JP3758102B2 - 鍛造用金型装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は冷、温間鍛造に使用する鍛造用金型装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来機械部品であるギヤは、高い精度を必要とすることから歯切盤などの工作機械を使用して加工しているが、この方法では加工に長時間を要して生産性が悪い。
【0003】
かかる不具合を改善するため最近では、鍛造により小型のギヤを製作する方法が提案され、また実用化されているが、鍛造によりギヤを製作する場合、素材の押し出し、据え込み、歯面のしごきなどの工程が必要なため、歯面の面圧が高くなって焼付きなどが発生し、精度の高い成形ができない不具合があった。
【0004】
かかる不具合を改善するため例えば特開平5−154598号公報で、歯面の面圧を上げずに素材を鍛造する平歯車の鍛造方法が提案されている。
上記公報の平歯車の鍛造方法は、素材を得るべき平歯車の歯車形状の歯輪郭より小さく設定した歯車形状を有する一次加工歯車に据え込み成形する第1の加工工程、一次加工歯車に歯形以外の部分で材料を自由に流動させつつ二次加工歯車に圧縮成形する第2の加工工程、二次加工歯車を最終製品にしごき成形する第3の加工工程とからなり、これらの各工程を冷間鍛造加工で行うことを特徴とするもので、しごき成形時のしごき代が安定して形成されるため、低荷重により高精度の製品が得られる効果がある。
【0005】
また従来の押出し加工方法として、穴部を有するパンチにより押出し成形して、パンチの穴部より凸部を形成すると共に、この部分の凸部解放端を所定圧力で加圧した状態で押出加工し、加工終了前に圧力を低減または除去するようにした方法があり、下死点付近で金型に作用する最大荷重を大幅に低減できる効果を有する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前者公報の鍛造方法では、予め得ようとする平歯車の歯車形状の歯輪郭より小さく素材を成形しているため、素材を歯車形状に成形するのに1〜2工程を必要とする上、素材の鍛造にも3工程を必要とするなど、工程数が多いため、鍛造に時間がかかり生産性が悪い不具合がある。
【0007】
また各工程毎にパンチを交換して鍛造を行うため、交換作業が煩雑となる上、予め複数種のパンチやマンドレルを用意する必要があるため、金型代も嵩むなどの不具合もある。
【0008】
一方従来の押出し加工方法では、上パンチに設けられた加圧部材により、素材の流動を一部拘束しながら後方押出しを行い、加工終了前に加圧部材の加圧力を低減または除去するようにしたことから、成形開始時から高い面圧が金型に作用し、これによって金型が焼付いたり、金型の寿命が早期に低下するなどの不具合がある。
また上記従来の押出し加工方法では、上パンチ側にのみ加圧部材を設けた構成のため、上パンチと下パンチの加圧力が不均一となって材料が一方向へのみ流動することから、得られた製品のファイバーフローが不均一となって、製品の強度が低下したり、製品中にクラックやヒケなどの欠陥が発生しやすいなどの不具合もある。
【0009】
この発明はかかる不具合を改善するためになされたもので、素材の前加工や、鍛造中の型交換を必要とせずに精度の高いギヤの鍛造を可能にした鍛造用金型装置を提供して、生産性の向上と、金型費の低減などを図ることを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため請求項1記載の発明は、据込み鍛造装置において、
スライドに取付けられた上型と、
ボルスタ上に設置された下型と、
上記上型に備えられた上パンチと、
上記下型に備えられ、圧縮ばねにより上方へ付勢され、中央部に成形孔を貫通させているダイと、
上記下型に備えられ、上端側が上記成形孔に下方より上下摺動自在に嵌挿されている下パンチと、
上記成形孔と上記下パンチの上端により形成され、素材が収容されるキャビティと、
上記上パンチ内に設けられ、一端側が上パンチの下端面より出没自在な上ピンと、
上記下パンチ内に設けられ、一端側が下パンチの上端面より出没自在な下ピンと、
上記上下ピンの他端側に、成形時これら上下ピンに背圧を付与し、上記上パンチの下端面及び上記下パンチの上端面からそれぞれ一端側を突出させ、上記キャビティ内が素材で充満される直前に背圧を除去し、上記上下ピンを上記上パンチ及び上記下パンチの加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能にする背圧付与手段と
