JPS58100937A - フランジ付シヤフトの鍛造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シャフト部の中間にフランジ部を有するフラ
ンジ付シャフトの鍛造方法に係り、特に、材料歩留りの
向上と寸法精度の向上を志向したフランジ付シャフトの
鍛造方法に関するものテアル。

シャフト部の中間にフランジ部を有するフランジ付シャ
フトの一例を第１図に示す。

第１図は、フランジ付シャフトの一例として、シャフト
部の中間に２個のフランジ部を有し、両端のシャフト部
の長さがほぼ等しいフランジ付シャフトを示す側面図で
ある。

この第１図において、１はフランジ付シャフト、２はシ
ャフト部、３はフランジ部である。

従来、この種のフランジ付シャフトを製作する方法とし
て、鋳造、切削、鍛造による方法が知られている。

鋳造による方法では、ひけの発生を防止するために押し
湯が必要となり、材料歩留シが約７０％しか々い。さら
に、寸法精度が悪いため、２〜３個の切削代を必要とし
、後工程としての仕上げ工数が多いという欠点があった
。

一方、切削による方法では、フランジ部３（フランジ付
シャフト１の最も太い部分）の直径と等しい４５喘φの
素材から削り出すために、切削に多くの工数を要するの
みならず、材料歩留りが約５２％に低下するという欠点
があった。

まだ、鍛造による方法は、型閉めしたとき、フランジ付
シャフト１の完成品（第１図）とほぼ同一形状に造形さ
れる空隙を設けた上型と下型（図示せず）の間に、素材
を置き、プレスの加圧ヘッドにより前記上型を軸直角方
向から加圧して（前記下型は、プレスのヘッド上に載置
）、フランジ付シャフトを成形するものである。この方
法では、フランジ部の直径と等しい４５咽φの素材を用
いる必要があるので、材料歩留りは、前記切削による方
法と同様５２％となるのみならず、ばりが多く発生する
。ばりが多いと、素材と型（前記上型および下型）との
接触面積が大きくなり、加工力が大きくなるため、大形
のプレスが必要であった。

また、型の構造が密閉型でないので、成形したフランジ
付シャフトの寸法精度が悪く、仕上代が多くなり、後工
程としての仕上げ工数が多いという欠点があった。

本発明は、上記した従来技術の欠点を除去して、材料歩
留りが良く、大型のプレスを必要とせず、且つ寸法精度
が良くて後工程としての仕上げ工数を低減させることが
できるフランジ付シャフトの鍛造方法の提供を、その目
的とするものである。

本発明の特徴は、シャフト部の中間に７ランジ部を有す
るフランジ付シャフトを成形する鍛造方法において、フ
ランジ付シャフトのシャフト部およびフランジ部とほぼ
同一形状の空隙を造形した密閉型内に、シャフト部の径
より細く軸方向に加圧したときに座屈しない太さの径を
有する素材を挿入し、この素材を軸方向から加圧して、
フランジ付シャフトを成形するフランジ付シャフトの鍛
造方法にある。

以下本発明を実施例によって説明する。

まず、第１図に係るフランジ付シャフトを鍛造する実施
例を説明する。

第２図は、本発明の第１の実施例に係るフランジ付シャ
フトの鍛造方法の実施に供せられる密閉型を示す断面図
である。

この第２図を使用して密閉型４の構成を説明すると、５
は、一体となったとき、フランジ付シャフト１のシャフ
ト部２およびフランジ部３（第１図参照）とほぼ同一形
状に造形される空隙５ａを設けた型、６は、成形時に、
その内部に前記２分割の型５を収納して両者を一体に固
定することができるシュリンクリング、７は、型５を収
納しだシュリンクリング６を、その上に載置して固定す
るベース板、８は、プレスの加圧ヘッド（図示せず）に
取付けられ、一体となった型５の空隙５ａの上部（シャ
フト部）を摺動することができる上ポンチである。

このように構成した密□閉型４の空隙５ａ内へ、シャフ
ト部２の直径３０諭φより細く、軸方向に加圧したとき
座屈しない太さの径を有する素材、すなわち、２９．５
ｍｍφ×長さ３６２朝の素材を上部から挿入して、前記
加圧ヘッドを下降させて、前記素材の軸方向の一方向に
係る上方向から上ポンチ８によって加圧すると、その素
材は塑性変形し、型５の空隙５ａ内へ充満し、第１図に
示す成形完了品、すなわちフランジ付シャフト１が成形
される。次に、型５をシュリンクリング６から抜き取り
、型５を分割すると、そのフランジ付シャフト１を容易
に取出すことができる。

