JP7437214B2 - かしめ部材の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、かしめ部材の成形方法に関する。

ピストン等の部材においては、例えばアルミニウム合金素材に対して鉄系リングの補強材をその周囲に鍛造加工してかしめ、その強度を増大させるという試みがなされている（特許文献１）。上記のようなかしめを利用した鍛造加工においては、ピストン等の円柱素材を塑性変形させて鉄系リングを隙間なく接合させることが要求される。

このような塑性変形を行うには、例えば円柱素材の上下面を上下パンチで同期して押圧することが必要である。このような同期押圧は、例えば上型を構成する上パンチと上ダイの下降で作動したサブシリンダーがメインシリンダーのピストンを上昇させる下ダイを備えるようなプレス装置を用いて行うことが要求される（特許文献２）。

特公昭５１－２１９４６号公報 特公昭５５－４６２５５号公報

しかしながら、特許文献２に記載の方法では、鉄系リングを円柱素材に隙間なく接合させるために、円柱素材の上下面を押圧する上下パンチの速度差を適切に設定し、鉄製リングの上下にある素材を同じタイミングで鉄製リングの形状に沿って変形させる必要がある。

しかしながら、特許文献２に記載の方法では、下パンチは上型降下で作動させたサブシリンダーがメインシリンダーのピストンを上昇させることで駆動させているため、下パンチの速度を変えるには、両シリンダー内のピストン面積を変える必要があるため、上下パンチの速度差を容易に制御することはできないという問題がある。また、このような複動プレスは高価であるという問題がある。

一方、単動プレスでかしめを行おうとすると、円柱素材の素材流動の変動が発生し、円柱素材と鉄系リングとを隙間なく接合することができない。

本発明は、安価な単動プレス装置を用いても、強固にリング状素材をバルク素材にかしめて、かしめ部材を成形する方法を提供する。

本発明は以下に示す通りである。
（１）円柱状素材にリング状素材をかしめて、かしめ部材を成形する方法であって、下型及び上型を有し、前記下型及び前記上型を接近離間する方向に駆動するプレス装置を準備する工程と、大径部、小径部及び前記大径部の一端側と前記小径部の一端側とを連続させるテーパ部を備えた円柱状素材を前記下型内に載置する工程と、円筒部を有するリング状ガイド部材の、当該円筒部の内周面を前記円柱状素材の大径部に嵌合させる工程と、円筒状部、及び、当該円筒状部の略中央部から前記円柱状素材の径内方向に突出したリング状の鍔部を有するリング状素材を、前記円筒状部の内周面が前記リング状ガイド部材の前記円筒部の外周面と係合し、前記鍔部が前記円柱状素材の前記小径部と当接するようにして配設する工程と、前記プレス装置を駆動させ、前記リング状ガイド部材を介して、前記円柱状素材及び前記リング状素材を前記上型と前記下型とでかしめて鍛造する工程と、
を含むことを特徴とする、かしめ部材の成形方法。
（２）前記リング状ガイド部材は、前記円筒部から径外方向に突出した鍔部を有し、前記円柱状素材の軸方向の断面がＬ字状を呈することを特徴とする、（１）に記載のかしめ部材の成形方法。
（３）ピストンの外周面にリング部材をかしめて、ピストン予備成形体を成形する方法であって、下型及び上型を有し、前記下型及び前記上型を接近離間する方向に駆動するプレス装置を準備する工程と、大径部、小径部及び前記大径部の一端側と前記小径部の一端側とを連続させるテーパ部を備えたピストン素材を前記下型内に載置する工程と、円筒部を有するリング状ガイド部材の、当該円筒部の内周面を前記ピストン素材の大径部に嵌合させる工程と、円筒状部、及び、当該円筒状部の略中央部から前記ピストン素材の径内方向に突出したリング状の鍔部を有するリング状素材を、前記円筒状部の内周面が前記リング状ガイド部材の前記円筒部の外周面と係合し、前記鍔部が前記ピストン素材の前記小径部と当接するようにして配設する工程と、前記プレス装置を駆動させ、前記リング状ガイド部材を介して、前記ピストン素材及び前記リング状素材を前記上型と前記下型とでかしめて鍛造する工程と、を含むことを特徴とする、ピストン予備成形体の成形方法。
（４）前記リング状ガイド部材は、前記円筒部から径外方向に突出した鍔部を有し、前記ピストン素材の軸方向の断面がＬ字状を呈することを特徴とする、（３）に記載のピストン予備成形体の成形方法。
（５）前記リング状ガイド部材の円筒部及び前記リング状素材の円筒状部を除去する工程と、前記リング状素材の前記鍔部に溝を形成する工程と、を含むことを特徴とする、（３）又は（４）に記載のピストン予備成形体の成形方法。

