(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入された素材の円周方向での一部を成形面によって中心側に向けて圧縮するとともに前記素材の円周方向での他の部分を外周側に膨張させる塑性加工を施した後に、前記素材が挿入時とは逆方向に移動して抜き取られる構成の自由押出し成形用ダイスにおいて、
前記素材が挿入される素材挿入孔の内面の円周方向における一部に、前記素材の外周面を接触させて前記素材の軸線と、前記素材挿入孔の軸線との傾斜を抑制する案内面が成形されるとともに、その案内面に軸線方向に接続して前記成形面が形成され、前記塑性加工による膨張によって前記素材の前記他の部分に形成される膨張領域が前記素材を抜き取る際に軸線方向に移動する円弧面が、前記案内面とは円周方向で異なる位置に設けられていることを特徴とする自由押出し成形用ダイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、棒状の素材を長手方向に移動して所定の断面形状に塑性加工する場合に用いられる自由押出し成形用ダイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸部材（素材）を長手方向に所定の断面形状に塑性加工する方法として、押出し加工がある。この押出し加工に用いられるダイスには素材挿入孔が設けられている。そして、軸部材を軸線方向に移動して素材挿入孔に挿入すると、軸部材が素材挿入孔の成形面に対応して所定の断面形状に塑性加工される。
【０００３】
上記押出し加工を行う場合に、素材挿入孔の軸線と軸部材の軸線とが傾斜すると、軸部材の加工精度が低下する可能性がある。そこで、素材挿入孔の成形面と、素材挿入孔の入口との間に、素材挿入孔の軸線とほぼ平行な案内面を設けたダイスが採用されている。このダイスを用いた場合は、まず、軸部材の外周面が案内面に当接して方向性が付与され、素材と素材挿入孔との同心度が維持される。その後に、成形面によって軸部材が塑性加工されるため、加工精度が維持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、幅方向の断面形状が、長手方向に変化する軸部材を成形する場合がある。この場合は、軸部材を素材挿入孔に挿入して軸部材を塑性加工した後、軸部材を逆方向に移動して素材挿入孔から抜き取る。
【０００５】
一方、押出し加工においては、軸部材の加工前の断面形状と、加工後の断面形状とを比較した場合、軸部材の一部を半径方向に膨張して所期の断面形状になるように、ダイスの素材挿入孔の断面形状が設定される場合がある。その理由は、軸部材とダイスとの接触抵抗、つまり、成形荷重を可及的に抑制し、軸部材の座屈変形を防止するためである。
【０００６】
しかしながら、軸部材を膨張させるように構成されたダイスを用いて、軸部材の押出しおよび抜き取りを行う場合は、素材挿入孔に対する軸部材の同心度を維持できず、軸部材の加工精度が低下する可能性があった。
【０００７】
この発明は上記事情を背景としてなされたもので、素材を素材挿入孔に挿入して半径方向に膨張させ、その後に素材を素材挿入孔から抜き取る作業が行われるような場合に、素材挿入孔に対する素材の同心度を可及的に向上させることの可能な自由押出し成形用ダイスを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記目的を達成するためこの発明は、挿入された素材の円周方向での一部を成形面によって中心側に向けて圧縮するとともに前記素材の円周方向での他の部分を外周側に膨張させる塑性加工を施した後に、前記素材が挿入時とは逆方向に移動して抜き取られる構成の自由押出し成形用ダイスにおいて、前記素材が挿入される素材挿入孔の内面の円周方向における一部に、前記素材の外周面を接触させて前記素材の軸線と、前記素材挿入孔の軸線との傾斜を抑制する案内面が成形されるとともに、その案内面に軸線方向に接続して前記成形面が形成され、前記塑性加工による膨張によって前記素材の前記他の部分に形成される膨張領域が前記素材を抜き取る際に軸線方向に移動する円弧面が、前記案内面とは円周方向で異なる位置に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、素材を素材挿入孔に挿入する工程では、案内面が素材の外周面に当接することで、素材の挿入方向が規制もしくは矯正される。このため、素材の軸線と、素材挿入孔の軸線との傾斜が抑制され、素材と素材挿入孔との同心度が維持される。したがって、素材の成形精度が高められて歪みなどが抑制され、製品品質が向上する。
