JP6292952B2 - サイジング方法及びサイジング装置 - Google Patents

Description

本発明は、一次成形品の粗成形部にサイジングを施して二次成形品を得るサイジング技術に関する。

ギヤなど、精度が要求される鍛造品には、仕上げ加工としてサイジングが行われる場合がある。この種のサイジングは密閉金型内で行うのが一般的である（例えば、特許文献１（図３）参照。）。

特許文献１の段落番号［００２０］に（プレスによる押圧サイジング加工）が説明されている。すなわち、特許文献１の図３において、（５０）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）は、ヘリカルギヤダイスであり、（５１）はヘリカルギヤダイス（５０）に備えられる内歯であり、（５２）と（５３）はヘリカルパンチである。ヘリカルギヤダイス（５０）と上のヘリカルパンチ（５２）と下のヘリカルパンチ（５３）とで形成される密閉空間にギヤ（５６）を置き、上のヘリカルパンチ（５２）を下降しつつ下のヘリカルパンチ（５３）を上昇させることで、ギヤ（５６）の歯をより好ましい形状にする。このような仕上げ法がサイジングと呼ばれる。

サイジングの良否がギヤの寿命に強く影響する。寿命を延ばすためには、ギヤなどの機械部品の高寿命化及び高精度化が求められる中、ギヤ（５６）の歯を、より好ましい形状に仕上げることができるサイジング技術が求められている。

特開平９−１０８８３号公報

本発明は、機械部品の粗成形部を、より高い精度で仕上げることができるサイジング技術提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは、パンチ圧を変更するなど種々の実験を繰り返したが、成形面（サイジング面）の面粗度が思った程には良くならないことが分かった。そのため、高い精度を得るに至らなかった。
そこで、実験装置を見直し、金型内面に向かう方向とは異なる方向へ、敢えて肉を流動（分流）させることを試みた。結果、面粗度が良くなった。分流により、肉の流動が促され、材料が金型内面に向かって、より積極的に盛り上がり、密閉空間で単に圧縮するよりは、格段に面粗度が向上したと推測される。この知見に基づいて完成した発明は次のとおりである。

請求項１に係る発明は、粗成形部を有する一次成形品を加工対象として、前記粗成形部にサイジングを施して二次成形品を得るサイジング方法であって、
前記粗成形部にサイジングを施すサイジング部を有する上型と、余剰肉を流動させる流動通路を有する下型とを準備する金型準備工程と、
前記上型と前記下型を閉塞することにより形成される成形空間に前記一次成形品をセットする一次成形品セット工程と、
前記上型と前記下型との間の成形空間を保持しつつパンチを押し込むことで、前記サイジング部で前記粗成形部にサイジングを施しつつ、狭まった成形空間から溢れた余剰肉を前記流動通路へ流出させることで前記二次成形品を得るサイジング・肉流出工程とからなり、
前記流動通路は、軸方向の所定距離にわたって一定の内径寸法を有する環状空間であり、
前記所定距離は、前記サイジング・肉流出工程の後においても隙間が残る大きさに設定されている。

請求項２に係る発明では、二次成形品はギヤであり、粗成形部は歯であると共に軸方向に延びる軸部を備えている。

請求項３に係る発明では、ギヤは、ベベルギヤであって、歯はかさ歯であり、軸部は中空穴を備えている。

請求項４に係る発明は、上型と下型を閉塞することにより形成される成形空間内に、一次成形品を配置し、この一次成形品に備えられる粗成形部をサイジングして二次成形品を得るサイジング装置であって、
前記上型に前記粗成形部をサイジングするサイジング部を有し、前記下型に余剰肉を流動させる流動通路を有しており、
前記流動通路は、軸方向の所定距離にわたって一定の内径寸法を有する環状空間であり、
前記所定距離は、前記余剰肉を流動させた後においても隙間が残る大きさに設定されている。

請求項５に係る発明では、下型は、貫通穴を有する下ダイと、この下ダイを上型に向かって付勢する付勢機構と、貫通穴の穴径より小さな外径であって貫通穴に収納されるパンチとを有し、このパンチの外周面と貫通穴の内周面の間に流動通路を有しており、一次成形品は、粗成形部から突出する軸部を備え、粗成形部が空間に配置され、軸部が貫通穴内に配置されるものであって、パンチに対して下ダイ、上型、一次成形品を一体で押し下げることにより、パンチにより、軸部に中空穴を形成する。

