JP4722324B2 - 中空段付軸の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の幅より長い長さを有する軸状の一方側加工部を、また、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他側加工部をそれぞれ有する中空段付軸の製造方法に関するものである。
【0002】
図13から図15は本発明にて製造しようとする第1・第2・第3の中空段付軸A1,A2,A3を示すものである。図13にて示す第1の中空段付軸A1は、軸方向中間部に大径部aを有し、この大径部aの軸方向一方側に、この大径部aより段状に小径にし、かつ大径部aの軸方向長さより長くした一方側加工部である小径軸部bを、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部である歯車部cを有し、さらに軸心部に孔dを有する形状になっている。
【0003】
また図14にて示す第2の中空段付軸A2は、一方側加工部の小径部bの先端部外周にセレーションeが設けられ、歯車部cを有する大径部aの他方側に短軸状にした他方側加工部である他の軸部fを有している。この他の軸部fは一方側の小径部bより短い。
【0004】
さらに図15にて示す第3の中空段付軸A3は、大径部aの他方側に他方側加工部である凹部gが設けてある。また小径軸部bの先端部にセレーションeが成形されている。
【0005】
【従来の技術】
上記した形状の中空段付軸の従来の製造方法としては、熱間鍛造で粗成形後、全面切削により成形する方法と、冷間鍛造で軸部の粗成形を中実材から行い、成形後歯車部をホブ盤で加工され、中空部は機械加工(ガンドリル等)により中空化され、鍛造段階で2〜3工程を要し、それぞれ別の金型が用いられている。また、スエジング加工では段付中空軸の形状にもよるが、各工程ごとにスエジングヘッドを必要とし、これも少なくとも3工程以上の加工工程を要した。
【0006】
さらに、従来の冷間鍛造での段付中空軸の製造は、小径部の軸方向長さを大径部の軸方向長さに対して比較的長く成形する場合、この小径部と他の加工部である歯車部とを同時に成形することができなかった。そのため、従来の製造方法では、小径の軸部と歯車部とを別の工程で、すなわち、鍛造成形の後に、歯車部をホブ盤にて機械加工するか、軸部と歯車の双方を鍛造成形する場合も、それぞれ異なる金型装置にて成形している。そしてこの異なる金型装置を用いる場合には、上型と下型とのズレが生じてしまい、同軸度、同芯度が得られず、中空肉厚が不均一になり偏肉してしまっていた。
【0007】
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、大径部の軸方向一方側に大径部の幅より長い小径部を有し、他方側に歯車等の他の加工部を有する中空段付軸を1組の金型装置で、かつ成形途中で素材をセット変えすることなく成形でき、外周との同軸度、同芯度の優れた中空段付軸を低コストで製造できるようにし、さらに強度を確保できるようにした中空段付軸の製造方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、本発明に係る中空段付軸の製造方法は、軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の軸方向長さより長い一方側加工部を、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部を有し、さらに中空にした中空段付軸の製造方法において、肉厚中空の素材を、中空部に芯金を挿入した状態で、軸方向一方端側に上記一方側加工部を押し出し成形する一方側加工用の金型を対向させ、他方端側に上記他方側加工部を押し出し成形する他方側加工用の金型と共に、芯金を挿通した補助金型を対向させて金型装置にセットし、まず、一方側加工用の金型にて素材を押圧して、この一方側加工用の金型内に一方側加工部をこれの成形途中まで押し出し成形し、この一方側加工部の成形途中までは素材の他端を他方側加工用の金型の補助金型の端面で支持し、この一方側加工部の押し出し成形の途中状態で補助金型を所定位置まで後退させて固定し、この補助金型の後退による金型空間内に上記一方側加工部の押し出し成形の続行により他方側加工部を押し出し成形するようにした。
【0009】