【００１０】
また、案内面と素材の膨張領域とが、円周方向の異なる位置に配置されるように、ダイスの形状が構成されている。このため、素材の塑性加工後に素材をダイスから取り出す場合に、素材の膨張領域が、案内面に阻害されずに軸線方向に移動し、素材をダイスから確実に取り出すことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する。図２は、この発明を適用した自由押出し成形装置１の概略構成を示す正面図である。自由押出し成形装置１は、押圧ラム２と、金型３と、突き出しラム４とを備えている。前記押圧ラム２は、軸部材（素材）５を金型３側に押圧するための機構である。この押圧ラム２は、油圧シリンダーなどの駆動機構（図示せず）により、軸線Ａ１方向に往復移動する。
【００１２】
前記金型３は軸部材５を塑性加工（言い換えれば絞り加工または冷間鍛造）するための機構であり、金型３は、押圧ラム２と突き出しラム４との間に配置されている。この金型３は、コンテナ６と、第１ダイス７および第２ダイス８とを備えている。コンテナ６には前記軸線Ａ１を中心とする取付穴９が貫通して形成され、取付穴９に、第１ダイス７および第２ダイス８が固定されている。具体的には、第１ダイス７が押圧ラム２側に配置され、第２ダイス８が突き出しラム４側に配置されている。
【００１３】
図３は、第１ダイス７の平面図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における第１ダイス７および第２ダイス８の正面断面図、図５は、図３のＶ−Ｖ線における第１ダイス７および第２ダイス８の右側面断面図である。
【００１４】
第１ダイス７には、軸線Ａ１を中心とする素材挿入孔１０が貫通形成されている。そして、素材挿入孔１０の入口、つまり、押圧ラム２側の内面には面取部１１が形成されている。この面取部１１の側面断面形状はほぼ円形に構成されている。また、この面取部１１には、２つの案内面１２と、２つの円弧面１３とが接続されている。各案内面１２は、素材挿入孔１０の内面に円周方向の対向する位置に形成されている。
【００１５】
各案内面１２は、軸線Ａ１を中心として相互に線対称に構成されている。各案内面１２の側面形状は、軸線Ａ１上に位置する共通の点Ｂ１を曲率中心とする円弧状に構成されている。
【００１６】
図１は、素材挿入孔１０と軸部材５との対応関係を示す平面断面図である。図１において、軸線Ａ１にほぼ直交する平面（つまり、素材挿入孔１０の幅方向の断面）内には、軸線Ａ１にほぼ直交する線分Ｃ１が設定されている。また、軸線Ａ１および線分Ｃ１にほぼ直交する線分Ｅ１が設定されている。各案内面１２は、軸線Ａ１にほぼ直交する線分Ｃ１を中心とする円周方向の両側に亘って形成されている。さらに、各案内面１２の内径は、軸線Ａ１方向にほぼ同一に設定されている。
【００１７】
そして、各案内面１２の第２ダイス８側には、第１成形面１４がそれぞれ接続されている。各第１成形面１４はほぼ平坦に構成され、かつ、第１成形面１４の平面形状はほぼ弾頭形状に構成されている。また、各第１成形面１４同士は、軸線Ａ１に対して所定角度で傾斜している。具体的には、各第１成形面１４同士の間隔が、各案内面１２側から第２ダイス８側に向けて狭められる方向に傾斜している。
【００１８】
そして、各第１成形面１４における第２ダイス８側の端部には、第２成形面１５がそれぞれ接続されている。各第２成形面１５はほぼ平坦に構成され、各第２成形面１５が軸線Ａ１を中心として線対称に配置されている。なお、各案内面１２の軸線Ａ１方向の長さはＤ１に設定されている。
【００１９】
