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【発明の名称】 軸状部品およびその鍛造成形装置並びに鍛造成形方法
【発明者】 【氏名】遠藤 貴司

【要約】 【課題】型寿命の向上に好適な軸状部品およびその鍛造成形装置および鍛造成形方法を提供する。

【解決手段】粗材本体WJを収容する本体キャビティ2と、前記本体キャビティ2に連ねて配置されて軸部WSを構成する軸部キャビティ4と、軸部キャビティ4の終端に連ねて配置されてノックアウトピン6が摺動自在に嵌合するノックアウトピン6の摺動孔5と、軸部キャビティ4のノックアウトピン6の摺動孔5に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピン6の摺動孔5側で小径となり前記軸部キャビティ4からノックアウトピン摺動孔5側への塑性流動を抑制する軸径変更部9と、を備えたダイス3を用いて、粗材を本体キャビティ2から軸部キャビティ4に押出し加工するようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
粗材に押出し加工を施すことにより粗材本体に連なる軸部を押出し成形する軸状部品の鍛造成形装置であって、
前記粗材本体を収容する本体キャビティと、前記本体キャビティに連ねて配置されて軸部を構成する軸部キャビティと、軸部キャビティの終端に連ねて配置されてノックアウトピンが摺動自在に嵌合するノックアウトピンの摺動孔と、軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピンの摺動孔側で小径となり前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制する軸径変更部と、を備えたダイスと、
前記ダイスの本体キャビティに嵌合して本体キャビティ内の粗材を押出し加工により軸部キャビティへ塑性流動させるポンチと、
前記ダイスの摺動孔に摺動自在に挿入され、軸部キャビティから前記摺動孔へ流動する粗材を軸端で停止させると共に鍛造後の成形品をダイスのキャビティから押出すノックアウトピンと、を備えることを特徴とする軸状部品の鍛造成形装置。
【請求項2】
前記軸径変更部は、軸部キャビティの内径を終端側に移るに連れて小径とするテーパ部により構成していることを特徴とする請求項1に記載の鍛造成形装置。
【請求項3】
前記テーパ部のテーパ角度は軸部キャビティの軸に直角な面に対して30度〜60度の角度範囲に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の鍛造成形装置。
【請求項4】
前記軸径変更部若しくは前記テーパ部は、軸部キャビティ終端の内径を5〜20%縮小させるものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一つに記載の鍛造成形装置。
【請求項5】
前記軸径変更部若しくは前記テーパ部の表面は、2〜4[mm]のつなぎ面取りRをもって軸部キャビティを構成する内面に連ねられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一つに記載の鍛造成形装置。
【請求項6】
粗材に押出し成形を施すことにより粗材本体に連なる軸部を押出し形成する軸状部品の鍛造成形方法であって、
前記軸部を構成するようダイスに設けた軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なるキャビティ終端にノックアウトピンの摺動孔側で小径となるテーパ部を設け、
前記ダイスに投入された粗材を押出し加工により軸部キャビティに塑性流動させて軸部キャビティへ流入させ且つ前記テーパ部により前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制するようにしたことを特徴とする軸状部品の鍛造成形方法。
【請求項7】
粗材本体を収容する本体キャビティに連ねて軸部を構成する軸部キャビティを備え、前記軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なる軸部キャビティ終端にノックアウトピンの摺動孔側で小径となり前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制するテーパ部を備えるダイスの本体キャビティに粗材を収容し、
