(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状素材の外径面に歯形を塑性加工して歯形付きリング状品とする成形金型であって、内径面が歯形の凹凸面に形成された歯部加工ダイスと、段付き軸状に形成されて小径部がリング状素材に内嵌しかつ段面でリング状素材の幅面を押すポンチと、前記歯部加工ダイスの入口側に重ねて配置されて内径孔に前記ポンチの大径部を導入するポンチ導入ダイスとを備え、前記歯部加工ダイスおよびポンチ導入ダイスをリング状とし、これら歯部加工ダイスおよびポンチ導入ダイスの外周に各々嵌合する導入部補強リングおよび加工部補強リングを設け、前記歯部加工ダイスおよびポンチ導入ダイスの外径面を、互いに連続する下広がりのテーパ面とし、前記導入部補強リングおよび加工部補強リングの内径面を前記各ダイスに各々嵌合するテーパ面に形成した歯形付きリング状品の冷間成形金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、歯車や、回転検出用パルサーリング、リング状スプライン等の歯形を有するリング状品の冷間成形金型に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、この種のリング状品は、切削加工により歯形を形成している。しかし、切削加工では加工時間が長く、また材料歩留りが悪いために、加工費が高くなってしまう。そのため塑性加工が望まれる。
このため、図５に示すしごき加工で歯形を成形することを考えた。すなわち、予めカップ状に絞り成形した素材Ｗ′を、ダイス５１内にポンチ５２で押し込むことにより、ダイス５１の歯形の成形面５３で素材Ｗ′の外径面に歯形部Ｔを加工する方法である。リング状品とする場合は、素材Ｗ′の端板部Ｗｄを切り落とす。
この提案例の加工方法によると、切削加工に比べて生産性は良いが、成形時にダイス５１の歯形成形面５３の上端と、ポンチ５２の先端間で、素材Ｗ′の周壁部Ｗｅに大きな引っ張り応力ｆが作用し、素材Ｗの周壁部Ｗｅが軸方向に延びる。そのため、成形された歯形部Ｔの歯先面にテーパ状のひけが生じ、正確な歯先形状が得られないという問題点があった。また、歯高を高く成形することが難しかった。
【０００３】
このような問題点を解消するものとして、本出願人は、図６に示すようにリング状素材Ｗを用い、リング状素材Ｗの幅面を段付き軸状のポンチ６２の段面６２ａで押してダイス６１に通す方法を提案した（例えば、特願平５−２４０６５７号、特願平５−３２９８９４号）。この方法によれば歯高を高く形成でき、かつ歯高のテーパが緩和できた。
【０００４】
しかし、ダイス６１はポンチ導入部６１ａと歯部加工部６１ｂとが一体になっており、加工時に素材Ｗから内圧を受けてダイス６１の内径が広がるため、ポンチ導入部６１ａでダイス内面とポンチ６２との間に隙間が生じる。そのためポンチ６２がダイス６１に対して偏心し、僅かではあるが、リング状品Ｗ０に偏肉が生じるおそれがある。このため、リング状品Ｗ０の肉厚を高精度に均一化することが難しかった。
【０００５】
この発明の目的は、偏肉が防止でき、また歯高を高く、かつ歯高のテーパも少なく成形できる歯形付きリング状品の冷間成形金型を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の金型は、リング状素材の外径面に歯形を塑性加工して歯形付きリング状品とする金型であって、歯部加工ダイスとポンチ導入ダイスとに分割したことを特徴とする。歯部加工ダイスは内径面が歯形の凹凸面に形成され、ポンチは、段付き軸状に形成されて小径部がリング状素材に内嵌しかつ段面でリング状素材の幅面を押す。ポンチ導入ダイスは、歯部加工ダイスの入口側に重ねて配置され、内径孔に前記ポンチの大径部を嵌入させる。
