed by plunging the projections 6a, 7a into the upper and lower surfaces of an annular blank 1, respectively. The charge of material for a tooth profile forming surface 8a of a die 8 is uniformly controlled by the flow of material caused by the forming of the annular grooves 5c, 5d. Thus, an accurate tooth profile can be formed by preventing the imperfect charge of material at the end porion of the external tooth profile. The annular grooves 5c, 5d function as a divide for performing the flow of material necessary for the tooth profile forming portion of the annular blank 1 and the boss forming portion. Thus, a highly accurate external tooth profile portion 5a and a boss portion 5b having a necessary height can be formed in the same process. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、据込み成形方法によってボス付外歯形部品を製造するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、平歯車等の外歯形部品を製造する方法の１つとして、据込み方法が用いられている。据込み方法は、ブランクの上下面を工具で圧縮して高さを縮め、材料を加圧軸と直角方向に広げる加工方法である。外歯形部品を成形する場合には、外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有する金型を用い、キャビティ内で環状ブランクの上下面を圧縮することにより、ダイスの外歯形形状を環状ブランクに転写する手法が採られる。
【０００３】
しかしながら、従来の据込み成形方法によって環状ブランク１から平歯車等の外歯形部品を成形する場合には、図６（左右対称形状であるため、中心線の左側のみ示す。以下、図７、図１〜図３も同じ。）に示すパンチ２の成形面２ａの摩擦抗μＦが大きいために、環状ブランク１のパンチ２の成形面２ａに接触している部分及び同様の理由でカウンタパンチに接触している部分の素材流動が阻害され、環状ブランクの外周部１ａは、高さ方向中央部が最も外側に突出する「タル状」に変形しながら、成形が進行することとなる。その結果として、特に外歯形の上下角部において、素材の充填不良が生じることとなる。
上記課題の解決手段として、対向する２つのパンチの一方に突起形状を設け、フローティングダイス方法で素材を圧縮することで、外歯形成形面の素材流動を促進させ、外歯充填率を高める方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−９９９３６号（請求項１、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式では突起の付いたパンチ側の外歯形成形面への素材流れは促進されるものの、突起のない反対のパンチの成形面は歯車本体部を加圧して歯形成形していることから、外歯形成形面への材料流動による摩擦抵抗が大きく、高い歯先充填度は得られない。完全な歯先充填を得るためには金型で素材を密閉状態にせざるをえず、鍛造時の金型面圧が高くなる問題が生じる。
【０００６】
また、従来の据込み成形方法によって環状ブランク１からボス付の外歯形部品を成形する場合には、図７に示すパンチ３の下端面３ａ及び内周面３ｂの摩擦抵抗μＦが大きいため、ボス部１ｂに十分な素材流動をさせることができず、その結果としてボス部１ｂに必要な高さを持たせることが困難となっていた。さらに、ボス高さ率（図２に例示するように、成形品全体の高さＨ_１に対するボス部のみの高さｈ_ｂの比率。）と、ボス面積率Ａ_ｂ／Ａ_０（ボス付外歯形部品を平面視したときの、全体の投影面積Ａ_０とボス部のみの投影面積Ａ_ｂとの比率。）との関係は、図８に示すような関係があり、製品全体に占めるボス部の面積比Ａ_ｂ／Ａ_０が小さい製品形状の場合には、加工面圧比ｋ（加工面圧と素材の変形抵抗との比率）も増大して、金型破損領域Ｔに容易に突入してしまうといった問題もあった。このため、従来の据込み成形方法によってボス付外歯形部品を成形する場合は、金型の破損を防ぐために、製品形状の自由度が制限されるといった問題も生じていた。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、据込み成形方法によって、一工程で様々な製品形状のボス付外歯形部品を精密に成形することにある。そして、高精度かつ低価格のボス付外歯形部品を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係るボス付外歯形部品の成形用金型は、外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有し、キャビティ内で環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、同一工程で、環状ブランク外周部に外歯形を、内周部にボスを成形する金型であって、前記パンチ及び前記カウンタパンチの少なくとも一方の成形面に、環状の突起部を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によれば、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、前記パンチ及び前記カウンタパンチの少なくとも一方の成形面に設けた環状の突起部によって、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を、上下面の少なくとも一方に成形し、当該溝の成形によって生じる素材流動により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填を均一に制御する。
