JP2008307564A - 鍛造成形用金型および鍛造成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抜き勾配除去のための多数の工程が不要な鍛造成形用金型および鍛造成形方法を提供する。
【解決手段】移動可能なパンチ１１を有する可動型１０と、歯面成形部２３ａを有するダイス２３とダイスを支持する下型２２と下型に嵌挿されるノックアウト型２４とを有する固定型２０とを備え、歯面成形部の歯面成形面２３ｂには抜き勾配θが設けられ、ダイスと下型とノックアウト型とで成形空間２６が構成され、パンチによりビレット５を加圧変形させて成形する鍛造成形用金型１であって、ダイスの歯面成形部と下型との間に隙間２３ｃが形成されるとともに、ダイスの歯面成形部のパンチ側面にビレットが流入可能な凹溝部２３ｄが形成され、成形時に凹溝部にビレットが流入して、隙間が形成されている部分の歯面成形部が、凹溝部に流入したビレットを介して下型側へ押圧されて弾性変形し、歯面成形部の歯面成形面の抜き勾配が減少した状態で成形が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車等を鍛造により成形する際に用いられる鍛造成形用金型および鍛造成形方法に関する。

一般的に、歯車等を鍛造により成形する際に用いられる鍛造成形用金型においては、成形品の離型時に、金型が欠けたり成形品に残留応力が生じたりすることなく、容易に成形品を離型させるために、ダイスの歯面成形部における歯面成形面に抜き勾配が設けられている。
このように、抜き勾配が設けられている金型により成形品を成形した場合、成形品の歯面部には前記抜き勾配分の余分な取代が付くため、前記成形品に機械加工を施すことで製品として必要な寸法を得ている。

しかし、前記成形品の歯面に施される機械加工は複雑で、高い加工精度も要求されるため、加工に長時間を要し、得られた製品が高コスト化する傾向にある。
そこで、従来においては、特許文献１に示すように、熱間鍛造によって抜き勾配を付した歯形を鍛造した後、その抜き勾配よりも緩い抜き勾配を有した金型を用いて冷間または温間コイニングを行い、さらに抜き勾配がない金型を用いて冷間サイジングを行うことで、抜き勾配のない製品を得るようにした技術が考案されている。
特開平６−７９３９２号公報

前述の特許文献１のようにして製品を得るように構成した場合、抜き勾配を除去するために行う複雑かつ高精度な機械加工を低減することができるが、余肉を除去して抜き勾配をなくし、形状誤差を修正するために、多数の工程を要することとなっており、依然として製品を得るための加工に長時間を要することとなっていた。
そこで、本発明においては、多工程を要することなく、さらに複雑かつ高精度な機械加工を行うことなく、抜き勾配のない歯面を備えた製品を得ることが可能な鍛造成形用金型および鍛造成形方法を提供するものである。

上記課題を解決する鍛造成形用金型および鍛造成形方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、互いに対向配置される可動型と固定型とで構成され、前記可動型は、前記固定型に対して近接離間する方向へ移動可能なパンチを備え、前記固定型は、歯面成形部を有するダイスと、前記ダイスを支持する下型と、前記下型に摺動自在に嵌挿されるノックアウト型とを備え、前記歯面成形部における歯面成形面には抜き勾配が設けられており、前記ダイスと下型とノックアウト型とで、鍛造成形対象となるビレットが設置される成形空間が構成され、前記パンチを固定型に対して近接する方向へ移動させることで、前記ビレットを加圧変形させて成形する鍛造成形用金型であって、
前記ダイスの歯面成形部と前記下型との間に隙間が形成されるとともに、前記ダイスの歯面成形部におけるパンチ側面に、該歯面成形部とパンチとの間で前記ビレットが流入可能な空間を構成する凹溝部が形成され、前記パンチにより前記ビレットを加圧変形させる成形時に、前記凹溝部にビレットが流入して、前記隙間が形成されている部分の歯面成形部が、前記凹溝部に流入したビレットを介して下型側へ押圧されて弾性変形し、前記歯面成形部の歯面成形面の抜き勾配が減少して、鍛造成形により得られる最終製品形状に対応した抜き勾配となった状態で成形が行われる。
このように、成形時に歯面成形部が弾性変形することにより、歯面成形面の抜き勾配が減少して、鍛造成形により得られる最終製品形状に対応した抜き勾配となるため最終製品形状に対応した抜き勾配を有した成形品を得ることができる。
特に、最終製品が抜き勾配のない製品で有る場合には、成形時に歯面成形面が下型の上面と略垂直で抜き勾配がない状態となるため、抜き勾配がない成形品を得ることができる。
従って、成形後に抜き勾配を除去して成形品の形状を修正するための複雑かつ高精度な機械加工を施す必要がない。
また、成形完了後の離型時には、弾性変形していた歯面成形部が上方へ跳ね上がるため、成形品が固定型から離型する動作が補助され、成形品を固定型から容易に離型（ノックアウト）することが可能となる。
さらに、本金型により前記ビレットを成形する際には、通常の鍛造成形を行う場合の工程と同様の工程を行うだけでよいので、多工程を要することもなく、容易かつ短時間で成形品を得ることができ、製品の低コスト化を図ることができる。