この構成において、前記歯部加工ダイスおよび導入ダイスをリング状とし、これら歯部加工ダイスおよびポンチ導入ダイスの外周に各々嵌合する導入部補強リングおよび加工部補強リングを設ける。
この場合に、前記歯部加工ダイスおよびポンチ導入ダイスの外径面を、互いに連続する下広がりのテーパ面とし、前記導入部補強リングおよび加工部補強リングの内径面を前記各ダイスに各々嵌合するテーパ面に形成する。
【０００７】
【作用】
この構成の金型によると、ポンチ導入ダイスに挿入されたリング状素材は、幅面がポンチの段面で押されて歯部加工ダイス内に押し込まれ、歯部加工ダイスの凹凸面で歯形が形成される。このとき、リング状素材には歯部加工ダイスの凹凸面とポンチの段面との間で軸方向の圧縮荷重が作用する。一方、歯部加工ダイスとポンチの小径部間の径方向隙間は一定に保たれる。そのため、成形された歯形部の各歯は、歯高を十分に高くすることができ、また歯高にテーパが生じることが緩和される。
この成形時の加圧により、歯部加工ダイスは内圧を受けて広がるが、歯部加工ダイスが広がってもポンチ導入ダイスは広がらない。そのため、ポンチが偏心することがなく、成形された歯形付きリング状品に偏肉が起きない。
【０００８】
歯部加工ダイスおよびポンチ導入ダイスの外周に各々補強リングを設けた場合は、これら補強リングで各ダイスの広がりが防止され、リング状品の偏肉が一層生じ難くなる。この場合に、導入部補強リングと加工部補強リングとに分けてあり、加工部補強リングの広がりが導入部補強リングに伝わらないので、さらに偏肉防止が確実となる。また、歯部加工ダイスの広がり防止によって歯形の成形が安定する。
歯部加工ダイスおよびポンチ導入ダイスの外径面をテーパ面として前記各補強リングを嵌合させた場合は、これら補強リングを軸方向に押し込むことで、これら補強リングの嵌合が隙間なく行われる。これによっても、各ダイスの広がり防止効果が向上し、偏肉防止が確実になると共に、歯形の成形がより安定する。
【０００９】
【実施例】
この発明の一実施例を図１ないし図４に基づいて説明する。この実施例の金型は、図１（Ｂ）に示すように外径面に歯形部Ｔを有するリング状品Ｗ０を、円筒素材の輪切り品状のリング状素材Ｗから塑性加工するものである。リング状素材Ｗの材質は、軟鋼材、あるいはステンレス材等である。この成形金型は、リング状のダイス１と、ポンチ２と、補強リング６とで構成される。ダイス１はダイホルダ３上に設置され、ポンチ２はダイス１に対して駆動装置で昇降させられる。ポンチ２は、大径部となる円筒状の外ポンチ２ｂから、小径部となるマンドレル２ａを突出させた段付き軸状としてあり、外ポンチ２ｂの下端面がリング状素材Ｗの幅面を加圧する段面２ｃとなる。
【００１０】
ダイス１は、互いに上下に重ねたポンチ導入ダイス１Ａと歯部加工ダイス１Ｂとに分割され、さらに外径矯正ダイス１Ｃが最下段に重ねられている。これら３つのダイス１Ａ〜１Ｃで前記ダイス１が構成される。ポンチ導入ダイス１Ａは、内径孔が外ポンチ２ｂが嵌合する円筒面に形成されている。
補強リング６は、ポンチ導入ダイス１Ａの外周に嵌合した導入部補強リング６Ａと、歯部加工ダイス１Ｂおよび外径矯正ダイス１Ｃに渡って外周に嵌合した加工部補強リング６Ｂとからなる。各ダイス１Ａ〜Ｃの外径面は、互いに連続する下広がりのテーパ面に形成され、各補強リング６の内径面も、各ダイス１Ａ〜Ｃのテーパ状の外径面に嵌合するテーパ面に形成されている。補強リング６の外径面は円筒面である。加工部補強リング６Ｂの上面の外周縁にはリング状の係合突条７が一体に形成され、この係合突条７は、導入部補強リング６Ａの下面外周縁に形成された環状凹部８に嵌合している。