また、前記環状の溝が、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分とに必要な素材流動を行うための分水嶺として機能し、外歯形部とボス部の双方へと十分な素材流動を行い、外歯形部とボス部とを同一工程で成形することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係るボス付外歯形部品の成形用金型は、請求項１記載のボス付外歯形部品の成形用金型において、前記環状ブランクのボス成形部分に流入する素材の逃がし部を設けたものである。
本発明によれば、前記環状ブランクのボス成形部分に流入する素材の逃がし部を設けたことにより、ダイスの歯形成形面に対する素材充填が進んだ時点でもキャビティは密閉状態とはならず、よって、成形完了時点における加工面圧比を低減し、低面圧で歯形成形を完了することができる。
【００１１】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項３に係るボス付外歯形部品の成形方法は、歯形成形面を有するダイス内で、環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、同一工程で、環状ブランク外周部に外歯形を、環状ブランク内周部にボスを成形する方法であって、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を、上下面の少なくとも一方に成形し、当該溝の成形によって生じる素材流動により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填を均一に制御することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、上下面の少なくとも一方に成形する環状の溝の形状を変えることで、ダイスの歯形成形面に対する素材の充填を均一に制御することが可能となる。
また、前記環状の溝が、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分とに必要な素材流動を行うための分水嶺として機能する。
【００１３】
本発明の請求項４に係るボス付外歯形部品の成形方法は、請求項３記載のボス付外歯形部品の成形方法において、前記環状ブランクのボス成形部分を、流動する素材の逃がし部としたものである。
本発明によれば、前記環状ブランクのボス成形部分に流入する素材の逃がし部により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填が進んだ時点でもキャビティは密閉状態とはならず、よって、成形完了時点における加工面圧比を低減し、低面圧で歯形成形を完了することができる。
【００１４】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項５に係る成形品は、請求項３または４記載の方法によって成形されることを特徴とするものである。
したがって、本発明によれば、同一工程で、環状ブランク外周部の外歯形と環状ブランク内周部のボスとが高精度に成形された成形品を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の請求項６に係る成形品は、請求項５記載の成形品において、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を製品形状として備えるものである。
本発明によれば、前記環状の溝が製品の機能を損なうものでない限り、製品の軽量化に寄与する溝としての役割を果たすものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１には、本発明の実施の形態に係る成形用金型４の要部と、成形用金型４によって成形された成形品５を模式的に示している。成形用金型４は、パンチ６及びカウンタパンチ７の双方の成形面に、環状の突起部６ａ、７ａを設けたものである。また環状素材の内周部にはマンドレル９を配置してある。具体的には、環状の突起部６ａ、７ａは、何れも成形品５の外歯形部５ａとボス部５ｂとの間に環状溝５ｃ、５ｄを形成するものとして、金型４の開閉方向に突出するように設けられ、かつ、ボス部５ｂの成形面となるパンチ６及びカウンタパンチ７の内周面６ｂ、７ｂに連続する位置に設けられている。
なお、環状の突起部６ａ、７ａの位置は、製品の外歯形部５ａとボス部５ｂへの所望の素材流動配分に応じ、適切な位置に配置するものである。また、図１では、パンチ６の環状の突起部６ａは、パンチ７の環状の突起部７ａに比して広く低い形状のものとして図示されているが、突起部６ａ、７ａの形状はこの関係に限定されるものではなく、必要に応じて、突起部６ａ、７ａを同一幅、同一高さとする場合や、パンチ７の環状の突起部７ａは、パンチ６の環状の突起部６ａに比して広く低い形状とする場合もある。
【００１８】
ここで、本発明の実施の形態によりボス付外歯形部品の成形を行う手順を説明する。本発明の実施の形態では、図２の左側に示す高さＨ_０の環状ブランク１から、図２の右側に示す、成形品全体の高さＨ_１、外歯形部５ａの高さｈ_ｇ、ボス部のみの高さｈ_ｂで、かつ、幅Ｗ、深さＤの環状溝５ｃを備えるボス付外歯形部品５を、据込み成形方法により成形するものである。
【００１９】
