(57)【要約】【課題】  工程数の短縮化、鍛造荷重抑制や設備の小型化、スケール及び脱炭層の解消、素材の歩留まり改善、素材の生産性改善、ならびに大形のギアの歯形成形を行うことのできる温間鍛造装置及びその方法を提供する。【解決手段】  中間体Ｗの外周に歯形を成形して最終加工品を製造する鍛造方法であって、歯形成形部５０へ中間体Ｗを分流することで中間体Ｗの上部の歯形を成形するとともに、上中央パンチ１及び／又は下中央パンチ２に設けられた段差部２ｂへ中間体Ｗを分流させて前記中間体Ｗの内径フランジ部Ｗａを成形するステップと、上中央パンチ１の油圧よりも下中央パンチ２の油圧を小さくして、下リングノックアウト４によって下方から中間体Ｗの外縁部Ｗｃを押圧することで、ダイ５の歯形成形部５０の下部５０１へ中間体Ｗを流入させて中間体Ｗの下部の歯形を成形するステップにより最終加工品を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間体の外周に歯形を成形して最終加工品を製造する鍛造方法であって、
対向配置された上中央パンチ及び下中央パンチと、
前記上中央パンチの周囲に配された上リングパンチと、
前記上リングパンチに対向配置されて下中央パンチの周囲に配された下リングノックアウトと、
前記下リングノックアウトの周囲に配されるとともに歯形成形部を有するダイとを備え、
前記上中央パンチの油圧よりも前記下中央パンチの油圧を大きくして中間体のフランジ成形空間を形成する第１ステップと、
据込み加工を開始する第２ステップと、
前記歯形成形部へ前記中間体を分流することで前記中間体の上部の歯形を成形するとともに、前記上中央パンチ及び／又は前記下中央パンチによって形成された前記フランジ成形空間へ前記中間体を分流させて前記中間体の内径フランジ部を成形する第３ステップと、
前記上中央パンチの油圧よりも前記下中央パンチの油圧を小さくして、前記下リングノックアウトによって下方から前記中間体の外縁部を押圧することで、前記ダイの歯形成形部の下部へ前記中間体を流入させて前記中間体の下部の歯形を成形する第４ステップにより最終加工品を製造することを特徴とする鍛造方法。
【請求項２】
前記第３ステップでは、前記上リングパンチを下方へ押し下げることで、前記ダイの歯形成形部の上部へ前記中間体を分流させて前記中間体の上部の歯形を成形するとともに、前記上中央パンチ及び／又は前記下中央パンチによって形成された前記フランジ成形空間へ前記中間体を分流させて前記中間体の内径フランジ部を成形し、
前記第４ステップでは、前記下リングノックアウトは加工中は不動状態で固定され、前記上中央パンチ、前記上リングパンチ、前記下中央パンチ、及び前記ダイを下方へ押し下げることで、前記内径フランジ部を拘束するとともに、前記下リングノックアウトによって下方から前記中間体の外縁部を押圧することで、前記ダイの歯形成形部の下部へ前記中間体を流入させて前記中間体の下部の歯形を成形することにより最終加工品を製造することを特徴とする請求項１記載の鍛造方法。
【請求項３】
前記上中央パンチの油圧を制御する上シリンダと、
前記下中央パンチの油圧を制御する下シリンダとを備え、
前記第１ステップは、前記下シリンダの油圧を前記上シリンダの油圧よりも大きくし、前記下シリンダからの油のリリーフを抑制させながら前記上シリンダ内の油をリリーフさせ、前記上中央パンチの圧力を保持しながら前記上中央パンチの高さ位置を保持し、前記上中央パンチと前記下中央パンチにより前記フランジ成形空間を形成して維持し、
前記第２ステップは、スライドを下降させることで前記上リングパンチによって据込み加工を開始し、
前記第３ステップは、前記中間体が下方へ押し下げられながら前記フランジ成形空間へ分流されることで、ボルトで固定するための前記内径フランジ部が成形されるとともに、前記歯形成形部へ前記中間体が分流することで上部の歯形が成形され、
前記第４ステップは、前記スライドを更に下降させて下死点数ミリ手前にすると、前記下シリンダの油圧を前記上シリンダの油圧よりも低下させて、前記上シリンダからの油のリリーフを無くし、かつ前記下シリンダからの油をリリーフさせながら、前記上中央パンチと、前記下中央パンチと、前記上リングパンチと、前記ダイとを同時に下降させることで、加工中は上下不動固定された前記下リングノックアウトによって前記中間体の下部の押出し加工を行ない、前記歯形成形部の下部へ前記中間体を流入させて下部の歯形を成形することを特徴とする請求項１又は２記載の鍛造方法。
【請求項４】
温間鍛造により製造された前記中間体の温度を維持したまま、連続して歯形成形用の前記ダイ内へ前記中間体を挿入するか、または温間鍛造により製造されて打ち抜き加工された前記中間体を７００℃〜９５０℃に再加熱して前記歯形成形用の前記ダイ内へ挿入して、温間鍛造によって歯形を成形することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の鍛造方法。
【請求項５】
前記第１ステップでは、前記下シリンダの油圧を前記上シリンダの油圧の１．５倍〜２．５倍とし、前記第４ステップでは、前記下シリンダの油圧を前記上シリンダの油圧よりも低くすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の鍛造方法。
【請求項６】
請求項１記載の鍛造品は大形のヘリカルギヤであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の鍛造方法。
