JPH06190490A - フランジ付き中空軸状鍛造品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】軸長寸法の長い軸穴をもつフランジ付き中空軸
状鍛造品（サイドギヤシャフト等）の製造方法を提供す
る。 【構成】軸部５０と有底状の初期軸穴５２とフランジ部
５４とをもつ炭素鋼製の仕上鍛造品５を用いる。初期軸
穴５２は熱間状態でパンチ型による後方押出しで形成さ
れている。第１段階目の冷間絞り工程で鍛造品５の軸部
５０の外壁面５０ｄの領域Ｄ１の外径を、初期軸穴５２
と共に絞る。領域Ｄ１を構成する肉及び初期軸穴５２は
軸方向に延びる。軸部５０のうち根元領域Ｄ２、先端側
の領域Ｄ４は絞らない。この様に絞った部分を第２段階
目の冷間絞り工程で更に絞る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフランジ付き中空軸状鍛
造品の製造方法に関する。この方法は、例えば車両の駆
動系部品、具体的にはサイドギヤシャフト、ディファレ
ンシャルドライブピニオン等に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】フランジ付き中空軸状鍛造品として、車
両の駆動系のサイドギヤシャフトに使用される鍛造品が
提供されている。この鍛造品を例にとって従来技術を説
明する。この鍛造品は、軸部と、軸部の一端に遠心方向
に延設されたフランジ部とをもつ。この鍛造品では、軽
量化に貢献するために、回転時におけるねじり力が作用
しにくい部位に、つまりその軸線にそって有底状の軸穴
を形成することにしている。この軸穴は、強度に問題の
ない寸法とする必要があるため、細径にすることが要請
される。

【０００３】この軸穴は、ドリル刃による切削加工で形
成されたり、あるいは、鍛造パンチ型の押入による鍛造
成形で形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ドリル刃に
よる切削加工で軸穴を形成する場合には、加工に時間が
かかり生産性の点で大きく劣ると共に、ドリル刃の折損
を回避するため、軸長寸法の長い細径の軸穴を形成でき
ない。更に、ドリル刃を用いる関係上、軸穴の穴底面の
コーナが不可避的に鋭くなり、コーナ部が切損し易くな
り、強度確保上、不利である。

【０００５】また、鍛造パンチ型で軸穴を鍛造成形する
場合には、軸穴の穴底面のコーナが不可避的に鋭くなる
不具合は解消されるものの、細径の軸穴の加工は、鍛造
パンチ型の強度不足のため、量産が不可能である。本発
明は上記した実情に鑑みなされたものであり、その目的
は、軸長寸法の長い軸穴を形成できるフランジ付き中空
軸状鍛造品の製造方法を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るフランジ付
き中空軸状鍛造品の製造方法は、軸部と軸部の一端が開
口し他端が閉塞する初期軸穴と軸部の一端に遠心方向に
延設されたフランジ部とをもつ金属製の中間鍛造品を鍛
造する鍛造工程と、中間鍛造品の軸部の外径よりも小さ
な内径を備えた絞り孔をもつ型を用い、中間鍛造品の初
期軸穴を形成する内壁面を非拘束状態としつつ、中間鍛
造品の軸部を型の絞り孔に押入することにより、軸部の
外径を絞ると共に軸部を初期軸穴と共に軸方向にのばす
絞り工程とを順に実施することを特徴とするものであ
る。

【０００７】本発明方法で用いる中間鍛造品の軸部は、
後述する実施例の様に、大径部と小径部とを備えた段付
き軸部とすることができる。この場合、段付き軸部の大
径部を初期軸穴と共に絞る。一般的には、鍛造工程は熱
間状態で行い、絞り工程は冷間状態で行う。本発明方法
で用いる中間鍛造品の材質は適宜選択できるが、一般的
には鋼系である。