を設けたものである。
【0011】
上記構成により、成形初期は高い加圧力で素材を歯形成形部へ流動させることができるため、歯形部に欠肉のない品質の良好なギヤが得られると共に、キャビティ内に素材が充満されて全密閉され、成形荷重が急増する直前に、上下ピンの背圧を除去して、上下ピンを、上下パンチの加圧方向と逆の方向へ移動できるようにしたことから、初期背圧で成形された凹状の捨て穴部分と外周部の未充填部分に素材が流動しながら、最終形状の厚みになるまで押し込むことができるため、大きな成形荷重を必要とせずにギヤの成形が可能となる。
これによって金型に作用する面圧が小さくなるため、金型の寿命が向上すると共に、プレス能力も小さくてよいことから、小型のプレスでギヤの据込み鍛造が可能になる。
【0012】
また上パンチと下パンチにそれぞれ上下ピンを設けて、これら上下ピンにより上下方向から素材を加圧するようにしたことから、素材を上下から均一に加圧することができ、これによって素材の流れが均一になるため、ファイバフローが均一となった強度及び精度の高い製品が得られると共に、クラックやヒケなどの欠陥が発生することもないので、不良品の発生率も大幅に低減することができる。
【0013】
さらに素材に予め表面潤滑処理(ボンデ処理)を行うことにより、成形中素材表面に油切れが生じることがないので、焼付きが生じるのを防止することができると同時に、金型の寿命向上も図れるようになる。
【0014】
上記目的を達成するため請求項2記載の発明は、背圧付与手段を圧油により上下ピンに背圧を加える油圧シリンダと、これら油圧シリンダへ圧油を供給する圧油供給手段及び油圧シリンダと圧油供給手段の間を断続する電磁弁より構成したものである。
【0015】
上記構成により、キャビティ内に素材が充満されて成形荷重が急増する直前に、電磁弁を開放して、油圧シリンダ内の圧油を排出することより、上下ピンの背圧除去を自動的に行うことができるようになる。
【0016】
上記目的を達成するため請求項3記載の発明は、据込み鍛造装置において、
スライドに取付けられた上型と、
ボルスタ上に設置された下型と、
上記上型に備えられた上パンチと、
上記下型に備えられ、圧縮ばねにより上方へ付勢され、中央部に成形孔を貫通させているダイと、
上記下型に備えられ、上端側が上記成形孔に下方より上下摺動自在に嵌挿されている下パンチと、
上記成形孔と上記下パンチの上端により形成され、素材が収容されるキャビティと、
上記上パンチ内に設けられ、一端側が上パンチの下端面より出没自在な上ピンと、
上記下パンチ内に設けられ、一端側が下パンチの上端面より出没自在な下ピンと、
上記上下ピンの他端側に、成形時これら上下ピンに背圧を付与し、上記上パンチの下端面及び上記下パンチの上端面からそれぞれ一端側を突出させ、上記キャビティ内が素材で充満される直前に背圧を除去し、上記上下ピンを上記上パンチ及び上記下パンチの加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能にする背圧付与手段と
上記下型内に、成形後上記下ピンを突き上げることにより、上記キャビティ内の素材をノックアウトするノックアウトピンと
を設けたものである。
【0017】
上記構成により、成形後ノックアウトピンにより下ピンを突き上げることにより、キャビティ内の素材をノックアウトすることができると共に、下ピンにより成形された捨て穴部分を突き上げて素材をノックアウトするため、製品にノックアウト跡が残ることがなく、これによって品質も向上する。
【0018】
また下ピンがノックアウトピンを兼ねるため、別にノックアウトピンを設ける必要がなく、これによって金型の構造が簡単になるため、金型費の低減も図れるようになる。
【0019】
上記目的を達成するため請求項4記載の発明は、ノックアウトピンのノックアウト速度を20mm/sec以下としたものである。
上記構成により、表面に焼付きを生じることなく素材のノックアウトが可能になると共に、ヘリカルギヤやベベルギャなども精度よく成形することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。
図1は全体的な構成図、図2は金型装置の断面図、図3は図2のA−A線に沿う断面図、図4はスライドストローク曲線図を示す。
【0021】
