JP3702989B2 - 冷間鍛造によるリング体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、長さの短いリング体を冷間鍛造によって成形するのに好適なリング体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鍛造によってワークを成形して、精密部品を得る方法が知られているが、従来の鍛造方法によれば精度がそれほど高いものが得られない。例えば図２０に示すようにリング状となった精密部品（リング体）を製造する場合には、その外径Ａと内径Ｂとの精度があまり高いものではない。このため、このような精度があまり高くはない精密部品のワークに対しては図２１に示すようにステップＳ１で冷間鍛造した後は、ステップＳ２で応力除去，球状化の処理を行った後、ステップＳ３により切削加工を必要としている。この切削加工からステップＳ４で焼き入れ、焼戻しの硬化工程を経た後、ステップＳ５により仕上げ研磨を行って、例えば軸受等に適する精密部品を得ている。一例として、外径Ａと内径Ｂとの誤差、つまり振れが、０．０３以下の高精度のものを得る場合には、精度が低いためにステップＳ３による余分な切削加工を必要としてしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来は上記図２１において説明した鍛造工程によるリング体の製造方法では、例えば材質として軸受け鋼（一例としてＳＵＪ材）のようなカーボンを１％程度含むワークは鍛造性が悪く、冷間鍛造後も荒仕上げ切削工程において内径Ｂの削り代が多く、このため歩留面の効率と生産性が悪くなっている。特に、上述したように、振れが０．０３以下の高精度のものを得る場合余分な工程が必要となるので，生産性が悪くなる。また、ステップＳ３での切削工程特有のむしれや工具寿命及び切削作業中の構成刃先が原因となる黒皮残り不良を誘発する問題が見られている。また、軸受け等のリング体を冷間鍛造後に直接、研磨仕上げ工程に投入するのは困難であった。
【０００４】
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、荒仕上げによる切削工程を省略可能として歩留面の効率と生産性を良好とし、さらに黒皮残り不良をなくするようにし、従来の冷間鍛造方法に基づく問題点を解消するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷間鍛造によるリング体の製造方法は、ワーク（１）の中央側に形成された薄肉部（１ｍ）を位置ずれさせる半抜き工程（第５鍛造工程）と、位置ずれした薄肉部をワークの一側から他側に打抜いてワークにワークの一側から他側に貫通する貫通穴を形成する穴抜き工程（第６鍛造工程）とを備え、穴抜き工程に使用する穴抜き用金型として、ワークの一側から薄肉部を押圧して薄肉部を打抜く先端部を有し、先端部が、穴抜き部とシェービング部（２６ａ）とを有し、穴抜き部が、シェービング部よりも先端部の先端側に設けられ、穴抜き部の径（φ３）が、半抜き工程で使用した半抜き用金型（半抜きピン２５）によってワークの一側に形成された半抜き穴の径（φ２）よりも小さい寸法に設定され、シェービング部（２６ａ）の径（φ５）が、半抜き穴の径（φ２）よりも大きい寸法に設定された穴抜き用金型（穴抜きピン２６）を使用し、穴抜き用金型の先端部を半抜き穴の穴内に挿入して穴抜き部で薄肉部を除去するとともに薄肉部の除去されたワークの貫通穴の内面をシェービング部で平滑化したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
まず、本発明の一実施の形態による冷間鍛造方法の概略を、図１ないし図６を用いて説明する。
【０００９】
本実施の形態の冷間鍛造方法は、まず、第１鍛造工程において、図１に示すように外径よりも全長が比較的長い、例えばカーボンを１％程度含む金属材より成るワーク１に対し、両面より鍛造圧力を加えて据え込み加工を施すことにより図２に示すように、円板状となったワーク１を得る。
図１において、ワーク１として全長が長いものを用いるのはシャー切断性を良好とするためである。図２に示す第１の鍛造工程では、ワーク１の両面の外周縁にテーパ１ａ，１ｂを形成する。
【００１０】
第２の鍛造工程で、図３に示すようにワーク１に対して片面に、円錐状に窪む凹部１ｊを、反対側の面に、外周テーパ面１ｎ，平坦面１ｔ，内周テーパ面１ｆ及び円錐状窪みから成る凹部１ｗを形成する。上記凹部１ｗは、先端側１ｗ1 の方が、後端側１ｗ2 の方より角度が１／２程度小さくなっている。また、上記外周，内周のテーパ面１ｎ，１ｆは傾斜角として４０〜５０度程度が好ましい。
円錐状の窪みから成る凹部１ｊは、次工程で鍛造するときのセンター位置の位置出しとして有用であり、また、円錐状の窪みから成る凹部１ｗは、次工程でのパンチのガイド用として有用である。すなわち、中央方向に尖鋭となっているので、金型で圧力を加えたときワーク１を金型の中央に正確に位置出しすることができる。
【００１１】
第３鍛造工程では、上記ワーク１を反転させた後に、鍛造を行って、図４に示すように片面に段差１ｈ付きの予備穴１ｑを設ける。この予備穴１ｑは、次工程での穴入れピンによる穴入れをスムースに行うための穴入れピンのガイド用の穴として機能する。反対の面の説明は上記第２の鍛造工程と同様である。
【００１２】
第４の鍛造工程では、上記ワーク１を反転させた後に、図５に示すように上記予備穴１ｑが形成されていた側に、穴入れピン２４を嵌入するように鍛造して、ワーク１の余肉部分を矢印に示す方向に逃がすようにして穴１ｑを形成する。なお、反対の面にはパンチで予備穴１ｒを形成する。
このようにして、円筒体１ｙの内部に薄肉部１ｍが形成された半製品を得ることができる。
【００１３】
第５鍛造工程では、ワーク１を反転させた後に上記薄肉部１ｍを一定距離だけ円筒体１ｙ内で中心軸に沿うように位置ずれさせて、半抜きを行う。薄肉部１ｍは円筒体１ｙと区間ｍでつながった状態で破断させることになる。
