JP3662886B2 - シャフトの成形方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間鍛造または冷間鍛造によりシャフトを成形するためのシャフトの成形方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、自動車のトランスミッションに組み込まれるカウンタシャフト１は、一般的には、軸部２と、該軸部２に設けられたテーパ状段部３ａ、３ｂと、軸部２の一端部側に設けられた大径部４と、該大径部４から延在する突出部５とを有する。このうち、大径部４の側周壁部には、前記トランスミッションを構成するインプットシャフトの歯車と噛合する歯形部６が形成されている。
【０００３】
このカウンタシャフト１は、以下のようにして作製されている。すなわち、まず、第１の鍛造成形工程において、長尺円柱体であるワークＷ（図７Ａ参照）を上端部側から押圧することにより、図７Ｂに示すように、該ワークＷの長手方向に沿ってテーパ状段部３ａ、３ｂを設ける。以下、これを絞り成形という。
【０００４】
次に、第２の鍛造成形工程において、据え込み成形を行うことによってワークＷの上端部を圧潰し、図７Ｃに示すように、大径部４を設ける。
【０００５】
次に、第３の鍛造成形工程において、大径部４の周縁部を押圧した状態でワークＷを下端部側から押し上げる後方押し出し成形を施すことにより、図７Ｄに示すように、大径部４から突出した突出部５を設ける。
【０００６】
最後に、機械加工や鍛造成形等によって大径部４の側周壁部に歯形部６が形成され、カウンタシャフト１（図６参照）が得られるに至る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した第１〜第３の鍛造成形工程では、それぞれの鍛造成形工程に対応した３つの鍛造成形装置、すなわち、絞り成形装置、据え込み成形装置および後方押し出し成形装置が使用される。このため、例えば、鍛造成形装置はもとより、各鍛造成形装置に備えられる金型等、カウンタシャフト１を作製するために必要な部品点数が膨大な数となってしまう。また、鍛造成形工程を複数回行う必要があるため、製造工程が煩雑になるという難点がある。
【０００８】
また、それぞれの鍛造成形工程の間には、残留応力除去を目的とする熱処理や、鍛造成形を円滑に進行させるための潤滑被膜を成形品の表面に設ける潤滑被膜処理などの中間処理を施すことが必要である。このため、カウンタシャフト１を鍛造成形にて作製する際の費用が高騰し、ひいては製造コストが高騰するという問題点が指摘されている。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、大径部および突出部を有するシャフトを成形することを可能とし、これにより鍛造成形工程を可及的に低減することが可能であり、さらに、製造コストの低廉化を達成することが可能なシャフトの成形方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、金型に形成されたキャビティに長尺体からなるワークを収容し、第１のパンチと前記第１のパンチ内に摺動自在に挿入された第２のパンチとによって前記ワークを押圧することで該ワークに大径部を設ける据え込み工程と、
前記大径部の周縁部を前記第１パンチで押圧するとともに、前記第２のパンチに連結されたピストンに付与される押圧力を減圧して該第２のパンチを前記第１のパンチ内に後退させることによって前記大径部から延在する突出部を設ける押し出し工程と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
この成形方法によれば、ワークに対する中間処理が施されることなく各鍛造成形工程が連続的に遂行される。このため、鍛造成形工程を可及的に低減できるので、製造工程が煩雑になることを回避することができる。しかも、中間処理が不要となるので、シャフトの製造コストを低廉化することもできる。
【００１２】
なお、据え込み工程においては、ワークの軸部に段部を設けることも可能である。したがって、段部を有するシャフトを作製する場合であっても連続的に鍛造成形を施すことができる。