【００１１】
歯部加工ダイス１Ｂは、内径面を歯形の凹凸面２０に形成したものであり、この凹凸面２０は、リング状品Ｗ０の歯形部Ｔの各歯間の谷部形状に対応する歯成形突部４（図３（Ａ））と、隣合う歯成形突部４，４間に位置する歯先整形突部５とで形成される。歯成形突部４は円周方向に一定ピッチで設け、横断面形状は台形状としてある。歯成形突部４の縦断面形状は、図３（Ｂ）に拡大して示すように、歯部加工ダイス１Ｂの上端の円筒面部分から次第に突出する半径Ｒ１の円弧状に形成され、下部４ｂが軸方向に平行に延びる直線に形成されている。歯成形突部４の突出高さｈ１は、歯成形突部４の先端面がリング状品Ｗ０の歯底径に略一致する高さとする。
歯先整形突部５は、歯成形突部４の軸方向の中間部から歯成形突部４よりも下方に延びて設けられている。歯先整形突部５の縦断面形状は、突部先端面の上部５ａが、内径面１ａから次第に突出する半径Ｒ２の円弧状に形成され、下部５ｂが軸方向に平行に延びる直線に形成されている。歯先整形突部５の歯成形突部４よりも下方に突出した部分は、ダイス１の全周に続く円筒面状に形成しても良く、また隣合う歯成形突部４，４間の幅で延びたものとしても良い。歯先整形突部５の突出高さは、歯成形突部４との高さの差ｈ２が、リング状品Ｗ０の歯高に略一致する高さになるように設定する。
【００１２】
外径矯正ダイス１Ｃは、内径面が歯部加工ダイス１Ｂの歯先整形突部５よりも僅かに小径の円筒面に形成され、内径面の上縁は断面が直線または円弧状曲線となる絞り面２３に形成してある。外径矯正ダイス１Ｂの内径面と歯先整形突部５の先端との半径方向位置の差ｈ４は、例えば直径に換算して０．０５ｍｍ程度に設定してある。
なお、歯部加工ダイス１Ａの歯先整形突部５は必ずしも設けなくても良い。設けない場合は、歯の凹凸面２０の歯先成形面部分は、歯部加工ダイス１Ｂの上端と同じ径の円筒面となり、その円筒面から前記の差ｈ４だけ外径矯正ダイス１Ｂの内径面が小径に設定される。
【００１３】
つぎに成形方法を説明する。この方法では、ダイス１内にリング状素材Ｗを順次押し込み、ダイス１内に加工途中の素材Ｗを数個残留させつつ、押し出し加工を行う。すなわち、ダイス１内にリング状素材Ｗを１個入れ、リング状素材Ｗの１個の厚さ分に相当する高さだけポンチ２で押し込む。これにより、先に入れられた加工途中の素材Ｗをダイス１内に残留させつつ、完成品である歯付きリング状品Ｗ０がダイス１の下に１個排出される。
【００１４】
このように押し出しを行うことにより、素材Ｗの外径部は歯成形突部４でしごかれて歯形形状となる。この場合に、図４（Ａ）に示すように、加工初期では素材Ｗの外径面Ｗａはテーパ状にひける傾向にあるが、そのひけた外径面Ｗａは、歯先整形突部５で絞られて所定径に整えられる。そのため、正確な形状の歯形形状が得られる。また、この成形方法では、成形中の素材Ｗには軸方向の圧縮荷重が作用するため、図４（Ａ）に示した外径面Ｗａのひけの程度は、図５の提案例に比べて小さくなる。そのため、歯先整形突部５を設けることと相まって、歯形部Ｔの歯高を高くすることが容易である。
しかも、歯部加工ダイス１Ａで成形された歯形付きリング状品Ｗ０（図２）は、外径矯正ダイス１Ａを通過するときに、周方向各部の歯高のばらつきが矯正され、また前記テーパ状のひけがさらに矯正され、歯先面となる外径面の円筒度が高精度に得られる。
【００１５】