【００１４】
第６の鍛造工程では、図１９を用いて後述するように、半抜きさせた薄肉部１ｍを、半抜き方向と同一方向に打ち抜く。なお、この打抜き時に、同時に円筒体１ｙの穴の内面をシェービングして平滑化する。
以上が、本実施の形態１の概略である。
【００１５】
図７ないし図１８は本発明による冷間鍛造方法の一実施の形態の詳細を示す工程図であり、金型を用いて鍛造する場合の詳細を示す。本発明においては、まず、図１で説明した円柱状のワーク１を図７に示すような鍛造成形装置の一方の金型としてのノックアウトピン２１と他方の金型としてのパンチ３１で両側（左，右又は上，下）から鍛造圧力を加えて円板状のワーク１（図２参照）を得る。この場合、ノックアウトピン２１は通常、成形後のワーク１を下から押上げて取出すためのもので、ダイ４１の貫通孔４１ａに上，下動自在に位置される。そしてダイ４１の凹部４ａの形状はワーク１の両面の外周側にテーパ１ａを成形するのに適する底面形状を有している。また、上側にもダイ４１ｂが設けられ、このダイ４１ｂの下面４１ｃの形状についてもワーク１にテーパ面１ｂを形成するのに適する形状に設定されている。
【００１６】
このように円柱状のワーク１に対して図７に示す如く第１の鍛造工程で上側から鍛造圧力を加え、かつこのワーク１の両面の外周にテーパ面１ａ，１ｂを設けたワーク１を次の鍛造工程である図８の鍛造成形装置に供給する。図８に示す第２の鍛造工程においてワーク１の両面にノックアウトピン２２，パンチ３２による鍛造圧力を加えて成形するのであるが、このときワーク１の外径はダイ４２に設けた凹部４２ａの内面形状によって成形され、しかも、その両面はパンチ３２及び図９に示すノックアウトピン２２によって成形される（図３参照）。この場合パンチ３２，ノックアウトピン２２は何れも、ワーク１の両面を円錐状に窪ませる先端部を有した柱体に形成された金型である。ノックアウトピン２２は、先端部の円錐状の面が、ノックアウトピン２２の中心軸２２ｄに沿う方向に延長して設けられて中心軸２２ｄとのなす角度の異なる複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより形成される。複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、先端部の先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に形成される。逃げ角は、ノックアウトピン２２の中心軸２２ｄに対し直交する線分２２ｅに対する先端部の複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃのなす角である。厳密には、ノックアウトピン２２の中心軸２２ｄと直交する線分２２ｅと、ノックアウトピン２２の先端部の円錐状の面である複数の各周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃの各稜線とのなす角である。即ち、ノックアウトピン２２の先端部の円錐状の面を形成する複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃが、ノックアウトピン２２の柱体の中心軸２２ｄと直交する線分２２ｅと柱体の先端部の円錐状の面を形成する複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃの稜線とのなす角である逃げ角αの大きさを決める。ノックアウトピン２２の先端部の複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃは先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に形成される。具体的には、ノックアウトピン２２の周面２２ｂの稜線と中心軸２２ｄと直交する線分２２ｅとのなす角である逃げ角α２は、例えば５〜７度に設定されているが、ノックアウトピン２２の先端部において、先端に一番近い周面２２ｃの稜線と中心軸２２ｄと直交する線分２２ｅとのなす角である逃げ角α１は、逃げ角α２の１／２程度に設定されている。従って、図３に示す凹部１ｗの先端側１ｗ1 は周面２２ｃで、後端側１ｗ2 は周面２２ｂで形成される。しかも、ノックアウトピン２２，パンチ３２の先端は尖鋭となっており、ワーク１の上，下面の中心にくい込むことによりワーク１の前，後，左，右の振れを阻止するものである。このような図８に基づく鍛造成形装置の鍛造成形により、図３で説明した円錐状の凹部１ｊと、テーパ面１ｎ，１ｆ，平坦面１ｔ及び円錐状の凹部１ｗを有するワークを得る。なお、図３において、外周テーパ面１ｎはダイ４２で形成され、内周テーパ面１ｆはピン２２の周面２２ａで形成される。このワーク１を図１０に示す鍛造成形装置に反転してセットし、鍛造成形を行う。
【００１７】
図１０，図１１において、ノックアウトピン２３は、先端部の円錐状の面が、複数の周面２３ａ，２３ｂ，２３ｃにより形成され、複数の周面２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、先端部の先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に成される。ノックアウトピン２３の先端部の周面２３ｃと線分２２ｅとのなす角である逃げ角α３は、例えば３〜５度で周面２３ｂと線分２２ｅとのなす角である逃げ角α４はその２倍程度に設定される。また、パンチ３３についても、同様である。即ち、先端部の円錐状の面が、複数の周面３３ａ，３３ｂ，３３ｃにより形成され、複数の周面３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、先端部の先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に成される。