【請求項７】
中間体から最終加工品を製造する鍛造装置であって、
対向配置された上中央パンチ及び下中央パンチと、
前記上中央パンチの周囲に配された上リングパンチと、
前記上リングパンチに対向配置されて下中央パンチの周囲に配された下リングノックアウトと、
前記下リングノックアウトの周囲に配されるダイと、
前記上中央パンチの油圧を制御する上シリンダと、
前記下中央パンチの油圧を制御する下シリンダとを備え、
前記上リングパンチはスライドによって上下動作可能とされ、
前記下リングノックアウトは、加工中は上下不動に固定され、
前記ダイはスプリングによるフローティング手段を有し、
前記下シリンダの油圧力は、前記上シリンダの油圧力に対して増加及び減少させることが可能であり、
前記上リングパンチは前記中間体を押し下げるように構成され、
前記下中央パンチには前記中間体を分流させて前記中間体の内径フランジ部を成形するための段差部が設けられ、
前記上中央パンチと前記下中央パンチと前記上リングパンチと前記ダイとが一体的に上下動作可能とされ、
前記上中央パンチと前記下中央パンチがフランジ成形空間へ流動する前記内径フランジ部を拘束するとともに前記下リングノックアウトが中間体の外縁部を押圧することで、さらに前記中間体を段差部へと分流させて、前記中間体の内径フランジ部が成形されるように構成されることを特徴とする鍛造装置。
【請求項８】
前記ダイは、歯形成形部を有し、
前記上リングパンチは前記中間体を押し下げて前記歯形成形部に流動させ、かつ押し下げられた前記中間体の歯形が前記ダイを押し下げるように構成され、
前記上中央パンチと前記下中央パンチが前記フランジ成形空間へ流動する前記内径フランジ部を拘束するとともに前記下リングノックアウトが前記中間体の前記外縁部を押圧することで、
前記歯形成形部の下部に前記中間体が流動して前記歯形の下部が成形されるように構成されることを特徴とする請求項７記載の鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大形のヘリカルギヤの中間体等の鍛造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
「ヘリカルギヤ（はすば歯車）」とは、回転軸に対して歯筋が螺旋状に傾斜した歯車をいう。ヘリカルギヤを製造する方法として、切削工具を利用してギヤを切削加工する方法と、塑性加工によりギヤを成形する方法とがある。ヘリカルギヤの切削加工では専用の歯切り機械を必要とする。一般にはホブ盤による歯切り加工の後、シェービング盤によって仕上げ加工が行われるが、加工時間が長時間となり効率が悪く、加工コストも高くなる傾向にある。塑性加工には代表的なものとして転造加工と鍛造加工とがあり、鍛造加工は転造加工に比べて高圧力を付加させて成形することが可能なため、短時間に加工が完了する。
【０００３】
鍛造加工は、温度別に大別すると冷間鍛造と熱間鍛造と温間鍛造との３つ分けることができる。「冷間鍛造」は、常温に近い温度での変形加工であり材料の変形抵抗が高いため、成形形状や、大きさに限界がある。金型や製品に割れ（クラック）が生じる可能性が高くなるため、大型部品や複雑な形状の加工では、熱間鍛造や温間鍛造が利用される場合が多い。「熱間鍛造」は、一般には１０００〜１２５０℃での鍛造加工を指す。熱間鍛造では鍛造材料が加工後に再結晶して軟化するため可鍛性が失われないという特徴がある。「温間鍛造」は、熱間鍛造と冷間鍛造の中間領域にある鍛造加工であり、材料を２００〜９５０℃まで加熱する鍛造加工を指す。温間鍛造では、熱間鍛造では得られない高い形状精度の鍛造加工品を得ることができる。また冷間鍛造と比較すると変形抵抗が比較的小さく延性が大きいため、冷間鍛造では成形できない複雑な形状の製品や大形の形状の製品、また高炭素鋼などの難加工材であっても成形が可能である。
【０００４】
大形のヘリカルギヤが歯車として使用されるものに、ファイナルギヤ（最終減速ギヤ）がある。トランスミッションで変速されたエンジン回転は、デファレンシャルギヤの外周に取り付けられたこの大形のヘリカルギヤにより最終的に減速されてタイヤに伝わるためファイナルギヤと呼ばれている。従来、ファイナルギヤ等の大形のヘリカルギヤの歯切り前の中間体は、加熱温度１１００〜１２００℃程度の熱間鍛造で、２５００トン〜３０００トンクラスの鍛造プレスを使って４〜５工程（トリム・ピアスを含む）の工程を経ることで得ていた。この工程は一般に、第１工程としてスケールを取るためのディスケール工程、第２工程として据え込み工程、第３工程として後方押し出し工程、第４工程として打ち抜き工程、第５工程として矯正工程を行うものである。中間体は、その後別工程で専用の歯切り機械によって歯切り加工することで歯形を成形して最終加工品とする。
【０００５】
熱間鍛造加工により中間体を得た後に、歯切り加工により歯形成形して最終加工品を得る従来の方法では、以下の問題１〜５が生じていた。（１）歯切り直前の中間体を得るまでに少なくとも４〜５工程は工程数が必要なため、工程数の短縮が求められていた。（２）工程数が多く鍛造に必要な荷重の合計値が大きいため、２５００〜３０００トンクラスの熱間鍛造装置を必要とし、加工設備が大型化していた。（３）熱間鍛造で成形するため、スケール（酸化被膜）や脱炭層の問題が発生する。（４）スケール、脱炭層が発生した部位を除去して歯切り前の素材形状にするには多くの切削加工が行われるため、歩留まりが悪い。（５）鍛造プレスによる歯形成形と比較するとスピードが遅く生産性が低い。