上記金型装置は図示しないスライド駆動手段により上下動されるスライド1の下面に取付けられた上型2と、スライド1の下方に設けられたボルスタ3上面に固定された下型4より構成されている。
上型2は図2に示すように、スライド1の下面に取付けられた上部シリンダブロック5と、この上部シリンダブロック5の下面に固着された上部支持部材6及び上部支持部材6の下面に上ホルダ7を介して取付けられた上パンチ8よりなり、上パンチ8の中心部に、上ピン9が上下方向に貫通されている。
【0022】
上記上部シリンダブロック5内にはシリンダリング5aが設けられていて、このシリンダリング5a内にピストン5bが上下摺動自在に収容されており、ピストン5bの上側は油圧室5cとなっていて、この油圧室5cに後述する圧油供給手段より通路5dを介して圧油が供給されるようになっている。
上記ピストン5bの下面には、端板5eを上下方向に貫通する複数の作動ピン5fの上端が当接されていると共に、各作動ピン5fの下端は上部支持部材6内に設けられた押圧板6aの上面に当接されている。
【0023】
上記押圧板6aは図3に示すように十字形に形成されていて、上部支持部材6内に設けられたガイド部材6bの十字形ガイド溝6c内に上下摺動自在に嵌挿されており、この押圧板6aの上面中央には、図示しないスライドノックアウトにより上下動されるスライドノックアウトピン10の下端が上方より当接されるようになっている。
【0024】
また上記押圧板6aの下面中央には上ピン9の上端が当接されていると共に、上ピン9の下端側は、上ホルダ7を介して上部支持部材6の下面に取付けられた上パンチ8の中心部を貫通して、上パンチ8の下端面に出没自在に突出されている。
上記上ホルダ7は、上部支持部材6の下面に固着された押え板7aと、この押え板7a内に収容された加圧板7bと、加圧板7bとの間で上パンチ8の頭部8aを挾着する上パンチ取付け板7c及び押え板7aに螺装されたナット7dよりなり、加圧板7bの上面は上記ガイド部材6bの下面に当接されている。
そしてこの加圧板7bの下面中央に上パンチ8の上端面が当接されていて、鍛造時上パンチ8に作用する成形荷重を加圧板7bを介してガイド部材6bが受けるようになっている。
【0025】
一方ボルスタ3側に固定された下型4は、ボルスタ3上面に固定された下部シリンダブロック12と、この下部シリンダブロック12上に固着された下部支持部材13及びこの下部支持部材13の上面に下ホルダ14を介して取付けられたダイ15よりなり、ダイ15の中央に設けられた下パンチ16の中心部に下ピン17が上下方向に貫通されている。
【0026】
上記下部シリンダブロック12内にはシリンダリング12aが設けられていて、このシリンダリング12a内にピストン12bが上下摺動自在に収容されており、ピストン12bの下側は油圧室12cとなっていて、この油圧室12cに後述する圧油供給手段より通路12dを介して圧油が供給されるようになっている。
上記ピストン12bの上面には、端板12eを上下方向に貫通する複数の作動ピン12fの下端が当接されていると共に、各作動ピン12fの下端は下部支持部材13内に設けられた押圧板13aの上面に当接されている。
【0027】
上記押圧板13aも上記押圧板6aと同様に十字形に形成されていて、上部支持部材13内に設けられたガイド部材13bの十字形ガイド溝13c内に上下摺動自在に嵌挿されており、この押圧板13aの下面中央には、後述するベッドノックアウト21により上下動されるベッドノックアウトピン21fの上端が下方より当接されるようになっている。
【0028】
また上記押圧板13aの上面中央には下ピン17の下端が当接されていると共に、下ピン17の上端側は、下ホルダ14を介して下部支持部材13の上面に取付けられた下パンチ16の中心部を貫通して、下パンチ16の上端面に出没自在に突出されている。
【0029】
上記下ホルダ14は、下部支持部材13上に固着された押え板14aと、この押え板14a内に収容されたばね受け板14dと、このばね受け板14d内に収容された加圧板14b及びこの加圧板14bとの間で下パンチ16の頭部16aを挾着する下パンチ取付け板14cよりなり、加圧板14bの下面とばね受け板14dの下面が上記ガイド部材13bの上面に当接されている。
そして上記加圧板14bの上面中央に下パンチ16の下端面が当接されていて、鍛造時下パンチ16に作用する成形荷重を加圧板14bを介してガイド部材13bが受けるようになっている。
【0030】