具体的には周面３３ｂと線分２２ｅとのなす角である逃げ角α６は７〜９度で先端の周面３３ｃと線分２２ｅとのなす角である逃げ角α５はそれよりも１／２程度小さく設定されている。この場合についても各周面の形成する逃げ角は図８で用いたノックアウトピン２２の先端部の周面の形成する逃げ角よりも大きく設定されるものである。なお、周面３３ａと周面３３ｂとの間に中心軸２２ｄと平行となる立上がり壁面３３ｄが設けられており、この立上がり壁面３３ｄがワーク１の穴にくい込んで穴入れされることにより、図４に示す段差１ｈ付きの予備穴（ガイド穴）１ｑを形成することができる。また、第２鍛造工程であらかじめ形成された凹部１ｊの中心にノックアウトピン２２の中心がくい込むのでワーク１の心出しを確実に行うことができ、ワーク１の前，後，左，右方向の振れをより確実に阻止して鍛造成形を行うことが可能となる。このような鍛造成形装置によって成形されたワーク１は図１２に示す鍛造成形装置６に反転してセットされ、次の段階での鍛造成形が行われる。
【００１８】
図１２に示す鍛造成形装置においてはダイ４４に設けた貫通成形孔４４ａの中で穴入れピン２４とパンチ３４とでワーク１を、その両面側から圧力を加えて鍛造成形することにより、そのワーク１の中央側を、さらに、薄肉化するものである。つまり、第３鍛造工程の予備穴１ｑに、穴入れピン２４で穴入れする（図５参照）。
【００１９】
この場合、図１３に示すように穴入れピン２４は、外径φｂが上記パンチ３３の先端側の外径φａよりも数十μｍ小さくなって、後述するクリアランスを形成できる。また、その先端部は周面２４ｃと周面２４ｂとから成るが、周面２４ｂが形成する逃げ角α８は例えば９〜１１度、周面２４ｃが形成する逃げ角α７はその１／２程度に徐々に小さくなるように設定されるもので、何れの周面２４ｂ，２４ｃについても図１０で用いたノックアウトピン２３の先端部の周面２３ｂ，２３ｃの形成する逃げ角よりも大きく設定されている。また、パンチ３４の先端側の形状は図１０において用いたパンチ３３の先端側の形状とほぼ同様な形状を有しているのであるが、その周面３４ｂの形成する逃げ角α１０は８〜１０度、周面３４ｃの形成する逃げ角α９はその１／２程度に設定され、図１１に示すパンチ３３よりも、その逃げ角が大きくなるように設定される。
【００２０】
このように本実施の形態では後工程で用いるノックアウトピン又はパンチの先端部の周面が形成する逃げ角を、前工程で用いたノックアウトピン又はパンチの先端部の周面が形成する逃げ角よりも徐々に大きく設定することにより、図１４に示すようにエアー又はオイル溜り１ｇをワーク１の成形面１Ｓとノックアウトピン又はパンチ等の型２０との間を介してクリアランスＬ方向に逃がすことができる。すなわち、成形面１Ｓは前工程で成形された成形面であるが、後工程で用いるノックアウトピンあるいはパンチの型２０の先端部の周面（円錐面）２０ｈの形成する逃げ角を、前工程で使用したノックアウトピンあるいはパンチの先端部の周面の形成する逃げ角より大きくすることにより、前工程で成形された成形面１Ｓが形成する逃げ角よりも後工程の型２０の円錐面２０ｈが形成する逃げ角の方が大きくなるので、両者間にエアー溜り１ｇの逃げのルートを確保することができ、ワーク１に振れを生じさせることがなく、鍛造成形精度を向上させることができる。なお、クリアランスＬについては、穴入れの時にかける荷重は、基本的には第１の鍛造工程で据え込み時にかかった荷重を超えないように管理すれば、ワークの変形は抑えられる。この穴入れピン２４の径φｂは、前工程で形成された予備穴１ｑ（実際にはスプリングバックで少し予備穴の径は小さくなっている）の径φａより若干小さく、数十μｍのクリアランスを持っているので、このクリアランスＬからエアーやオイルを逃がしている。
【００２１】
また、いずれの工程のピン，パンチの先端部も、先端部の円錐状の面が、中心軸に沿う方向に延長して設けられて中心軸とのなす角度の異なる複数の周面により形成され、複数の周面は先端部の先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に形成されたので、ワークが、小径のものであってもワークを、その中心側から周辺方向に比較的無理なく鍛造成形できる。
【００２２】
図１２，図１３に示す第４鍛造工程においてはワーク１の中央側に生成される薄肉部１ｍはワーク１の片面に位置ずれした位置に形成されているのであるが、このワーク１を反転して図１５に示す鍛造成形装置の中に反転してセットして半抜きの鍛造を行う（第５鍛造工程）。すなわち、ワーク１の薄肉部１ｍに対して、その中心軸方向に半抜きピン２５の先端２５ｃによって圧力を加える。この場合半抜きピン２５の先端２５ｃ側によって薄肉部１ｍを図示上部方向に位置ずれさせる（図６参照）が、この位置ずれは、その上部に位置するパンチ３５の下端面３５ｃによって規制されるので薄肉部１ｍは一定距離位置ずれされるだけである。
【００２３】
なお、半抜きピン２５の先端２５ｃの先端面は平坦となっており、また、パンチ３５の下端面３５ｃも平坦となっており、薄肉部１ｍを位置ずれさせやすい形状となっている。このような薄肉部１ｍが位置ずれされたワーク１を平行移動（反転しない）して図１７に示す鍛造成形装置によって薄肉部１ｍを、半抜き時の位置ずれ方向と同方向に穴抜きピン２６に基づいて圧力を加えて薄肉部１ｍをワーク１から分離する。
【００２４】
この場合、穴抜きピン２６には図１８に示すように外周側に、リング状の突起から成るシェービング部２６ａが形成されており、このシェービング部２６ａは角状となって外周方向に突出してシェービング部をワーク１の内面に対して施すことになる。
【００２５】
なお、この穴抜きピン２６についても、また、図１６に示す半抜きピン２５及びパンチ３５についても、その中心側に上，下に貫通するエア抜孔２５ｆ，３５ｆ，２６ｆを有するので、このエア抜孔を介してワークの薄肉部１ｍの上，下面の空気を逃がすことが可能となる。
【００２６】