【０００６】
そこで本願発明者は特願２０１７−１７５７９２において、大形のヘリカルギヤの中間体等の鍛造方法を開示しており、上述の問題１〜５を解消する方法を提案している。すなわち温間鍛造によって出発素材（丸棒）から２工程（成形１工程、ピアス１工程）でリング状の中間体を得る方法及び装置を開示し、上述の問題を解消する方法を提案している。ただし中間体とした後の、歯形の成形を行う装置及び方法については、詳細な開示はしていない。
【０００７】
ところで従来から、鍛造プレスを用いて小さな成型荷重で金型を破損させることなく中間体に精度高く歯形を成形するための装置及び方法の検討はなされてきた。
【０００８】
特許文献１では、歯車鍛造装置１は、パンチコア２、インナーパンチ３１、アウターパンチ３２、ダイス５及びダイスリーブ６を有している。アウターパンチ３２は、第１加圧源による加圧力を受けて、歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の外周側部分８３を成形する。インナーパンチ３１は、第１加圧源に比べて小さな加圧力を発生させる第２加圧源によって、歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の内周側部分８２を成形する。パンチコア２は、その外周面における全周に、インナーパンチ３１の下端面に対する内周側位置の近傍からその下方位置まで内周側へ陥没させた環状凹部２１を形成してなる。歯車８の成形時には、環状凹部２１を歯車用素材８０の内周面８０３の上側部分に対向させた状態が維持される。
【０００９】
しかし特許文献１では、インナーパンチ３１による押圧によって上方や外側方向に押し出されて分流した素材をさらにアウターパンチ３２によって押圧するため、分流した素材を押圧しない場合と比較すると必要な負荷が上昇する。また冷間鍛造のため素材を成形する際の負荷が大きく、大型の鍛造装置を必要とし、大形の歯形を鍛造成形するメリットは少ない。そして鍛造装置の中心軸方向への分流をしていないため、最終加工品においてボルトで固定するための内径フランジ部を同時に成形することができず、内径フランジ部は別途切削加工する必要がある。
【００１０】
特許文献２では、歯車成形装置１においては、内周パンチ４の先端を外周パンチ３の先端よりも深くダイス成形穴２１内に挿入し、かつ内周スリーブ６の先端を外周スリーブ５の先端よりも深くダイス成形穴２１内に挿入して、鍛造空間１１を形成する。鍛造空間１１において、外周パンチ３及び内周パンチ４によって素材８０を加圧し、この素材８０の一部をダイス内周歯２２へ流動させて、外歯歯車８を成形する。内周パンチ４の先端部の外周面には、素材８０の一部を流動させるためのパンチ側逃し溝４１が、その周方向の複数箇所に形成してある。
【００１１】
しかし特許文献２では、内周パンチ４及び内周スリーブ６によって素材８０の内周側部分８０４を押しつぶして厚みを縮小させ、素材８０の外周部を外周側に向けてダイス内周歯２２の壁面へ流動させるので（段落００４６）、内周側部分の厚みを薄くするほど加圧力を必要とする。また、外周スリーブ５及び内周スリーブ６によって荷重を受け止めた状態で、外周パンチ３及び内周パンチ４によって、流動した素材８０を加圧し（段落００４７）、外周側に向けてダイス内周歯２２の壁面へ流動させるため（図３）、さらに大きな加圧力を必要とし、大形の歯形の鍛造成形には不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１７８７３８号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０６１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のような、歯形の成形を鍛造で行う方法の場合、以下の問題６〜８が生じていた。（６）加工荷重の増大やそれによる型寿命の低下の問題が生じる。そのため冷間鍛造で行う場合、大形の歯形を加圧成形することは困難である。（７）一方、熱間鍛造で歯形の成形を行う場合、出発素材から中間体を製造する場合（すなわち問題（３））と同様、鍛造後に歯面のスケールや脱炭層が発生することにより歯形品質と形状精度の問題が生じる。この場合、歯面の後加工が必要でありコスト的なメリットが少ないなどの問題がある。（８）従って、大形のギア（歯形部品）においては鍛造による歯形加工は行われていないのが現状であった。
【００１４】
中間体を製造した後の鍛造による歯形の成形について、本願発明者は特願２０１７−１７５７９２で、別工程において温間鍛造により歯形成形をすることで、素材の僅かな欠肉を減少させることができ、最終加工品の加工精度を高めることができることを記載している。しかし詳細な装置及び方法は開示していない。
【００１５】
そこで本発明は中間体から最終加工品を得るまでの上記諸問題を解決する手段を提供する。すなわち中間体を製造した後の、別工程の温間鍛造装置及びその方法に関し、中間体の歩留まり改善（問題４）、中間体の生産性改善（問題５）、歯形成形時の鍛造荷重抑制や設備の小型化（問題６）、歯形成形時のスケール及び脱炭層の解消（問題７）、ならびに大形のギアの歯形成形（問題８）を行うことのできる温間鍛造装置及びその方法を提供することを目的とする。また特願２０１７−１７５７９２に開示された中間体の鍛造装置及びその方法と併用することで、素材（出発素材）から最終加工品を得るまでの上記諸問題を解決する手段を提供する。すなわち出発素材から最終加工品を得るまでの温間鍛造装置及びその方法に関し、工程数の短縮化（問題１）、鍛造荷重抑制や設備の小型化（問題２、問題６）、スケール及び脱炭層の解消（問題３、問題７）、素材の歩留まり改善（問題４）、素材の生産性改善（問題５）、ならびに大形のギアの歯形成形（問題８）を行うことのできる温間鍛造装置及びその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】