具体的な金型構造および成形手順は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す通りである。まず、成形用金型４は、外歯形成形面８ａを有するダイス８と、ダイス８の中心部に位置するマンドレル９とを有し、さらに、パンチ６でキャビティの上面を構成し、カウンタパンチ７によってキャビティの底面を構成している。カウンタパンチ７およびマンドレル９はその位置が固定されており、パンチ６およびダイス８がカウンタパンチ７およびマンドレル９に対し上下方向に移動可能となっている。マンドレル９の外周面には、必要に応じ、スプライン成形溝９ａを設けることで、製品のボス内周面にスプラインを転写することができる。さらに、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの間に隙間１０を設け、隙間１０を、環状ブランク１が変形して素材の流動が生じたときの素材の逃がし部として用いる。
【００２０】
据込み成形を行う際には、まず、図３（ａ）に示すように、環状ブランク１を成形用金型４のキャビティ内にセットする。この時点で、環状ブランク１の外周面は、ダイス８の外歯形成形面８ａの山頂部に当接し、環状ブランク１の内周面はマンドレル９のスプライン成形溝９ａの山頂部に当接する。また、環状ブランク１の上面はパンチ６の環状の突起部６ａに当接し、環状ブランク１の下面はカウンタパンチ７の環状の突起部７ａに当接している。
【００２１】
続いて、パンチ６を下降させ、成形用金型４のキャビティ内で環状ブランク１の上下面を圧縮する。そして、図３（ｂ）に示すように、パンチ６及びカウンタパンチ７の環状の突起部６ａ、７ａを環状ブランク１の上下面に食い込ませる。さらにパンチ６を下降させて、環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させる。環状ブランク１の素材は、ダイス８の外歯形成形面８ａに食い込み、外歯形の転写が進行していく。また、環状ブランク１の素材は、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの隙間に流動し、ボス部５ｂの成形を進行させていく。
そして、図３（ｃ）に示すように、ダイス８の外歯形成形面８ａに十分に素材が充填されて、外歯形部５ａが高精度に転写され、かつ、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの隙間にも素材が十分に充填され必要な高さのボス部５ｂを備えた、ボス付内外歯形部品５を得ることができる。なお、スプライン成形溝を有しない円柱状のマンドレルを使用した場合には、内面が円筒状の製品が形成できる。
【００２２】
上記構成をなす本発明の実施の形態によって得られる作用効果は、以下の通りである。まず、パンチ６には突起部６ａを、カウンタパンチ７には突起部７ａを設け、パンチ６の突起部６ａとカウンタパンチ７の突起部７ａとを環状ブランク１の上下面に食い込ませて環状溝５ｃ、５ｄを形成し、環状溝５ｃ、５ｄの成形によって生じる素材流動により、ダイス８の歯形成形面８ａに対する素材充填を均一に制御することができる。よって、外歯形成形時に「タル状」に変形しながら成形が進行することを防ぐことができるので、外歯形の端部において素材の充填不良が生じることを防ぎ、高精度の歯形を成形することが可能となる。
また、環状の溝５ｃ、５ｄが、環状ブランク１の歯形成形部分に必要な素材流動（図１の矢印Ｂ、Ｃ）とボス成形部分に必要な素材流動（図１の矢印Ａ）を行うための分水嶺として機能し、高精度の外歯形部５ａと必要高さのボス部５ｂとを、同一工程で成形することが可能となる。
【００２３】
図４には、ボス高さ率ｈ_ｂ／Ｈ_１と加工面圧比ｋとの関係を示しているが、ボス高さ率ｈ_ｂ／Ｈ_１は必要な製品形状によって決定されるものである。一方、加工面圧比ｋの値は金型破損領域Ｔに突入しない値にする必要がある。
以上の条件下において、金型を破損することなく必要な製品形状を得るために、本発明の実施の形態では、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの間に隙間１０を設け、隙間１０を、環状ブランク１が変形して素材の流動が生じたときの素材の逃がし部として用いている。よって、ダイス８の歯形成形面８ａに対する素材充填が進んだ時点でも、隙間１０によりキャビティは密閉状態とはならず、型締完了時点における加工面圧比ｋを低減することができる。その結果として、成形条件を図４に示す据込み成形の成立範囲Ｓに置くことが容易となり、低面圧でボス高さを確保しつつ歯形形状の成形を完了することができる。
【００２４】
なお、本発明の実施の形態において歯先充填を均一に制御するにあたり、パンチ６およびカウンタパンチ７の環状の突起部６ａ、７ａの体積は、従来の環状溝がないパンチを用いる場合に得られるタル状の歯形体積（インボリュート形状の歯部体積）と理想的な歯形（目的形状）の体積との差分の５０％以上の体積をパンチ６及びカウンタパンチ７の突起部に与えることが望ましい。５０％以下では歯形充填後の形状にタル状が残り、所定の歯車精度が得られない場合があるためである。
図５には、一例として、従来方法（突起なし）と、上記体積の差が５０％以上の場合（本発明１〜５）の結果を比較した図表を示している。この比較例は、モジュール１．７５、歯数３０、大径７０ｍｍの歯車を試作した場合を示したものであるが、環状突起の場合〔環状突起体積／｛（目標歯部体積）−（タル状歯部体積）｝×１００〕を５０％以上とすることにより、歯先充填、歯車精度ともに良好とすることができた。なお、成形後の歯車の精度は歯車精度８級基準（ＪＩＳＢ１７０２−１）を基準としたものである。
【００２５】
さらに、本発明の実施の形態では、環状の溝５ｃ、５ｄが製品の機能を損なうものでない限り、この環状の溝５ｃ、５ｄを、ボス付外歯形部品５の製品形状として残しておくことで、製品の軽量化に寄与することができる。
【００２６】
なお、環状の突起部６ａ、７ａは、パンチ６及びカウンタパンチ７と一体に形成されたものでも良く、別部品として設けるものであっても良い。そして、一体形成した場合には、パンチ６及びカウンタパンチ７の強度を高めることが容易となり、別部品とした場合には、環状の突起部６ａ、７ａの形状変更が容易となるといった利点を有する。また、本発明の実施の形態では、環状の突起部６ａ、７ａを、パンチ６及びカウンタパンチ７の双方に設けたが、必要に応じていずれか一方に設けることとしても良い。