この鍛造方法によれば、フランジ付シャフト１の成形を
密閉型４によって行なっているので、材料歩留りが良く
（祠料歩留りほぼ１００％）、寸法精度の高い（切削代
０，５陥以下）フランジ付シャフト１を得ることができ
る。また、寸法精度が良いために、後工程の切削加工の
工数を大幅に低減することができるものである。

さらに、前述した従来の鍛造による方法では、太い直径
の素材を用いるためンヤフト部などで多くばりが生じ、
後工程のトリミングでそのばりをせん断することになる
が、このせん断で材料の流線を切断する。これに対して
本実施例では、シャフト部などでのばりがほとんどない
ため、流線を切断することがなく、シたがって強度的に
すぐれたフランジ付シャフトを製造することができる。

ところで、第２図に係る密閉型４を使用してフランジ付
シャフト１を成形したときの、材料の流線を説明する。

第３〜４図は、第２図に係る密閉型を使用して成形した
フランジ付シャフトの、シミュレーション計算（上界法
によるシミュレーション計算）による、フランジ部近傍
の材料の流線を示すものであり、第３図は成形途中の流
線図、第４図は成形完了品の流線図、第５図は、第２図
に係る密閉型と類似した密閉型を使用して成形したフラ
ンジ付シャフトの、実物の成形完了品の流線を示す流線
部には材料が充満しているが、下フランジ部には全く材
料が流れ込んでいない。成形の完了した時点では、第４
図に示すように、下フランジ部にも材料が充満している
が、上フランジ部の付は根近傍で流線の乱れが生じてい
る。これは、変形の様子を調べると、まず上フランジ部
に材料が充満し、次に下フランジ部に材料が流入する場
合に、既に充満した上フランジ部の材料は移動しないで
、上部より材料流動が起こるため、上フランジ部のつけ
根近傍で内部せん断が生じ、流線が乱れるものである。

第２図に係る密閉型と類似した密閉型を使用して成形し
たフランジ付シャフトの実物の成形完了品の流線は、第
５図のようになり、この例の場合は、フランジ部の中心
軸がシャフト部の中心軸と多少ずれている点やフランジ
付は根部の角に丸味が設けられている点などが上記の計
算条件と異なるものの、上フランジ付は根付近に流線の
乱れが生じていることは前記引算結果と良く対応してい
る。

このような流線の乱れの大きさは、上フランジ部の形状
によって影響され、小さなフランジ部の場合には流線の
乱れも小さくほとんど問題にならないが、フランジ部が
大きい場合には乱れが大きくなる。

（９） 第６図は、本発明の第２の実施例に係るフランジ付シャ
フトの鍛造方法の実施に供せられる密閉型を示す断面図
、第７〜８図は、第６図に係る密閉型を使用し、上ポン
チと下ポンチで同時加圧して成形したフランジ付シャフ
トの、シミュレ」ジョン割算による、フランジ部近傍の
材料の流線を示すものであり、第７図は成形途中の流線
図、第８図は成形完了品の流線図、第９図は、第６図に
係る密閉型と類似した密閉型を使用し、上ポンチと下ポ
ンチで同時加圧して成形したフランジ付シャフトの、実
物の成形完了品の流線を示す流線図である。

第６図において、第２図と同一番号を付したものは同一
部分である。この密閉型４Ａにおいては、上ポンチ８に
対向して、型の下方に、空隙５ａの下部（シャフト縄冷
摺動することができる下ポンチ９が配設されており、こ
の下ポンチ９は、プレスのベッドの下部に配設された油
圧シリンダなどの加圧源（図示せず）に取付けられてい
乙。なお、７ａはベース板７Ａに穿設した、下ポンチ９
のガ（１０） イド穴である。

このように構成した密閉型４Ａの前記空隙５ａ内へ、前
記素材を上部から挿入し、この素材を軸方向の上下２方
向から同時に加圧して上ポンチ８の加圧により上フラン
ジ部に材料を充満させ、下ポンチ９の加圧により下フラ
ンジ部を充満させる。

上ポンチ８および下ポンチ９を同時に加圧して成形１〜
だフランジ付シャフト１の材料の流線（シミュレーンヨ
ン計算による流線）は、第７．８図に示すようになり、
上フランジ部および下フランジ部へ材料が均等に流れ込
んでおり、上フランジ部付は根近傍の流線の乱れがほと
んどない。第９図に示す実物の成形完了品の流線も、上
フランジ部付は根近傍での流線の乱れが解消されている
。