【００１６】
本願発明者は、中間体（素材）の内径フランジ部（ボルトで固定する部分）を形成するための型となる空間を予め拘束した上で中間体を分流し、分流した後は内径フランジ部の厚みを圧縮しない態様とすることで、鍛造に必要な負荷を減少させることができることを見出した。また中間体の外縁部の荷重を受け止める下リングノックアウトを、加工中は上下不動に固定した上で、鍛造装置のスライドによって中間体を上方から加圧し、前記上中央パンチの油圧よりも前記下中央パンチの油圧を大きくして、前記下リングノックアウトによって下方から前記中間体の外縁部を押圧することで、中間体の外縁部の厚みが薄い場合であっても容易に歯形成形部の下部へ中間体を流動させることができ、比較的小型な温間鍛造装置によって１工程で中間体の下部に歯形を形成可能であることを見出した。
【００１７】
なお本発明において「１工程」とは１つの金型を用いて１ストローク（１往復）で行い得る加工を指す。本発明では１工程中の加工動作をさらに細分化したものをステップと呼ぶ。
また本発明において「中間体」とは素材が最終加工品になるまでにとり得る中間素材、中間加工品を指し、矩形断面のリング素材である。本発明の中間体は、例えば特願２０１７−１７５７９２に開示される装置及び方法によって製造することができる。
【００１８】
本発明の鍛造方法は、中間体の外周に歯形を成形して最終加工品を製造する鍛造方法であって、対向配置された上中央パンチ及び下中央パンチと、上中央パンチの周囲に配された上リングパンチと、上リングパンチに対向配置されて下中央パンチの周囲に配された下リングノックアウトと、下リングノックアウトの周囲に配されるとともに歯形成形部を有するダイとを備え、上中央パンチの油圧よりも下中央パンチの油圧を大きくしてフランジ成形空間を形成する第１ステップと、据込み加工を開始する第２ステップと、歯形成形部へ中間体を分流することで中間体の上部の歯形を成形するとともに、上中央パンチ及び／又は下中央パンチによって形成されたフランジ成形空間へ中間体を分流させて中間体の内径フランジ部を成形する第３ステップと、上中央パンチの油圧よりも下中央パンチの油圧を小さくして、下リングノックアウトによって下方から中間体の外縁部を押圧することで、ダイの歯形成形部の下部へ中間体を流入させて中間体の下部の歯形を成形する第４ステップにより最終加工品を製造することを特徴とする。
本発明の鍛造方法は、最終的に生産される鍛造品が大形のヘリカルギヤであることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、温間鍛造によって、リング状の中間体から大形のヘリカルギヤを製造することができる。そして中間体を製造した後の温間鍛造装置及びその方法に関し、中間体の歩留まり改善、中間体の生産性改善、歯形成形時の鍛造荷重抑制や設備の小型化、歯形成形時のスケール及び脱炭層の解消、ならびに大形のギアの歯形成形を行うことのできる温間鍛造装置及びその方法を提供することができる。
本発明によれば、中間体の外縁部の厚みが薄い場合であっても容易に歯形成形部の下部へ中間体を流動させることができ、比較的小型な温間鍛造装置によって１工程で中間体の下部に歯形を形成可能である。
本発明によれば、据え込み加工を開始する前に、上中央パンチの油圧よりも下中央パンチの油圧を大きくして所定の大きさのフランジ成形空間を形成して維持する第１ステップが設けられているため、中間体をフランジ成形空間へと分流して内径フランジ部が形成された後に、内径フランジ部が縦方向に圧縮されることがない。したがって鍛造に必要な負荷を減少させることができる。
本発明によれば、ボルトで固定するための内径フランジ部を中間体に形成すると同時に、歯形を成形することができ、ステップ数を減少させることができる。
本発明によれば上中央パンチの油圧よりも下中央パンチの油圧を小さくして、下リングノックアウトによって下方から中間体の外縁部を押圧することで、ダイの歯形成形部の下部へ中間体を流入させて中間体の下部の歯形を成形することができる。したがって例えば、下方から加圧することなく上方のみから加圧して中間体の下部の歯形を成形する場合と比較して、より小さい鍛造荷重でギアの歯形精度を高めることができる。
【００２０】
本発明の鍛造方法は、第３ステップでは、上リングパンチを下方へ押し下げることで、ダイの歯形成形部の上部へ中間体を分流させて中間体の上部の歯形を成形するとともに、上中央パンチ及び／又は下中央パンチによって形成されたフランジ成形空間へ中間体を分流させて中間体の内径フランジ部を成形し、第４ステップでは、下リングノックアウトは加工中は不動状態で固定され、上中央パンチ、上リングパンチ、下中央パンチ、及びダイを下方へ押し下げることで、内径フランジ部を拘束するとともに、下リングノックアウトによって下方から中間体の外縁部を押圧することで、ダイの歯形成形部の下部へ中間体を流入させて中間体の下部の歯形を成形することにより最終加工品を製造することを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、下リングノックアウトは、加工中は不動状態で固定されており、上中央パンチ、上リングパンチ、下中央パンチ、及びダイを下方へ押し下げることで、内径フランジ部を拘束することができるとともに、下リングノックアウトによって下方から中間体の外縁部を押圧することができる。このことで下リングノックアウトを動作させることなく、ダイの歯形成形部の下部へ中間体を流入させて中間体の下部の歯形を成形することができるため、下リングノックアウトは下方から中間体を押圧するための油圧回路を備える必要がない。したがって装置を小型化することができる。
