(57)【要約】【課題】一工程の冷間前方押出成形加工にて、被成形材が軸断面方向へ膨らんで押し詰まりを生じさせることのない、押出成形方法及びこれに供する押出成形金型の構造を提案する。【解決手段】冷間前方押出加工による二段絞り成形のための金型１０であって、被成形材５０の一段目被成形部５１を成形する一段目成形部２１と、被成形材５０の軸方向中間部５３を拘束する拘束部２２とを、設けた移動型２０と、前記一段目被成形部５１よりも断面減少率の大きい二段目被成形部５２を成形する二段目成形部３１を設けた固定型３０とを備え、移動型２０を固定型３０に内挿し被成形材５０の軸方向と略同方向に摺動可能とした。被成形材５０の一段目被成形部５１を成形する成形荷重よりも大きく、二段目被成形部５２を成形する成形荷重よりも小さい力で、移動型２０を被成形材５０の押出方向と反対方向へ加圧する加圧部材を備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間前方押出成形加工にて断面減少率の異なる二段面を成形するための金型であって、
被成形材の一段目被成形部を成形する一段目成形部と、被成形材の軸部を拘束する拘束部とを、設けた移動型と、
前記一段目被成形部よりも断面減少率の大きい二段目被成形部を成形する二段目成形部を設けた固定型とを備え、
移動型を固定型に摺動可能に内挿するとともに、
被成形材の一段目被成形部を成形する成形荷重よりも大きく、二段目被成形部を成形する成形荷重よりも小さい力で、移動型を被成形材の押出方向と反対方向へ加圧する加圧部材を備える
ことを特徴とする押出成形金型。
【請求項２】
前記押出成形金型であって、
移動型の移動方向を該移動型に挿入される被成形材の軸方向と略同一方向に規制する規制部を固定型に設ける、
請求項１に記載の押出成形金型。
【請求項３】
断面減少率の異なる二段面を成形する冷間前方押出成形方法であって、
一の押出工程にて、
被成形材の一段目被成形部を成形したのち、
一段目被成形部よりも断面減少率の大きい二段目被成形部を成形する
ことを特徴とする押出成形方法。
【請求項４】
前記押出成形方法であって、
金型の一段目成形部に対して被成形材を相対的に移動させて、被成形材の一段目被成形部を成形し、
金型の一段目成形部と被成形材とを一体的に、金型の二段目成形部に対して相対的に移動させて、被成形材の二段目被成形部を成形する、
請求項３に記載の押出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間前方押出成形加工に関し、詳しくは、円柱軸状の被成形材に径の異なる二段の軸部を冷間前方押出成形加工にて成形する際、一段目と二段目の被成形部との間の軸部が膨張して、金型と被成形材とが接触することにより押し詰まりを発生させることのない金型及び該金型による成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ギアシャフト等の円柱軸状部材を鍛造する際に、その予備成形において冷間前方押出成形加工にて断面減少率の異なる二段面が形成される。この成形は二段絞り成形とも言われる。通常、二段絞り成形では、一度の鍛造工程で二段の減径成形が為される。
【０００３】
図５では、冷間前方押出成形加工にて断面減少率の異なる二段面を形成する一例として、金型１２と、該金型１２にて成形されるギアシャフト等の軸状部材となる円柱軸状の被成形材５０を示しており、図の左側半分は成形加工前、同じく右側半分は成形加工後の被成形材５０を示している。
金型１の内周１２ａには、一段目の成形を施す一段目成形部１２ｂと、二段目の成形を施す二段目成形部１２ｃとが設けられており、一段目成形部１２ｂより二段目成形部１２ｃの方が、成形される被成形材５０の断面減少率が大きくなるように形成される。成形前の被成形材５０が金型１２の内周１２ａに挿入されて加圧（パンチ）されることで、金型１２の一段目成形部１２ｂと二段目成形部１２ｃとによって押出成形加工が施される。
【０００４】
図６に示す如く、押出成形加工が施されることによって、加工前の被成形材５０の軸方向長さＨ０に対して、加工後の被成形材５０の軸方向長さＨ１は大きくなる。加工時において、一段目成形部１２ｂと二段目成形部１２ｃとの断面減少率の差に起因して、被成形材５０の一段目被成形部５１よりも、二段目被成形部５２が大きく伸びることになる。