前記収容した粗材を押出し加工により本体キャビティから軸部キャビティに塑性流動させて軸部キャビティへ流入させて鍛造押出し加工することにより、成形品の前記軸部の軸端にテーパ状部分を形成することを特徴とする軸状部品。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、鍛造金型による押し出し加工等により成形される軸状部品およびその鍛造成形装置並びに鍛造成形方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、鍛造金型による押し出し加工や据込み加工等により軸状部品、例えば、カップ部に連ねて軸部を一体的に備える等速ジョイントを成形する鍛造成形方法が知られている(特許文献1参照)。
【0003】
これは、円柱状のビレットに対し鍛造金型による前方押出し加工を施すことにより、円柱状の本体部とその先端側に中間段部を介して直径が異なる軸部とからなる第1次成形品を成形し、続いて、この第1次成形品の本体に対して据込み加工を施すことによりカップ部に形成される円板部および軸部からなる第2次成形品を成形している。さらに、円板部に対して2〜3段階の後方押出し加工を施すことによってカップ状のアウタカップ部と軸部とからなる軸状部品を得るようにしている。
【特許文献1】特開2005−66616号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記のように、第1次成形品および第2次成形品を閉塞鍛造成形する場合、各成形品の軸直径寸法(ダイスに形成する軸部用キャビティの直径)とそのキャビティを下方から閉塞するノックアウトピンの直径寸法とが略等しく設定され、ノックアウトピンに作用する成形荷重が大きくなる構造となっているため、ノックアウトピンおよびノックアウトピンを駆動するノックアウトフィラーの寿命を低下させる不具合があった。
【0005】
また、ノックアウトピンは閉塞鍛造終了時に成形品をキャビティから排出させるようキャビティ内へ突出す必要があり、ダイスに対して摺動のためのクリアランスを設ける構造としているため、鍛造時に前記クリアランスに粗材が入り込み成形品の軸端にバリが発生したり、発生したバリがダイスに固着して金型が破損するという不具合があった。
【0006】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、型寿命の向上に好適な軸状部品およびその鍛造成形装置並びに鍛造成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、粗材本体を収容する本体キャビティと、前記本体キャビティに連ねて配置されて軸部を構成する軸部キャビティと、軸部キャビティの終端に連ねて配置されてノックアウトピンが摺動自在に嵌合するノックアウトピンの摺動孔と、軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピンの摺動孔側で小径となり前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制する軸径変更部と、を備えたダイスを用いて、粗材を本体キャビティから軸部キャビティに押出し加工するようにした。
【発明の効果】
【0008】
したがって、本発明では、軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピンの摺動孔側で小径となり前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制する軸径変更部を備えたダイスを用いて、粗材を本体キャビティから軸部キャビティに押出し加工するようにしたため、軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制することができ、ノックアウトピンおよびノックアウトフィラーに加わる成形荷重を低減できてその破損を抑制でき、型寿命を向上させ、型補修コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の鍛造成形装置および鍛造成形方法の一実施形態を図1〜図10に基づいて説明する。図1は本発明を適用する軸状部品、例えば、トリポート型等速ジョイントの成形過程を説明する説明図、図2は軸状部品の一成形工程に用いる成形金型の断面図、図3は図2に示す成形金型の要部拡大断面図、図4は図2に示す成形金型による成形開始状態の断面図、図5は図4に続く成形完了状態の断面図、図6は図5におけるワークの要部の拡大図、図7は図5に続くワーク排出状態の断面図、図8および図9は得られた中間成形品の断面図および要部拡大図である。
【0010】