本発明によれば、大径部、小径部及び大径部の一端側と小径部の一端側とを連続させるテーパ部を備えた円柱状素材を下型内に載置し、その後、円筒部を有するリング状ガイド部材を円柱状素材の大径部に嵌合させるとともに、円筒状部、及び、当該円筒状部の略中央部から円柱状素材の径内方向に突出したリング状の鍔部を有するリング状素材を、円筒状部の内周面がリング状ガイド部材の円筒部の外周面と係合し、鍔部が円柱状素材の小径部と当接するようにして配設している。

したがって、上記円柱状素材を例えば上型で押圧すると、円柱状素材の高さも減少し、リング状素材の鍔部が当接した部位も併せて下降するので、鍔部周辺の円柱状素材の塑性流動が十分に行われるようになる。なお、上記部位の下降は、リング状素材の円筒部下部とリング状ガイド部材との間に形成された溝により担保される。

一方、リング状素材は、円筒状部の内周面がリング状ガイド部材の円筒部外周面と係合し、円柱状素材の小径部と上型との間には、リング状素材の円筒部が存在する。したがって、塑性流動した円柱状素材の材料が、リング状素材の円筒部を超えて後方に回り込むことがない。この結果、リング状素材の鍔部のみが円柱状素材にかしめられることになる。

結果として、本発明によれば、安価な単動プレス装置を用いても、強固にリング素材に相当するリング状素材の鍔部を円柱状素材にかしめて、かしめ部材を成形する方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るかしめ部材の成形方法の工程を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るかしめ部材の成形方法の工程を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るかしめ部材の成形方法における鍛造過程を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るかしめ部材の成形方法における鍛造過程を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るかしめ部材の成形方法における鍛造過程を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るかしめ部材の成形方法における鍛造過程を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るかしめ部材の成形方法の工程を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態にかしめ部材の成形方法について説明する。図１、図２及び図７は、本発明の実施形態に係るかしめ部材の成形方法の工程を示す概略図である。図２は、図１の破線で囲った部分、すなわちリング状ガイド部材及びリング状素材が配設された箇所を拡大して示す図である。図３～図６は、本発明の実施形態に係るかしめ部材の成形方法における鍛造工程を示す概略図である。

最初に、図１に示すように、上ダイ１１及び上パンチ１２からなる上型１５と下ダイ１６及び下パンチ１７からなる下型１９を有するプレス装置を準備する。上型１５及び下型１９は、接近離間する方向に駆動される。なお、図１においては、本実施形態におけるかしめ部材の成形方法を簡略化して説明するためにプレス機等の記載については省略している。

次いで、同じく図１に示すように、下型１９内にバルク素材２１を載置する。バルク素材２１は、大径の第１円柱部２１１、小径の第２円柱部２１２及び第１円柱部２１１の一端側と第２円柱部２１２の一端側とを連続させる外周面がテーパ状の中間部２１３を有している。

なお、かしめ部材としてピストン予備成形体を成形する場合は、バルク素材２１として例えばアルミニウム合金素材を用いることができる。

次いで、図１及び図２に示すように、リング状ガイド部材３１をバルク素材２１の第１円柱部２１１に嵌合させる。リング状ガイド部材３１は、円筒部３１１と、当該円筒部３１１から径外側方向に突出した鍔部３１２を有し、バルク素材２１の軸方向、すなわち上型１５及び下型１９に垂直な断面がＬ字状を呈している。この場合、リング状ガイド部材３１の円筒部３１１の内周面がバルク素材２１の第１円柱部２１１に嵌合するようにする。なお、円筒部３１１の上端部のエッジ部は面取りされており、鍔部３１２の先端部のエッジ部も面取りがなされている。

また、リング状ガイド部材３１の円筒部３１１の内周面をバルク素材２１の第１円柱部２１１に嵌合させることにより、リング状ガイド部材３１の円筒部３１１とバルク素材２１の中間部２１３との間に第１空隙Ｓ１が形成される。