【０００５】
金型１２は加工完了時の形状とされているため、加工途中において被成形材５０の外周と金型１２の内周１２ａとが接触しない非拘束部Ｇが生じる。
一段目成形部１２ｂと二段目成形部１２ｃの断面減少率の違いにより成形途中で被成形材５０の軸方向の伸び量が変化するために、前記非拘束部Ｇにおいて、被成形材５０の一段目被成形部５１と二段目被成形部５２との間が、軸断面方向（軸方向と略直交する方向）へ膨らみ、加工途中であるにも関わらず被成形材５０が金型１２に対して軸方向に相対移動不能となる現象（押し詰まり）が生じることがある。
【０００６】
上記不具合を解消するために、一段目成形部と二段目成形部との断面減少率と、パンチストロークとの関係が最適となるように金型が設計されることになる。
しかしながら、実機による加工実験を繰り返し行い、経験的に最適な金型の形状及び材料選択を行うことが一般的であり、このために開発コストと時間がかかるという問題があった。
【０００７】
そこで、特許文献１では、冷間前方押出加工による二段絞り成形において、一段目被成形部と二段目被成形部との間に位置する被成形材の軸部においても、被成形材が金型と接触せず、押し詰まりを発生させないために、一段目成形部と二段目成形部の断面減少率及びそのテーパ角度をパラメータとして、金型の形状を設定することとしている。
【特許文献１】特開２０００−２５４７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１のように、金型の設計条件を設けると、金型の設計の自由度が制限されることになる。
また、一段目成形部と二段目成形部とを別金型に形成して、二工程の冷間前方押出加工にて二段絞り成形を行うことも可能であるが、この場合、別金型であるために一段目成形部と二段目成形部との同軸精度が低下し、製品の精度が低下してしまうことがあり、特に、スプライン等のギヤ断面を持つ製品を加工する場合は要求値を満たすことが困難となるおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明では、一工程の冷間前方押出成形加工にて、被成形材が軸断面方向へ膨らんで押し詰まりを生じさせることのない、押出成形方法及びこれに供する押出成形金型の構造を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、冷間前方押出成形加工にて断面減少率の異なる二段面を成形するための金型であって、被成形材の一段目被成形部を成形する一段目成形部と、被成形材の軸部を拘束する拘束部とを、設けた移動型と、前記一段目被成形部よりも断面減少率の大きい二段目被成形部を成形する二段目成形部を設けた固定型とを備え、移動型を固定型に摺動可能に内挿するとともに、被成形材の一段目被成形部を成形する成形荷重よりも大きく、二段目被成形部を成形する成形荷重よりも小さい力で、移動型を被成形材の押出方向と反対方向へ加圧する加圧部材を備えるものである。
【００１２】
請求項２においては、前記押出成形金型であって、移動型の移動方向を該移動型に挿入される被成形材の軸方向と略同一方向に規制する規制部を固定型に設けるものである。
【００１３】
請求項３においては、断面減少率の異なる二段面を成形する冷間前方押出成形方法であって、一の押出工程にて、被成形材の一段目被成形部を成形したのち、一段目被成形部よりも断面減少率の大きい二段目被成形部を成形するものである。
【００１４】
請求項４においては、前記押出成形方法であって、金型の一段目成形部に対して被成形材を相対的に移動させて、被成形材の一段目被成形部を成形し、金型の一段目成形部と被成形材とを一体的に、金型の二段目成形部に対して相対的に移動させて、被成形材の二段目被成形部を成形するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１６】
請求項１においては、被成形材を金型で押し出すことにて、まず、可動型の一段目成形部に対して被成形材が相対的に移動して、被成形材の一段目被成形部が成形される。続いて、可動型と被成形材とが一体的に二段目成形部に対して相対的に移動して、被成形材の二段目被成形部が成形される。
このように、被成形材の一段目被成形部と二段目被成形部とが時間差をもって成形されるので、被成形材の成形荷重の最大値を低減させることができ、被成形材を押し出すための装置を小型化させることができる。