また、図３（ｃ）のボス上面部の形状を整えるには、図３（ｃ）の工程の後、パンチ６を軸方向上側に数ｍｍ（０．５〜２ｍｍ）上げ、その後、ボス上面部をボス成形用パンチ１１で加圧する。その結果、ボス上面部が平滑で、更にスプライン成形する場合には、スプラインの充填度の高い形状を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、据込み成形方法によって、一工程で様々な製品形状のボス付外歯形部品を精密に成形することが可能となる。そして、高精度かつ低価格のボス付外歯形部品を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る成形用金型の要部と、成形用金型によって成形された成形品とを示す模式図である。
【図２】図の左側は本発明の実施の形態に用いられる環状ブランクの一部断面図を、図の右側は本発明の実施の形態により得られるボス付外歯形部品の一部断面図を示すものである。
【図３】本発明の実施の形態に係る成形用金型の具体的な金型構造および成形手順を示す概略図である。
【図４】ボス高さ率ｈ_ｂ／Ｈ_１と加工面圧比ｋとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る方法とで得られる製品を、従来方法による製品と比較した図表である。
【図６】従来の据込み成形方法によって環状ブランクから平歯車等の外歯形部品を成形する場合の問題点を示す説明図である。
【図７】従来の据込み成形方法によって環状ブランクからボス付外歯形部品を成形する場合の問題点を示す説明図である。
【図８】ボス高さ率とボス面積率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１環状ブランク
４成形用金型
５成形品
５ａ外歯形部
５ｂボス部
５ｃ、５ｄ環状溝
６パンチ
６ａ突起部
６ｂ内周面
７カウンタパンチ
７ａ突起部
７ｂ内周面
８外歯形成形用金型（ダイス）
８ａ歯形成形面
９マンドレル
９ａスプライン成形溝
１０隙間
１１ボス成形用パンチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for manufacturing a bossed external toothed part by an upsetting method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an upsetting method has been used as one of the methods for manufacturing an externally toothed part such as a spur gear. The upsetting method is a processing method in which the upper and lower surfaces of the blank are compressed with a tool to reduce the height, and the material is spread in a direction perpendicular to the pressing axis. In the case of molding an externally-tooth-shaped part, it has a die having an externally tooth-formed surface, a mandrel located at the center of the die, a punch forming the upper surface of the cavity, and a counter punch forming the lower surface of the cavity. A method of transferring the external tooth shape of the die to the annular blank by using a mold and compressing the upper and lower surfaces of the annular blank in the cavity is adopted.
[0003]
However, when an externally tooth-shaped part such as a spur gear is formed from the annular blank 1 by a conventional upsetting method, only the left side of the center line is shown in FIG. 1 to FIG. 3), since the frictional resistance μF of the forming surface 2a of the punch 2 shown in FIG. 1 is large, the portion of the annular blank 1 that is in contact with the forming surface 2a of the punch 2 and the counter punch for the same reason. The flow of the material in the portion where the blank is formed is impeded, and the outer peripheral portion 1a of the annular blank is deformed into a “tal shape” in which the central portion in the height direction projects outward most, and the molding proceeds. As a result, incomplete filling of the material occurs particularly at the upper and lower corners of the external tooth profile.