先ず、図1により、軸状部品としてのトリポート型等速ジョイントの成形過程を説明する。先ず、加熱炉により熱間鍛造若しくは温間鍛造が可能な温度に加熱された棒状粗材W0(ビレット)が用意され(A)、第1工程において、この棒状粗材W0に前方押出し成形が施されて軸部WSと継手となる本体部WJを備える成形体W1が得られる(B)。次いで、第2工程において、前記成形体W1に据込み成形が施されることにより、本体部WJが拡径されて据込み部WJ1が成形され(C)、第3工程において、この据込み部WJ1に後方押出し成形が施されて内周にトラック溝WJ3を備えるカップ部WJ2が粗成形される(D)。さらに、第4工程において、継続して後方押出し成形を施してカップ部WJ2が仕上げ成形され(E)、第5工程において、カップ部WJ2内周の拡管成形が施され(F)、内周面にトラック溝WJ3を有する製品としての軸付き継手部材W5が得られる。図中のW0〜W5は成形過程における成形体を示す。
【0011】
前記第2工程の据込み成形(若しくは、第1工程の前方押出し成形)に使用する成形金型1は、図2に示すように、継手となる本体部WJ1を形成する本体キャビティ3および軸部WSを形成する軸部キャビティ4を備えるダイス3と、ダイス3の軸部WSを形成する軸部キャビティ4に連なる摺動孔5にクリアランスを持って嵌合して前記軸部キャビティ4に下方から臨むノックアウトピン6と、前記ノックアウトピン6をキャビティ2、4内へ向けて繰出すノックアウトフィラー7と、が下部ダイホルダ8に固定配置されている。前記下部ダイホルダ8は、前記ダイス3を下方から支持すると共にノックアウトピン6およびノックアウトフィラー7を摺動自在に支持する第2〜4ダイホルダ8B〜8Dと、これらを外周部から位置決め支持する固定ブロック8Eと、固定ブロック8Eを固定するベースとなる第1ダイホルダ8Aとから構成している。
【0012】
また、前記下部ダイホルダ8に臨む上部ダイホルダ10には、固定ブロック12により固定して、先端が前記ダイス3の本体キャビティ2に嵌合して継手の本体部WJ1を据込むポンチ11が配置されている。
【0013】
前記ダイス3に形成したキャビティ2、4は、継手の本体部WJ1の形状に型彫りされた本体キャビティ2と、本体キャビティ2と連なって継手の軸部WSを形成する軸部キャビティ4とから構成されている。前記軸部キャビティ4は、2個の段付により先端(下端)側に向かって徐々に内径が小さくなるよう形成されている。そして、前記ノックアウトピン6の先端に臨む軸部キャビティ4の先端(下端)において、図3に拡大して示すように、軸先端部直径φDに対してテーパ部9(軸径変更部)を介在させてその断面積を縮小させた小径部φdに形成され、この小径部φdの下側に連ねてノックアウトピン6の摺動孔5が配置されている。前記テーパ部9の角度は、軸部キャビティ4の軸に直角な面に対して、30°〜60°に設定され、テーパ部9の幅Tw(=(先端部直径φD−小径部φd)/2)は、先端部直径φDの5〜20%に設定している。また、前記先端部直径φD部分からテーパ部9への遷移領域にはつなぎの面取りRが形成され、そのつなぎの面取りRの半径Rは2〜4[mm]程度としている。前記ノックアウトピン6の外周とその摺動孔5との間には、ノックアウトピン6の軸方向の摺動を許容するためのクリアランスC(摺動隙間)が形成されている。
【0014】
以上の構成の鍛造成形装置による鍛造成形方法について以下に説明する。
【0015】
図2は、型開きした状態における第2工程の成形金型1を示し、この成形金型1のダイス3のキャビティ2に第1工程で形成された成形体W1が投入される(図2は、投入途中の状態を示している)。投入された成形体W1は、その軸部WSをダイス3の軸部用キャビティ4に嵌合させて位置決めされ、その本体部WJは本体キャビティ2の内面に対して隙間を持って配置される(図4の成形体W1と本体キャビティ2との関係参照)。
【0016】
この状態から、型閉じすると、図4(図4は、押し潰し開始時の状態)に示すように、先ず、ポンチ11の先端外周がダイス3のキャビティ2へ嵌合され、次いで、ポンチ11が成形体W1の本体部WJを構成する粗材を外周側に拡げつつ押し潰し、本体部WJの粗材の外周面がダイス3のキャビティ2の周面に到達するまで据込まれるよう塑性流動させる。
【0017】
本体部WJの粗材がダイス3の本体キャビティ2内面に充満されると、引続くポンチ11の押潰しによりポンチ11とキャビティ2の周面との間に粗材を充填させつつ粗材を下部の軸部キャビティ4側に押出し流動させる(前方押出し成形)。
【0018】