請求項１に係る発明では、サイジング・肉流出工程で、粗成形部にサイジングを施しつつ、狭まった成形空間から溢れた余剰肉を流動通路へ流出させる。結果、分流により、肉の流動が促され、材料が金型内面に向かって、より積極的に盛り上がり、密閉空間で単に圧縮するよりは、格段に面粗度が向上した。

請求項２に係る発明では、二次成形品はギヤであり、粗成形部は歯であると共に軸方向に延びる軸部を備えている。本発明により、歯面の崩れを防止しつつサイジングして歯面の面粗度を向上することができる。加えて、軸部を一緒に形成することができる。

請求項３に係る発明では、ギヤは、ベベルギヤであって、歯は、かさ歯であり、軸部は中空穴を備えている。すなわち、サイジングによりかさ歯の面粗度を向上させると共に軸部に中空穴を同時に成形することができる。従来は、サイジングと中空穴形成とを別工程で行い、これらの工程間にボンデ処理などの中間工程を必要としていたが、本発明により１工程でサイジングと中空穴形成が行える。

請求項４に係る発明では、上型で粗成形部にサイジングを施しつつ、下型の流動通路へ余剰肉を流出させる。結果、分流により、肉の流動が促され、材料が金型内面に向かって、より積極的に盛り上がり、密閉空間で単に圧縮するよりは、格段に面粗度が向上した。加えて、下型に流動通路を追加するだけであるから、金型コストの上昇を抑制することができる。

請求項５に係る発明によれば、サイジングと中空穴形成が同一の型内で行うことができるので、中間工程を増やすことなく中空穴形成が行え、二次成形品の製造コストを低減できる。
さらには、流動通路は、パンチの外周面と貫通穴の内周面の間に形成されるため、流動通路を下型に穿設する場合に比べて、容易に設けることができ、金型費用の高騰を抑制することができる。

また、パンチに対して下ダイ、上型、一次成形品を一体で押し下げることにより、パンチにより、軸部に中空穴を形成するため、中空穴を形成しつつ、同時に軸部を伸張させることができ、より深い中空穴が得られる。

一次成形品と二次成形品の断面図である。 本発明に係るサイジング装置の断面図である。 サイジング装置の作用図である。 流動通路の作用を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１（ａ）に示すように、一次成形品１０は、粗成形部１１、１１から突出する軸部１２を備えると共に粗成形部１１、１１の近傍に上凹部１３を備え、軸部１２の下端に下凹部１４を備えている。

このような一次成形品１０は、素材を熱間鍛造することで、容易に量産される。すなわち、高温で軟らかい状態で塑性加工を行うため、生産が容易となり、生産コストを下げることができる。ただし、塑性加工時の温度は高温で加工後の温度は常温であるため、温度変化の読みが難しく、粗成形部１１、１１の寸法精度は低下する。

そこで、一次成形品１０にサイジングを施して、図１（ｂ）に示す二次成形品２０を得る。この二次成形品２０は、仕上げ加工が施された寸法精度のよい仕上げ成形部２１、２１を有すると共に軸部１２に大きな中空穴２２を有している。

二次成形品２０は、例えば、ギヤであり、仕上げ成形部２１、２１はギヤの歯である。
さらには、ギヤは、ベベルギヤ（かさ歯車）であり、ギヤの歯は、かさ歯である。
このような形態の二次成形品２０を形成するサイジング装置３０について以下に説明する。

図２に示すように、サイジング装置３０は、下型３１と上型３２とを備えている。
下型３１は、ベース３４と、このベース３４の下面に取付けられている付勢機構３５と、この付勢機構３５からベース３４を貫通して上へ延びるピストンロッド３６、３６で支持される下ダイ３７と、ベース３４に設けられ下ダイ３７の上限位置を規定するストッパ部３８、３８を有する下ダイホルダ３９、３９と、下ダイ３７に設けられ上下に貫通している貫通穴４１に収納される形態でベース３４から上へ延びているパンチ４２と、このパンチ４２を囲うようにパンチ４２に昇降自在に取付けられるノックアウトリング４３と、ベース３４の下方に昇降可能に設けられる第２ピストン４４と、この第２ピストン４４からベースを貫通して上に延びノックアウトリング４３を支えるノックアウトピン４５、４５とを備えている。