As a means for solving the above problem, there is a method in which a protruding shape is provided on one of two opposing punches, and the material is compressed by a floating die method, thereby promoting the material flow on the external tooth forming surface and increasing the external tooth filling rate. It has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-99936 (Claim 1, FIG. 2)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this method, although the material flow to the external tooth forming surface on the punch side with the projection is promoted, the molding surface of the opposite punch without the projection is formed by pressing the gear body to form the tooth. In addition, the frictional resistance due to the material flow to the external tooth forming surface is large, and a high degree of filling of the tooth tip cannot be obtained. In order to obtain complete filling of the tooth tip, the material must be kept in a sealed state with a mold, which causes a problem that the mold surface pressure during forging increases.
[0006]
In addition, when the externally toothed part with the boss is formed from the annular blank 1 by the conventional upsetting method, the friction resistance μF of the lower end surface 3a and the inner peripheral surface 3b of the punch 3 shown in FIG. As a result, it was difficult to make the material flow sufficiently in the portion 1b, and as a result, it was difficult to give the boss portion 1b the required height. Furthermore, the boss height ratio (as illustrated in FIG. 2, the ratio. Height h _b of only the boss portion to the height H ₁ of the whole molded article) and the boss area ratio A _{b /} A 0 _(external boss when the tooth profile part in a plan view, the relationship between the ratio.) of the projected area a _b of the only entire projected area a ₀ and the boss portion, are related as shown in FIG. 8, a boss portion of total product In the case of a product shape having a small area ratio A _b / A ₀ , the working surface pressure ratio k (the ratio between the working surface pressure and the deformation resistance of the material) also increases, and the product easily enters the mold breakage region T. There was also the problem of getting lost. Therefore, when the externally toothed part with the boss is formed by the conventional upsetting method, there is a problem that the degree of freedom of the product shape is limited in order to prevent the mold from being damaged.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to precisely form bossed external toothed parts having various product shapes in one step by an upsetting method. Another object of the present invention is to provide a highly accurate and low-cost external toothed part with a boss.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a molding die for a bossed external toothed part according to claim 1 of the present invention has a die having an external tooth forming surface, a mandrel located at the center of the die, and a cavity. It has a punch forming the upper surface and a counter punch forming the bottom surface of the cavity, and compresses the upper and lower surfaces of the annular blank in the cavity and deforms them in a direction perpendicular to the axis. A mold for forming a boss on an inner peripheral portion of the external tooth profile, wherein at least one of the molding surfaces of the punch and the counter punch is provided with an annular projection.
[0009]
According to the present invention, when compressing the upper and lower surfaces of the annular blank, an annular projection provided on at least one molding surface of the punch and the counter punch causes a tooth forming portion and a boss forming portion of the annular blank. An annular groove located between the upper and lower surfaces is formed on at least one of the upper and lower surfaces, and the material flow to the tooth forming surface of the die is uniformly controlled by the material flow generated by forming the groove.
Further, the annular groove functions as a watershed for performing material flow necessary for the tooth forming portion and the boss forming portion of the annular blank, and performs sufficient material flow to both the external tooth portion and the boss portion. Thus, it is possible to form the external tooth profile and the boss in the same process.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a mold for molding an externally toothed part with a boss according to the first aspect of the present invention, wherein the material flows into a boss molded portion of the annular blank. Is provided with a relief part.
According to the present invention, by providing the relief portion of the material flowing into the boss forming portion of the annular blank, the cavity does not become a sealed state even at the time when the material filling into the tooth forming surface of the die proceeds, The working surface pressure ratio at the time of completion of molding can be reduced, and the tooth formation can be completed with low surface pressure.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for forming an externally toothed part with a boss, wherein the upper and lower surfaces of the annular blank are compressed in a die having a tooth-forming surface in a direction perpendicular to the axis. In the same step, in the same step, a method of forming an external tooth profile on the outer peripheral portion of the annular blank, a boss on the inner peripheral portion of the annular blank, when compressing the upper and lower surfaces of the annular blank, the tooth forming shape of the annular blank An annular groove located between the portion and the boss forming portion is formed on at least one of the upper and lower surfaces, and the material flow to the tooth forming surface of the die is uniformly controlled by the material flow generated by forming the groove. It is a feature.
[0012]
According to the present invention, when compressing the upper and lower surfaces of the annular blank, by changing the shape of the annular groove formed in at least one of the upper and lower surfaces, the filling of the material into the tooth forming surface of the die is uniformly controlled. Becomes possible.
Further, the annular groove functions as a watershed for performing material flow necessary for the tooth forming portion and the boss forming portion of the annular blank.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of forming an externally toothed part with a boss according to the third aspect of the present invention, wherein the boss molded part of the annular blank is a relief part for a flowing material. Things.