以上の半抜き工程である第５鍛造工程及び穴抜き工程である第６鍛造工程を図１９を用いて詳述すると、半抜き工程終了後は薄肉部１ｍが一部分ｍでつながった状態で破断し、一方向に位置ずれされている（図６参照）。この場合、ワーク１の円筒体１ｙの半抜き方向の内径φ１より、その反対側の内径φ２（半抜き穴の径）が数μｍ程度小さくなっている。
【００２７】
穴抜き工程では、例えば外径φ４が上記ワーク１の入口側の内径φ２とほぼ等しい穴抜きピン２６ｔを用いて薄肉部１ｍに鍛造圧力を加えて穴抜きした場合には、薄肉部１ｍのつながり部分ｍに発生するつながり跡ｍａを一挙に切除できるものと考えられる。しかし、実際はつながり部分ｍを起点としてワーク１の出口側の内面１ｊまでも切除されてしまって、バリＢが発生してしまうことがある。
【００２８】
そこで、本実施の形態では穴抜きピン２６の先端側の外径φ３（穴抜き部の径）をワーク１の内径φ２（半抜き穴の径）よりも数十μｍ程度小さくして、小径の穴抜きピン２６を用いることとし、ピン２６の先端より後方の部分の外周に上記シェービング部２６ａを設けて、このシェービング部２６ａの先端外径φ５を、ワーク１の入口側の内径φ２（半抜き穴の径）よりも数μｍ程度大きくする。
このようにすることにより、パンチ３６側でワーク１の外径を押さえつつ穴抜きピン２６で薄肉部１ｍを打抜くものとする。この穴抜き時に、同時にシェービング部２６ａでワーク１の内面全体にしごきを入れて、平滑化する。
【００２９】
この方法によれば、穴抜きピン２６の薄肉部１ｍを押圧する先端側の外径φ３が入口側の内径φ２より小さいのでワーク１の出口側の内面１ｊを切除してしまってバリＢを発生させることがなく、しかも、つながり部分ｍに発生する段部から成るつながり跡ｍａは、シェービング部２６ａで平滑化されるので、高精度の部品を得ることができ、後工程での、図３に示すステップＳ３による切削を必要としない。
実際の試作結果によれば、外径：内径＝１．４：１のリング体のものについて、振れを０．０３以内に抑えることが確認された。
【００３０】
本発明によれば、高精度をもって精密部品を製造できるので、図２０のステップに示すように従来の熱処理工程（ステップＳ２）、切削加工（ステップＳ３）を省略できるので、製造工程を短縮できる。
【００３１】
以上説明したように本発明によれば鍛造形成の工程が進むに従って先端のテーパ面の角度が大きくなるようにしたので、エアー溜まり及び成形油圧を外部に逃がすことができ、これらの形成時の影響を少なくすることができる金型形状のワークへの転写を確実に行うことができる。また、先端形状を２段構成としたのでワークのセンターに対する金型のセンターが芯を拾い易くなるので、位置ずれ防止策として有効となる。また、エア抜孔２５ａ，３５ａ，２６ａを設けたので、鍛造成形工程における金型の負荷を軽減できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、先端部に、穴抜き部とシェービング部とを有し、穴抜き部が、シェービング部よりも先端部の先端側に設けられ、穴抜き部の径が、半抜き工程で使用した半抜き用金型によってワークの一側に形成された半抜き穴の径よりも小さい寸法に設定され、シェービング部の径が、半抜き穴の径よりも大きい寸法に設定された穴抜き用金型を使用し、穴抜き用金型の先端部を半抜き穴の穴内に挿入して穴抜き部で薄肉部を除去するとともに薄肉部の除去されたワークの貫通穴の内面をシェービング部で平滑化したので、薄肉部を正確に除去できて、後工程での切削加工を不要とでき、また、薄肉部の除去とともにワークの貫通穴の内面をシェービングしたので、バリを発生させることなく高精度のリング体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態の概要を示す斜視図である。
【図２】 この発明の一実施の形態の概要を示す第１の工程図である。
【図３】 この発明の一実施の形態の概要を示す第２の工程図である。
【図４】 この発明の一実施の形態の概要を示す第３の工程図である。
【図５】 この発明の一実施の形態の概要を示す第４の工程図である。
【図６】 この発明の一実施の形態の概要を示す第５の工程図である。
【図７】 この発明の一実施の形態を示す第１の工程図である。
【図８】 この発明の一実施の形態を示す第２の工程図である。
【図９】 この発明の一実施の形態を示す第２の工程に用いるノックアウトピンを示す側面図である。
【図１０】 この発明の一実施の形態を示す第３の工程図である。
【図１１】 この発明の一実施の形態を示す第３の工程に用いるノックアウトピンとパンチの詳細を示す側面図である。
【図１２】 この発明の一実施の形態を示す第４の工程図である。
【図１３】 この発明の一実施の形態を示す第４の工程に用いるノックアウトピンとパンチの詳細を示す側面図である。
【図１４】 この発明の一実施の形態を説明するための断面図である。
【図１５】 この発明の一実施の形態を示す第５の工程を示す図である。
【図１６】 この発明の一実施の形態を示す第５の工程に用いるノックアウトピンとパンチの詳細を示す側面図である。
【図１７】 この発明の一実施の形態を示す第６の工程を示す図である。
【図１８】 この発明の一実施の形態を示す第６の工程に用いるノックアウトピンの詳細を示す側面図である。
【図１９】 この発明の一実施の形態の動作を説明するための図である。
【図２０】 従来及び本発明の一実施の形態を示す工程によって製造されるワークを示す断面図である。
【図２１】 従来及び本発明のワークの形成工程を示す図である。
【符号の説明】
１ ワーク、２１，２２，２３ ノックアウトピン、２４ 穴入れピン、 ２５ 半抜きピン、２６ 穴抜きピン、３１，３２，３３，３４，３５，３６ パンチ
【発明の属する技術分野】