【００１３】
このような成形方法にて作製されるシャフトの好適な例としては、自動車のトランスミッションを構成するシャフト類、特には、カウンタシャフトを挙げることができる。
【００１４】
また、本発明は、固定部と、
前記固定部に設けられたダイスと、
前記ダイスに設けられたキャビティと、
前記固定部に対して接近離間自在な可動部と、
前記可動部に位置決め固定された第１のパンチと、
前記第１のパンチ内に摺動自在に挿入された第２のパンチと、
前記第２のパンチに連結されたピストンと、
を有し、
前記キャビティに収容された長尺体からなるワークを前記第１のパンチおよび前記第２のパンチで押圧することによって前記ワークに大径部を形成した後、前記第１のパンチによる押圧を続行し、かつ前記ピストンに付与される押圧力を減圧して前記第２のパンチを前記第１のパンチ内で相対的に後退動作させ、
この後退動作に伴って前記ワークの大径部の肉を塑性流動させることによって前記大径部に突出部を形成することを特徴とする。
【００１５】
このような構成とすることにより、１台の鍛造成形装置にてワークに大径部と突出部とを設けることができる。したがって、シャフトを成形するために必要な鍛造成形装置の台数や部品点数を可及的に低減できるので、製造設備を著しく簡素化することができる。必然的に、製造コストも著しく低廉化する。
【００１６】
なお、段部を有するシャフトを成形する場合、キャビティに大径部と小径部とを設ければよい。塑性流動を容易とするために、大径部と小径部との間にテーパ部を設けるようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシャフトの成形方法につきそれを実施するための成形装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、シャフトとして、自動車のトランスミッションを構成するカウンタシャフト１（図６参照）を製造する場合を例示する。
【００１８】
本実施の形態に係るカウンタシャフト成形装置（以下、単に成形装置ということもある）を図１に示す。この成形装置１０は、固定部１２と可動部１４とを有する。
【００１９】
固定部１２においては、ハードプレート１６上に第１〜第３ダイス１８、２０、２２がこの順序で積層されている。このうち、第１ダイス１８および第３ダイス２２には締付リング２４、２６がそれぞれ外嵌されており、これら締付リング２４、２６には、ボルト孔２８、３０が設けられている。ボルト孔２８を通ったボルト３２がボルト孔３０に螺合されることにより、第１〜第３ダイス１８、２０、２２が一体的に締め付け保持されている。
【００２０】
なお、締付リング２４、２６は、支持部材３４、３６によって外周側方から支持されている。すなわち、締付リング２４の下端部は支持部材３４で挟持されており、一方、締付リング２６は、支持部材３４の上端部側方に連結された支持部材３６で挟持されている。
【００２１】
なお、支持部材３４の足部３４ａは、図示しないボルトによってハードプレート１６の外側に配置された外装部材３８に連結されている。また、この外装部材３８とハードプレート１６は、架台３９上に位置決め固定されている。
【００２２】
ここで、架台３９およびハードプレート１６には貫通孔４０、４１がそれぞれ設けられており、これら貫通孔４０、４１には、ノックアウトピン４２が挿入されている。このノックアウトピン４２は図示しない制御機構に連結されており、該制御機構の作用下に鉛直方向に上下動自在である。
【００２３】
第１〜第３ダイス１８、２０、２２には、貫通孔４０に連通するキャビティ４４が設けられている。このキャビティ４４は、図１における下方から、第１直線部４６と、該第１直線部４６から長手方向に対して離間する方向に所定角度傾斜した第１テーパ部４８と、該第１テーパ部４８から長手方向に延在する第２直線部５０と、該第２直線部５０から長手方向に対して離間する方向に所定角度傾斜した第２テーパ部５２と、該第２テーパ部５２から長手方向に延在する第３直線部５４と、該第３直線部５４に比して大径の第４直線部５６とから構成されている。なお、第１テーパ部４８、第２テーパ部５２、第４直線部５６は、第１ダイス１８、第２ダイス２０、第３ダイス２２にそれぞれ設けられている。
