JP6005610B2 - 中空シャフト鍛造品の離型装置 - Google Patents
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このようなチタン合金を用いて上述した構造部材に用いられる中空鍛造品(中空シャフト鍛造品)を鍛造する方法として、金型を用いた熱間押出鍛造方法(熱間の据え込み鍛造方法)が用いられる。熱間押出鍛造方法は、予め製品形状を模して形成された金型内に加熱された被加工材を装入し、被加工材を高温状態に保持したまま金型に沿った形状に引き伸ばすように変形させながら鍛造するものである。熱間押出鍛造方法を用いれば、鍛造中の変形において製品形状に沿ったメタルフローが得られるため他の加工方法に比べてより粘り強く、耐衝撃破壊性など機械的特性に優れた中空鍛造品を得ることができる。
特許文献1には、穴加工を施した中空棒状難加工材の端部に穴を閉塞しないように据込み加工を施して肉厚部を形成し、次いで、その穴加工を施した中空棒状難加工材の穴に押込みパンチを押し込んで型入れ鍛造を行う難加工材の型入れ鍛造方法が開示されている。
ところが、上述の中空シャフト鍛造品のように、高いひずみを付与する複雑な鍛造加工を施した場合、凸状の上金型と中空シャフトの中空部分が密着し離型が困難になるという問題が頻繁に生じる。このような密着状態において中空部品を離型させるためには、特許文献2の技術をもってしても困難であると思われる。
本発明に係る中空シャフト鍛造品の離型装置は、上方開放とされた凹状であって下金型内に装入された被加工材に対して、上金型である凸状のポンチを押し付けることにより前後方押し出し鍛造によって中空シャフト鍛造品を製造する前後方押出鍛造装置に備えられた中空シャフト鍛造品の離型装置であって、前記凸状のポンチの基端側の外周面に形成された径小の段差部と、前記ポンチの外周面に配備され、且つ前記段差部に対応する爪部を有し、該爪部が前記段差部に係合されて上下方向に昇降可能とされているリング部材と、前記リング部材の上方に配備されると共に、該リング部材を下方に押し出す押圧シリンダと、前記押圧シリンダと前記リング部材との間に配備され、上端部が前記押圧シリンダに当接し、且つ下端部が前記リング部材の上端面に当接し、前記リング部材を押し出すノックアウト部材と、を有することを特徴とする。
なお、本発明に係る中空シャフト鍛造品の離型装置の最も好ましい形態は、上方開放とされた凹状であって下金型内に装入された被加工材に対して、上金型である凸状のポンチを押し付けることにより前後方押し出し鍛造によって中空シャフト鍛造品を製造する前後方押出鍛造装置に備えられた中空シャフト鍛造品の離型装置であって、前記凸状のポンチの基端側の外周面に形成された径小の段差部と、前記ポンチの外周面に配備され、且つ前記段差部に対応する爪部を有し、該爪部が前記段差部に係合されて上下方向に昇降可能とされているリング部材と、前記リング部材の上方に配備されると共に、該リング部材を下方に押し出す押圧シリンダと、前記押圧シリンダと前記リング部材との間に配備され、上端部が前記押圧シリンダに当接し、且つ下端部が前記リング部材の上端面に当接し、前記リング部材を押し出すノックアウト部材と、を有していて、前記段差部は、上下方向を向く2つ以上の溝で構成されていることを特徴とする。
図1を参照しながら、中空シャフト鍛造品の鍛造方法(前後方押出鍛造方法)について説明する。図1は、中空シャフト鍛造品の製造手順を示す図であり、図1(a)〜図1(d)が前鍛造工程を示し、図1(e)〜図1(f)が前後方押出鍛造工程(本鍛造工程)を示している。
まず、図1(a)〜図1(d)に示す前工程(前鍛造工程)について説明する。
α+β鍛造とは、荒地をα+β温度(およそ950℃)域内になるように加熱し、鍛造中の材料温度と相当ひずみを適正に制御して材料特性を満足させると同時に、金型鍛造によって製品形状(中空シャフト鍛造品)をつくりこむ鍛造熱処理技術である。
この据込鍛造工程を終えた矩形状ビレット33は、図1(d)に示す中空鍛造工程に送られる。