また本発明に係る中空段付軸の製造方法は、軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の軸方向長さより長い一方側加工部を、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部を有し、さらに中空にした中空段付軸の製造方法において、肉厚中空の素材を、中空部に芯金を挿入した状態で、軸方向一方端側に上記一方側加工部を押し出し成形する一方側加工用の金型を対向させ、他方端側に上記他方側加工部を押し出し成形する他方側加工用の金型と共に、摺動可能にした二重構造の金型を対向させて金型装置にセットし、まず、他方側加工用の二重構造の金型の平行移動にて素材を押圧して、一方側加工用の金型内に一方側加工部を押し出し成形し、ついで、他方側加工用の二重構造の金型による押し出し成形を続行しながらこの二重構造の金型の外側部をこの金型の内側部に対して後退させ、この二重構造の金型の外側部の後退による空間内に他方側加工部を押し出し成形するようにした。
【0010】
【作用】
上記製造方法により、大径部に対して軸方向に長い一方側加工部が先に押し出し成形され、この一方側加工部の成形途中から成形終了に至る間にわたって上記一方側加工部より短い他方側加工部が成形される。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態を図1から図3に基づいて説明する。図中1は第1の中空段付軸A1を成形するための金型装置であり、この金型装置1は肉厚中空の第1の素材B1がセットされるセット穴2と、このセット穴2の奥側(下側)に延長して設けた歯車部成形型3を有する下型4と、下型4のセット穴2に嵌合する外径にし、内側に第1の中空段付軸A1の小径軸部bの外径形状にした軸部成形型5を有する上型6と、第1の中空段付軸A1の孔dを成形する芯金7と、下型4の歯車部成形型3に嵌合する外歯を有して、この下型4の歯車部成形型3に摺動可能に嵌合する補助下型8とからなっている。
【0012】
次に、この金型装置1を用いての第1の中空段付軸A1の製造方法を図1から図3にて説明する。図1は素材B1のセット状態を示すもので、素材B1を下型4のセット穴2にセットすると共に、この素材B1に芯金7を下側から挿入し、さらに、下型4の歯車部成形型3に補助下型8を挿入してこの歯車部成形型3を閉じた状態にしている。
【0013】
図2は加工途中状態を示すもので、上型6を下動して素材B1を押圧する。このとき、下型4の歯車部成形型3が補助下型8にて閉じられているので、素材B1の肉は、上型6の内型と芯金7との間の空間内に入って上方へ押し出される。この加工途中状態における上型6のセット状態位置O1からの成型ストロークL1は第1の中空段付軸A1の完成状態での大径部aの端面までの最終成型ストロークL2までの途中のストロークである。
【0014】
図3は上型6をセット状態位置O1から最終成型ストロークL2にわたって下動した加工終了状態を示すもので、このときに、図2にて示した加工途中状態から、補助下型8をこのセット状態位置O1′から中空段付軸A1の歯車部cの長さL3にわたって下動して固定し、この状態で上型6のL2までの下動を続行する。
【0015】
これにより、素材B1はさらに上型6にて押圧され、この素材B1の肉の一部は補助下型8の下動で開けられた歯車部成形型3内に押し出される。そしてこの中で芯金7との間で歯車部cが押し出し成形される。この間において、上型6を終端(L3)まで下動することにより、素材B1のあまった肉が上型6内へ軸方向に押し出されていき、芯金7との間で軸部bが形成される。
【0016】
この加工工程により、図13に示すところの中間部に大径部aを有し、これの一方に軸部bが、他方に歯車cを有する第1の中空段付軸A1が製造される。
【0017】
上記補助下型8の外周形状は、必ずしも下型3の内側に嵌合する歯車形状でなく、歯車成形型3の歯先円よりわずかに小径にした軸状であってもよい。
【0018】
本発明の第2の実施の形態を図4から図6に基づいて説明する。なお、この説明において、第1の実施の形態と同一構成の部材は同一の符号を付して説明を省略する。図中11は第2の中空段付軸A2を成形するための金型装置であり、この金型装置11は上記第1の実施の形態と大略同じであるが、他方側の軸部fを成形するために、補助下型8が歯車部用下型8aと軸部用下型8bとに分けてあり、それぞれが別に移動するようになっている。また、上型6の内面に軸部の先端部にセレーションeを成形するためのセレーション成形型6aが設けてある。
【0019】
上記構成の金型装置11を用いての第2の中空段付軸A2の製造方法を図4から図6にて説明する。図4は素材B2のセット状態を示すもので、素材B2を下型4のセット穴3にセットすると共に、この素材B2に芯金7を下側から挿入する。さらに、下型4の歯車部成形型3に補助下型8の歯車部用下型8aを挿入し、また、軸部用下型8bを軸部fの長さW1だけ、補助下型8のセット位置O2′の歯車部用下型8aの端面から離隔させておく。図中O2は上型6のセット位置である。
【0020】
図5は加工途中状態を示すもので、上型6を上記セット位置O2からL4にわたって下動して素材B2を押圧する。このときの素材B2の肉は軸部用下型8b内に芯金7に沿って押し出されると共に、上型6の内側と芯金7との間の空間内に入って上方へ押し出される。