【００２４】
一方、可動部１４は、スリーブパンチホルダ６０と、該スリーブパンチホルダ６０の底面に固着されたピストンピンガイド６２と、カウンタパンチホルダ６４とを有し、このうち、カウンタパンチホルダ６４は、シリンダケース６６に保持されている。また、スリーブパンチホルダ６０に設けられた孔部６８には、スリーブパンチ７０（第１のパンチ）が嵌合されている。
【００２５】
そして、スリーブパンチ７０、ピストンピンガイド６２およびカウンタパンチホルダ６４には孔部７２が設けられており、該孔部７２には、インナーパンチ７４（第２のパンチ）が挿入されている。このインナーパンチ７４の図１における下端部は、前記スリーブパンチ７０によって囲繞されており、上下動する際には、該スリーブパンチ７０の内周壁部に摺接する。
【００２６】
ここで、図１から諒解されるように、シリンダケース６６には室７６が設けられており、該室７６内には、小径部７８ａと大径部７８ｂとからなるピストン７８が上下動自在に収容されている。前記インナーパンチ７４の上端面は、ピストン７８の小径部７８ａにおける下端面に連結されており、したがって、インナーパンチ７４は、ピストン７８が上下動することに伴って上下動する。なお、大径部７８ｂの側周壁部には環状溝が形成されており、この環状溝には、シール部材としてのピストンリング８０が嵌合されている。
【００２７】
また、大径部７８ｂの下端面には、ピストンピン８２が連結されている。該ピストンピン８２の下端部は、ピストンピンガイド６２に設けられたガイド孔８４を通ってスリーブパンチホルダ６０から突出している。
【００２８】
シリンダケース６６は、図１の上方において、駆動機構（図示せず）に連結されている。すなわち、シリンダケース６６、ひいては可動部１４は、駆動機構の作用下に鉛直方向に上下動自在である。
【００２９】
なお、スリーブパンチホルダ６０、ピストンピンガイド６２およびカウンタパンチホルダ６４は、支持ホルダ８５によって挟持されている。また、スリーブパンチホルダ６０には支持ホルダ押さえ部材８６も外嵌されており、前記支持ホルダ８５は、この支持ホルダ押さえ部材８６とシリンダケース６６とに挟持されている。また、支持ホルダ８５の大径部は、シリンダケース６６に外嵌されたケースカバー８７に連結されている。
【００３０】
シリンダケース６６には、切欠溝８８を介して室７６に連通する小室９０が設けられており、該小室９０は、前記ケースカバー８７に形成された通路９２に連通している。この通路９２の開口部には、油給排機構（図示せず）の継手部９４が接続されている。該油給排機構は、ピストン７８の上下動作に伴い、室７６とピストン７８における大径部７８ｂの上端面との間に作動油ＯＬを供給・排出するためのものである。
【００３１】
本実施の形態に係る成形装置１０は基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用および効果についてその成形方法との関係で説明する。
【００３２】
まず、図１に示すように、駆動機構（図示せず）の駆動作用下に、可動部１４を固定部１２に対して離間した状態にし、第１〜第３ダイス１８、２０、２２に形成されたキャビティ４４に長尺円柱体のワークＷを収容する。なお、この時点では、ワークＷの下端部は第２テーパ部５２で係止され、キャビティ４４から突出する。
【００３３】
そして、前記油給排機構から室７６に作動油ＯＬを供給し、これによりピストン７８を下死点まで下降させる。この場合、作動油ＯＬは、継手部９４、通路９２および小室９０を通過して室７６内に流入する。ピストン７８が下死点に到達した際には、インナーパンチ７４の下端面は、スリーブパンチ７０の下端面と面一となる。
【００３４】
次に、前記駆動機構を駆動させ、図２に示すように、可動部１４を鉛直下方向に移動させて固定部１２に接近させる。これにより、キャビティ４４内に収容されたワークＷがインナーパンチ７４とスリーブパンチ７０とにより押圧されて圧縮される。その結果、ワークＷの軸部２がキャビティ４４の形状に対応する形状に縮径し、最終的に、軸部２におけるキャビティ４４の第１テーパ部４８、第２テーパ部５２に対応する箇所には、テーパ状段部３ａ、３ｂが形成される（絞り成形）。