【００２２】
本発明の鍛造方法は、上中央パンチの油圧を制御する上シリンダと、下中央パンチの油圧を制御する下シリンダとを備え、第１ステップは、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも大きくし、下シリンダからの油のリリーフを抑制させながら上シリンダ内の油をリリーフさせ、上中央パンチの圧力を保持しながら上中央パンチの高さ位置を保持し、上中央パンチと下中央パンチによりフランジ成形空間を形成して維持し、第２ステップは、スライドを下降させることで上リングパンチによって据込み加工を開始し、第３ステップは、中間体が下方へ押し下げられながらフランジ成形空間へ分流されることで、ボルトで固定するための内径フランジ部が成形されるとともに、歯形成形部へ中間体が分流することで上部の歯形が成形され、第４ステップは、スライドを更に下降させて下死点数ミリ手前にすると、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも低下させて、上シリンダからの油のリリーフを無くし、かつ下シリンダからの油をリリーフさせながら、上中央パンチ、下中央パンチ、上リングパンチ、ダイを同時に下降させることで、加工中は上下不動固定された下リングノックアウトによって中間体の下部の押出し加工を行ない、歯形成形部の下部へ中間体を流入させて下部の歯形を成形することを特徴とする。
本発明の鍛造方法は、第１ステップでは、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧の１．５倍〜２．５倍とし、第４ステップでは、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも低くすることを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、上中央パンチの油圧を制御する上シリンダと、下中央パンチの油圧を制御する下シリンダとを備えることで、油圧制御によるフランジ成形空間の形成および維持、ならびに歯形の成形が可能となる。
本発明によれば、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも大きくし、下シリンダからの油のリリーフを抑制させながら上シリンダ内の油をリリーフさせることで、上中央パンチの圧力を保持しながら上中央パンチの高さ位置を保持することができ、上中央パンチと下中央パンチによりフランジ成形空間を形成して維持することができる。
本発明によれば、第４ステップで、スライドを更に下降させて下死点数ミリ手前にすると、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも低下させて、上シリンダからの油のリリーフを無くし、かつ下シリンダからの油をリリーフさせながら、上中央パンチ、下中央パンチ、上リングパンチ、ダイを同時に下降させることで、中間体に必要以上の荷重をかけることなく、中間体の下部の押し出し加工へと移行することができる。
本発明によれば、スライドを下降させることで、上中央パンチ、下中央パンチ、上リングパンチ、ダイを同時に下降させて、加工の間は上下不動固定された下リングノックアウトによって中間体の下部の押出し加工を行ない、歯形成形部の下部へ中間体を流入させて下部の歯形を成形する。そのため、スライドを下降させる加圧力（メカニカルプレスによる加圧力）がそのまま、下リングノックアウトによる押し出し加工時の加圧力となる。したがって、下リングノックアウトに油圧回路を設けた場合と比較して、大きな加圧力を生じさせることができる。
本発明によれば、第１ステップでは、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧の１．５倍〜２．５倍とし、第４ステップでは、下シリンダの油圧を上シリンダの油圧よりも低くすることで、必要以上の荷重をかけることなく比較的小型の温間鍛造装置によって大形のヘリカルギヤを鍛造成形することができる。
【００２４】
本発明の鍛造方法は、温間鍛造により製造された中間体の温度を維持したまま、連続して歯形成形用のダイ内へ中間体を挿入するか、または温間鍛造により製造されて打ち抜き加工された中間体を７００℃〜９５０℃に再加熱して歯形成形用のダイ内へ挿入して、温間鍛造によって歯形を成形することを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、出発素材から最終加工品を得るまでの温間鍛造装置及びその方法に関し、工程数の短縮化、鍛造荷重抑制や設備の小型化、スケール及び脱炭層の解消、素材の歩留まり改善、素材の生産性改善、ならびに大形のギアの歯形成形を行うことのできる温間鍛造装置及びその方法を提供することができる。
【００２６】