そして、前記粗材の下部側(軸部キャビティ4)への押出し流動により、ダイス3の軸部キャビティ4へ押出された粗材の先端がテーパ部9に到達した段階で、軸部WS先端の粗材はテーパ面9により、半径方向外方から半径方向内方へ押付けられて縮径が開始されと共に、この粗材の縮径に対する反力はテーパ面9に作用してダイス3に受持たされる。結果として、従来はノックアウトピン6およびノックアウトフィラー7が受けていた成形荷重の一部を、ダイス3に負担させることができる。従って、ノックアウトピン6およびノックアウトフィラー7が受ける成形荷重がその分だけ低減できる。
【0019】
また、軸部WSを構成する粗材の先端直径部φDからテーパ部9への移行に際して、両者間に面取りRを形成しているため、テーパ部9に加わる成形荷重が先端直径部φDとテーパ部9とのつなぎ部分Rに応力集中して、ダイス3が先端直径部とテーパ部9とのつなぎ部分から割れることを防止することができる。
【0020】
また、前記テーパ部9による縮径により、先端側粗材のテーパ部9を通過する際の抵抗(流動抵抗)が上昇され、キャビティ2、4の内圧を上昇させ、先端側粗材のノックアウトピン6側への突出変形が抑制される。この先端側粗材の突出変形の抑制によっても、ノックアウトピン6およびノックアウトフィラー7が受ける成形荷重が減少される。
【0021】
軸部キャビティ4の先端(下端)側への塑性流動の先端面が小径部φdに到達した段階で、粗材がポンチ11と前記本体キャビティ2および軸部キャビティ4とで閉塞した空間に充満されてキャビティ内の内圧が急激に上昇し、図5に示すように、据込み成形(前方押出し成形を含む)が完了する。この状態では、図6に示すように、軸部WSを構成する粗材がテーパ部9を乗越えてその先端部がノックアウトピン6の端面に密に接触された状態となっている。また、テーパ部9により先端の粗材の流動方向が半径方向内方に曲げられた結果として、ノックアウトピン6とダイス3の摺動孔5との間に形成されたクリアランスCへの粗材の入込みが抑制され、粗材の入込みにより発生するバリの生成が抑制されている。
【0022】
続いて、上部ダイホルダ10・ポンチ11を上昇させて型開きし、ノックアウトピン6を上昇させてキャビティ2内に残っている成形体W2をダイス3から搬送高さまで上昇させ、図示しない自動搬送装置により、成形体W2を次工程である第3工程の成形金型に搬送する。
【0023】
図8は上記成形工程によって得られた本実施形態による成形体W2(図8(A))と比較のために従来の成形工程によって得られた比較例の成形体W2A(図8(B))とを対比して示すものである。前記比較例の成形体W2Aにおいては、軸部WSの先端直径部φDと先端面とが円筒状のエッジを介して繋がっているのに対して、本実施形態による成形体W2では、軸部WSの先端直径部φDと先端面とはテーパ状部分9Aを介在させて繋がっている構成で相違している。図9は比較例と本実施形態の成形体を重ね合せて示すものであり、ハッチングを付した領域部分において、本実施形態の成形体W2が比較例の成形体W2Aより体積が小さく形成される。従って、成形品W2に転写されたテーパ形状部9Aを鍛造成形完了状態のまま継手製品として使用するようにすれば、本実施形態における成形体W2の材料使用量が比較例の成形体W2Aの材料使用量に対して、材料投入量を減少させることができる。
【0024】
なお、上記実施形態において、対象とする工程として、据込み成形と前方押出し成形を含む第2工程の鍛造成形を対象とする鍛造成形装置について説明したが、図示はしないが、前方押出し成形を備える第1工程の鍛造成形を対象とする鍛造成形装置であってもよく、また、両者を対象とする鍛造成形装置であってもよい。
【0025】
また、上記実施形態において、対象とする軸状部品として、主に軸付き継手、例えば、等速ジョイントを対象とするものについて説明しているが、軸状部品を鍛造前方押出し成形若しくは鍛造後方押出し成形により形成するものであれば、即ち、軸状部品の軸状部分を粗材の前方押出し成形若しくは後方押出し成形により形成するものに適用することができる。
【0026】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【0027】