一方、前記円弧面１３は軸線Ａ１を中心として相互に線対称に構成されている。つまり、各円弧面１３は側面断面形状がほぼ円弧状に構成され、各円弧面１３は軸線Ａ１方向の長さＤ１を備えている。また、各円弧面１３の曲率中心は軸線Ａ１からオフセットした位置に設定されている。具体的には、前記線分Ｃ１および軸線Ａ１に対してほぼ直交する線分Ｅ１上において、点Ｂ１から両側に所定距離オフセットされた２つの点Ｆ１が曲率中心になっている。さらに、各円弧面１３の半径は、各案内面１２の半径よりも小さく設定されている。つまり、案内面１２同士の線分Ｃ１方向の長さＧ１よりも、円弧面１３同士の線分Ｅ１方向の長さＨ１の方が長く設定されている。
【００２０】
さらにまた、各円弧面１３の円周方向の両端は、各案内面１２および第２成形面１５に接続されている。そして、各第１成形面１５と、各円弧面１３の軸線Ａ１方向の一部とにより、環状の成形ランド１６が構成されている。この成形ランド１６の側面断面形状は、いわゆるトラック形状、言い換えれば小判形状に構成されている。このようにして、素材挿入孔１０の内面の円周方向における円弧面１３以外の領域から素材挿入孔１０の入口側に至る領域の間に、各案内面１２が配置されている。つまり、第２成形面１５の軸線Ａ１方向の延長線上に各案内面１２が配置されている。
【００２１】
なお、成形ランド１６の第２ダイス８側には、逃げ面１７が接続されている。この逃げ面１７は、塑性加工された軸部材５がスプリングバックにより変形した場合に、軸部材５と素材挿入孔１０の内面との摩擦抵抗を軽減するために形成されている。この逃げ面１７は、各円弧面１３に接続された２つの円弧面１８と、第２成形面１５に接続された２つの平坦面１９とを備えている。この各円弧面１８の曲率中心は、各円弧面１３の曲率中心よりも外側に設定されている。また、各円弧面１８同士の間隔は、各平坦面１９同士の間隔よりも長く設定されている。つまり、逃げ面１７の側面断面形状は、成形ランド１６にほぼ近似するトラック形状に構成されている。また、逃げ面１７の側面断面積の方が、成形ランド１６の側面断面積よりも広く設定されている。
【００２２】
前記第２ダイス８には、ほぼトラック形状の素材挿入孔２０が形成されている。また、前記突き出しラム４は、金型３により塑性加工された軸部材５を、金型３の外部に突き出すための機構である。突き出しラム４は油圧シリンダーなどの駆動機構（図示せず）により、軸線Ａ１方向に往復移動される。前記軸部材５は、冷間鍛造鋼などの金属材料であり、軸部材５の幅方向の断面形状はほぼ円形に設定されている。この軸部材５の半径は、各案内面１２の半径よりも若干小さく設定されている。
【００２３】
つぎに、自由押出し成形装置１により軸部材５を成形する場合の動作を説明する。軸部材５を用いて製造される部品としては、ステアリングシャフトなどの自動車部品が例示される。まず、図２のように軸線Ａ１を中心として軸部材５を配置し、かつ、図６のように、突き出しラム４を素材挿入孔２０の中途部位まで挿入する。つぎに、押圧ラム２を金型３側に前進させ、押圧ラム２の押圧力により軸部材５を素材挿入孔１０の内部に挿入する。すると、図１に実線で示すように、各案内面１２が軸部材５の円周方向の２箇所に当接し、軸部材５の挿入方向性が付与される。
【００２４】
さらに押圧ラム２が金型３側に前進し、軸部材５の先端のエッジ部が第１成形面１４に当接する。すると、軸部材５に対して、線分Ｃ１方向の圧縮荷重が与えられ、軸部材５が線分Ｃ１方向に圧縮されて軸部材５が流動する。一方、上記圧縮荷重により、軸部材５の流動により線分Ｅ１方向に膨張し、円弧面１３に当接する。したがって、軸部材５が成形ランド１６を通過する時点で、図１に二点鎖線で示す形状に成形される。
【００２５】
つまり、軸部材５の長手方向には、相互に平行な平坦面２１が形成される。また、軸部材５の長手方向には、線分Ｅ１方向の両側に円弧面（膨張領域）２２が形成される。このように、軸部材５は、成形ランド１６により、幅方向の断面形状がほぼトラック形状、言い換えれば小判形状に塑性加工される。
【００２６】
このように、軸部材５の一部を半径方向に膨張させて軸部材５が塑性加工されるため、軸部材５と第１ダイス７との接触抵抗、つまり、成形荷重が可及的に抑制されて軸部材５の座屈変形が防止される。
【００２７】
そして、図７に示すように、軸部材５の長さ方向の所定位置まで塑性加工が行われた時点で押圧ラム２が停止する。ついで、押圧ラム２が金型３から離れる方向に後退するとともに、突き出しラム４が図７の上方向に移動して軸部材５が金型３の外部に突き出される。さらに、突き出しラム４が図７の下方向に移動し、かつ、突き出しラム４が第２ダイス８の外部に停止して自由押出し成形の１工程が終了する。