中空鍛造工程を終えた荒地34は、穿孔工程(図示せず)に送られて、打抜き鍛造・せん断加工などによって荒地34の軸心周りの中心部が軸心方向に沿って穿孔(貫通)される。なお、機械加工などによって、断面視凹状(U字状)の荒地34の底部を貫通させてもよい。
図1(f)に示すように、本実施形態で用いられる前後方押出鍛造装置1は、加熱された荒地(凹状の被加工材)34を金型(後述する下金型2及び上金型3)の形状に沿って熱間状態で変形させることにより、中空且つ漏斗状のシャフト鍛造品37を成型するものである。凹状の荒地34は、図1(a)〜図1(d)に示す前工程(前鍛造工程)によって鍛造される。
この金型に加えて、前後方押出鍛造装置1は、シャフト鍛造品37を下金型2から押し上げて離型する下ノックアウト棒4と、シャフト鍛造品37を上金型3から離型する離型装置10と、離型装置10の構成部材であるポンチリング11を押下する上シリンダ(押圧シリンダ)5とを有している。この上シリンダ5は、上金型3と密着したシャフト鍛造品37に上方から接するポンチリング(リング部材)11の上方に配置されると共に、該ポンチリング11を下方に押し出して上金型3からシャフト鍛造品37を離型するシリンダである。
詳しくは、下金型2の幅方向中央であって上部側には、その内径が荒地34の外径より若干大きく、且つ漏斗状の孔である凹部22が形成されており、この凹部22の内部は荒地34を上方から下方に向かって装入可能となっている。
下金型2の孔部21の下側には、鍛造が終了したシャフト鍛造品37を下金型2から排出する下ノックアウト棒4と、この下ノックアウト棒4を上下方向に移動させるシリンダ機構(図示略)とが設けられている。下ノックアウト棒4は、下金型2の孔部21に対応した位置に上下方向に移動可能に配置されており、シリンダ機構によって下ノックアウト棒4を上方に移動させてシャフト鍛造品37(鍛造後の荒地34)を押し上げることでシャフト鍛造品37を下金型2から引き剥がせるようになっている。
上金型3は、荒地34を圧下するためのポンチであって、下金型2の上方に配置されており、下金型2内に載置された荒地34に対して上方から近接離反可能となっており、上金型3である上金型3(つまり、ポンチ3)を下降させることで荒地34を上方から押しつぶすように圧下するものである。
押出部3bは、略円柱状の部材であって、その上方の外表面には、ほぼ径が一定で円筒形状の胴面が形成され、その下方の外表面は、上部に向かうにつれて広がるように拡径されて胴面と連続するテーパ状の錐面が形成される。その錐面は、ポンチ2の軸心に対して斜めに起立した状態となっている。詳しくは、該錐面とポンチ3の軸心とがなす傾斜角θがポンチ3の軸心に対して例えば45°以上の広角とされ、図1の紙面に向かった側面視において錐面が外側に張り出す形状(凸状)とされている。
離型装置10の詳細については後述するが、ここでは、離型装置10のポンチリング11の構成についてその概略を説明する。
ポンチリング11は、ポンチ3の押出部3bの胴面の上方を取り囲む円環状の部材であって、押出部3bの外径よりも若干大きな内径を形成する内周面を有すると共に、下金型2上部のフランジ孔部の開口径に比べてやや小さな外径(荒地の外径とほぼ同径)を形成する外周面を有する。これにより、ポンチリング11は、内周面がポンチ3の押出部3bの胴面とほぼ接した状態となっている。
引き続き図1を参照し、上述の前後方押出鍛造装置(熱間押出鍛造装置)1及び荒地34を用いた、図1(e)〜図1(f)に示す潤滑剤塗布工程及び中空シャフト鍛造工程(本鍛造工程)について説明する。
中空シャフト鍛造工程は、中空鍛造工程にて鍛造された後、穿孔工程にて底部が削除され潤滑剤35が塗布された荒地34を、中空、且つ漏斗状のシャフト鍛造品37に成型する工程である。