(ア)粗材本体WJを収容する本体キャビティ2と、前記本体キャビティ2に連ねて配置されて軸部WSを構成する軸部キャビティ4と、軸部キャビティ4の終端に連ねて配置されてノックアウトピン6が摺動自在に嵌合するノックアウトピン6の摺動孔5と、軸部キャビティ4のノックアウトピン6の摺動孔5に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピン6の摺動孔5側で小径となり前記軸部キャビティ4からノックアウトピン摺動孔5側への塑性流動を抑制する軸径変更部9と、を備えたダイス3を用いて、粗材を本体キャビティ2から軸部キャビティ4に押出し加工するようにした。このため、軸部キャビティ4からノックアウトピン摺動孔5側への塑性流動を抑制することができ、ノックアウトピン6およびノックアウトフィラー7に加わる成形荷重を低減できてその破損を抑制でき、型寿命を向上させ、型補修コストを削減できる。
【0028】
(イ)軸径変更部として、軸部キャビティ4の内径を終端側に移るに連れて小径とするテーパ部9、例えば、軸部キャビティ終端の内径φDを5〜20%縮小させることにより構成することにより、軸部キャビティ4空間をノックアウトピン6の摺動孔5に円滑に接続することができる。
【0029】
(ウ)テーパ部9のテーパ角を軸部キャビティ4の軸に直角な面に対して30度〜60度の角度範囲に形成することにより、軸部キャビティ終端からノックアウトピン摺動孔5側への塑性流動を半径方向内周側に向けることができ、ノックアウトピン6とその摺動孔5とのクリアランスCへの材料の入込みを抑制でき、バリの発生を削減できる。
【0030】
(エ)軸径変更部若しくは前記テーパ部9の表面は、2〜4[mm]のつなぎ面取りRをもって軸部キャビティ4を構成する内面に連ねることにより、軸径変更部若しくはテーパ部9にかかる成形荷重でダイス3がつなぎ部から割れることを防止することができる。
【0031】
(オ)粗材本体を収容する本体キャビティ2に連ねて軸部WSを構成する軸部キャビティ4を備え、前記軸部キャビティ4のノックアウトピン6の摺動孔5に連なる軸部キャビティ終端にノックアウトピン6の摺動孔5側で小径となり前記軸部キャビティ4からノックアウトピン摺動孔5側への塑性流動を抑制するテーパ部9を備えるダイス3の本体キャビティ2に粗材を収容し、前記収容した粗材を押出し加工により本体キャビティ2から軸部キャビティ4に塑性流動させて軸部キャビティ4へ流入させて鍛造押出し加工することにより、成形品W2の前記軸部WSの軸端にテーパ状部分9Aを形成するため、成形品W2に転写されたテーパ形状部9Aにより、その分だけ材料投入量を減少させることができる。
【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明の鍛造成形装置および鍛造成形方法は、主に軸付き継手、例えば、等速ジョイントを対象とするものについて説明しているが、軸状部品を鍛造前方押出し成型若しくは鍛造後方押出し成型により形成するものであれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明を適用する軸状部品、例えば、トリポート型等速ジョイントの成形過程を説明する説明図。
【図2】同じく軸状部品の一成形工程に用いる成形金型の断面図。
【図3】図2に示す成形金型の要部拡大断面図。
【図4】図2に示す成形金型による成形開始状態の断面図。
【図5】図4に続く成形完了状態の断面図。
【図6】図5におけるワークの要部の拡大図。
【図7】図5に続くワーク排出状態の断面図。
【図8】得られた本実施形態による中間成形品(A)および比較例の中間成形品(B)の断面図。
【図9】本実施形態による中間成形品と比較例の中間成形品との要部を比較した説明図。
【符号の説明】
【0034】
1 成形金型
2 本体キャビティ
3 ダイス
4 軸部キャビティ
5 摺動孔
6 ノックアウトピン
7 ノックアウトフィラー
8 下部ダイホルダ
9 内径変更部としてのテーパ部
10 上部ダイホルダ
11 ポンチ
【出願人】 【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【出願日】 平成18年12月11日(2006.12.11)
【代理人】 【識別番号】100075513
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜

【識別番号】100114236
【弁理士】
【氏名又は名称】藤井 正弘

【識別番号】100120178
【弁理士】
【氏名又は名称】三田 康成

【識別番号】100120260
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅昭


【公開番号】 特開2008−142748(P2008−142748A)
【公開日】 平成20年6月26日(2008.6.26)
【出願番号】 特願2006−333634(P2006−333634)