また、一段目被成形部が成形される際に二段目被成形部は拘束されないために、被成形材の軸中途部で軸断面方向に膨らんで押し詰まりを発生させることがない。
さらに、被成形材の一段目被成形部と二段目被成形部との伸び量の違いを考慮することなく、また、一段目被成形部と二段目被成形部との断面減少率の関係を考慮することなく、成形のための金型を設計することができるので、金型にて成形される製品形状の自由度が高まり、また、金型の製造に要する時間やコストを削減することができる。
【００１７】
請求項２においては、金型の一段目成形部と二段目成形部との同軸を確保することができ、被成形材の軸方向のズレを防止することができる。
【００１８】
請求項３においては、被成形材の一段目被成形部と二段目被成形部とが時間差をもって成形されるので、被成形材の成形荷重の最大値を低減させることができ、被成形材を押し出すための装置を小型化させることができる。
また、一段目被成形部が成形される際に二段目被成形部は拘束されないために、被成形材の軸中途部で軸断面方向に膨らんで押し詰まりを発生させることがない。
さらに、被成形材の一段目被成形部と二段目被成形部との伸び量の違いを考慮することなく、また、一段目被成形部と二段目被成形部との断面減少率の関係を考慮することなく、成形のための金型を設計することができるので、金型にて成形される製品形状の自由度が高まり、また、金型の製造に要する時間やコストを削減することができる。
【００１９】
請求項４においては、一段目被成形部が成形される際に二段目被成形部は拘束されないために、被成形材の軸中途部で軸断面方向に膨らんで押し詰まりを発生させることがない。
さらに、被成形材の一段目被成形部と二段目被成形部との伸び量の違いを考慮することなく、また、一段目被成形部と二段目被成形部との断面減少率の関係を考慮することなく、成形のための金型を設計することができるので、金型にて成形される製品形状の自由度が高まり、また、金型の製造に要する時間やコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る金型の構造を示す断面図、図２は被成形材の一段目被成形部を成形したときの金型の様子を示す断面図、図３は被成形材の二段目被成形部を成形したときの金型の様子を示す断面図、図４は成形の流れを示す図である。
図５は従来の金型の構造を示す断面図、図６は加工前後の被成形材の形状を比較説明する図である。
【００２１】
図１は、本発明の実施例に係る冷間前方押出成形加工にて断面減少率の異なる二段面を成形するための金型と、該金型１０にて成形される被成形材５０とを示したものである。なお、図面右端の一点鎖線は被成形材５０の中心線を示している。
被成形材５０は、円柱軸状であってギアシャフト等の部材となるものである。被成形材５０は、その一側端部に一段目被成形部５１が設けられ、軸方向中途部に二段目被成形部５２が設けられ、他側端部は被成形材５０を押し出して成形荷重を与える押出装置１１に接続される。被成形材５０の一段目被成形部５１と二段目被成形部５２との間を、軸方向中間部５３とする。
【００２２】
前記被成形材５０に二段絞り成形を施すための金型１０は、大概して一段目成形部２１を備えた移動型２０と、二段目成形部３１を備えた固定型３０と、移動型２０及び固定型３０を保持する型基部４０とで構成される。一段目成形部２１に対して、二段目成形部３１の方が、被成形材５０を加工する際の断面減少率が大きいものとする。
【００２３】
移動型２０と固定型３０とは、それぞれ複数の金型構成要素によって構成されており、各金型構成要素がノックピン等にて固定されて一体的に挙動する。移動型２０は固定型３０に内挿され、固定型３０に対して移動型２０が相対的に移動可能とされる。
【００２４】
前記移動型２０を構成する金型構成要素には、一段目成形部２１を形成するダイスと、被成形材５０の軸方向中間部５３を拘束保持する拘束部２２を形成するダイスとが具備される。なお、軸方向中間部５３は、被成形材５０の一段目被成形部５１と二段目被成形部５２との間に位置する部分とする。前記一段目成形部２１及び拘束部２２はいずれも移動型２０の内周に形成される。
【００２５】
一段目成形部２１を被成形材５０の一段目被成形部５１が通過することにより、一段目被成形部５１が成形される。