上記ホルダ14の押え板14aには、上部に小径部18aがそして下部に大径部18bが形成されたガイドリング18が取付け板18cを介して固着されていると共に、このガイドリング18内に上記ダイ15が上下動自在に収容されている。
上記ダイ15の中央部には、上パンチ8より小径な成形孔15aが上下方向に貫通するように穿設されている。
上記成形孔15aは、成形すべきギヤの歯形形状となるように形成されていて、下方より同様な歯形が外周面に形成された下パンチ16の上端側が下方より上下摺動自在に嵌挿されており、この下パンチ16の上端より上側の空間がギヤを成形すべきキャビティ15bとなっていると共に、上記ダイ15とばね受け板14dの間には、複数の圧縮ばね19が介在されていて、これら圧縮ばね19によりダイ15が上方向へ付勢されている。
【0031】
一方上記ベッドノックアウト21は、図1に示すように図示しないスライド駆動機構より取出された動力により回転されるカム21aを有していて、このカム21aにより上部レバー21bが揺動されるようになっている。
上記上部レバー21bは、ベッド(図示せず)側に設けられて下部レバー21cの一端側が連結杆21dを介して連結されていて、上部レバー21bと下部レバー21cが連動して揺動すると共に、下部レバー21cの他端側には、カムフォロワ21eが回転自在に支承されていて、このカムフォロワ21eの外周面にベッドノックアウトピン21fの下端が当接されている。
【0032】
また上型2及び下型4に設けられた油圧室5c,12cへ圧油を供給する圧油供給手段は、図1に示すようにエアにより内部が加圧された密閉構造の油タンク23を有していて、この油タンク23内の油はチェック弁24及び管路25を介して上記油圧室5c,12cへ供給されていると共に、チェック弁24と並列に設けられた戻り管路26には、連通ポジション271 及び遮断ポジション272 を有する電磁弁27が設けられている。
なお図1中28は油圧室5c,12c内の圧力が設定値以上になったときにリリーフするリリーフ弁を示す。
【0033】
次に上記構成された金型装置を使用して、ギヤを冷間または温間鍛造する方法を説明する。
スライド1が上死点で停止している状態では、油タンク23より油圧室5c,12cに供給された圧油により、上型2のピストン5bは下降され、また下型4のピストン12bは上昇されており、これによって上ピン9は下降位置に、そして下ピン17は上昇位置に停止されていると共に、このとき電磁弁27は遮断ポジション272 にある。
【0034】
次にこの状態で下型4に設けられたダイ15のキャビティ15b内に、予め表面潤滑処理(ボンデ処理)をした素材30を収容したら、図4に示すスライドストローク曲線に沿ってスライド1を下降させ、上パンチ8の下面を下ダイ15上面に圧接してキャビティ15bを閉鎖し、キャビティ15b内に素材30を据込む。
その後さらにスライド1が下降されると、キャビティ15b内に据込まれた素材30が上パンチ8の下面と、下パンチ16の上面に突出する上ピン9と下ピン17により上下方向から加圧されるため、素材30の一部がキャビティ15bの歯形を成形する部分に流動されて、ギヤの歯形部分が成形されると同時に、素材30の上下面には、上下ピン9,17により凹状の捨て穴30aが成形される。
【0035】
その後さらにスライド1が下降されて下死点付近に達すると、電磁弁27が連通ポジション271 に切換えられて、油圧室5c,12c内の高圧となった油が油タンク23内へ排出されるため、いままで初期背圧により上パンチ8の下面及び下パンチ16の上面に突出されていた上ピン9及び下ピン17は、ピストン5b,12bによる加圧力の低下により上パンチ8及び下パンチ16の加圧方向と逆の方向へ移動できる状態となる。
【0036】
その後さらに上パンチ8が下降されて、上パンチ8と下パンチ16の間で素材30が加圧されることにより、素材30は上ピン9及び下ピン17を押し上げ及び押し下げながら捨て穴30a内へ流動し、最終形状の厚みに成形される。
すなわちキャビティ15b内が素材30で充満されて密閉状態となる直前に上ピン9及び下ピン17の背圧を除去して、上ピン9及び下ピン17が成形した凹状の捨て穴30aと外周部の未充填部に素材30の余肉を流動させて最終形状の厚みへと押し込むことにより、全密閉による成形荷重の急激な増加がないため、低荷重での成形が可能になる。
【0037】
そして下死点に達したスライド1が上昇を開始すると、ベッドノックアウト21の下部レバー21cが揺動されて、カムフォロワ21eがベッドノックアウトピン21fを突き上げるため、押圧板13aを介して下部ピン17が押し上げられ、キャビティ15b内より成形の完了した素材30が突き出される。