パンチ４２の外径は、貫通穴４１の穴径より小さくて中空穴（図１（ｂ）、符号２２）の穴径に相当する。結果、パンチ４２の外周面と貫通穴４１の内周面の間に隙間ｄが確保される。この隙間ｄの部位が余剰肉を流動させる流動通路４６となる。

付勢機構３５は、例えば、ドーナツ板形状を呈しピストンロッド３６、３６を支える第１ピストン４７と、この第１ピストン４７を上下動可能に収納しベース３４に固定されるシリンダケース４８と、第１ピストン４７の下方空間である第１圧力室５１へ所定の圧力の媒体を供給する第１圧力源５２とを備える。第１圧力源５２は油圧が好適である。

第２ピストン４４は、シリンダケース４８の中央に一体形成される第２シリンダ部５３に収納されている。第２ピストン４４の下方空間である第２圧力室５４へ所定の圧力の媒体を供給する第２圧力源５５とを備える。

上型３２は、サイジング部５７を有する上ダイ５８と、この上ダイ５８を昇降する昇降機構５９と、上ダイ５８の中央に設けられるセンタピン６１とを備えている。

このような構成のサイジング装置３０の作用を次に説明する。
貫通穴４１に軸部１２が嵌るようにして下ダイ３７へ一次成形品１０をセットする。下凹部１４にパンチ４２の上端を嵌める。下ダイ３７は第１圧力室５１に所定の圧力の媒体が満たされているため、上方へ付勢され、下ダイホルダ３９で上限位置が規定されている。
この状態で昇降機構５９により、上ダイ５８及びセンタピン６１を圧下する。すると、サイジング部５７により粗成形部１１の仕上げが開始される。

センタピン６１が上凹部１３に嵌り、この嵌合により、一次成形品１０が水平方向へ移動することを規制する。よって、サイジングは良好に開始される。
この仕上げの際に、下ダイ３７に上ダイ５８が当たり、上ダイ５８の押し下げ力が付勢機構３５による付勢力を超えた時点から下ダイ３７が下がり始める。

図３に示すように、下ダイ３７と上ダイ５８で形成された成形空間で粗成形部１１に対するサイジングが行われるが、この際に発生する余剰肉は、行き場を求めて隙間ｄの流動通路４６へ流出（流動）する。併せて、下ダイ３７は下降するがパンチ４２が静止しているため、パンチ４２により軸部１２に大きな中空穴２２が形成される。

図３において、下ダイ３７が所定位置まで下がったら、上ダイ５８を止める。これでサイジング及び余剰肉の流出は終了する。そこで、上ダイ５８を上げる。すると、下ダイ３７が付勢機構３５の付勢作用で、上昇する。次に、第２ピストン４４でノックアウトピン４５、４５及びノックアウトリング４３を上げ、このノックアウトリング４３で二次成形品２０を下ダイ３７から突き上げる。以降、ロボットなどで二次成形品２０を取り出す（払い出す）。

流動通路４６の作用を、詳しく説明する。
図４（ａ）に示すように、粗成形部１１がサイジング部５７で圧縮成形される。余肉は行き場を求めて貫通穴４１に流入する。さらに、パンチ４２は静止した状態で、一次成形品１０、下ダイ３７、上ダイ５８及びセンタピン６１が一緒に下がる。

すると、サイジング部５７に代表される金型内面へ向かう肉の流れ（矢印（１））と流動通路へ向かう肉の流れ（矢印（２））とが発生する。この分流により、肉の流動が促され、材料が金型内面に向かって、より積極的に盛り上がり、密閉空間で単に圧縮するよりは、格段に面粗度が向上した。

結果、図４（ｂ）に示すように、余肉は流動通路４６に流出し、軸部１２に大きな中空穴２２が形成される。従来は、サイジングと中空穴形成とを別工程で行い、これらの工程間にボンデ処理などの中間工程を必要としていたが、本発明により１工程でサイジングと中空穴形成が行える。
また、流動通路４６へ流出する余肉によって軸部１２の伸長が促進され、長軸の二次成形品２０を得ることができる。