このように、第６図に係る密閉型４Ａを使用して、素材
を軸方向の２方向から同時に加圧すれば、上フランジ部
付は根近傍での流線の乱れが解消し、前記第２図に係る
密閉型４を使用して成形したものよりも、フランジ付シ
ャフト１の強度上の信頼性がさらに向上する。

（１１） 次に、第１０図に示す、両端のシャフト部の長さが異な
るフランジ付シャフトを鍛造する実施例を説明する。

第１０図は、フランジ付シャフトの他の例として、シャ
フト部の中間に２個のフランジ部を有し、両端のシャフ
ト部の長さが異なるフランジ付シャフトを示す側面図、
第１１図は、本発明の第３の実施例に係るフランジ付シ
ャフトの鍛造方法の実施に供せられる密閉型を示す断面
図である。

第１０図において、ＩＡはフランジ付シャフト、２ａは
シャフト３部、２ｂはシャフト１部（シャフト６部２ｂ
の方が、シャフト３部２ａより長い）５．３ａは、シャ
フト８部２ａ側のフランジ部、３ｂは、ンヤフ）ｂ部２
ｂ側のフランジ部である。

第１１図に係る密閉型４Ｂは、第１０図に係るフランジ
付シャフトＩＡを成形するだめのものであり、この第１
１図において、第６図と同一番号を付したものは同一部
分である。ただし、シャフト３部２ａを上側に成形する
ものとし、型５Ａの空隙５ｂの上部（シャフト３部２ａ
を成形する空（１２） 隙）を下部（シャフト１部２ｂを成形する空隙）よりも
短くしである。

このように構成した密閉型４Ｂの空隙５ｂ内へシャフト
８部２ａ、シヤフ）ｂ部２ｂの径より細く、軸方向に加
圧したとき座屈しない太さの径を有する素材を上部から
挿入し、この素材を軸方向の上下２方向からタイミング
をずらせて加圧する。

すなわち、まず下ポンチ９を固定（油圧回路を閉じるな
どして固定）しておき、上ポンチ８のみによって上方か
ら前記素材を加圧する。その結果、材料は、前記第３図
に示しだと同様に、空隙５ｂの上フランジ部のみに流れ
込む。上フランジ部に材料が充満した時点（すなわち、
７２７２８部３ａが成形された時点）で上ポンチ８によ
る加圧を止め、その上ポンチ８を固定する。この状態で
は、空隙５ｂの下フランジ部には、はとんど材料が流れ
込んでいないことは、第３図の流線からも明らかである
。次に、下ポンチ９の固定をはずし、下方から前記素材
を加圧して押上げ、材料を下フランジ部に充満させる（
すなわち、７９７２１部（１３） ３ｂを成形する）。

このような工程を採用することにより、前記第８図に示
したと同様に、流線の乱れのない、両端のシャフト部の
長さが異なるフランジ付シャフトＩＡを鍛造することが
できる。

ところで、本実施例のように、両端のシャフト部の長さ
が互いに異なるフランジ付シャフトを鍛造する場合、前
述したように、上ポンチ８と下ポンチ９の加圧のタイミ
ングをずらせて成形することが有効であるのは、次の理
由によるものである。

すなわち、第１１図に係る密閉型４Ｂを使用して、上ポ
ンチ８および下ポンチ９により、同時に同じ加圧力で加
圧する場合を考える。この場合、成形中にシャフト部と
型５Ａの内壁との間で摩擦力が作用するため、上ポンチ
８および下ポンチ９の加圧力がそのままフランジ部まで
は伝わらず、フランジ部への加圧力は低減する。シャツ
）ｂ部２ｂの長さの方がシャフト３部２ａよりも長いた
め、７９７２１部３ｂに加わる加圧力は、７２７２８部
３ａのそれより小さくなる。特に摩擦係数（１４） が大きく、且つ、７９７２６部２ｂの長さが長くなるほ
ど下ポンチ９の加圧力が低減され、７９７２６部３ｂの
付近では加圧力がかなり小さくなり、下ポンチ９によっ
て素材を押上げることはできなくなる。この場合の材料
の流線は、前記第４図に示したものと同様になり、下ポ
ンチ９を設けた効果がほとんど現れない。そこで、前述
したようにタイミングをずらせて素材を加圧するように
すれば、流線の乱れのない、強度上の信頼性が優れたフ
ランジ付ンヤフトＩＡを成形することができる。

ところで、上ポンチ８に対向して下ポンチ９を配設した
第１１図に係る密閉型４Ｂを使用し、加圧のタイミング
をずらせて、両端のシャフト部の長さが異なるフランジ
付シャフトＩＡを鍛造するという、上述の方法に代って
、別の方法によっても、上記フランジ付シャフトＩＡを
鍛造することが可能である。