リング状ガイド部材３１は、任意の材料から構成することができるが、例えば、バルク素材２１と凝着しないような鉄鋼系の材料から構成することができる。また、セラミック材料を用いることもできる。

次いで、図１及び図２に示すように、バルク素材２１の小径の第２円柱部２１２に、円筒状部４１１と当該円筒状部４１１の略中央部からバルク素材２１の径内側方向に突出したリング状の鍔部４１２を有するリング状素材４１を配設する。この際、円筒状部４１１の内周面がリング状ガイド部材３１の円筒部３１１の外周面と係合し、鍔部４１２がバルク素材２１の小径の第２円柱部２１２及び中間部２１３の境界と当接するようにする。なお、円筒状部４１１の上端のエッジ部及び下端のエッジ部は、それぞれ面取りがなされており、鍔部４１２の上記境界と当接する先端部のエッジ部も面取りがなされている。

このとき、リング状素材４１の円筒状部４１１とバルク素材２１の第２円柱部２１２及び中間部２１３との間には第２空隙Ｓ２及び第３空隙Ｓ３が形成される。

リング状素材４１の円筒状部４１１の内周面がリング状ガイド部材３１の円筒部３１１の外周面と係合することにより、円筒状部４１１の下端と鍔部３１２との間には第４空隙Ｓ４が形成される。

リング状素材４１は、かしめ部材としてピストン予備成形体を形成し、バルク素材２１としてアルミニウム合金素材を用いる場合は、補強材として鉄系の材料、具体的にはステンレス鋼、肌焼鋼及びマルエージング鋼等を用いることができる。

次いで、プレス装置を駆動させて、例えば上型１５を下降させる。すると、図３に示すように、バルク素材２１は押圧されて上側の材料が第２空隙Ｓ２側に膨らんで塑性流動し、リング状素材４１の鍔部４１２を包み始める。このとき、リング状素材４１の円筒部４１１の下端とリング状ガイド部材３１の鍔部３１２との間には第４空隙Ｓ４が形成されているので、バルク素材２１の押圧下降に従って、リング状素材４１も第４空隙Ｓ４を介して下降（下側に摺動）する。

さらに押圧が進行すると、図４に示すように、バルク素材２１の塑性流動が進行して下側の材料も第１空隙Ｓ１及び第３空隙Ｓ３側に膨らみ、リング状素材４１の鍔部４１２を包み始める。このとき、リング状部材４１はさらに下降するが、当該下降は第４空隙Ｓ４によって担保される。

さらに押圧が進行すると、図５に示すように、バルク素材２１の上側及び下側の材料がそれぞれ第２空隙Ｓ２及び第１空隙Ｓ１、第３空隙Ｓ３側に膨らみ、リング状素材４１の鍔部４１２をより包括するようになる。そして、さらに押圧が進行すると、図６に示すように、バルク素材２１の材料が型内に充満し、第１空隙Ｓ１，第２空隙Ｓ２及び第３空隙Ｓ３を埋設して、リング状素材４１の鍔部４１２はバルク素材２１内に完全にかしめられて鍛造が完了する。

この際、上述のように、リング状ガイド部材３１の円筒部３１１の外周面とリング状素材４１の円筒部４１１の内周面が係合し、リング状ガイド部材３１がリング状素材４１の下方に延在しているので、バルク素材２１の、塑性流動に伴うリング状素材４１の円筒部４１１の下部からの当該リング状素材４１の後方への回り込みを回避することができる。また、バルク素材２１の小径の第２円柱部２１２と上型１５との間には、リング状素材４１の円筒部４１１が存在する。したがって、塑性流動したバルク素材２１の材料が、リング状素材４１の円筒部４１１を超えて後方に回り込むことがない。

結果として、リング状素材４１のリング状の鍔部４１２のみがバルク素材２１にかしめられて鍛造されることになる。

なお、上述のような工程を経ることにより得たかしめ部材をピストン予備成形体５０として用いる場合は、例えば図７に示すように、かしめ部材の表面に露出したリング状ガイド部材３１及びリング状素材４１の円筒部４１１を除去した後、バルク素材２１内にかしめられた鍔部４１２に対して溝５１を形成する。