【0021】
図6は成形終了状態を示すもので、図5にて示した加工途中状態から、歯車部用下型8aと軸部用下型8bからなる補助下型8を一体状に、これのセット状態位置O2′から歯車の成形長さ分の長さL6だけ下動すると共に、上型6を上記加工途中の位置から上記補助下型8にて設定される端面からの大径部の幅W2が所定寸法になるまでの距離L5にわたって下動する。このときL5>L6であり、その差だけ素材B2の肉が上型6の内側を上方へ押し出されて所定の長さの小径軸部bが成形される。このとき、小径軸部bの先端に、下型6の内径に設けたセレーション型6aにしてセレーションeが成形される。
【0022】
下型8のL6の下動に従って素材B2の大径部が下方へ移動してこれの外周部に歯車部成形型3の歯形がL6にわたって成形される。
【0023】
本発明の第3の実施の形態を図7から図10に基づいて説明する。図中21は第3の中空段付軸A3を成形するための金型装置であり、この金型装置21は下型22と上型23及び補助下型24と芯金7とからなっている。そして下型22は、中空段付軸A3の大径部aの外径を内径とする大径部成形型26と、これの奥側(下側)に素材B3を支持するセット穴27と、このセット穴27に連なる軸部成形型28とを有している。軸部成形型28の先端部にはセレーション成形型29が設けてある。そして補助下型24は小径軸部bの先端に対向する位置にセットされている。
【0024】
また、上型23は、外径を下型22の大径部成形穴26に嵌合する寸法に、内径を中空段付軸A3の凹部gの内径の寸法にした第1上型23aと、外径を上記凹部gの内径にして第1上型23aの内側に摺動可能に嵌合され、また内径を芯金7に嵌合する寸法にした第2上型23bとからなっている。
【0025】
次に、この金型装置21を用いての第3の中空段付軸A3の製造方法を図7から図10にて説明する。図7は素材B3のセット状態を示すもので、素材B3を下型22のセット穴27内にセットすると共に、この素材B3に芯金7を下側から挿入し、さらに上型23が素材B3の上面に当接した状態になっている。O3は上型23のセット状態位置である。
【0026】
図8は加工途中状態を示すもので、上型23をこれの第1・第2の両側23a,23bを一体状にしてO3からL7にわたって下動して素材B3を上から押圧する。それにより素材B3は軸部成形型28内に押し出されていく。図9は上型23をさらにL8だけ下動して小径軸部bを押出し成形した状態を示す。このとき、素材B3の上端部は下型22の大径部成形型26に沿う形状に拡径される。
【0027】
図10は大径部aの凹部gを成形する状態を示すもので、図9に示す状態から上型23の内側に位置する第2上型23bを所定位置O3′までL9にわたって下動しながら第1上型23aを上動する。
【0028】
これにより、第2上型23bにより大径部aの凹部gが形成され、この凹部gの成形により排除された肉が第1上型23aの上動に追随して上方へ押し上げられて大径部aが形成される。
【0029】
このときの第2上型23bの下動位置O3′は、凹部gの底面と大径部aの一方の端面間の寸法が所定の寸法W3になる位置とする。
【0030】
上記各実施の形態において、各素材B1,B2,B3からの成形は室温での冷間鍛造により、あるいは200〜700℃に加温した低温間鍛造により行う。また、素材はこれの塑性変形により発熱が生じ、その後の加工がスムーズに行われる。
【0031】
また各素材B1,B2,B3は焼戻し(塩浴または油冷)後の硬度HRC20以上の硬度となる及び、C量が0.34以下の低炭素鋼が用いられる。
【0032】
塑性加工において加工割れが生じなく、かつ焼入れ性が良く、伸びのよい材料としては、重量%でC:0.34以下、Si:0.15〜0.35、Mn:1.0〜1.5、P:0.03以下、S:0.035以下、BとTiをそれぞれ少量添加し、残りFeにしたものが用いられる。なお、Cの下限は下記の熱処理効果が得られに足る量である。
【0033】
これの1つの例として、C:0.32、Si:0.23、Mn:1.38、P:0.03以下、S:0.035以下、B:0.0014、Ti:0.02、残りFeの成分の素材を用いて上記第1の実施の形態にて中空段付軸を製造し、図11に示す熱処理条件(ヒートサイクル)にて熱処理を行った結果、これの表面からの距離(mm)に対する硬度は図12に示すようになった。表面から7mm深さまで十分な硬度が得られた。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、大径部の軸方向長さに対して軸方向に長い一方側加工部が先に押し出し成形され、この一方側加工部の成形途中から成形終了に至る間にわたって上記一方側加工部より短い他方側加工部が成形されることにより、大径部の軸方向一方側に大径部の軸方向長さより長い小径部を有し、他方側に歯車等の他の加工部を有する中空段付軸を1組の金型装置で、かつ成形途中で素材をセット変えすることなく成形でき、外周との同軸度、同芯度の優れた中空段付軸を低コストで製造できる。