【０００８】

【作用】絞り工程において、初期軸穴が、軸部と共に軸
方向に延びるので、内径が小さくて軸長寸法がより長い
軸穴が得られる。

【０００９】

【実施例】本発明方法を駆動部品としてのサイドギヤシ
ャフトの製造に適用した実施例について図面を参照して
説明する。なお、鍛造品の断面図においては複雑化を避
けるためハッチングを略した。この例では、先ず、図１
（Ａ）に鎖線で示す軸端面１ａ、１ｂ及び外壁面１ｃを
もつ丸棒素材１（材質：中炭素鋼 Ｓ４５Ｃ）を用い、
その丸棒素材１を熱間状態（１１００〜１２５０°Ｃ程
度）でその軸方向において強圧して潰し、図１（Ａ）に
実線で示す円盤材２とする。円盤材２は軸端面２ａ、２
ｂ及び外壁面２ｃをもつ。次に、図１（Ｂ）に鎖線で示
す円盤材２を熱間状態で荒地鍛造し、図１（Ｂ）に実線
で示す荒地鍛造品３とする。荒地鍛造品３は、外壁面３
０ａ、３０ｂ、円錐面３０ｃ及び軸端面３０ｄで規定さ
れた荒地軸部３０と、外壁面３２ａ、円錐面３２ｂで規
定された荒地フランジ部３２とをもつ。

【００１０】次に、荒地鍛造品３を熱間状態で仕上鍛造
し、図１（Ｃ）に実線で示す鍛造品４を得る。鍛造品４
は、段付軸部４０と、段付軸部４０の一端に形成された
粗形有底穴４２と、外バリ部４４をもつ遠心方向にのび
るフランジ部４６とを備えている。段付軸部４０は、外
壁面４０ａ、４０ｂ、円錐面４０ｃ及び軸端面４０ｄ、
４０ｅで規定されている。粗形有底穴４２は円錐内壁面
４２ａ及び穴底面４２ｂで規定されている。フランジ部
４６は外壁面４６ａ及び内壁面４６ｂで規定されてい
る。鍛造品４の外バリ部４４は熱間状態で図略のバリ抜
き型により除去される。

【００１１】次に、外バリ部４４を除去した鍛造品４を
用いて熱間押出し工程を実施し、中間鍛造品としての図
２に実線で示す鍛造品５を得る。図２に示す様に、鍛造
品５は、段付軸部５０と、段付軸部５０の一端で開口す
る有底状の初期軸穴５２と、段付軸部５０の一端から遠
心方向に延設されたフランジ部５４とをもつ。この段付
軸部５０は、軸端面５０ａ、５０ｂと外壁面５０ｃ、５
０ｄと円錐面５０ｅとで規定されている。初期軸穴５２
は、円錐内壁面５２ａと直状内壁面５２ｂとテーパ内壁
面５２ｃと穴底面５２ｄとで規定されている。フランジ
部５４は、外バリ部４４を除去した後のフランジ部４６
と実質的に同じ形状、寸法である。

【００１２】かかる熱間押出し工程を実施するにあた
り、図７に示す熱間押出し型１００を用いる。熱間押出
し型１００は、下ボルスタ１０１の保持部１０２に保持
されたキャビティ１０３をもつ下型１０４と、キャビテ
ィ１０３の下部に装入された軸状のＫＯ型１０５と、Ｋ
Ｏ型１０５を押し上げる押出板１０６と、上ボルスタ１
１０の保持部１１１に保持されたパンチ型１１２とを備
えている。ここで、図７の左半分（Ａ）はパンチ型１１
２が下死点に移行した状態を示し、図７の右半分（Ｂ）
はパンチ型１１２が上死点に移行した状態を示す。

【００１３】そして、熱間状態（１０００〜１１００℃
程度）の鍛造品４の段付軸部４０を下型１０４のキャビ
ティ１０３にセットした状態で、上ボルスタ１１０が降
下し、パンチ型１１２の先端の押入型部１１２ａが下降
して粗形有底穴４２に押入する。これにより粗形有底穴
４２の周囲の肉、即ち、段付軸部４０を構成する肉を、
パンチ型１１２の移行方向と逆方向、即ち、図７に示す
矢印Ａ１方向に向けて押出し、以て粗形有底穴４２を初
期軸穴５２とする。この工程は、パンチ型１１２の移行
方向と逆方向に肉が押し出される後方押出し法である。
ここで、この工程において、前方押出しでなく、後方押
出しを採用したのは、材料の変形能が大きな熱間状態で
この工程を実施するため、くびれ等の不具合を回避する
ためである。かかる後方押出しの結果、図２に実線で示
す鍛造品５が得られる。なお、初期軸穴５２の穴形状は
パンチ型１１２の押入型部１１２ａの形状と実質的に型
対象をなす。