また、請求項２記載の如く、前記下型には、前記ダイスの歯面成形部と前記下型との間に形成される隙間にガスを供給するためのガス通路が形成される。
これにより、前記ガス通路に窒素ガス等の不活性ガスを供給することで、前記ビレットが加圧変形されて成形される成形空間内の雰囲気が窒素雰囲気等の不活性ガス雰囲気となり、ビレットの酸化が抑えられて、スケールの発生が抑制される。
従って、成形後のスケールを除去する工程を省略することが可能となり、製品を得るまでの工程を短縮化することができる。

また、請求項３記載の如く、互いに対向配置される可動型と固定型とで構成され、前記可動型は、前記固定型に対して近接離間する方向へ移動可能なパンチを備え、前記固定型は、歯面成形部を有するダイスと、前記ダイスを支持する下型と、前記下型に摺動自在に嵌挿されるノックアウト型とを備え、前記歯面成形部における歯面成形面には抜き勾配が付されており、前記ダイスと下型とノックアウト型とで、鍛造成形対象となるビレットが設置される成形空間が構成され、前記ダイスの歯面成形部と前記下型との間に隙間が形成されるとともに、前記ダイスの歯面成形部におけるパンチ側面に、該歯面成形部とパンチとの間で前記ビレットが流入可能な空間を構成する凹溝部が形成される鍛造成形用金型を用いて成形を行う鍛造成形方法であって、
前記パンチにより前記ビレットを加圧変形させる成形時に、前記凹溝部にビレットを流入させ、前記隙間が形成されている部分の歯面成形部を、前記凹溝部に流入したビレットを介して下型側へ押圧して弾性変形させ、前記歯面成形部の歯面成形面の抜き勾配が減少して、鍛造成形により得られる最終製品形状に対応した抜き勾配となった状態で成形を行う。
このように、成形時に歯面成形部が弾性変形することにより、歯面成形面の抜き勾配が減少して、鍛造成形により得られる最終製品形状に対応した抜き勾配となるため最終製品形状に対応した抜き勾配を有した成形品を得ることができる。
特に、最終製品が抜き勾配のない製品で有る場合には、成形時に歯面成形面が下型の上面と略垂直で抜き勾配がない状態となるため、抜き勾配がない成形品を得ることができる。
従って、成形後に抜き勾配を除去して成形品の形状を修正するための複雑かつ高精度な機械加工を施す必要がない。
また、成形完了後の離型時には、弾性変形していた歯面成形部が上方へ跳ね上がるため、成形品が固定型から離型する動作が補助され、成形品を固定型から容易に離型（ノックアウト）することが可能となる。
さらに、本金型により前記ビレットを成形する際には、通常の鍛造成形を行う場合の工程と同様の工程を行うだけでよいので、多工程を要することもなく、容易かつ短時間で成形品を得ることができ、製品の低コスト化を図ることができる。

また、請求項４記載の如く、前記鍛造成形用金型による成形時に、前記ダイスの歯面成形部と前記下型との間の隙間に不活性ガスを供給する。
これにより、前記ビレットが加圧変形されて成形される成形空間内の雰囲気が窒素雰囲気となり、ビレットの酸化が抑えられて、スケールの発生が抑制される。
従って、成形後のスケールを除去する工程を省略することが可能となり、製品を得るまでの工程を短縮化することができる。