また、拘束部２２は、一段目被成形部５１の成形時において、軸方向中間部５３の外周に接触して、被成形材５０の軸断面方向（軸方向と略直交する方向）への膨らみを拘束する。これに加え、拘束部２２は、一段目被成形部５１の成形が終了した状態で、被成形材５０の外周と移動型２０の内周とが接触しない非拘束となる部分がないように形成され、二段目被成形部５２の成形時において、被成形材５０の軸断面方向への膨らみを拘束するとともに、被成形材５０と移動型２０とが一体的に移動することのできるように被成形材５０を拘束する。
【００２６】
前記固定型３０を構成する金型構成要素には、二段目成形部３１を形成するダイスと、移動型２０の摺動方向を被成形材５０の軸方向と略同一となるように規制する規制部３２を形成するダイスとが具備される。
二段目成形部３１を被成形材５０の二段目被成形部５２が通過することにより、一段目被成形部５１が成形される。また、規制部３２は、固定型３０の内周に設けられており、移動型２０の外周が規制部３２と接した状態で摺動することによって、移動型２０は、固定型３０に対して、被成形材５０の軸方向と略同一方向に移動するように規制される。この規制部３２により、一段目成形部２１と二段目成形部３１との同軸を確保することができる。
【００２７】
また、前記型基部４０には、移動型２０を型基部４０から離れた状態を保持するために、移動型２０を被成形材５０の押出方向と反対方向へ加圧する加圧部材４１が備えられる。なお、移動型２０の加圧方向への移動は、移動型２０が固定型３０の一部に当接することにより規制される。従って成形開始前の段階において、移動型２０は固定型３０に当接するとともに、型基部４０から離れた状態にある。
【００２８】
本実施例においては、前記加圧部材４１を、エアシリンダ４１ａと該エアシリンダ４１ａより進退可能なロッド４１ｂとで構成している。ロッド４１ｂの端部は移動型２０に当接しており、該ロッド４１ｂにて移動型２０が被成形材５０の挿入方向と反対方向に付勢され、移動型２０と型基部４０とが離れた状態が保持される。
但し、加圧部材４１は本実施例に限定されるものではなく、液体や気体等の流体圧シリンダとロッドとで構成したり、バネやクッション材等の弾性体で構成したりすることもできる。
【００２９】
前記加圧部材４１の加圧力は、被成形材５０の一段目被成形部５１が、移動型２０の一段目成形部２１にて成形されるときに、移動型２０が固定型３０に対して相対移動することのない力であって、且つ、被成形材５０の二段目被成形部５２が、固定型３０の二段目成形部３１にて成形されるときに、移動型２０が固定型３０に対して相対移動する力となるように設定される。
なお、一段目成形部２１に対して、二段目成形部３１の断面減少率は大きいので、被成形材５０の一段目被成形部５１を成形するために必要な成形荷重（パンチ力）よりも、二段目被成形部５２を成形するために必要な成形荷重の方が大きい。この成形荷重の差を利用して、移動型２０が被成形材５０とともに固定型３０に対して相対的に移動するか、移動型２０及び固定型３０に対して被成形材５０が相対的に移動するかを、設定するのである。
【００３０】
上記構成の金型１０を用いて、冷間前方押出成形加工にて断面減少率の異なる二段面を被成形材５０に成形する加工工程について図４の流れ図を用いて説明する。
【００３１】
まず、図１に示す如く、移動型２０の内周に被成形材５０が挿入される。このとき、移動型２０と型基部４０とは離れた状態にある。被成形材５０が型基部４０の方向へ押し下げられ、被成形材５０の一段目被成形部５１が移動型２０に設けられた一段目成形部２１を通過し始める。このとき、加圧部材４１にて、固定型３０に対して移動型２０は移動不能とされ、移動型２０に対して被成形材５０が相対的に移動する。
そして、図２に示す如く、拘束部２２と被成形材５０の軸方向中間部５３との間隙がなくなり、移動型２０に対して被成形材５０が相対的に移動不能となったとき、被成形材５０の一段目被成形部５１の全てが一段目成形部２１を通過して被成形材５０の一段目被成形部５１の成形が完了する（Ｓ１１）。
【００３２】
続いて、二段目被成形部５２の成形に移行し、被成形材５０がさらに型基部４０の方向へ押し下げられる。
被成形材５０の二段目被成形部５２が成形される際には、加圧部材４１の加圧力は二段目被成形部５２の成形荷重よりも小さいために、固定型３０に対して移動型２０が相対的に移動する。また、移動型２０の拘束部２２にて被成形材５０の軸方向中間部５３が拘束されるために、移動型２０と被成形材５０とが一体的に移動する。