【００１４】次に、図２に実線で示す鍛造品５を用いて
第１段階目の冷間絞り工程を実施し、鍛造品５の段付軸
部５０の外壁面５０ｄのうち領域Ｄ１の外径を絞り、図
３に実線で示す鍛造品６を得る。図２における領域Ｄ１
から理解できる様に、外壁面５０ｄの全長Ｄ３のうち、
根元領域Ｄ２は絞られていない。更に、軸先端側の外壁
面５０ｃの領域Ｄ４も絞られていない。

【００１５】かかる冷間絞り工程では、鍛造品５の段付
軸部５０の領域Ｄ１を構成する肉は、初期軸穴５２と共
に、軸方向つまり矢印Ａ２方向に延ばされる。図３に示
す様に、冷間絞り工程後の鍛造品６は、段付軸部６０
と、段付軸部６０の一端で開口する有底状の第１次軸穴
６２と、段付軸部６０の一端から遠心方向に延設された
フランジ部６４とをもつ。この段付軸部６０は、軸端面
６０ａ、６０ｂと、外壁面６０ｃ、６０ｄ、６０ｅと、
円錐面６０ｆ、６０ｈとで規定されている。

【００１６】図３に示す様に、第１次軸穴６２は、円錐
内壁面６２ａと直状内壁面６２ｂと円錐内壁面６２ｃと
直状内壁面６２ｄと穴底面６２ｅとアール面６２ｆで規
定されている。図３から理解できる様に、アール面６２
ｆは、直状内壁面６２ｄと穴底面６２ｅとの境界域のエ
ッジ化を抑えるものであり、直状内壁面６２ｄの下端か
ら穴底面６２ｅの外周に向かうにつれて内径が次第に小
さくなる様にされている。フランジ部６４は、外バリ部
４４を除去したフランジ部４６と実質的に同じ形状、寸
法である。

【００１７】かかる第１段階目の冷間絞り工程では、図
７に示す第１段階用の絞り装置２００を用いる。絞り装
置２００は、下ボルスタ２０１側に保持された型２０２
ａ〜２０２ｆと、ＫＯピン２０３と、上ボルスタ２１０
側に保持されたパンチ型２１１と、連動ロッド２１２と
を備えている。型２０２ｆ、２０２ｅは絞り孔２０６を
形成している。

【００１８】ここで、図８の左半分（Ａ）はパンチ型２
１１が下死点に移行した状態を示し、図８の右半分
（Ｂ）はパンチ型２１１が上死点に移行した状態を示
す。連動ロッド２１２の一方の係止部２１２ａは下ボル
スタ２０１側の押出板２０７に装備された筒部２０８に
係止しており、連動ロッド２１２の他方の係止部２１２
ｂは上ボルスタ２１０側の保持部２１４に係止してい
る。また、図８の右半分（Ｂ）に示す様に、パンチ型２
１１は、平坦面２１１ａ及び円錐面２１１ｂで規定され
た押圧突部２１１ｃと、リング状の平坦面で形成された
肩部２１１ｄとを備えている。

【００１９】かかる第１段階目の冷間絞り工程では、絞
り装置２００の絞り孔２０６に鍛造品５の段付軸部５０
の下部を挿入した状態で、上ボルスタ２１０がパンチ型
２１１と共に下降する。これに伴い、パンチ型２１１の
平坦面２１１ａで鍛造品５の段付軸部５０の軸端面５０
ｂを強圧する。これにより鍛造品５の段付軸部５０が絞
り孔２０６に強制的に押入され、前述した様に、段付軸
部５０の外壁面５０ｄの領域Ｄ１が初期軸穴５２と共に
絞られる。