以上より、本実施形態によれば、安価な単動プレス装置を用いても、強固にリング素材に相当するリング状素材４１の鍔部４１２をバルク素材２１にかしめて、かしめ部材を成形する方法を提供することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、リング状ガイド部材３１は、円筒部３１１から径外側方向に突出した鍔部３１２を有しているが、当該鍔部３１２は省略することができる。このような場合においても、円筒状部４１１の下端側には、リング状素材４１の円筒状部４１１の内周面がリング状ガイド部材３１の円筒部３１１の外周面との係合に伴って第４空隙Ｓ４が形成される。したがってバルク素材２１の押圧下降に従って、リング状素材４１も第４空隙Ｓ４を介して下降することができる。但し、鍔部３１２を有した場合の方が第４空隙Ｓ４を安定して形成することができる。

また、リング状ガイド部材３１の円筒部３１１の外周面とリング状素材４１の円筒部４１１の内周面が係合し、円筒部３１１が下方に延在しているので、バルク素材２１の、塑性流動に伴うリング状素材４１の円筒部４１１の下部からの当該リング状素材４１の後方への回り込みを回避することができる。

１１ 上ダイ
１２ 上パンチ
１５ 上型
１６ 下ダイ
１７ 下パンチ
１９ 下型
２１ バルク素材
２１１ （バルク素材の）大径の第１円柱部
２１２ （バルク素材の）小径の第２円柱部
２１３ （バルク素材の）外周面がテーパ状の中間部
３１ リング状ガイド部材
３１１ （リング状ガイド部材の）円筒部
３１２ （リング状ガイド部材の）鍔部
４１ リング状素材
４１１ （リング状素材の）円筒状部
４１２ （リング状部材の）鍔部

Claims (5)

1. 円柱状素材にリング状素材をかしめて、かしめ部材を成形する方法であって、
   下型及び上型を有し、前記下型及び前記上型を接近離間する方向に駆動するプレス装置を準備する工程と、
   大径部、小径部及び前記大径部の一端側と前記小径部の一端側とを連続させるテーパ部を備えた円柱状素材を前記下型内に載置する工程と、
   円筒部を有するリング状ガイド部材の、当該円筒部の内周面を前記円柱状素材の大径部に嵌合させる工程と、
   円筒状部、及び、当該円筒状部の略中央部から前記円柱状素材の径内方向に突出したリング状の鍔部を有するリング状素材を、前記円筒状部の内周面が前記リング状ガイド部材の前記円筒部の外周面と係合し、前記鍔部が前記円柱状素材の前記小径部と当接するようにして配設する工程と、
   前記プレス装置を駆動させ、前記リング状ガイド部材を介して、前記円柱状素材及び前記リング状素材を前記上型と前記下型とでかしめて鍛造する工程と、
   を含むことを特徴とする、かしめ部材の成形方法。
2. 前記リング状ガイド部材は、前記円筒部から径外方向に突出した鍔部を有し、前記円柱状素材の軸方向の断面がＬ字状を呈することを特徴とする、請求項１に記載のかしめ部材の成形方法。
3. ピストンの外周面にリング部材をかしめて、ピストン予備成形体を成形する方法であって、
   下型及び上型を有し、前記下型及び前記上型を接近離間する方向に駆動するプレス装置を準備する工程と、
   大径部、小径部及び前記大径部の一端側と前記小径部の一端側とを連続させるテーパ部を備えたピストン素材を前記下型内に載置する工程と、
   円筒部を有するリング状ガイド部材の、当該円筒部の内周面を前記ピストン素材の大径部に嵌合させる工程と、
   円筒状部、及び、当該円筒状部の略中央部から前記ピストン素材の径内方向に突出したリング状の鍔部を有するリング状素材を、前記円筒状部の内周面が前記リング状ガイド部材の前記円筒部の外周面と係合し、前記鍔部が前記ピストン素材の前記小径部と当接するようにして配設する工程と、
   前記プレス装置を駆動させ、前記リング状ガイド部材を介して、前記ピストン素材及び前記リング状素材を前記上型と前記下型とでかしめて鍛造する工程と、
   を含むことを特徴とする、ピストン予備成形体の成形方法。
4. 前記リング状ガイド部材は、前記円筒部から径外方向に突出した鍔部を有し、前記ピストン素材の軸方向の断面がＬ字状を呈することを特徴とする、請求項３に記載のピストン予備成形体の成形方法。
5. 前記リング状ガイド部材の円筒部及び前記リング状素材の円筒状部を除去する工程と、
   前記リング状素材の前記鍔部に溝を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載のピストン予備成形体の成形方法。

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