従って、被成形材５０の二段目被成形部５２が、固定型３０の二段目成形部３１を通過する際には、移動型２０と被成形材５０とが一体的に、固定型３０に対して相対移動することになる。
そして、移動型２０が型基部４０に当接することによって固定型３０に対して移動型２０が相対的に移動不能となったとき、被成形材５０の二段目被成形部５２の全てが二段目成形部３１を通過して被成形材５０の二段目被成形部５２の成形が完了する（Ｓ１２）。
【００３３】
上記の冷間前方押出成形加工では、一回の押し出し（一工程）にて、被成形材５０の一段目被成形部５１と二段目被成形部５２とが成形される。この間、まず、被成形材５０の一段目被成形部５１が成形され、これが完了したのち、二段目被成形部５２が成形される。すなわち、一段目被成形部５１と二段目被成形部５２とが同時に成形されるのではなく、一段目被成形部５１と二段目被成形部５２とが時間差をもって成形されるのである。
従って、一段目被成形部５１と二段目被成形部５２とを同時に成形するときと比較して被成形材５０の成形荷重の最大値を低減させることができ、押出装置１１を小型化させることができる。
【００３４】
また、一段目被成形部５１の成形時において、被成形材５０の一段目被成形部５１と二段目被成形部５２との間に位置する軸方向中間部５３は、二段目被成形部５２が成形されず拘束されていないため、被成形材５０が軸断面方向へ膨らんで軸方向中間部５３と移動型２０の拘束部２２との間隙を閉塞することがなく、押し詰まりを発生させることがない。
そして、二段目被成形部５２の成形時においても、軸方向中間部５３は、拘束部２２にて拘束されて軸断面方向へ膨らむことがなく、押し詰まりを発生させることがない。
従って、上記二段絞り成形では、被成形材５０の軸断面方向への膨らむことに起因する押し詰まりの発生を防止することができるのである。
【００３５】
さらに、上記冷間前方押出成形加工では、一段目被成形部５１と二段目被成形部５２とが時間差をもって成形されるので、被成形材５０の一段目被成形部５１と二段目被成形部５２との伸び量の違いを考慮することなく、また、一段目被成形部５１と二段目被成形部５２との断面減少率の関係を考慮することなく、成形のための金型を設計することができる。これにより金型にて成形される製品形状の自由度が高まり、また、金型の製造に要する時間やコストを削減することができるのである。
【００３６】
なお、上記実施例においては、冷間前方押出成形加工にて被成形材に断面減少率の異なる二段面を形成しているが、被成形材に断面減少率の異なる複数断面を形成する場合にも適用させることができる。この場合、上記金型１０において、移動型２０と固定型３０との間に、断面を成形する成形部と被成形材の軸部を拘束する拘束部とを設けた中間移動型を介装するとともに、該中間移動型を被成形材５０の押出方向と反対方向へ加圧する加圧部材を設ける。そして、一の押出工程にて、被成形材５０の断面減少率の最も小さい被成形部から断面減少率の最も大きな被成形部まで、断面減少率が小さい被成形部から順に時間差を設けて成形する。このようにして、二以上の複数断面を形成する場合にも本発明に係る押出成形金型の構造及び押出成形方法を適用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例に係る金型の構造を示す断面図。
【図２】被成形材の一段目被成形部を成形したときの金型の様子を示す断面図。
【図３】被成形材の二段目被成形部を成形したときの金型の様子を示す断面図。
【図４】成形の流れを示す図。
【図５】従来の金型の構造を示す断面図。
【図６】加工前後の被成形材の形状を比較説明する図。
【符号の説明】
【００３８】
１０  金型
２０  移動型
２１  一段目成形部
２２  拘束部
３０  固定型
３１  二段目成形部
３２  規制部
４０  型基部
４１  加圧部材
５０  被成形材
５１  一段目被成形部
５２  二段目被成形部
５３  軸方向中間部
【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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