【００２８】
上記実施例によれば、軸部材５を素材挿入孔１０に挿入する工程では、各案内面１２が軸部材５の外周面の２箇所に当接する。このため軸部材５の移動方向がほぼ直線状に案内もしくは矯正される。具体的には、素材挿入孔１０の軸線と、軸部材５の軸線との傾斜が抑制され、素材挿入孔１０と軸部材５との同心度が維持される。したがって、軸部材５の成形精度が高められて歪みなどが抑制され、製品品質が向上する。
【００２９】
また、この実施例では、各案内面１２と、軸部材５の円弧面２２とが、円周方向の異なる位置に配置されるように、第１ダイス７の形状が構成されている。このため、軸部材５の塑性加工後に軸部材５を金型３から取り出す場合に、軸部材５の各円弧面２２が、案内面１２に当接することなく、各円弧面１３に沿って軸線Ａ１方向に移動し、軸部材５を第１ダイス７から確実に抜き出すことができる。
【００３０】
さらに、軸部材５の成形精度が高められているため、製品の成形精度をゲージなどで全数検査する必要がない上、製品の歪みを除去する工程も不要になる。したがって、製品の製造工数および製造コストを抑制することが可能になる。
【００３１】
なお、この発明は、加工前の素材の断面形状が円形以外のものにも適用可能である。また、この発明は、加工後の後の素材の断面形状がトラック形状以外のものにも適用可能である。すなわち、素材の一部が半径方向に膨張する領域を備え、かつ、素材の塑性加工後に素材が逆方向に移動してダイスから抜き取られる構成の自由押出し成形の全般に適用される。さらにこの発明は、素材挿入孔の内面に、円周方向に３箇所以上の案内面を配置して、この案内面により、素材の挿入方向を案内することも可能である。
【００３３】
また、この案内面の曲率中心が、素材挿入孔の軸線上に設定されている。上記第１成形面および第２成形面により構成される素材挿入孔の幅方向の断面形状として、ほぼトラック形状を採用することが可能である。
【００３４】
また、上記複数の第１成形面を相互に対向して配置し、かつ、複数の第２成形面を相互に対向して配置することが可能である。さらに、複数の第１成形面を円周方向に等間隔で配置し、かつ、複数の第２成形面を円周方向に等間隔で配置することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、素材を素材挿入孔に挿入する工程では、案内面が素材の外周面に当接することで、素材の挿入方向が規制もしくは矯正される。このため、素材の軸線と、素材挿入孔の軸線との傾斜が抑制され、素材と素材挿入孔との同心度が維持される。したがって、素材の成形精度が高められて歪みなどが抑制され、製品品質が向上する。
【００３６】
また、案内面と素材の膨張領域とが、円周方向の異なる位置に配置されるように、ダイスの形状が構成されている。このため、素材の塑性加工後に素材をダイスから取り出す場合に、素材の膨張領域が、案内面に阻害されずに軸線方向に移動し、素材をダイスから確実に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例のダイスと軸部材との関係を示す平面断面図である。
【図２】この発明の実施例の全体構成を示す正面図である。
【図３】この発明の実施例に用いられるダイスを示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線における正面断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線における右側面断面図である。
【図６】この発明の実施例の全体構成を示す正面断面図である。
【図７】この発明の実施例の全体構成を示す正面断面図である。
【符号の説明】
５  軸部材
７  第１ダイス
１０  素材挿入孔
１２  案内面
１３  円弧面
Ａ１  軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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