図1(f)に示す中空シャフト鍛造工程では、予め、ポンチ(上金型)3及び下金型2を所定の温度に加熱しておき、ガラス潤滑剤35が塗布された荒地34を、加熱された下金型2の漏斗状の凹部22に装入して、装入された荒地34の底部を漏斗状の凹部22に嵌め込むように固定する。その後、漏斗状の凹部22に固定された荒地34に対して、中央部に下方を向く凸状のポンチ(上金型)3を押し付けて前後方押出鍛造を行う。
しかし、シャフト鍛造品37は、下ノックアウト棒4によって下金型2から離型することができた場合でも、上金型であるポンチ3に密着することがある。特に、上述した中空シャフト鍛造品37のように長尺の中空鍛造品の場合、ポンチ3が中空部分に深く入り込んだうえに、温度が低下するにつれて収縮した中空シャフト鍛造品37がポンチ3に密着してしまう。これは、ポンチ3に対して中空シャフト鍛造品37を焼き嵌めしたような状態であり、ポンチ3と中空シャフト鍛造品37は、非常に強固に密着してしまう。
図2〜図6を参照し、ポンチ3及び上述のポンチリング11を有する離型装置10の構成について、詳しく説明する。
図2(a)を参照し、ポンチ3は、上述のとおり、下方を向く凸状の部材であって、荒地34の内周面側に嵌り込む軸部3aと、当該軸部3aの上部に連接して形成され且つ漏斗状の押出部3bとを有するものである。ポンチ3は、先端側の軸部3aとは反対側(基端側)の押出部3bの上方が押出部3bの径より小さな径(径小)となるように凹状に切り欠かれた切欠きとして、押出部3bの外周面からポンチ3の軸心方向に後退した段差部12を有している。
リング部11aは、所定の厚みを有する円筒状(管状)の部材であって、ポンチ3の軸心方向に沿って所定の長さ(高さ)を有し、ポンチ3の押出部3bの外径よりも若干大きな内径を形成する内周面を有すると共に、下金型2上部のフランジ孔部の開口径に比べてやや小さな外径(荒地34の外径とほぼ同径)を形成する外周面を有する。
支柱部11cは、例えば、リング部11aの上面において爪部11bの上方に対応する位置に設けられた4本の四角柱の柱状の部材であって、リング部11aの上面からポンチ3の軸方向に沿って上方に向かって延びるように設けられ、リング部11aと一体となっている。
図2(c)を参照し、上型取付板13は、ポンチリング11の支柱部11cの長さよりも小さい所定の厚みを有する(薄厚とされた)、正方形などの四角形の板材である。図2(c′)に示すように、上型取付板13の中央には、ポンチ3上面のボルト穴3cに対応する貫通孔であるボルト穴13aが形成されており、該ボルト穴13aの周囲には、ポンチ3に装着されたポンチリング11の4本の支柱部11cに対応する位置に該支柱部11cを遊嵌状態で挿通させるための貫通孔である4つの支柱穴13bが形成されている。
図2(e)を参照し、上型プレート15は、上ノックアウト棒14の上突起14aから下突起14bまでの高さ(厚み)よりも大きい所定の厚みを有する部材であって、上型取付板13とほぼ同じか若干大きい四角形などの平板の板材である。上型プレート15の下面のほぼ中央部には、厚み方向に減肉することで、上ノックアウト棒14を上方から覆うように収容可能な収容空間15aが形成されている。
上シリンダ5は、上型プレート15の貫通孔15bに嵌り込んだ上ノックアウト棒14の上突起14a(上端部)に当接して下方に押下するための棒状の部材であるシリンダ軸5aを有するシリンダ機構である。この上シリンダ5は、前後方押出鍛造装置1の最も上方に設けられて、シリンダ軸5aを下方に移動させることで上ノックアウト棒14を下方向に押下しポンチリング11を下方に押し出す。本実施形態で参照する図面においてはシリンダ軸5aのみを示し、上シリンダ5を構成する他の部材及び機構については図示しない。