以上に説明したサイジング方法は、次のようにまとめることができる。
図２に示すように、粗成形部１１にサイジングを施すサイジング部５７を有する上型３２と、余剰肉を流動させる流動通路４６を有する下型３１とを準備する（金型準備工程）。そして、上型３２と下型３１を閉塞することにより形成される成形空間に一次成形品１０をセットする（一次成形品セット工程）。
図３に示すように、上型３２と下型３１との間の成形空間を保持しつつパンチ４２を押し込むことで、サイジング部５７で粗成形部１１にサイジングを施しつつ、狭まった成形空間から溢れた余剰肉を流動通路４６へ流出させることで二次成形品２０を得る（サイジング・肉流出工程）。

尚、本発明は、中空の軸部を有するベベルギヤに好適であるが、一般のギヤに適用することや、さらには粗成形部を有する機械部品に適用することができる。

また、一次成形品は熱間鍛造品としたが、温間鍛造品又は冷間鍛造品であっても良い。さらにまた、二次成形品は冷間鍛造品又は温間鍛造品が適当である。
ただし、生産性向上の観点から一次成形品は熱間鍛造品が推奨され、寸法精度の観点から二次成形品は冷間鍛造品が推奨される。

さらには、中空穴２２は、パンチ４２で形成する他、センタピン６１で形成することもできる。また、中空穴２２を、パンチ４２とセンタピン６１とで共同して形成するようにしてもよい。これらの場合は、センタピン６１は、上ダイ５８とは独立して昇降させる。

１０…一次成形品、１１…粗成形部、１２…軸部、２０…二次成形品、２１…仕上げ成形部、２２…中空穴、３０…サイジング装置、３１…下型、３２…上型、３５…付勢機構、３７…下ダイ、４１…貫通穴、４２…パンチ、４６…流動通路、５７…サイジング部、ｄ…流動通路を形成する隙間。

Claims (5)

1. 粗成形部を有する一次成形品を加工対象として、前記粗成形部にサイジングを施して二次成形品を得るサイジング方法であって、
   前記粗成形部にサイジングを施すサイジング部を有する上型と、余剰肉を流動させる流動通路を有する下型とを準備する金型準備工程と、
   前記上型と前記下型を閉塞することにより形成される成形空間に前記一次成形品をセットする一次成形品セット工程と、
   前記上型と前記下型との間の成形空間を保持しつつパンチを押し込むことで、前記サイジング部で前記粗成形部にサイジングを施しつつ、狭まった成形空間から溢れた余剰肉を前記流動通路へ流出させることで前記二次成形品を得るサイジング・肉流出工程とからなり、
   前記流動通路は、軸方向の所定距離にわたって一定の内径寸法を有する環状空間であり、
   前記所定距離は、前記サイジング・肉流出工程の後においても隙間が残る大きさに設定されているサイジング方法。
   
2. 前記二次成形品はギヤであり、前記粗成形部は歯であると共に軸方向に延びる軸部を備えている請求項１記載のサイジング方法。
3. 前記ギヤは、ベベルギヤであって、前記歯は、かさ歯であり、前記軸部は中空穴を備えている請求項２記載のサイジング方法。
4. 上型と下型を閉塞することにより形成される成形空間内に、一次成形品を配置し、この一次成形品に備えられる粗成形部をサイジングして二次成形品を得るサイジング装置であって、
   前記上型に前記粗成形部をサイジングするサイジング部を有し、前記下型に余剰肉を流動させる流動通路を有しており、
   前記流動通路は、軸方向の所定距離にわたって一定の内径寸法を有する環状空間であり、
   前記所定距離は、前記余剰肉を流動させた後においても隙間が残る大きさに設定されているサイジング装置。
   
5. 前記下型は、貫通穴を有する下ダイと、この下ダイを前記上型に向かって付勢する付勢機構と、前記貫通穴の穴径より小さな外径であって前記貫通穴に収納されるパンチとを有し、このパンチの外周面と前記貫通穴の内周面の間に前記流動通路を有しており、
   前記一次成形品は、前記粗成形部から突出する軸部を備え、前記粗成形部が前記空間に配置され、前記軸部が前記貫通穴内に配置されるものであって、
   前記パンチに対して前記下ダイ、前記上型、前記一次成形品を一体で押し下げることにより、前記パンチにより、前記軸部に中空穴を形成する請求項４記載のサイジング装置。

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