前記の成形過程において、歯部加工ダイス１Ｂは内圧を受けて広がるが、ポンチ導入ダイス１Ａは歯部加工ダイス１Ｂと分離されているため、歯部加工ダイス１Ｂが広がってもポンチ導入ダイス１Ａは広がらない。そのため、ポンチ２が偏心することがなく、成形された歯形付きリング状品Ｗ０に偏肉が起きない。また、各ダイス１Ａ〜１Ｃの外周に各々補強リング６Ａ，６Ｂが設けられているため、各ダイス１Ａ〜１Ｃの広がりが防止され、リング状品Ｗ０の偏肉が一層生じ難くなる。この場合に、補強リング６Ａ，６Ｂもポンチ導入ダイス１Ａと歯部加工ダイス１Ｂとの間で分けてあるため、加工部補強リング６Ｂの広がりが導入部補強リング６Ａに伝わらず、さらに偏肉防止が確実となる。また、歯部加工ダイス１Ｂの広がり防止によって歯形の成形が安定する。
【００１６】
各補強リング６Ａ，６Ｂは互いにテーパ面で各ダイス１Ａ〜１Ｃに嵌合しているため、これら補強リング６Ａ，６Ｂを軸方向に押し込むことで、補強リング６Ａ，６Ｂの嵌合が隙間なく行われる。これによっても、各ダイス１Ａ〜１Ｃの広がり防止効果が向上し、偏肉防止が確実になると共に、歯形の成形がより安定する。また、上下の補強リング６Ａ，６Ｂは互いに環状突部７と環状凹部８で嵌合するため、環状突部７によってもポンチ導入ダイス１Ａの広がり防止作用が得られる。
このように塑性加工で正確な歯形や円筒度，均一肉厚を有するリング状品Ｗ０を得ることができる。そのため、加工時間が短縮され、材料歩留りが向上し、加工費の低減につながる。
【００１７】
なお、前記各実施例では数個の素材Ｗを成形金型内に残しておいて、順次先に入れられたものを排出するようにしたが、素材Ｗを１個ずつ成形金型内に入れて加工完了させ、その後に次の１個の素材Ｗを入れて加工するようにしてもよい。その場合、ポンチ２，１２は先端部が歯成形突部４に干渉しない形状とする。
【００１８】
【発明の効果】
この発明の歯形付きリング状品の冷間成形金型は、歯部加工ダイスとポンチ導入ダイスとに分割したため、歯部加工ダイスが内圧を受けて広がってもポンチ導入ダイスは広がらず、そのためリング状品の偏肉が防止される。また、段付き軸状のポンチでリング状素材の幅面を押さえて歯部加工ダイスに押し込むので、リング状素材に軸方向の圧縮荷重が作用し、そのため歯高が高く、かつ歯高のテーパの少ない歯形形成が行える。
また、各ダイスの外周に補強リングを各々設けたので、各ダイスの広がりが防止され、また加工部補強リングの広がりが導入部補強リングに伝わらず、偏肉防止が一層確実になると共に、歯形の形成が安定する。
さらに、各ダイスと補強リングの嵌合面をテーパ面としたので、補強リングが隙間なくダイスに嵌合し、さらに確実に偏肉防止と歯形成形の安定化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例にかかる成形金型の部分断面図およびリング状品の部分平面図である。
【図２】同成形金型の図１と異なる動作状態を示す部分断面図である。
【図３】（Ａ）はその成形金型の部分拡大平面図、（Ｂ）は同部分拡大断面図である。
【図４】成形過程の作用説明図である。
【図５】歯形付きリング状品の冷間成形方法の提案例を示す断面図である。
【図６】歯形付きリング状品の冷間成形方法の他の提案例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ダイス、１Ａ…ポンチ導入ダイス、１Ｂ…歯部加工ダイス、１Ｃ…外径矯正ダイス、２…ポンチ、２ａ…マンドレル（小径部）、２ｂ…外ポンチ（大径部）、２ｃ…段面、４…歯成形突部、５…歯先整形突部、６…補強リング、６Ａ…導入部補強リング、６Ｂ…加工部補強リング、２０…歯形の凹凸面、Ｗ…リング状素材、Ｗ０…歯形付きリング状品、Ｔ…歯形部
【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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