本発明の鍛造装置は、中間体から最終加工品を製造する鍛造装置であって、対向配置された上中央パンチ及び下中央パンチと、前記上中央パンチの周囲に配された上リングパンチと、前記上リングパンチに対向配置されて下中央パンチの周囲に配された下リングノックアウトと、前記下リングノックアウトの周囲に配されるダイと、前記上中央パンチの油圧を制御する上シリンダと、前記下中央パンチの油圧を制御する下シリンダとを備え、前記上リングパンチはスライドによって上下動作可能とされ、前記下リングノックアウトは加工中は上下不動に固定され、前記ダイはスプリングによるフローティング手段を有し、前記下シリンダの油圧力は、前記上シリンダの油圧力に対して増加及び減少させることが可能であり、前記上リングパンチは前記中間体を押し下げるように構成され、前記下中央パンチには前記中間体を分流させて前記中間体の内径フランジ部を成形するための段差部が設けられ、前記上中央パンチと前記下中央パンチと前記上リングパンチと前記ダイとが一体的に上下動作可能とされ、前記上中央パンチと前記下中央パンチがフランジ成形空間へ流動する前記内径フランジ部を拘束するとともに前記下リングノックアウトが中間体の外縁部を押圧することで、さらに前記中間体を段差部へと分流させて、前記中間体の内径フランジ部が成形されるように構成されることを特徴とする。
本発明の鍛造装置は、ダイが歯形成形部を有し、上リングパンチは中間体を押し下げて歯形成形部に流動させ、かつ押し下げられた中間体の歯形がダイを押し下げるように構成され、上中央パンチと下中央パンチがフランジ成形空間に流動する内径フランジ部を拘束するとともに下リングノックアウトが中間体の外縁部を押圧することで、歯形成形部の下部に中間体が流動して歯形の下部が成形されるように構成されることを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、中間体は上方から圧力を受けて成形された時点では、上方からの圧力により中間体内部にひずみが生じているが、その後、下方からも圧力を受けて成形されることで最終加工品なるため、最終加工品の内部のひずみを軽減できる。
本発明によれば、上中央パンチと上リングパンチはスライドに取り付けられており、上リングパンチが中間体を押し下げて歯形成形部に流動させ、かつ押し下げられた中間体の歯形がダイを押し下げるように構成されている。そのため、スライドの上下動作だけで、上中央パンチと下中央パンチと上リングパンチとダイとが一体的に上下動作可能となる。
さらに、下リングノックアウトは、加工中は上下不動に固定され、上中央パンチと下中央パンチがフランジ成形空間に流動する内径フランジ部を拘束するとともに下リングノックアウトが中間体の外縁部を押圧することで、歯形成形部の下部に中間体が流動して歯形の下部が成形される。そのため上述のように、スライドの下降時の加圧力（メカニカルプレスによる加圧力）がそのまま、下リングノックアウトによって押し出し加工する際の加圧力となる。したがって下リングノックアウトに油圧回路を設けた場合と比較して、構造が簡単で生産性も良い。
本発明によれば、ダイはスプリングによるフローティング手段を有しているためクッション作用が生じ、ダイの歯形成形部に過剰な負荷がかからない。
本発明によれば、下中央パンチには段差部が設けられているので中間体を分流させて中間体の内径フランジ部を成形することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、中間体を製造した後の、別工程の温間鍛造装置及びその方法に関し、素材の歩留まり改善、素材の生産性改善、歯形成形時の鍛造荷重抑制や設備の小型化、歯形成形時のスケール及び脱炭層の解消、ならびに大形のギアの歯形成形を行うことのできる温間鍛造装置及びその方法を提供できる。また特願２０１７−１７５７９２に開示された中間体の鍛造装置及びその方法と併用することで、出発素材から最終加工品を得るまでの温間鍛造装置及びその方法に関し、工程数の短縮化、鍛造荷重抑制や設備の小型化、スケール及び脱炭層の解消、素材の歩留まり改善、素材の生産性改善、ならびに大形のギアの歯形成形を行うことのできる温間鍛造装置及びその方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態における成形前の鍛造装置を示す構造図である。
【図２】上記実施形態における成形前の鍛造装置の要部拡大図である。
【図３】上記実施形態における上リングパンチによる据え込み加工時の鍛造装置を示す構造図である。
【図４】上記実施形態における上リングパンチによる据え込み加工時の鍛造装置の要部拡大図である。
【図５】上記実施形態における上リングパンチによる据え込み加工時の中間体のひずみを示す要部拡大図（ａ）及び荷重ストローク曲線（ｂ）である。
【図６】上記実施形態における下リングノックアウトによる押し出し加工時の鍛造装置を示す構造図である。
【図７】上記実施形態における下リングノックアウトによる押し出し加工時の鍛造装置の要部拡大図である。
【図８】上記実施形態における下リングノックアウトによる押し出し加工時の中間体のひずみを示す要部拡大図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における成形前の鍛造装置の要部拡大図である。
【図１０】上記実施形態における上リングパンチによる据え込み加工時の中間体のひずみを示す要部拡大図（ａ）及び荷重ストローク曲線（ｂ）である。
【図１１】本発明の別の実施形態における中間体のひずみを示す要部拡大図である。