【0038】
また電磁弁27が遮断ポジション272 に切換えられるため、エアにより加圧された油タンク23内の圧油がチェック弁24より管路25を介して各油圧室5c,12c内へ流入し、これによって上ピン9及び下ピン17は元の位置へ復帰される。
なお素材成形後キャビティ15b内より素材30を急激にノックアウトすると、製品の表面に焼付きなどが発生して、製品の品質が著じるしく低下する。このため上記実施の形態では、ノックアウト速度を20mm/sec以下としている。
これによって素材30の表面に焼付きを生じることなく素材30をノックアウトすることができるため、品質の良好な製品を得ることができるようになると共に、ヘリカルギヤやベベルギヤなどの成形も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態になる鍛造用金型装置の全体的な構成図である。
【図2】この発明の実施の形態になる鍛造用金型装置の断面図である。
【図3】図2のA−A線に沿う断面図である。
【図4】この発明の実施の形態になる鍛造用金型装置の作用を示すスライドストローク曲線図である。
【符号の説明】
1…スライド、2…上型、3…ボルスタ、4…下型、8…上パンチ、9…上ピン、15…ダイ、15b…キャビティ、16…下パンチ、17…下ピン、21f…ベッドノックアウトピン、30…素材。
Claims (4)
- 据込み鍛造装置において、
スライド1に取付けられた上型2と、
ボルスタ3上に設置された下型4と、
上記上型2に備えられた上パンチ8と、
上記下型4に備えられ、圧縮ばね19により上方へ付勢され、中央部に成形孔15aを貫通させているダイ15と、
上記下型4に備えられ、上端側が上記成形孔15aに下方より上下摺動自在に嵌挿されている下パンチ16と、
上記成形孔15aと上記下パンチ16の上端により形成され、素材30が収容されるキャビティ15bと、
上記上パンチ8内に設けられ、一端側が上パンチ8の下端面より出没自在な上ピン9と、
上記下パンチ16内に設けられ、一端側が下パンチ16の上端面より出没自在な下ピン17と、
上記上下ピン9,17の他端側に、成形時これら上下ピン9,17に背圧を付与し、上記上パンチ8の下端面及び上記下パンチ16の上端面からそれぞれ一端側を突出させ、上記キャビティ15b内が素材30で充満される直前に背圧を除去し、上記上下ピン9,17を上記上パンチ8及び上記下パンチ16の加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能にする背圧付与手段と
を設けたことを特徴とする鍛造用金型装置。 - 背圧付与手段を圧油により上下ピン9,17に背圧を加える油圧シリンダと、これら油圧シリンダへ圧油を供給する圧油供給手段及び油圧シリンダと圧油供給手段の間を断続する電磁弁27より構成してなる請求項1記載の鍛造用金型装置。
- 据込み鍛造装置において、
スライド1に取付けられた上型2と、
ボルスタ3上に設置された下型4と、
上記上型2に備えられた上パンチ8と、
上記下型4に備えられ、圧縮ばね19により上方へ付勢され、中央部に成形孔15aを貫通させているダイ15と、
上記下型4に備えられ、上端側が上記成形孔15aに下方より上下摺動自在に嵌挿されている下パンチ16と、
上記成形孔15aと上記下パンチ16の上端により形成され、素材30が収容されるキャビティ15bと、
上記上パンチ8内に設けられ、一端側が上パンチ8の下端面より出没自在な上ピン9と、
上記下パンチ16内に設けられ、一端側が下パンチ16の上端面より出没自在な下ピン17と、
上記上下ピン9,17の他端側に、成形時これら上下ピン9,17に背圧を付与し、上記上パンチ8の下端面及び上記下パンチ16の上端面からそれぞれ一端側を突出させ、上記キャビティ15b内が素材30で充満される直前に背圧を除去し、上記上下ピン9,17を上記上パンチ8及び上記下パンチ16の加圧方向と逆方向へそれぞれ移動可能にする背圧付与手段と
上記下型4内に、成形後上記下ピン17を突き上げることにより、上記キャビティ15b内の素材30をノックアウトするノックアウトピン21fと
を設けたことを特徴とする鍛造用金型装置。 - ノックアウトピン21fのノックアウト速度を20mm/sec以下としてなる請求項3記載の鍛造用金型装置。
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