その１の方法を、第１２図を使用して説明する。

第１２図は、本発明の第４の実施例に係るフランジ付シ
ャフトの鍛造方法の実施に供せられる密（１５） 閉型を示す断面図である。

この第１２図において、第１１図と同一番号を付したも
のは同一部分である。そして、この密閉型４Ｃには下ポ
ンチが配設されておらず１．素材の加圧を上方向からの
みとしたものである。

このように構成した密閉型４Ｃの空隙５ｂ内へ、シャフ
トａ部２ａ、シャフトｂ部２　ｂ　（１１ｏ図）の径よ
り細く、軸方向に加圧したとき座屈しない太さの径を有
する素材を上部から挿入し、まず、上ポンチ８によって
前記素材を加圧し、空隙５ｂの上フラン２部に材料を充
満させ、一方の７２７９８部３ａを成形したのち加圧を
中断する。ここで、その内部に半成形品（図示せず）を
収納したままの、ンユリンクリング６に嵌まったままの
型５Ａを反転し、再度上ポンチ８によって加圧すること
によって、空隙５ｂの下フランジ部（このとき下フラン
ジ部が上フランジ部の上側に来ている）にも材料を充満
させ、他方の７９７２６部３ｂを成形することにより、
流線の乱れのない、フランジ付シャフ）ＩＡを成形する
ことができる。

（１６） 他の方法を、第１３図を使用して説明する。

第１３図は、本発明の第５の実施例に係るフランジ付シ
ャフトの鍛造方法の実施に供せられる密閉型を示す断面
図である。

この第１３図において、第１２図と同一番号を付したも
のは同一部分である。そして、これらの密閉型にも下ポ
ンチが配設されておらず、素材の加圧を上方向からのみ
としたものである。まだ、第１３図（ａ）は、フランジ
付シャフ）ＩＡ（第１０図）のシャフト部および一方の
７９７２６部３ｂとほぼ同一形状の空隙５Ｃを造形し、
前記フラン／ｂ部３ｂを成形する第１の密閉型４Ｄを示
し、第１３図（ｂ）は、前記フランジ付シャフトＩＡの
完成品とほぼ同一形状の空隙５ｂを造形し、他方の７２
７９８部３ａを成形する第２の密閉型４Ｃを示す。

上記のように構成した第１の密閉型４Ｄ内に、素材を挿
入し、前記素材の上方から上ポンチ８によって加圧する
と、その素材は塑性変形し、空隙５Ｃへ充満し、一方の
７２７２６部３ｂが成形さく１７） れる。次に、型５Ｂをシュリンクリング６から抜き取り
、一方の７９７２６部３ｂを成形した半成形品（図示せ
ず）を取出す。この半成形品を、分割した型５Ａ内へ挿
入し、型５Ａを一体にし、第１３図（１））に示すよう
に、密閉型４Ｃのシュリンクリング６の内部に収納し固
定する（このとき、さきに成形した７９７２６部３ｂは
、空隙５ｂの下のフラン２部に収納される）。ここで上
方から上ポンチ８により加圧して他の１個の７２７９８
部３ａを成形することにより、流線の乱れのない、フラ
ンジ付シャフトＩＡを成形することができる。

さきに説明した、上ポンチ８に対向して下ポンチ９を配
設した第１１図に係る密閉型４Ｂを使用してフランジ付
シャフ１−ＩＡを鍛造する方法は、プレスのベッドの下
部に加圧源を有する特殊なプレスを必要とするのに対し
て、第１２．１３図に係る方法は、一般のプレスを使用
して成形できるという長所がある。

なお、前記第１１〜１３図に係る鍛造方法は、第１図に
係る、両端のノヤフト部の長さがほぼ等（１８） しいフランジ付シャフト１の成形に適用してもよいもの
の、両端のシャフト部の長さが異なるフランジ付シャフ
トＩＡの成形に適用することにより、その効果が、さら
に大きいものである。

さらに、素材がアルミニウムなど大きな加圧力を必要と
しない場合には問題とならないが、鉄系素材の場合には
、加工力が大きくなるので型の強度やプレスの容量の点
で問題となることがある。

このような場合には、素材を加熱することにより、その
変形抵抗を大幅に低減でき（例えば５４５Ｃは８００〜
９００Ｃの温度でアルミニウムの２０Ｃと同等の変形抵
抗となる）るので、密閉型内に、予め加熱した素材を挿
入するようにすればよい。