本発明によれば、成形後に抜き勾配を除去して成形品の形状を修正するための複雑かつ高精度な機械加工を施す必要がなく、成形品を固定型から容易に離型することができ、多工程を要することもないので、容易かつ短時間で成形品を得ることができ、製品の低コスト化を図ることができる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１に示す鍛造成形用の金型１は、例えば抜き勾配のない最終製品を成形するための金型であり、互いに対向配置される可動型１０と固定型２０とで構成されており、前記可動型１０は、前記固定型２０に対して近接離間する方向へ移動可能なパンチ１１を備えている。
前記固定型２０は、歯面成形部２３ａを有するダイス２３と、前記ダイス２３を支持する下型２２と、前記下型２２を支持するベース台２１と、前記ベース台２１に装着され前記下型２２に摺動自在に嵌挿されるノックアウト型２４とを備えている。

なお、前記ノックアウト型２４は、所定の範囲で上下摺動自在に構成されており、成形品を固定型２０から離型する際に、該成形品を下方から突き上げて離型を容易にするためのものである。

また、前記固定型２０においては、前記ダイス２３と下型２２とノックアウト型２４とで囲まれる空間が、鍛造成形対象となるビレット５が設置される成形空間２６として構成されている。
さらに、前記ダイス２３および下型２２の外周部にはクランプ２５が配置されており、該クランプ２５により、前記下型２２がベース台２１に固定されるとともに、前記ダイス２３が前記下型２２に固定されている。

図２に示すように、前記ダイス２３における歯面成形部２３ａの内周側に形成される歯面成形面２３ｂには、前記パンチ１１側へ向かって拡径する抜き勾配θが設けられている。
また、前記歯面成形部２３ａにおける下端部は切り欠かれており、切り欠かれた部分の歯面成形部２３ａと前記下型２２との間には隙間２３ｃが形成されている。

さらに、前記歯面成形部２３ａのパンチ１１側面（図２における上端面）には凹溝部２３ｄが形成されている。
該凹溝部２３ｄは、前記成形空間２６に設置されたビレット５をパンチ１１により押圧して加圧変形させる際に、ビレット５が流入可能となる空間として作用する。

また、前記ダイス２３には、前記歯面成形部２３ａと下型２２との間の隙間２３ｃと、ダイス２３の外周面とを連通するガス通路２３ｅが形成されており、前記クランプ２５には、該クランプ２５の内周面と外周面とを連通するガス通路２５ｅが形成されている。
前記ガス通路２３ｅとガス通路２５ｅとは一連に接続されていて、これらのガス通路２３ｅ・２５ｅにより、前記ダイス２３の隙間２３ｃと、前記クランプ２５の外周側とが連通されることとなっている。

このように、固定型２０にガス通路２３ｅ・２５ｅを形成することで、金型１の外部から前記ガス通路２３ｅ・２５ｅを通じて、前記隙間２３ｃに窒素等の不活性ガスを供給することが可能となっている。

次に、以上のように構成される金型１における、前記ビレット５の成形工程について説明する。
ビレット５を成形加工して成形品を得る際には、まず、図１に示すように、固定型２０の前記成形空間２６に成形対象となるビレット５を載置する。
この場合、前記ノックアウト型２は上下摺動範囲の下端側に位置しており、該ノックアウト型２の上面と、下型２２の上面とは略面一になっている。

このように、前記成形空間２６にビレット５を載置した後、図３、図４に示すように、パンチ１１を下降させて（固定型２０方向へ移動させて）該ビレット５を押圧し、加圧変形させる。
パンチ１１により押圧されたビレット５は、押し潰されて変形し、その外周が外側へ膨出していく。

また、パンチ１１によりビレット５を加圧変形させる成形時には、金型１の外部から前記ガス通路２３ｅ・２５ｅを通じて、前記隙間２３ｃへ窒素ガスを送入するようにしている。この隙間２３ｃへの窒素ガスの送入は成形開始から完了まで行われる。

このように、隙間２３ｃへ窒素ガスを送入することで、該隙間２３ｃと連通している前記成形空間２６内の雰囲気が窒素雰囲気となり、該成形空間２５内にて成形されるビレット５の表面が酸化することを防止でき、該ビレット５表面にスケールが発生することを抑制することができる。
なお、前記隙間２３ｃの寸法ｄ（図４参照）は、加圧変形されるビレット５が該隙間２３ｃへ侵入してこない程度の大きさに設定されている。