According to the present invention, the relief portion of the material flowing into the boss forming portion of the annular blank does not cause the cavity to be in a closed state even at the time when the material is filled into the tooth forming surface of the die, and therefore, at the time of completion of the forming. The machining surface pressure ratio can be reduced, and the tooth formation can be completed with a low surface pressure.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a molded article formed by the method according to the third or fourth aspect.
Therefore, according to the present invention, in the same step, it is possible to obtain a molded product in which the external tooth profile of the outer peripheral portion of the annular blank and the boss of the inner peripheral portion of the annular blank are molded with high precision.
[0015]
A molded product according to a sixth aspect of the present invention is the molded product according to the fifth aspect, wherein an annular groove located between the tooth forming portion and the boss forming portion of the annular blank is provided as a product shape. is there.
According to the present invention, as long as the annular groove does not impair the function of the product, it plays a role as a groove that contributes to weight reduction of the product.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0017]
FIG. 1 schematically shows a main part of a molding die 4 according to an embodiment of the present invention, and a molded product 5 molded by the molding die 4. The molding die 4 has annular projections 6a and 7a provided on both molding surfaces of the punch 6 and the counter punch 7. A mandrel 9 is arranged on the inner periphery of the annular material. Specifically, the annular projections 6a and 7a are both formed in the opening and closing direction of the mold 4 by forming annular grooves 5c and 5d between the external teeth 5a and the boss 5b of the molded product 5. It is provided so as to protrude, and is provided at a position that is continuous with the inner peripheral surfaces 6b, 7b of the punch 6 and the counter punch 7, which are the molding surfaces of the boss 5b.
The positions of the annular projections 6a and 7a are arranged at appropriate positions in accordance with a desired material flow distribution to the external tooth profile 5a and the boss 5b of the product. Also, in FIG. 1, the annular protrusion 6a of the punch 6 is illustrated as having a shape that is wider and lower than the annular protrusion 7a of the punch 7, but the shapes of the protrusions 6a, 7a However, if necessary, the protrusions 6a and 7a may have the same width and the same height, and the annular protrusion 7a of the punch 7 may be smaller than the annular protrusion 6a of the punch 6. In some cases, the shape is wide and low.
[0018]
Here, a procedure for molding the externally toothed part with a boss according to the embodiment of the present invention will be described. In the embodiment of the present invention, from the annular blank 1 having a height H ₀ shown on the left side of FIG. 2 to the height H _{1 of the} whole molded product, the height h _g of the external tooth shape portion 5 a shown on the right side of FIG. the height h _b of the boss portion only, and the width is W, the outer tooth profile part 5 with a boss provided with an annular groove 5c of the depth D, is intended for molding by upsetting method.
[0019]
The specific mold structure and molding procedure are as shown in FIGS. First, the molding die 4 has a die 8 having an external tooth forming surface 8a and a mandrel 9 located at the center of the die 8, and further comprises a punch 6 forming an upper surface of a cavity. Constitutes the bottom surface of the cavity. The positions of the counter punch 7 and the mandrel 9 are fixed, and the punch 6 and the die 8 can be moved vertically with respect to the counter punch 7 and the mandrel 9. By providing a spline forming groove 9a on the outer peripheral surface of the mandrel 9 as necessary, the spline can be transferred to the inner peripheral surface of the boss of the product. Further, a gap 10 is provided between the inner peripheral surface 6b of the punch 6 and the spline forming groove 9a of the mandrel 9, and the gap 10 serves as a material escape portion when the annular blank 1 is deformed and the material flows. Used.
[0020]
When performing upsetting, first, as shown in FIG. 3A, the annular blank 1 is set in the cavity of the molding die 4. At this time, the outer peripheral surface of the annular blank 1 abuts on the crest of the external tooth forming surface 8a of the die 8, and the inner peripheral surface of the annular blank 1 abuts on the crest of the spline forming groove 9a of the mandrel 9. The upper surface of the annular blank 1 is in contact with the annular protrusion 6a of the punch 6, and the lower surface of the annular blank 1 is in contact with the annular protrusion 7a of the counter punch 7.
[0021]
Subsequently, the punch 6 is lowered, and the upper and lower surfaces of the annular blank 1 are compressed in the cavity of the molding die 4. Then, as shown in FIG. 3B, the annular projections 6 a, 7 a of the punch 6 and the counter punch 7 are cut into the upper and lower surfaces of the annular blank 1. Further, the punch 6 is lowered to compress the upper and lower surfaces of the annular blank and deform them in a direction perpendicular to the axis. The material of the annular blank 1 bites into the external tooth forming surface 8a of the die 8, and the transfer of the external tooth shape proceeds. Further, the material of the annular blank 1 flows into the gap between the inner peripheral surface 6b of the punch 6 and the spline forming groove 9a of the mandrel 9, and advances the forming of the boss portion 5b.