【００２０】かかる第１段階目の冷間絞り工程において
は、パンチ型２１１の平坦面２１１ａは軸端面５０ｂを
押圧するものの、パンチ型２１１は初期軸穴５２には挿
入されないので、初期軸穴５２を形成する内壁面は非拘
束状態である。また、図８の右半分（Ｂ）から理解でき
る様に、パンチ型２１１が上死点に上昇する際には、上
ボルスタ２１０が上昇し、上ボルスタ２１０側の保持部
２１４が連動ロッド２１２の係止部２１２ｂを持ち上げ
るので、連動ロッド２１２の係止部２１２ａが筒部２０
８、押出板２０７を持ち上げ、押出板２０７によりＫＯ
ピン２０３が持ち上げられ、ＫＯピン２０３の上端面で
鍛造品６の段付軸部６０の軸端面６０ａが押し上げら
れ、以て離型が行なわれる。

【００２１】次に、図３に実線で示す鍛造品６を用い第
２段階目の冷間絞り工程を実施し、鍛造品６の段付軸部
６０の外壁面６０ｄの領域Ｄ１’の外径を絞り、図４に
実線で示す鍛造品７を得る。第２段階目の冷間絞り工程
の結果、鍛造品６の段付軸部６０の領域Ｄ４を構成する
肉は、第１次軸穴６２と共に軸方向つまり矢印Ａ２方向
に延ばされる。

【００２２】かかる第２段階目の冷間絞り工程において
も、根元領域Ｄ２は絞らない。同様に、軸先端側の外周
面６０ｅの領域Ｄ４も絞らない。図４に示す様に鍛造品
７は、段付軸部７０と、段付軸部７０の一端で開口する
有底状の第２次軸穴７２と、段付軸部７０の一端から遠
心方向に延設されたフランジ部７４とをもつ。この段付
軸部７０は、軸端面７０ａ、７０ｂと外壁面７０ｃ、７
０ｄ、７０ｅと円錐面７０ｆ、７０ｈとで規定されてい
る。第２次軸穴７２は、円錐内壁面７２ａと内壁面７２
ｃと穴底面７２ｅとアール面７２ｆとで規定されてい
る。図４から理解できる様に、アール面７２ｆは、内壁
面７２ｃと穴底面７２ｅとの境界域のエッジ化を抑える
ものであり、内壁面７２ｃの下端から穴底面７２ｅの外
周に向かうにつれて内径が次第に小さくなる様にされて
いる。

【００２３】上記した第２段階目の冷間絞りの結果、第
２次軸穴７２の穴径は第１次軸穴６２の穴径よりも小さ
くされている。なお、フランジ部７４は、フランジ部４
６と実質的に同じ形状、寸法である。かかる第２段階目
の冷間絞り工程を行うにあたり、前記した第１段階用の
絞り装置と基本的に同様の構造の絞り装置を用いる。但
し、この絞り装置は、鍛造品６の段付軸部６０の外壁面
６０ｄの外径よりも小さな径をもつ絞り孔を備えてい
る。そして第２段階目の冷間絞り工程においても、第１
段階目の冷間絞り工程と同様に、パンチ型が下降して鍛
造品６の段付軸部６０の軸端面６０ｂを強圧する。

【００２４】かかる第２段階目の冷間絞り工程において
も、第１段階目の冷間絞り工程と同様に、パンチ型は軸
端面６０ｂを押圧するものの、パンチ型は第１次軸穴６
２には挿入されないので、第１次軸穴６２を形成する内
壁面は非拘束状態である。上記した様に初期軸穴５２の
内径を順次絞る第１段階目の絞り工程、第２段階目の絞
り工程は共に冷間状態で実施されるので、仕上鍛造工程
で得た鍛造品４のフランジ部４６の形状は、第１段階目
の絞り工程、第２段階目の絞り工程においても実質的に
変形しないものである。