以上詳細に説明したように本発明によれば、シャフト部
の中間にフランジ部を有するフランジ付シャフトを成形
する鍛造方法において、フランジ付シャフトのシャフト
部およびフランジ部とほぼ同一形状の空隙を造形した密
閉型内に、シャフト部の径より細く、軸方向に加圧した
ときに座屈しない太さの径を有する素材を挿入し、この
素材を（１９） 軸方向から加圧して、フランジ付シャフトを成形するよ
うにしたので、材料歩留りが良く、大型のプレスを必要
とせず、且つ寸法精度が良くて後工程としての仕上げ工
数を低減させることができるフランジ付シャフトの鍛造
方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、フランジ付シャフトの一例を示す側面図、第
２図は、本発明の第１の実施例に係るフランジ付シャフ
トの鍛造方法の実施に供せられる密閉型を示す断面図、
第３〜４図は、第２図に係る密閉型を使用して成形した
フランジ付シャフトの、シミュレーション計算による、
フランジ部近傍の材料の流線を示すものであり、第３図
は成形途中の流線図、第４図は成形完了品の流線図、第
５図は、第２図に係る密閉型と類似した密閉型を使用し
て成形したフランジ付シャフトの、実物の成形完了品の
流線を示す流線図、第６図は、本発明の第２の実施例に
係るフランジ付シャフトの鍛造方法の実施に供せられる
密閉型を示す断面図、（２０） 第７〜８図は、第６図に係る密閉型を使用し、上ホンチ
と下ポンチで同時加圧して成形したフランジ付シャフト
の、シミュレーション割算による、２ランジ部近傍の材
料の流線を示すものであり、第７図は成形途中の流線図
、第８図は成形完了品の流線図、第９図は、第６図に係
る密閉型と類似した密閉型を使用し、上ポンチと下ポン
チで同時加圧して成形したフランジ付シャフトの、実物
の成形完了品の流線を示す流線図、第１０図は、フラン
ジ付シャフトの他の例を示す側面図、第１１〜１３図は
、本発明の第３〜５の実施例に係るフランジ付シャフト
の鍛造方法の実施に供せられる密閉型を示す断面図であ
る。 １、ＩＡ・・・フランジ付シャフト、２，２ａ、２ｂ・
・・シャフト部、３，３ａ、３ｂ・・・フランジ部、４
゜４Ａ、４Ｂ、４Ｃ，４Ｄ・・・密閉型、５．５Ａ。 ５Ｂ・・・型、５ａ、５ｂ、５Ｃ・・・空隙、８・・・
上ポンチ、９・・・下ポンチ。 代理人　弁理士　福田幸作 （ほか１名） （２１） 第　ｌ　肥 夢　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　シャフト部の中間にフランジ部を有するフラ空隙
   を造形した密閉型内に、シャフト部の径より細く、軸方
   向に加圧したときに座屈しない太さの径を有する素材を
   挿入し、この素材を軸方向から加圧して、フランジ付シ
   ャフトを形成することを特徴とするフランジ付シャフト
   の鍛造方法。 ２、密閉型内に、予め加熱した素材を挿入するようにし
   たものである特許請求の範囲第１項記載のフランジ付シ
   ャフ１造方法。 ３、素材を軸方向の２方向から加圧して、２個のフラン
   ジ部を有するフランジ付シャフトを成形するようにした
   ものである特許請求の範囲第１項記載のフランジ付シャ
   フトｉ造方法。 ４、素材を軸方向の２方向から、タイミングをずらせて
   加圧して、２個のフランジ部を有するフランジ付シャフ
   トを成形するようにしたものである特許請求の範囲第３
   項記載のフランジ付シャフトの鍛造方法。 ５　素材の軸方向からの加圧を上方向からのみとし、一
   方のフランジ部を成形したのち加圧を中断し、その内部
   に半成形品を収納したままの型を反転し、再度加圧して
   他のフランジ部を成形することにより、２個のフランジ
   部を有するフランジ付／ヤフトを成形するようにしたも
   のである特許請求の範囲第１項記載のフランジ付シャフ
   トの鍛造方法。 ６、　素材の軸方向からの加圧を上方向からのみとシ、
   フランジ付シャフトのシャフト部および一方のフランジ
   部とほぼ同一形状の空隙を造形した密閉型を使用して一
   方のフランジ部を成形し、次に、フランジ付シャフトの
   完成品とほぼ同一形状の空隙を造形した密閉型を使用し
   て他方のフランジ部を成形することにより、２個のフラ
   ンジ部を有するフランジ付シャフトを成形するようにし
   たものである特許請求の範囲第１項記載のフランジ付ン
   ヤフトの鍛造方法。