【0035】
また、本発明によれば、塑性加工にて中空段付軸が成形されるので、素材のファイバーフローが加工中に剪断されることがなく成形されるとともに、表面硬化して強度を確保することができる。
さらに、熱処理後に鋭角等のキズが発生することがなく、焼割れ等の不具合の発生がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
(b)は(a)のX−X断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態における加工途中状態を示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における加工終了状態を示す断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態における加工途中状態を示す断面図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態における加工終了状態を示す断面図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
【図8】本発明の第3の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
【図10】本発明の第3の実施の形態における加工終了状態を示す断面図である。
【図11】熱処理条件を示す線図であり、(a)は焼入れ、(b)は焼戻しを示す。
【図12】図11に示した熱処理条件にて熱処理した部材の表面からの距離に対する硬度を示す線図である。
【図13】第1の中空段付軸を示す断面図である。
【図14】第2の中空段付軸を示す断面図である。
【図15】第3の中空段付軸を示す断面図である。
【符号の説明】
1,11,21…金型装置、2,27…セット穴、3…歯車部成形型、4,22…下型、5,28…軸部成形型、6,23…上型、6a…セレーション成形型、7…芯金、8,24…補助下型、8a…歯車用下型、8b…軸部用下型、23a,23b…第1・第2上型。
Claims (2)
- 軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の軸方向長さより長い一方側加工部を、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部を有し、さらに中空にした中空段付軸の製造方法において、
肉厚中空の素材を、中空部に芯金を挿入した状態で、軸方向一方端側に上記一方側加工部を押し出し成形する一方側加工用の金型を対向させ、他方端側に上記他方側加工部を押し出し成形する他方側加工用の金型と共に、芯金を挿通した補助金型を対向させて金型装置にセットし、
まず、一方側加工用の金型にて素材を押圧して、この一方側加工用の金型内に一方側加工部をこれの成形途中まで押し出し成形し、
この一方側加工部の成形途中までは素材の他端を他方側加工用の金型の補助金型の端面で支持し、この一方側加工部の押し出し成形の途中状態で補助金型を所定位置まで後退させて固定し、この補助金型の後退による金型空間内に上記一方側加工部の押し出し成形の続行により他方側加工部を押し出し成形するようにしたことを特徴とする中空段付軸の製造方法。 - 軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の軸方向長さより長い一方側加工部を、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部を有し、さらに中空にした中空段付軸の製造方法において、
肉厚中空の素材を、中空部に芯金を挿入した状態で、軸方向一方端側に上記一方側加工部を押し出し成形する一方側加工用の金型を対向させ、他方端側に上記他方側加工部を押し出し成形する他方側加工用の金型と共に、摺動可能にした二重構造の金型を対向させて金型装置にセットし、
まず、他方側加工用の二重構造の金型の平行移動にて素材を押圧して、一方側加工用の金型内に一方側加工部を押し出し成形し、
ついで、他方側加工用の二重構造の金型による押し出し成形を続行しながらこの二重構造の金型の外側部をこの金型の内側部に対して後退させ、この二重構造の金型の外側部の後退による空間内に他方側加工部を押し出し成形するようにしたことを特徴とする中空段付軸の製造方法。
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