【００２５】本実施例ではドリル刃による加工を用いる
ことなく、第２次軸穴７２を形成しているので、鍛造フ
ロー（流線）の切断もなく、強度確保上有利である。こ
の様にして製造された鍛造品７は、焼入れ焼戻し処理、
ブラスト処理、塗装処理を経て、スプライン加工、ボル
ト孔加工され、サイドギヤシャフトとなる。ここで、図
５、図６はサイドギヤシャフト８を示す。即ち、基本的
には、第２段階目の冷間絞り工程を経た鍛造品７の段付
軸部７０の外壁面７０ｅにスプライン８０が形成される
と共に、鍛造品７のフランジ部７４にボルト孔８２が形
成されている。図６に示す様に、段付軸部７０の外壁面
７０ｃには軸受９０が嵌め込まれる。

【００２６】なお図６から理解できる様に、スプライン
８０は、軸穴７２が形成されてる領域Ｆ１を避けて領域
Ｆ２に設けられているものである。 （他の例）上記した実施例における熱間状態を温間状態
にすることもできる。図９（Ａ）〜（Ｄ）は本発明方法
に係る他の例を模式的に示す。この例は本発明方法を駆
動部品としてのディファレンシャルドライブピニオンの
鍛造品に適用した場合である。

【００２７】この例では、図９（Ａ）に示す荒地鍛造品
４００（材質：Ｃｒ−Ｍｏ肌焼鋼）を用いる。この荒地
鍛造品４００は、丸棒状素材から成形したものであり、
荒地軸部４１０と荒地傘部４４０とをもつ。荒地段付軸
部４００は外壁面４００ａ、４００ｂ、円錐面４００ｃ
及び軸端面４００ｄ、４００ｅで規定されている。荒地
傘部４４０は外壁面４４０ａ、端面４４０ｃで規定され
ている。

【００２８】次に、荒地鍛造品４００にパンチ型を押入
し、中間鍛造品としての図９（Ｂ）に示す鍛造品５００
を得る。鍛造品５００は、段付軸部５１０と、段付軸部
５１０の一端で開口する有底状の初期軸穴５２０と、段
付軸部５１０の一端から延設されたフランジ部としての
傘部５４０とをもつ。この段付軸部５１０は、軸端面５
１０ａと外壁面５１０ｂ、５１０ｃと円錐面５１０ｄと
で規定されている。初期軸穴５２０は、内壁面５２０ａ
と穴底面５２０ｅとで規定されている。傘部５４０は、
バリ部を除去した後の傘部４４０と実質的に同じ形状、
寸法である。

【００２９】次に、かかる鍛造品５００を用いて第１段
階目の冷間絞り工程を実施し、鍛造品５００の段付軸部
５１０の外壁面５１０ｂの領域Ｋ１の外径を絞り、図９
（Ｃ）に示す鍛造品６００を得る。かかる絞り工程にお
いて、段付軸部５１０の領域Ｋ１を構成する肉は、初期
軸穴５２０と共に、軸方向つまり矢印Ａ２方向に延ばさ
れる。このとき、段付軸部５１０の根元領域Ｋ２、軸先
端側の外壁面５１０ｃの領域Ｋ３は絞られていない。

【００３０】図９（Ｃ）に示す様に、この鍛造品６００
は、段付軸部６１０と、段付軸部６１０の一端で開口す
る有底状の第１次軸穴６２０と、段付軸部６１０の一端
から遠心方向に延設された傘部６４０とをもつ。この段
付軸部６１０は、軸端面６１０ａと外壁面６１０ｂ、６
１０ｃ、６１０ｄと円錐面６１０ｅ、６１０ｆとで規定
されている。第１次軸穴６２０は段付き穴であり、内壁
面６２０ａ、６２０ｂと円錐内壁面６２０ｃと穴底面６
２０ｅとアール面６２０ｆとで規定されている。傘部６
４０は、傘部４４０と実質的に同じ形状、寸法である。

【００３１】次に、鍛造品６００を用いて第２段階目の
冷間絞り工程を実施し、鍛造品６００の段付軸部６１０
の外壁面６１０ｃの領域Ｋ５の外径を絞り、絞り領域Ｋ
６とし、図９（Ｄ）に示す鍛造品７００を得る。このと
き、外壁面６１０ｃの領域Ｋ５を構成する肉は、第１次
軸穴６２０と共に、軸方向つまり矢印Ａ２方向に延ばさ
れる。