まず、ポンチリング11の爪部11bをポンチ3の段差部12に係合させることでポンチリング11をポンチ3へ装着し、ポンチ3に装着されたポンチリング11の支柱部11cを上型取付板13のボルト穴13aの周囲に形成された支柱穴13bに挿通する。その上で、上型取付板13の上方からボルト穴13aに螺合させたボルトをポンチ3の上面に形成されたボルト穴3cにも螺合させて、上型取付板13とポンチ3を締結する。これにより、ポンチ3の段差部12の開放された上方が上型取付板13によって塞がれ、ポンチリング11は、その爪部11bがポンチ3の段差部12の高さの範囲で上下方向に昇降可能となる。ポンチリング11が該段差部12の高さの範囲内における上方の上限の位置(上限位置)まで上昇(スライド)すると、ポンチリング11の支柱部11cが上型取付板13の上面よりも上方に突出した状態となり、該範囲内における下方の下限の位置(下限位置)まで降下(スライド)すると、ポンチリング11の支柱部11cが上型取付板13の上面よりも下方に位置する状態となる。
最後に、図3〜図6を参照し、本実施形態による離型装置10の動作について説明する。なお、図3〜図6においては、離型装置10のポンチリングの周囲を丸(○)で囲んで拡大図として示している。
図3に示す状態に続いて、図4に示す状態となる。図4は、中空シャフト鍛造品37を鍛造中の前後方押出鍛造装置1の状態を示している。荒地34は、上金型であるポンチ3とポンチリング11に圧下されて、下金型2との間で変形した鍛造品に成形されつつある。このとき、離型装置10において、ポンチリング11及び上ノックアウト棒14は、荒地34が変形した鍛造品の上端に押し上げられて昇降範囲における上限位置にあると共に、上方への移動が規制されたポンチリング11は該鍛造品を上面から圧下する。
また、上述の実施形態では、図2に示すように、上型取付板13は、ポンチリング11の4本の支柱部11cに対応してほぼ90°ピッチで4箇所に4つの支柱穴13bを設けており、上ノックアウト棒14は、これら4本の支柱部11c及び4つの支柱穴13bに対応して4つの下突起14bを設けている。しかし、上型取付板13は、支柱穴13bの数を4つに限らず、2つ又は3つなど任意の位置に任意の数の支柱穴13bを設けることができる。従って、上型取付板13は、ほぼ180°ピッチで2箇所に2つの支柱穴13bを設けてもよいし、ほぼ120°ピッチで3箇所に3つの支柱穴13bを設けてもよい。この場合も、ポンチリング11の支柱部11c、及び上ノックアウト棒14の下突起14bは、上型取付板13の支柱穴13bの数及び位置に対応するように設けられる。
2 下金型
3 上金型(ポンチ)
3a 軸部
3b 押出部
3c ボルト穴
4 下ノックアウト棒
5 上シリンダ
5a シリンダ軸
10 離型装置
11 ポンチリング
11a リング部
11b 爪部
11c 支柱部
12 段差部
13 上型取付板
13a ボルト穴
13b 支柱穴
14 上ノックアウト棒
14a 上突起
14b 下突起
15 上型プレート
15a 収容空間
15b 貫通孔
21 孔部
22 凹部
23 錐面
30 ビレット(太径ビレット)
31 細長のビレット
32 短尺のビレット
33 矩形状ビレット
34 被加工材(荒地)
35 ガラス潤滑剤(潤滑剤)
37 中空シャフト鍛造品(シャフト鍛造品)
Claims (1)
- 上方開放とされた凹状であって下金型内に装入された被加工材に対して、上金型である凸状のポンチを押し付けることにより前後方押し出し鍛造によって中空シャフト鍛造品を製造する前後方押出鍛造装置に備えられた中空シャフト鍛造品の離型装置であって、
前記凸状のポンチの基端側の外周面に形成された径小の段差部と、
前記ポンチの外周面に配備され、且つ前記段差部に対応する爪部を有し、該爪部が前記段差部に係合されて上下方向に昇降可能とされているリング部材と、
前記リング部材の上方に配備されると共に、該リング部材を下方に押し出す押圧シリンダと、
前記押圧シリンダと前記リング部材との間に配備され、上端部が前記押圧シリンダに当接し、且つ下端部が前記リング部材の上端面に当接し、前記リング部材を押し出すノックアウト部材と、
を有していて、
前記段差部は、上下方向を向く2つ以上の溝で構成されている
ことを特徴とする中空シャフト鍛造品の離型装置。
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