Then, as shown in FIG. 3 (c), the external tooth forming surface 8a of the die 8 is sufficiently filled with the material, the external tooth portion 5a is transferred with high precision, and the inner peripheral surface 6b of the punch 6 is The internal and external toothed parts 5 with bosses can be obtained in which the gap between the mandrel 9 and the spline forming groove 9a is sufficiently filled with the material and provided with the boss portion 5b of a required height. When a cylindrical mandrel having no spline forming groove is used, a product having a cylindrical inner surface can be formed.
[0022]
The operation and effect obtained by the embodiment of the present invention having the above configuration are as follows. First, a projection 6a is provided on the punch 6 and a projection 7a is provided on the counter punch 7, and the projection 6a of the punch 6 and the projection 7a of the counter punch 7 are cut into the upper and lower surfaces of the annular blank 1 to form an annular groove. 5c and 5d are formed, and the material flow to the tooth forming surface 8a of the die 8 can be uniformly controlled by the material flow generated by forming the annular grooves 5c and 5d. Therefore, it is possible to prevent the molding from progressing while deforming into a “tall shape” at the time of forming the external teeth, thereby preventing the material from being insufficiently filled at the end of the external teeth, and forming a highly accurate tooth shape. Becomes possible.
In addition, the annular grooves 5c and 5d are used to perform the material flow (arrows B and C in FIG. 1) required for the tooth forming portion of the annular blank 1 and the material flow (arrow A in FIG. 1) required for the boss forming portion. And the boss 5b having the required height can be formed in the same step.
[0023]
FIG. 4 is shown a relation between the boss and the height ratio h _{b /} H ₁ and the machining surface pressure ratio k, the boss height ratio h _{b /} H ₁ is to be determined by the product shape required. On the other hand, the value of the working surface pressure ratio k needs to be a value that does not enter the mold breakage region T.
Under the above conditions, in order to obtain a required product shape without damaging the mold, in the embodiment of the present invention, a gap is formed between the inner peripheral surface 6b of the punch 6 and the spline forming groove 9a of the mandrel 9. 10 are provided, and the gap 10 is used as a material escape portion when the annular blank 1 is deformed and the material flows. Therefore, even when the material filling into the tooth forming surface 8a of the die 8 proceeds, the cavity is not closed by the gap 10, and the working surface pressure ratio k at the time of completion of the mold clamping can be reduced. As a result, it is easy to set the molding conditions in the upsetting range S shown in FIG. 4, and the molding of the tooth shape can be completed while securing the boss height with low surface pressure.
[0024]
In the embodiment of the present invention, the volume of the annular projections 6a and 7a of the punch 6 and the counter punch 7 is uniformly obtained when using a conventional punch having no annular groove. It is desirable that the projection of the punch 6 and the counter punch 7 be provided with a volume of 50% or more of the difference between the volume of the tall tooth profile (the volume of the involute tooth) and the volume of the ideal tooth profile (target shape). If it is less than 50%, the shape after the filling of the tooth form remains in a tall shape, and a predetermined gear accuracy may not be obtained.
FIG. 5 shows, as an example, a chart comparing the results of the conventional method (without projections) and the case where the difference in volume is 50% or more (Inventions 1 to 5). This comparative example shows a case in which a gear having a module 1.75, a number of teeth of 30, and a large diameter of 70 mm was experimentally manufactured. In the case of an annular projection, [annular projection volume / ｛(target tooth volume) − (tal By setting the tooth volume (｝ × 100) to 50% or more, both the tooth tip filling and the gear accuracy could be improved. The precision of the gear after molding is based on the gear precision class 8 standard (JIS B 1702-1).
[0025]
Furthermore, in the embodiment of the present invention, as long as the annular grooves 5c and 5d do not impair the function of the product, the annular grooves 5c and 5d are left as the product shape of the external toothed part 5 with the boss. , Can contribute to the weight reduction of the product.
[0026]
The annular projections 6a and 7a may be formed integrally with the punch 6 and the counter punch 7, or may be provided as separate components. When integrally formed, the strength of the punch 6 and the counter punch 7 can be easily increased, and when they are formed as separate components, the shape of the annular projections 6a and 7a can be easily changed. . Further, in the embodiment of the present invention, the annular protrusions 6a and 7a are provided on both the punch 6 and the counter punch 7, but may be provided on any one of them as needed.