【図１２】中間体の鍛造方法における成形前の鍛造装置を示す構造図である。
【図１３】中間体の鍛造方法における据え込み加工完了時の鍛造装置を示す構造図である。
【図１４】中間体の鍛造方法における据え込み加工完了後にリングパンチを上昇させた状態の鍛造装置を示す構造図である。
【図１５】中間体の鍛造方法における後方押し出し加工完了時の鍛造装置を側面から示す構造図である。
【図１６】中間体の鍛造方法および本発明の鍛造方法を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明を実施するための最良の形態を以下に説明する。なお本発明の課題を解決するための手段を構成する作用・機能的に表現された各要素は、本明細書に開示する具体的構造の他、該作用・機能を実現可能な任意の構造を含む。
【００３１】
（鍛造装置１００の構成）
図１は本発明の第１の実施形態における成形前の鍛造装置１００を示す構造図である。本実施形態の鍛造装置１００は、中間体Ｗの外周に歯形を成形して最終加工品を製造する鍛造装置１００であって、対向配置された上中央パンチ１及び下中央パンチ２と、上中央パンチ１の周囲に配された上リングパンチ３と、上リングパンチ３に対向配置されて下中央パンチ２の周囲に配された下リングノックアウト４と、下リングノックアウト４の周囲に配されるとともに歯形成形部５０を有するダイ５と、上中央パンチ１の油圧を制御する上シリンダ６と、下中央パンチ２の油圧を制御する下シリンダ７とを備える（図１，２）。
【００３２】
鍛造装置１００の中央上方に位置する上中央パンチ１は上シリンダ６により上下動可能に支持されている。上中央パンチ１は上リングパンチ３に内嵌され、上型ホルダ８により上リングパンチ３の外側部が固定保持されている。上シリンダ６は上ベース１０に支持され、上ベース１０はスライド２０１に固定されている。上型ホルダ８を固定する上ベース１０はダイセットに内蔵されてプレス機２００のスライド２０１に取り付けられている。
【００３３】
鍛造装置１００の中央下方に位置する下中央パンチ２は下シリンダ７により上下動可能に支持されている。下中央パンチ２は上中央パンチ１に対向配置されるとともに下リングノックアウト４に内嵌されている。下リングノックアウト４はさらにダイ５に内嵌され、下型ホルダ９によりダイ５の外側部が固定保持されている。下シリンダ７は下ダイ１１に支持され、下ダイ１１はボルスタ２０２に固定されている。下型ホルダ９を固定する下ダイ１１はダイセットに内蔵されてプレス機２００のボルスタ２０２に取り付けられている。下リングノックアウト４はノックアウトピン２０３の上部に接続する。
【００３４】
本実施の形態では、中間体Ｗは、例えばファイナルギヤ等の大形のヘリカルギヤを成形するために使用され、中間体Ｗの材質等は特に限定はされない。材質としてはＳＣＭやＳＣＲ等の機械構造用合金鋼などの金属が考えられ、形状としてはリング形状が好適である。最終加工品となる大形のヘリカルギヤは、例えば外径が約１００〜２５０ｍｍ（φ１００〜２５０）程度のファイナルギヤがその一例である。
【００３５】
図２は本実施形態における成形前の鍛造装置１００の要部拡大図である。図２は、図１に示した鍛造装置１００の軸線から右側部分であって、鍛造装置１００に挿入された中間体Ｗとその周囲の装置構成を拡大して示したものである。なお図２の歯形成形部５０の形状は模式的なものであり、図２の場合、歯形成形部５０の形状は、最終加工品Ｇをその歯筋に対して直角な断面とした時の歯形形状に噛み合う形状として示してある。実際の歯形成形部５０の形状は、最終加工品Ｇをその中心軸を通る縦断面とした時の歯形形状に噛み合う形状であるため、図２に示した形状よりも間延びした台形形状である。
【００３６】
上中央パンチ１はその外周面１ａが中間体Ｗの上部内周側面を形成するために使用され、上中央パンチ１の底部１ｂは中間体Ｗの自由な流動を制限して内径フランジ部Ｗａを成形するために使用される（図２，４）。上中央パンチ１は円柱形状を有し、上リングパンチ３に内嵌されるとともに、鍛造装置１００の軸線上に下向きに配されている（図１）。上中央パンチ１は圧力制御により上中央パンチ１の上昇及び下降動作を制御する上シリンダ６を備える（図１）。
【００３７】
下中央パンチ２はその外周面２ａが中間体Ｗの下部内周側面を形成するために使用され、下中央パンチ２の上部２ｂは中間体Ｗの自由な流動を制限して内径フランジ部Ｗａを形成するために使用される（図２，４）。上部２ｂには例えば、下中央パンチ２には中間体Ｗを分流させて中間体Ｗの内径フランジ部を形成するための段差部２ｂが設けられている（図２）。下中央パンチ２は上中央パンチ１と同様の外径で円柱形状を有し、下リングノックアウト４に内嵌されるとともに、鍛造装置１００の軸線上に上向きに配されている（図１）。
【００３８】
上リングパンチ３は、上方から中間体Ｗの上面を据え込み加工するために使用される（図２）。上リングパンチ３はその内周面に上中央パンチ１が挿入された構成である（図１）。
【００３９】
下リングノックアウト４は、下方から中間体Ｗの下面を押し出し加工するために使用される（図２）。下リングノックアウト４は加工中は上下不動に固定されており、成形品排出時は上昇して成型品をノックアウトできるよう構成されている（図１）。なお下部に歯形は有しておらず、ノックアウト用ピースは星形とされている。
【００４０】