【００３５】
この状態で、可動部１４をさらに鉛直下方向に移動させると、図３に示すように、ワークＷの上端部が圧潰されて拡径する。すなわち、ワークＷに大径部４が形成される（据え込み成形）。また、この際、ピストンピン８２の下端面が第３ダイス２２の上端面に当接する。
【００３６】
以上の工程においては、ピストン７８が常に作動油ＯＬによって押圧され、これによりインナーパンチ７４およびスリーブパンチ７０の下端面同士が面一である状態が保たれる。
【００３７】
次いで、前記油給排機構の作用下に室７６から作動油ＯＬを排出可能な状態、すなわち、ピストン７８に付与される押圧力を減圧可能な状態とした後、図４に示すように、可動部１４をさらに鉛直下方向に移動させる。
【００３８】
この際、可動部１４が下降動作することに追従してスリーブパンチ７０がワークＷをさらに押圧すると、ピストン７８は、第３ダイス２２の上端面に当接したピストンピン８２によって押圧される。これに伴って、室７６内から作動油ＯＬが排出されることにより、該室７６内の油圧が低下する。このため、該ピストン７８が可動部１４に追従して下降することがピストンピン８２によって阻止され、結局、該ピストン７８は、下降する可動部１４に対して相対的に上昇動作する。これにより、インナーパンチ７４は、スリーブパンチ７０の内周壁部を摺接しながら該スリーブパンチ７０内を後退動作する。
【００３９】
このため、スリーブパンチ７０から押圧されることによって塑性流動した大径部４の上端面の肉は、該大径部４から離間したインナーパンチ７４との間に流入する。これにより、大径部４に比して小径の突出部５が該大径部４の上端面に突出形成される。同時に、大径部４がさらに拡径されることによって、該大径部４の寸法精度が向上する。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、絞り成形装置、据え込み成形装置および後方押し出し成形装置を設置することなく、成形装置１０のみで絞り成形、据え込み成形および後方押し出し成形の全てを遂行することができる。すなわち、鍛造成形装置の台数や部品点数を減じることができる。
【００４１】
しかも、この場合、１回の鍛造成形工程が終了する毎に鍛造成形品を取り出す必要がない。したがって、製造工程が著しく簡素なものとなる。
【００４２】
さらに、例えば、絞り成形と据え込み成形との間に、ワークＷの表面に潤滑被膜を設ける必要もない。このため、カウンタシャフト１の製造コストを低廉化することもできる。
【００４３】
以上の工程が終了した後、図５に示すように、駆動機構を駆動させて可動部１４を固定部１２から離間させ、図示しない制御機構（図示せず）の作用下にノックアウトピン４２を鉛直上方向に移動させる。これにより、成形品としてのワークＷがキャビティ４４から取り出される。
【００４４】
最後に、キャビティ４４から取り出したワークＷを搬送装置（図示せず）によって次工程に搬送し、機械加工または鍛造成形加工によって大径部４に歯形部６を形成すれば、製品としてのカウンタシャフト１が得られるに至る。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、シャフトとしてカウンタシャフト１を例示したが、特にこれに限定されるものではなく、大径部と該大径部から延在した突出部を有するシャフトであればよい。また、自動車用トランスミッションを構成するシャフトでなくともよいことはいうまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１のパンチと第２のパンチとでワークを押圧して据え込み成形を施して大径部を設けた後、後方押し出し成形時に、第１のパンチでさらにワークを押圧する一方で第２のパンチを後退動作させることにより、該大径部に突出部を設けることができる。すなわち、１台のシャフト成形装置で大径部および突出部を有するシャフトを成形することができる。
【００４７】