図５に示すように、パンチ１１がさらに下降してビレット５を押圧すると、外側へ膨らむビレット５が前記ダイス２３の歯面成形部２３ａの上端に形成される凹溝部２３ｄ内に流入することとなる。

図６に示すように、前記凹溝部２３ｄ内にビレット５が流入すると、下降するパンチ１１により、凹溝部２３ｄ内に流入したビレット５を介して歯面成形部２３ａが下方へ押し下げられ弾性変形する。
この場合、歯面成形部２３ａは、該歯面成形部２３ａの下方に隙間２３ｃが存在していることにより下方へ弾性変形することが可能となっており、該歯面成形部２３ａは、その内周側端となる歯面成形面２３ｂの下端が前記下型２２の上面に当接するまで押し下げられる。

また、図７に示すように、前記歯面成形部２３ａは、歯面成形面２３ｂの下端が下型２２の上面に当接するまで押し下げられた状態になると、該歯面成形面２３ｂに設けられていた抜き勾配θがなくなり（つまり、θ＝０°となる）、歯面成形面２３ｂは下型２２の上面と略垂直となる。

そして、パンチ１１に押圧されて加圧変形されるビレット５は、抜き勾配θがなくなった歯面成形面２３ｂに押し当てられて、その歯面が成形される。
このように、ビレット５は、抜き勾配θがない状態の歯面成形面２３ｂにより成形されるので、成形後には抜き勾配θのない成形品が得られることとなる。

パンチ１１の下降によりビレット５を加圧変形させて行った成形が完了すると、図８に示すように、前記パンチ１１を上昇させて該パンチ１１から固定型２０側へかかっていた荷重を除去するとともに、前記ノックアウト型２４を下型２２に対して上昇させて成形品を上方へ突き上げ、該成形品を固定型２０から離型させる。

このように、成形品を固定型２０から離型させるときには、前記パンチ１１からの荷重が除去されると、該パンチ１１により凹溝部２３ｄ内に流入したビレット５を介して下方へ押し下げられ弾性変形していたダイス２３の歯面成形部２３ａが、元の形状に戻ろうとして上方へ跳ね上がることとなる。

この歯面成形部２３ａが上方へ跳ね上がるスプリングバックにより、成形品が固定型２０から離型する動作が補助され、成形品を固定型２０から容易に離型（ノックアウト）することが可能となっている。

また、上述のように、金型１においては、下型２２の上面と略垂直で抜き勾配θがない状態の歯面成形面２３ｂによりビレット５が成形されるので、得られた成形品には抜き勾配θがなく、抜き勾配θを除去して成形品の形状を修正するための複雑かつ高精度な機械加工を施す必要がない。
さらに、本例の金型１により前記ビレット５を成形する際には、通常の鍛造成形を行う場合の工程と同様の工程を行うだけでよいので、多工程を要することもなく、容易かつ短時間で成形品を得ることができ、製品の低コスト化を図ることができる。

なお、本例では、金型１を、勾配のない最終製品を成形するための金型として、成形時に歯面成形面２３ｂの抜き勾配θがない状態となるように構成しているが、これに限るものではなく、勾配を有する最終製品を成形する金型に構成することもできる。
この場合は、成形時における歯面成形面２３ｂの抜き勾配θが、前記最終製品の勾配と同等になるようにダイス２３を形成し、最終製品の勾配と同じ勾配を有した成形品を成形できるように構成すればよい。
このように構成することで、成形品を固定型２０から離型するときにも容易に離型することができるとともに、従来のような金型１とは別の型を用いて形状の修正を行う工程を省略することが可能となる。

また、本例の金型１を用いて鍛造成形を行う際には、前記歯面成形部２３ａと下型２２との間の隙間２３ｃに窒素ガスを送入するようにしているので、前記ビレット５が加圧変形されて成形される成形空間２６内の雰囲気が窒素雰囲気となり、ビレット５の酸化が抑えられて、スケールの発生が抑制される。
これにより、成形後のスケールを除去する工程を省略することが可能となり、製品を得るまでの工程を短縮化することができる。