【００３２】第２段階目の冷間絞り工程を経た鍛造品７
００は、図９（Ｄ）に示す様に、段付軸部７１０と、段
付軸部７１０の一端で開口する有底状の第２次軸穴７２
０と、段付軸部７１０の一端から遠心方向に延設された
傘部７４０とをもつ。この段付軸部７１０は、軸端面７
１０ａと外壁面７１０ｂ、７１０ｃ、７１０ｄ、７１０
ｅと円錐面７１０ｆ、７１０ｈ、７１０ｉとで規定され
ている。第２次軸穴７２０は段付き穴であり、内壁面７
２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃと円錐内壁面７２０ｅ、７
２０ｆと穴底面７２０ｈ、アール面７２０ｉとで規定さ
れている。上記した絞りの結果、第２次軸穴７２０の穴
径は第１次軸穴６２０の穴径よりも小さくされている。
なお、傘部７４０は、傘部４４０と実質的に同じ形状、
寸法である。

【００３３】上記した絞り工程において、初期軸穴５２
０、第１次軸穴６２０にパンチ型は挿入されないので、
前記した実施例と同様に、初期軸穴５２０を形成する内
壁面、第１次軸穴６２０を形成する内壁面は非拘束状態
である。上記の様にして製造された鍛造品７００は、焼
ならし処理、ブラスト処理、塗装処理を経て、傘部７４
０の外壁面７４０ａには歯切り加工によりギヤが形成さ
れ、軸部７１０の外周面７１０ｄに歯切り加工によりス
プラインが形成され、ディファレンシャルドライブピニ
オンとなる。

【００３４】なお、上記した各例はサイドギヤシャフ
ト、ディファレンシャルドライブピニオンに適用した場
合であるが、これに限定されるものでなく、他のフラン
ジ付き中空軸状鍛造品にも適用できるものである。

【００３５】

【発明の効果】本発明方法によれば、初期軸穴が軸部と
共に軸方向に延び、奥深い軸穴が得られるので、軸長寸
法の長い軸穴をもつフランジ付き中空軸状鍛造品を製造
できる。また、ドリル刃の加工の場合のような穴底面の
コーナ部の応力集中に起因する強度低下の問題がないた
め、強度面での問題がなく、軽量化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は丸棒から仕上鍛造した仕上鍛
造品を得るまでの工程を示す断面図である。

【図２】熱間後方押出し工程を実施し、初期軸穴を形成
した鍛造品を示す断面図である。

【図３】第１段階目の冷間絞り工程を実施し、第１次軸
穴を形成した鍛造品を示す断面図である。

【図４】第２段階目の冷間絞り工程を実施し、第２次軸
穴を形成した鍛造品を示す断面図である。

【図５】サイドギヤシャフトの平面図である。

【図６】図５のＮ−Ｎ線にそうサイドギヤシャフトの断
面図である。

【図７】熱間後方押出し工程を実施する装置を示す断面
図である。

【図８】冷間前方押出し工程を実施する装置を示す断面
図である。

【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は他の例に係り、各工程におけ
る鍛造品を示す断面図である。

【符号の説明】

図中、２００は絞り装置、２０６は絞り孔、３は荒地鍛
造品、４は鍛造品、５は鍛造品（中間鍛造品）、５０は
段付き軸部、５２は初期軸穴、５４はフランジ部、６は
鍛造品、６２は第１次軸穴、７２は第２次軸穴を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸部と該軸部の一端が開口し他端が閉塞す
   る初期軸穴と該軸部の一端に遠心方向に延設されたフラ
   ンジ部とをもつ金属製の中間鍛造品を鍛造する鍛造工程
   と、 該中間鍛造品の軸部の外径よりも小さな内径を備えた絞
   り孔をもつ型を用い、 該中間鍛造品の初期軸穴を形成する内壁面を非拘束状態
   としつつ、該中間鍛造品の軸部を該型の絞り孔に押入す
   ることにより、該軸部の外径を絞ると共に該軸部を該初
   期軸穴と共に軸方向にのばす絞り工程とを順に実施する
   ことを特徴とする、フランジ付き中空軸状鍛造品の製造
   方法。