この発明は、長さの短いリング体を冷間鍛造によって成形するのに好適なリング体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鍛造によってワークを成形して、精密部品を得る方法が知られているが、従来の鍛造方法によれば精度がそれほど高いものが得られない。例えば図２０に示すようにリング状となった精密部品（リング体）を製造する場合には、その外径Ａと内径Ｂとの精度があまり高いものではない。このため、このような精度があまり高くはない精密部品のワークに対しては図２１に示すようにステップＳ１で冷間鍛造した後は、ステップＳ２で応力除去，球状化の処理を行った後、ステップＳ３により切削加工を必要としている。この切削加工からステップＳ４で焼き入れ、焼戻しの硬化工程を経た後、ステップＳ５により仕上げ研磨を行って、例えば軸受等に適する精密部品を得ている。一例として、外径Ａと内径Ｂとの誤差、つまり振れが、０．０３以下の高精度のものを得る場合には、精度が低いためにステップＳ３による余分な切削加工を必要としてしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来は上記図２１において説明した鍛造工程によるリング体の製造方法では、例えば材質として軸受け鋼（一例としてＳＵＪ材）のようなカーボンを１％程度含むワークは鍛造性が悪く、冷間鍛造後も荒仕上げ切削工程において内径Ｂの削り代が多く、このため歩留面の効率と生産性が悪くなっている。特に、上述したように、振れが０．０３以下の高精度のものを得る場合余分な工程が必要となるので，生産性が悪くなる。また、ステップＳ３での切削工程特有のむしれや工具寿命及び切削作業中の構成刃先が原因となる黒皮残り不良を誘発する問題が見られている。また、軸受け等のリング体を冷間鍛造後に直接、研磨仕上げ工程に投入するのは困難であった。
【０００４】
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、荒仕上げによる切削工程を省略可能として歩留面の効率と生産性を良好とし、さらに黒皮残り不良をなくするようにし、従来の冷間鍛造方法に基づく問題点を解消するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷間鍛造によるリング体の製造方法は、ワーク（１）の中央側に形成された薄肉部（１ｍ）を位置ずれさせる半抜き工程（第５鍛造工程）と、位置ずれした薄肉部をワークの一側から他側に打抜いてワークにワークの一側から他側に貫通する貫通穴を形成する穴抜き工程（第６鍛造工程）とを備え、穴抜き工程に使用する穴抜き用金型として、ワークの一側から薄肉部を押圧して薄肉部を打抜く先端部を有し、先端部が、穴抜き部とシェービング部（２６ａ）とを有し、穴抜き部が、シェービング部よりも先端部の先端側に設けられ、穴抜き部の径（φ３）が、半抜き工程で使用した半抜き用金型（半抜きピン２５）によってワークの一側に形成された半抜き穴の径（φ２）よりも小さい寸法に設定され、シェービング部（２６ａ）の径（φ５）が、半抜き穴の径（φ２）よりも大きい寸法に設定された穴抜き用金型（穴抜きピン２６）を使用し、穴抜き用金型の先端部を半抜き穴の穴内に挿入して穴抜き部で薄肉部を除去するとともに薄肉部の除去されたワークの貫通穴の内面をシェービング部で平滑化したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
まず、本発明の一実施の形態による冷間鍛造方法の概略を、図１ないし図６を用いて説明する。
【０００９】
本実施の形態の冷間鍛造方法は、まず、第１鍛造工程において、図１に示すように外径よりも全長が比較的長い、例えばカーボンを１％程度含む金属材より成るワーク１に対し、両面より鍛造圧力を加えて据え込み加工を施すことにより図２に示すように、円板状となったワーク１を得る。
図１において、ワーク１として全長が長いものを用いるのはシャー切断性を良好とするためである。図２に示す第１の鍛造工程では、ワーク１の両面の外周縁にテーパ１ａ，１ｂを形成する。
【００１０】
第２の鍛造工程で、図３に示すようにワーク１に対して片面に、円錐状に窪む凹部１ｊを、反対側の面に、外周テーパ面１ｎ，平坦面１ｔ，内周テーパ面１ｆ及び円錐状窪みから成る凹部１ｗを形成する。上記凹部１ｗは、先端側１ｗ1 の方が、後端側１ｗ2 の方より角度が１／２程度小さくなっている。また、上記外周，内周のテーパ面１ｎ，１ｆは傾斜角として４０〜５０度程度が好ましい。
円錐状の窪みから成る凹部１ｊは、次工程で鍛造するときのセンター位置の位置出しとして有用であり、また、円錐状の窪みから成る凹部１ｗは、次工程でのパンチのガイド用として有用である。すなわち、中央方向に尖鋭となっているので、金型で圧力を加えたときワーク１を金型の中央に正確に位置出しすることができる。
【００１１】
第３鍛造工程では、上記ワーク１を反転させた後に、鍛造を行って、図４に示すように片面に段差１ｈ付きの予備穴１ｑを設ける。この予備穴１ｑは、次工程での穴入れピンによる穴入れをスムースに行うための穴入れピンのガイド用の穴として機能する。反対の面の説明は上記第２の鍛造工程と同様である。
【００１２】
第４の鍛造工程では、上記ワーク１を反転させた後に、図５に示すように上記予備穴１ｑが形成されていた側に、穴入れピン２４を嵌入するように鍛造して、ワーク１の余肉部分を矢印に示す方向に逃がすようにして穴１ｑを形成する。なお、反対の面にはパンチで予備穴１ｒを形成する。
このようにして、円筒体１ｙの内部に薄肉部１ｍが形成された半製品を得ることができる。
【００１３】
第５鍛造工程では、ワーク１を反転させた後に上記薄肉部１ｍを一定距離だけ円筒体１ｙ内で中心軸に沿うように位置ずれさせて、半抜きを行う。薄肉部１ｍは円筒体１ｙと区間ｍでつながった状態で破断させることになる。
【００１４】
第６の鍛造工程では、図１９を用いて後述するように、半抜きさせた薄肉部１ｍを、半抜き方向と同一方向に打ち抜く。なお、この打抜き時に、同時に円筒体１ｙの穴の内面をシェービングして平滑化する。
以上が、本実施の形態１の概略である。
【００１５】