なお、本例では、ガス通路２３ｅ・２５ｅを通じて前記隙間２３ｃへ供給するガスとして窒素ガスを用いたが、これに限るものではなく、ビレット５の酸化を防いでスケール発生を抑制することができる他の不活性ガスを用いることも可能である。

成形初期の金型を示す側面断面図である。 金型の固定型における歯面成形部近傍を示す側面断面拡大図である。 成形中期の金型を示す側面断面図である。 成形中期の固定型における歯面成形部近傍を示す側面断面拡大図である。 ビレットがダイスの凹溝部に流入する様子を示す側面断面拡大図である。 成形後期の金型を示す側面断面図である。 成形後期の固定型における歯面成形部近傍を示す側面断面拡大図である。 離型時（ノックアウト時）の金型を示す側面断面図である。

符号の説明

１ 金型
１０ 可動型
１１ パンチ
２０ 固定型
２１ ベース台
２２ 下型
２３ ダイス
２３ａ 歯面成形部
２３ｂ 歯面成形面
２３ｃ 隙間
２３ｄ 凹溝部
２３ｅ ガス通路
２４ ノックアウト型
２５ クランプ
２５ｅ ガス通路
θ 抜き勾配

Claims (4)

1. 互いに対向配置される可動型と固定型とで構成され、
   前記可動型は、前記固定型に対して近接離間する方向へ移動可能なパンチを備え、
   前記固定型は、歯面成形部を有するダイスと、前記ダイスを支持する下型と、前記下型に摺動自在に嵌挿されるノックアウト型とを備え、
   前記歯面成形部における歯面成形面には抜き勾配が設けられており、
   前記ダイスと下型とノックアウト型とで、鍛造成形対象となるビレットが設置される成形空間が構成され、
   前記パンチを固定型に対して近接する方向へ移動させることで、前記ビレットを加圧変形させて成形する鍛造成形用金型であって、
   前記ダイスの歯面成形部と前記下型との間に隙間が形成されるとともに、
   前記ダイスの歯面成形部におけるパンチ側面に、該歯面成形部とパンチとの間で前記ビレットが流入可能な空間を構成する凹溝部が形成され、
   前記パンチにより前記ビレットを加圧変形させる成形時に、前記凹溝部にビレットが流入して、
   前記隙間が形成されている部分の歯面成形部が、前記凹溝部に流入したビレットを介して下型側へ押圧されて弾性変形し、
   前記歯面成形部の歯面成形面の抜き勾配が減少して、鍛造成形により得られる最終製品形状に対応した抜き勾配となった状態で成形が行われる、
   ことを特徴とする鍛造成形用金型。
2. 前記下型には、前記ダイスの歯面成形部と前記下型との間に形成される隙間にガスを供給するためのガス通路が形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造成形用金型。
3. 互いに対向配置される可動型と固定型とで構成され、
   前記可動型は、前記固定型に対して近接離間する方向へ移動可能なパンチを備え、
   前記固定型は、歯面成形部を有するダイスと、前記ダイスを支持する下型と、前記下型に摺動自在に嵌挿されるノックアウト型とを備え、
   前記歯面成形部における歯面成形面には抜き勾配が付されており、
   前記ダイスと下型とノックアウト型とで、鍛造成形対象となるビレットが設置される成形空間が構成され、
   前記ダイスの歯面成形部と前記下型との間に隙間が形成されるとともに、
   前記ダイスの歯面成形部におけるパンチ側面に、該歯面成形部とパンチとの間で前記ビレットが流入可能な空間を構成する凹溝部が形成される鍛造成形用金型を用いて成形を行う鍛造成形方法であって、
   前記パンチにより前記ビレットを加圧変形させる成形時に、前記凹溝部にビレットを流入させ、
   前記隙間が形成されている部分の歯面成形部を、前記凹溝部に流入したビレットを介して下型側へ押圧して弾性変形させ、
   前記歯面成形部の歯面成形面の抜き勾配が減少して、鍛造成形により得られる最終製品形状に対応した抜き勾配となった状態で成形を行う、
   ことを特徴とする鍛造成形方法。
4. 前記鍛造成形用金型による成形時に、前記ダイスの歯面成形部と前記下型との間の隙間に不活性ガスを供給する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の鍛造成形方法。
   
   

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