In order to adjust the shape of the boss upper surface portion in FIG. 3C, after the process in FIG. 3C, the punch 6 is raised several mm (0.5 to 2 mm) upward in the axial direction. The part is pressed by the boss forming punch 11. As a result, when the boss upper surface is smooth and the spline is formed, a shape with a high degree of filling of the spline can be obtained.
[0027]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it is possible to precisely form bossed external toothed parts having various product shapes in one step by the upsetting method. And it becomes possible to provide a highly accurate and low-cost external toothed part with a boss.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a main part of a molding die according to an embodiment of the present invention and a molded product molded by the molding die.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of an annular blank used in the embodiment of the present invention on the left side of the figure, and a partial cross-sectional view of a bossed external toothed part obtained by the embodiment of the present invention on the right side of the figure. It is shown.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a specific mold structure and a molding procedure of a molding die according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a boss height ratio h _b / H ₁ and a processing surface pressure ratio k.
FIG. 5 is a table comparing products obtained by the method according to the embodiment of the present invention with products obtained by the conventional method.
FIG. 6 is an explanatory view showing a problem in the case of forming an externally tooth-shaped part such as a spur gear from an annular blank by a conventional upsetting method.
FIG. 7 is an explanatory view showing a problem in a case where an externally toothed part with a boss is formed from an annular blank by a conventional upsetting method.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a boss height ratio and a boss area ratio.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 annular blank 4 molding die 5 molded product 5a external gear 5b boss 5c, 5d annular groove 6 punch 6a projection 6b inner peripheral surface 7 counter punch 7a projection 7b inner peripheral surface 8 external tooth forming die ( dice)
8a tooth forming surface 9 mandrel 9a spline forming groove 10 gap 11 boss forming punch

Claims

外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有し、キャビティ内で環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、同一工程で、環状ブランク外周部に外歯形を、環状ブランク内周部にボスを成形する金型であって、
前記パンチ及び前記カウンタパンチの少なくとも一方の成形面に、環状の突起部を設けたことを特徴とするボス付外歯形部品の成形用金型。A die having an external tooth forming surface, a mandrel located at the center of the die, a punch forming the top surface of the cavity, and a counter punch forming the bottom surface of the cavity, and upper and lower surfaces of the annular blank in the cavity A mold that forms an external tooth profile on the outer periphery of the annular blank and a boss on the inner periphery of the annular blank in the same step,
A mold for molding a boss-equipped external tooth-shaped part, wherein an annular projection is provided on at least one molding surface of the punch and the counter punch.

前記環状ブランクのボス成形部分に流入する素材の逃がし部を設けたことを特徴とする請求項１記載のボス付外歯形部品の成形用金型。2. The mold for molding a boss-equipped external toothed part according to claim 1, wherein a relief portion for a material flowing into the boss molding portion of the annular blank is provided.

歯形成形面を有するダイス内で、環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、同一工程で、環状ブランク外周部に外歯形を、環状ブランク内周部にボスを成形する方法であって、
前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を、上下面の少なくとも一方に成形し、当該溝の成形によって生じる素材流動により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填を均一に制御することを特徴とするボス付外歯形部品の成形方法。In a die having a tooth forming surface, the upper and lower surfaces of the annular blank are compressed and deformed in a direction perpendicular to the axis, and in the same process, an external tooth profile is formed on the outer peripheral portion of the annular blank and a boss is formed on the inner peripheral portion of the annular blank. The method,
When compressing the upper and lower surfaces of the annular blank, an annular groove located between the tooth forming portion and the boss forming portion of the annular blank is formed on at least one of the upper and lower surfaces, and the material flow generated by forming the groove is formed. The method for forming a boss-equipped external tooth-shaped part, wherein the material filling to the tooth forming surface of the die is uniformly controlled by the method.

前記環状ブランクのボス成形部分を、流動する素材の逃がし部とすることを特徴とする請求項３記載のボス付外歯形部品の成形方法。4. The method according to claim 3, wherein the boss forming part of the annular blank is a relief part for a flowing material.

請求項３または４記載の方法によって成形されることを特徴とする成形品。A molded article formed by the method according to claim 3.

前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を製品形状として備えることを特徴とする請求項５記載の成形品。The molded product according to claim 5, wherein an annular groove located between the tooth forming portion and the boss forming portion of the annular blank is provided as a product shape.