図７ないし図１８は本発明による冷間鍛造方法の一実施の形態の詳細を示す工程図であり、金型を用いて鍛造する場合の詳細を示す。本発明においては、まず、図１で説明した円柱状のワーク１を図７に示すような鍛造成形装置の一方の金型としてのノックアウトピン２１と他方の金型としてのパンチ３１で両側（左，右又は上，下）から鍛造圧力を加えて円板状のワーク１（図２参照）を得る。この場合、ノックアウトピン２１は通常、成形後のワーク１を下から押上げて取出すためのもので、ダイ４１の貫通孔４１ａに上，下動自在に位置される。そしてダイ４１の凹部４ａの形状はワーク１の両面の外周側にテーパ１ａを成形するのに適する底面形状を有している。また、上側にもダイ４１ｂが設けられ、このダイ４１ｂの下面４１ｃの形状についてもワーク１にテーパ面１ｂを形成するのに適する形状に設定されている。
【００１６】
このように円柱状のワーク１に対して図７に示す如く第１の鍛造工程で上側から鍛造圧力を加え、かつこのワーク１の両面の外周にテーパ面１ａ，１ｂを設けたワーク１を次の鍛造工程である図８の鍛造成形装置に供給する。図８に示す第２の鍛造工程においてワーク１の両面にノックアウトピン２２，パンチ３２による鍛造圧力を加えて成形するのであるが、このときワーク１の外径はダイ４２に設けた凹部４２ａの内面形状によって成形され、しかも、その両面はパンチ３２及び図９に示すノックアウトピン２２によって成形される（図３参照）。この場合パンチ３２，ノックアウトピン２２は何れも、ワーク１の両面を円錐状に窪ませる先端部を有した柱体に形成された金型である。ノックアウトピン２２は、先端部の円錐状の面が、ノックアウトピン２２の中心軸２２ｄに沿う方向に延長して設けられて中心軸２２ｄとのなす角度の異なる複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより形成される。複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、先端部の先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に形成される。逃げ角は、ノックアウトピン２２の中心軸２２ｄに対し直交する線分２２ｅに対する先端部の複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃのなす角である。厳密には、ノックアウトピン２２の中心軸２２ｄと直交する線分２２ｅと、ノックアウトピン２２の先端部の円錐状の面である複数の各周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃの各稜線とのなす角である。即ち、ノックアウトピン２２の先端部の円錐状の面を形成する複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃが、ノックアウトピン２２の柱体の中心軸２２ｄと直交する線分２２ｅと柱体の先端部の円錐状の面を形成する複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃの稜線とのなす角である逃げ角αの大きさを決める。ノックアウトピン２２の先端部の複数の周面２２ａ，２２ｂ，２２ｃは先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に形成される。具体的には、ノックアウトピン２２の周面２２ｂの稜線と中心軸２２ｄと直交する線分２２ｅとのなす角である逃げ角α２は、例えば５〜７度に設定されているが、ノックアウトピン２２の先端部において、先端に一番近い周面２２ｃの稜線と中心軸２２ｄと直交する線分２２ｅとのなす角である逃げ角α１は、逃げ角α２の１／２程度に設定されている。従って、図３に示す凹部１ｗの先端側１ｗ1 は周面２２ｃで、後端側１ｗ2 は周面２２ｂで形成される。しかも、ノックアウトピン２２，パンチ３２の先端は尖鋭となっており、ワーク１の上，下面の中心にくい込むことによりワーク１の前，後，左，右の振れを阻止するものである。このような図８に基づく鍛造成形装置の鍛造成形により、図３で説明した円錐状の凹部１ｊと、テーパ面１ｎ，１ｆ，平坦面１ｔ及び円錐状の凹部１ｗを有するワークを得る。なお、図３において、外周テーパ面１ｎはダイ４２で形成され、内周テーパ面１ｆはピン２２の周面２２ａで形成される。このワーク１を図１０に示す鍛造成形装置に反転してセットし、鍛造成形を行う。
【００１７】
図１０，図１１において、ノックアウトピン２３は、先端部の円錐状の面が、複数の周面２３ａ，２３ｂ，２３ｃにより形成され、複数の周面２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、先端部の先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に成される。ノックアウトピン２３の先端部の周面２３ｃと線分２２ｅとのなす角である逃げ角α３は、例えば３〜５度で周面２３ｂと線分２２ｅとのなす角である逃げ角α４はその２倍程度に設定される。また、パンチ３３についても、同様である。即ち、先端部の円錐状の面が、複数の周面３３ａ，３３ｂ，３３ｃにより形成され、複数の周面３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、先端部の先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に成される。具体的には周面３３ｂと線分２２ｅとのなす角である逃げ角α６は７〜９度で先端の周面３３ｃと線分２２ｅとのなす角である逃げ角α５はそれよりも１／２程度小さく設定されている。この場合についても各周面の形成する逃げ角は図８で用いたノックアウトピン２２の先端部の周面の形成する逃げ角よりも大きく設定されるものである。なお、周面３３ａと周面３３ｂとの間に中心軸２２ｄと平行となる立上がり壁面３３ｄが設けられており、この立上がり壁面３３ｄがワーク１の穴にくい込んで穴入れされることにより、図４に示す段差１ｈ付きの予備穴（ガイド穴）１ｑを形成することができる。また、第２鍛造工程であらかじめ形成された凹部１ｊの中心にノックアウトピン２２の中心がくい込むのでワーク１の心出しを確実に行うことができ、ワーク１の前，後，左，右方向の振れをより確実に阻止して鍛造成形を行うことが可能となる。このような鍛造成形装置によって成形されたワーク１は図１２に示す鍛造成形装置６に反転してセットされ、次の段階での鍛造成形が行われる。