このため、鍛造成形工程や、シャフトを成形するために必要な鍛造成形装置の台数または部品点数を可及的に低減できるので、製造工程および設備を著しく簡素化することができる。また、熱処理や潤滑被膜処理等の中間処理も削減できるので、製造コストを著しく低廉化することもできるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るシャフト成形装置の要部縦断面説明図である。
【図２】図１の成形装置において、インナーパンチとスリーブパンチとでワークを押圧した状態を示す要部縦断面説明図である。
【図３】図２に示すワークをインナーパンチとスリーブパンチとでさらに押圧した状態を示す一部省略縦断面説明図である。
【図４】図２に示すワークをスリーブパンチのみでさらに押圧するとともに、インナーパンチを後退動作させた状態を示す要部縦断面説明図である。
【図５】図１の成形装置において、固定部から可動部が離間した状態を示す要部縦断面説明図である。
【図６】自動車のトランスミッションに組み込まれるカウンタシャフトの全体概略正面図である。
【図７】図７Ａはワークの概略正面図であり、図７Ｂは従来技術に係る成形方法の第１鍛造成形工程によって成形された成形品の概略正面図であり、図７Ｃは第２鍛造成形工程によって大径部が形成された成形品の概略正面図であり、図７Ｄは第３鍛造成形工程によって前記大径部に突出部が形成された成形品の概略正面図である。
【符号の説明】
１…カウンタシャフト ２…軸部
３ａ、３ｂ…テーパ状段部 ４…大径部
５…突出部 ６…歯形部
１０…成形装置 １２…固定部
１４…可動部 １６…ハードプレート
１８、２０、２２…ダイス ４２…ノックアウトピン
４４…キャビティ ４６、５０、５４、５６…直線部
４８、５２…テーパ部 ６２…ピストンピンガイド
６６…シリンダケース ７０…スリーブパンチ
７４…インナーパンチ ７６…室
７８…ピストン ８２…ピストンピン
８４…ガイド孔 ８８…切欠溝
９０…小室 ９２…通路
９４…継手部 ＯＬ…作動油
Ｗ…ワーク

Claims (6)

1. 金型に形成されたキャビティに長尺体からなるワークを収容し、第１のパンチと前記第１のパンチ内に摺動自在に挿入された第２のパンチとによって前記ワークを押圧することで該ワークに大径部を設ける据え込み工程と、
   前記大径部の周縁部を前記第１パンチで押圧するとともに、前記第２のパンチに連結されたピストンに付与される押圧力を減圧して該第２のパンチを前記第１のパンチ内に後退させることによって前記大径部から延在する突出部を設ける押し出し工程と、
   を有することを特徴とするシャフトの成形方法。
2. 請求項１記載の成形方法において、前記据え込み工程にて前記ワークの軸部に段部を設けることを特徴とするシャフトの成形方法。
3. 請求項１または２記載の成形方法において、自動車のトランスミッションを構成するシャフト類を作製することを特徴とするシャフトの成形方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法において、シャフト類としてカウンタシャフトを作製することを特徴とするシャフトの成形方法。
5. 固定部と、
   前記固定部に設けられたダイスと、
   前記ダイスに設けられたキャビティと、
   前記固定部に対して接近離間自在な可動部と、
   前記可動部に位置決め固定された第１のパンチと、
   前記第１のパンチ内に摺動自在に挿入された第２のパンチと、
   前記第２のパンチに連結されたピストンと、
   を有し、
   前記キャビティに収容された長尺体からなるワークを前記第１のパンチおよび前記第２のパンチで押圧することによって前記ワークに大径部を形成した後、前記第１のパンチによる押圧を続行し、かつ前記ピストンに付与される押圧力を減圧して前記第２のパンチを前記第１のパンチ内で相対的に後退動作させ、
   前記後退動作に伴って前記ワークの大径部の肉を塑性流動させることによって前記大径部に突出部を形成することを特徴とするシャフト成形装置。
6. 請求項５記載のシャフト成形装置において、前記キャビティに大径部と小径部とが設けられていることを特徴とするシャフト成形装置。

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