【００１８】
図１２に示す鍛造成形装置においてはダイ４４に設けた貫通成形孔４４ａの中で穴入れピン２４とパンチ３４とでワーク１を、その両面側から圧力を加えて鍛造成形することにより、そのワーク１の中央側を、さらに、薄肉化するものである。つまり、第３鍛造工程の予備穴１ｑに、穴入れピン２４で穴入れする（図５参照）。
【００１９】
この場合、図１３に示すように穴入れピン２４は、外径φｂが上記パンチ３３の先端側の外径φａよりも数十μｍ小さくなって、後述するクリアランスを形成できる。また、その先端部は周面２４ｃと周面２４ｂとから成るが、周面２４ｂが形成する逃げ角α８は例えば９〜１１度、周面２４ｃが形成する逃げ角α７はその１／２程度に徐々に小さくなるように設定されるもので、何れの周面２４ｂ，２４ｃについても図１０で用いたノックアウトピン２３の先端部の周面２３ｂ，２３ｃの形成する逃げ角よりも大きく設定されている。また、パンチ３４の先端側の形状は図１０において用いたパンチ３３の先端側の形状とほぼ同様な形状を有しているのであるが、その周面３４ｂの形成する逃げ角α１０は８〜１０度、周面３４ｃの形成する逃げ角α９はその１／２程度に設定され、図１１に示すパンチ３３よりも、その逃げ角が大きくなるように設定される。
【００２０】
このように本実施の形態では後工程で用いるノックアウトピン又はパンチの先端部の周面が形成する逃げ角を、前工程で用いたノックアウトピン又はパンチの先端部の周面が形成する逃げ角よりも徐々に大きく設定することにより、図１４に示すようにエアー又はオイル溜り１ｇをワーク１の成形面１Ｓとノックアウトピン又はパンチ等の型２０との間を介してクリアランスＬ方向に逃がすことができる。すなわち、成形面１Ｓは前工程で成形された成形面であるが、後工程で用いるノックアウトピンあるいはパンチの型２０の先端部の周面（円錐面）２０ｈの形成する逃げ角を、前工程で使用したノックアウトピンあるいはパンチの先端部の周面の形成する逃げ角より大きくすることにより、前工程で成形された成形面１Ｓが形成する逃げ角よりも後工程の型２０の円錐面２０ｈが形成する逃げ角の方が大きくなるので、両者間にエアー溜り１ｇの逃げのルートを確保することができ、ワーク１に振れを生じさせることがなく、鍛造成形精度を向上させることができる。なお、クリアランスＬについては、穴入れの時にかける荷重は、基本的には第１の鍛造工程で据え込み時にかかった荷重を超えないように管理すれば、ワークの変形は抑えられる。この穴入れピン２４の径φｂは、前工程で形成された予備穴１ｑ（実際にはスプリングバックで少し予備穴の径は小さくなっている）の径φａより若干小さく、数十μｍのクリアランスを持っているので、このクリアランスＬからエアーやオイルを逃がしている。
【００２１】
また、いずれの工程のピン，パンチの先端部も、先端部の円錐状の面が、中心軸に沿う方向に延長して設けられて中心軸とのなす角度の異なる複数の周面により形成され、複数の周面は先端部の先端に近くなるにつれて逃げ角を小さくする面に形成されたので、ワークが、小径のものであってもワークを、その中心側から周辺方向に比較的無理なく鍛造成形できる。
【００２２】
図１２，図１３に示す第４鍛造工程においてはワーク１の中央側に生成される薄肉部１ｍはワーク１の片面に位置ずれした位置に形成されているのであるが、このワーク１を反転して図１５に示す鍛造成形装置の中に反転してセットして半抜きの鍛造を行う（第５鍛造工程）。すなわち、ワーク１の薄肉部１ｍに対して、その中心軸方向に半抜きピン２５の先端２５ｃによって圧力を加える。この場合半抜きピン２５の先端２５ｃ側によって薄肉部１ｍを図示上部方向に位置ずれさせる（図６参照）が、この位置ずれは、その上部に位置するパンチ３５の下端面３５ｃによって規制されるので薄肉部１ｍは一定距離位置ずれされるだけである。
【００２３】
なお、半抜きピン２５の先端２５ｃの先端面は平坦となっており、また、パンチ３５の下端面３５ｃも平坦となっており、薄肉部１ｍを位置ずれさせやすい形状となっている。このような薄肉部１ｍが位置ずれされたワーク１を平行移動（反転しない）して図１７に示す鍛造成形装置によって薄肉部１ｍを、半抜き時の位置ずれ方向と同方向に穴抜きピン２６に基づいて圧力を加えて薄肉部１ｍをワーク１から分離する。
【００２４】
この場合、穴抜きピン２６には図１８に示すように外周側に、リング状の突起から成るシェービング部２６ａが形成されており、このシェービング部２６ａは角状となって外周方向に突出してシェービング部をワーク１の内面に対して施すことになる。
【００２５】
なお、この穴抜きピン２６についても、また、図１６に示す半抜きピン２５及びパンチ３５についても、その中心側に上，下に貫通するエア抜孔２５ｆ，３５ｆ，２６ｆを有するので、このエア抜孔を介してワークの薄肉部１ｍの上，下面の空気を逃がすことが可能となる。
【００２６】
以上の半抜き工程である第５鍛造工程及び穴抜き工程である第６鍛造工程を図１９を用いて詳述すると、半抜き工程終了後は薄肉部１ｍが一部分ｍでつながった状態で破断し、一方向に位置ずれされている（図６参照）。この場合、ワーク１の円筒体１ｙの半抜き方向の内径φ１より、その反対側の内径φ２（半抜き穴の径）が数μｍ程度小さくなっている。
【００２７】
穴抜き工程では、例えば外径φ４が上記ワーク１の入口側の内径φ２とほぼ等しい穴抜きピン２６ｔを用いて薄肉部１ｍに鍛造圧力を加えて穴抜きした場合には、薄肉部１ｍのつながり部分ｍに発生するつながり跡ｍａを一挙に切除できるものと考えられる。しかし、実際はつながり部分ｍを起点としてワーク１の出口側の内面１ｊまでも切除されてしまって、バリＢが発生してしまうことがある。
【００２８】
そこで、本実施の形態では穴抜きピン２６の先端側の外径φ３（穴抜き部の径）をワーク１の内径φ２（半抜き穴の径）よりも数十μｍ程度小さくして、小径の穴抜きピン２６を用いることとし、ピン２６の先端より後方の部分の外周に上記シェービング部２６ａを設けて、このシェービング部２６ａの先端外径φ５を、ワーク１の入口側の内径φ２（半抜き穴の径）よりも数μｍ程度大きくする。
このようにすることにより、パンチ３６側でワーク１の外径を押さえつつ穴抜きピン２６で薄肉部１ｍを打抜くものとする。この穴抜き時に、同時にシェービング部２６ａでワーク１の内面全体にしごきを入れて、平滑化する。
【００２９】
この方法によれば、穴抜きピン２６の薄肉部１ｍを押圧する先端側の外径φ３が入口側の内径φ２より小さいのでワーク１の出口側の内面１ｊを切除してしまってバリＢを発生させることがなく、しかも、つながり部分ｍに発生する段部から成るつながり跡ｍａは、シェービング部２６ａで平滑化されるので、高精度の部品を得ることができ、後工程での、図３に示すステップＳ３による切削を必要としない。
実際の試作結果によれば、外径：内径＝１．４：１のリング体のものについて、振れを０．０３以内に抑えることが確認された。
【００３０】
本発明によれば、高精度をもって精密部品を製造できるので、図２０のステップに示すように従来の熱処理工程（ステップＳ２）、切削加工（ステップＳ３）を省略できるので、製造工程を短縮できる。
【００３１】
以上説明したように本発明によれば鍛造形成の工程が進むに従って先端のテーパ面の角度が大きくなるようにしたので、エアー溜まり及び成形油圧を外部に逃がすことができ、これらの形成時の影響を少なくすることができる金型形状のワークへの転写を確実に行うことができる。また、先端形状を２段構成としたのでワークのセンターに対する金型のセンターが芯を拾い易くなるので、位置ずれ防止策として有効となる。また、エア抜孔２５ａ，３５ａ，２６ａを設けたので、鍛造成形工程における金型の負荷を軽減できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、先端部に、穴抜き部とシェービング部とを有し、穴抜き部が、シェービング部よりも先端部の先端側に設けられ、穴抜き部の径が、半抜き工程で使用した半抜き用金型によってワークの一側に形成された半抜き穴の径よりも小さい寸法に設定され、シェービング部の径が、半抜き穴の径よりも大きい寸法に設定された穴抜き用金型を使用し、穴抜き用金型の先端部を半抜き穴の穴内に挿入して穴抜き部で薄肉部を除去するとともに薄肉部の除去されたワークの貫通穴の内面をシェービング部で平滑化したので、薄肉部を正確に除去できて、後工程での切削加工を不要とでき、また、薄肉部の除去とともにワークの貫通穴の内面をシェービングしたので、バリを発生させることなく高精度のリング体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態の概要を示す斜視図である。
【図２】 この発明の一実施の形態の概要を示す第１の工程図である。
【図３】 この発明の一実施の形態の概要を示す第２の工程図である。
【図４】 この発明の一実施の形態の概要を示す第３の工程図である。
【図５】 この発明の一実施の形態の概要を示す第４の工程図である。
【図６】 この発明の一実施の形態の概要を示す第５の工程図である。
【図７】 この発明の一実施の形態を示す第１の工程図である。
【図８】 この発明の一実施の形態を示す第２の工程図である。
【図９】 この発明の一実施の形態を示す第２の工程に用いるノックアウトピンを示す側面図である。
【図１０】 この発明の一実施の形態を示す第３の工程図である。
【図１１】 この発明の一実施の形態を示す第３の工程に用いるノックアウトピンとパンチの詳細を示す側面図である。
【図１２】 この発明の一実施の形態を示す第４の工程図である。
【図１３】 この発明の一実施の形態を示す第４の工程に用いるノックアウトピンとパンチの詳細を示す側面図である。
【図１４】 この発明の一実施の形態を説明するための断面図である。
【図１５】 この発明の一実施の形態を示す第５の工程を示す図である。
【図１６】 この発明の一実施の形態を示す第５の工程に用いるノックアウトピンとパンチの詳細を示す側面図である。
【図１７】 この発明の一実施の形態を示す第６の工程を示す図である。
【図１８】 この発明の一実施の形態を示す第６の工程に用いるノックアウトピンの詳細を示す側面図である。
【図１９】 この発明の一実施の形態の動作を説明するための図である。
【図２０】 従来及び本発明の一実施の形態を示す工程によって製造されるワークを示す断面図である。
【図２１】 従来及び本発明のワークの形成工程を示す図である。
【符号の説明】
１ ワーク、２１，２２，２３ ノックアウトピン、２４ 穴入れピン、 ２５ 半抜きピン、２６ 穴抜きピン、３１，３２，３３，３４，３５，３６ パンチ
Claims (1)
- ワークの中央側に形成された薄肉部を位置ずれさせる半抜き工程と、位置ずれした薄肉部をワークの一側から他側に打抜いてワークにワークの一側から他側に貫通する貫通穴を形成する穴抜き工程とを備え、穴抜き工程に使用する穴抜き用金型として、ワークの一側から薄肉部を押圧して薄肉部を打抜く先端部を有し、先端部が、穴抜き部とシェービング部とを有し、穴抜き部が、シェービング部よりも先端部の先端側に設けられ、穴抜き部の径が、半抜き工程で使用した半抜き用金型によってワークの一側に形成された半抜き穴の径よりも小さい寸法に設定され、シェービング部の径が、半抜き穴の径よりも大きい寸法に設定された穴抜き用金型を使用し、穴抜き用金型の先端部を半抜き穴の穴内に挿入して穴抜き部で薄肉部を除去するとともに薄肉部の除去されたワークの貫通穴の内面をシェービング部で平滑化したことを特徴とする冷間鍛造によるリング体の製造方法。
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