ダイ５は、その内側面に形成された歯形成形部５０によって中間体Ｗに歯形を成形するために使用される（図２）。ダイ５はスプリング１２によるフローティング手段１２を有する（図１）。すなわちダイ５はダイフローティング用のスプリング１２でフローティングさせてあり、上方からの圧力に対してクッションする構成となっている。なおクッション量はシリンダストロークに合せて調節されている。
【００４１】
ノックアウトピン２０３は中間体Ｗの成形完了後に下リングノックアウト４を押し上げて、最終加工品をノックアウトするために使用される（図１）。ノックアウトピン２０３は鍛造装置１００の軸線上の下方に位置し、下リングノックアウト４に接続している。
【００４２】
鍛造装置１００は、上中央パンチ１と下中央パンチ２と上リングパンチ３とダイ５とが一体的に上下動作可能とされ、上中央パンチ１と下中央パンチ２がフランジ成形空間Ｓに流動する内径フランジ部Ｗａを拘束するとともに（図４）、下リングノックアウト４が中間体Ｗの外縁部Ｗｃを押圧することで、歯形成形部５０の下部５０２に中間体Ｗが流動して歯形の下部が成形されるように構成されている（図４，７）。
【００４３】
上中央パンチ１はスライド２０１によって上下動させることもでき、上シリンダ６によって上下動させることもできる（図１，３）。また上中央パンチ１は上シリンダ６の油圧制御によって、上リングパンチ３の動きとは独立させて、上下動させることも可能である。上リングパンチ３はスライド２０１によって上下動作可能とされ、スライド２０１によって押し下げられることでダイ５の内周面を摺動してその内部に挿入可能とされる。上リングパンチ３は中間体Ｗを押し下げて歯形成形部５０に流動させ、押し下げられた中間体Ｗの歯形がダイ５を押し下げるように構成されている。
【００４４】
（ヘリカルギヤの鍛造方法）
本発明を実施するにあたり予め中間体Ｗを準備する。中間体Ｗの製造装置及び方法は特に限定されず、例えば特願２０１７−１７５７９２に開示される鍛造装置及び方法によって温間鍛造加工された中間体Ｗが使用される。特願２０１７−１７５７９２では、大形のヘリカルギヤの中間体Ｗの鍛造方法及び装置を開示しており、温間鍛造によって出発素材ＡＷ（丸棒）から、成形工程（工程１）と、ピアス加工工程（工程２）の、２工程でリング状の中間体Ｗを得ることのできる方法及び装置を開示している。本明細書にて以下に引用した特願２０１７−１７５７９２公報の開示内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。
【００４５】
以下、出発素材ＡＷから中間体Ｗを製造するための鍛造装置Ａ１００および鍛造方法を説明する。
【００４６】
図１２は、中間体Ｗを製造するための鍛造装置Ａ１００を側面から示す構造図である。素材ＡＷをセットした状態を示しており、素材ＡＷ成形前である。図１２を用いて鍛造装置Ａ１００の構成を説明する。
【００４７】
中間体Ｗを製造するための鍛造装置Ａ１００は、中央パンチＡ１とリングパンチＡ２からなる上型Ａ１０と、ダイＡ３とノックアウトＡ４からなる下型Ａ２０とを備える。中央パンチＡ１は上型ホルダＡ１１に固定され、上型ホルダＡ１１はスライドＡ２０１に固定される（図１２）。リングパンチＡ２は圧力制御によりリングパンチＡ２の上昇及び下降動作を制御する油圧シリンダＡ５を備える。鍛造装置Ａ１００の中央上方に位置する中央パンチＡ１はリングパンチＡ２に内嵌され、上型スリーブＡ１２によりリングパンチＡ２の外側部が固定保持される。上型Ａ１０及び上型スリーブＡ１２を固定する上型ホルダＡ１１はダイセットに内蔵されてプレス機Ａ２００のスライドＡ２０１に取り付けられる。下型Ａ２０は上型Ａ１０に対向配置され下型ホルダＡ２１に固定されており、下型スリーブＡ２２によりダイＡ３の外側部が固定保持されている。下型Ａ２０及び下型スリーブＡ２１を固定する下型ホルダＡ２１はダイセットに内蔵されてプレス機Ａ２００のボルスタＡ２０２に取り付けられる。ノックアウトＡ４はノックアウトピンＡ２０３の上部に接続する。中間体Ｗを製造するための鍛造装置Ａ１００は、円柱形状の素材ＡＷから中間体Ｗであるカップ形状の機械部品を成形する。特に後工程で大型のヘリカルギヤを温間鍛造で製造する過程で必要な中間体Ｗを製造する。
【００４８】
素材（出発素材）ＡＷは、ファイナルギヤ等の大型のヘリカルギヤを成形するために使用されるが、素材ＡＷの材質や形状や大きさ等は特に限定はされない。例えば材質としてはＳＣＭやＳＣＲ等の機械構造用合金鋼などの金属素材が考えられ、形状としては円柱形状が好適である。
【００４９】
中央パンチＡ１の先端部は長い円柱形状であって、中央パンチＡ１はリングパンチＡ２に内嵌されるとともに、鍛造装置Ａ１００の中心軸線上に下向きに配されている。リングパンチＡ２は内周面に上パンチＡ１が挿入された構成をとり、中央パンチＡ１とリングパンチＡ２とはダイＡ５の内周面に挿入可能であり摺動自在とされる。また中央パンチＡ１を不動状態としたまま、リングパンチＡ２を上型ホルダＡ１１とともに油圧シリンダＡ５の油圧制御によって上下動させることも可能である。ノックアウトＡ４は鍛造装置Ａ１００の中心軸線上であってダイＡ３の内部に上向きに配されている。ノックアウトピンＡ２０３は素材ＡＷの成形完了した後に、ＢＫＯ（ベッドノックアウト）を施すために使用される。ノックアウトピンＡ２０３は中央パンチＡ１に対向配置されるともに、ノックアウトＡ４の下方に位置してダイＡ３に内嵌されている。
【００５０】
図１３は、中間体Ｗの鍛造方法を説明するための図であって、据え込み加工完了時の鍛造装置Ａ１００を示す構造図である。図１４は、中間体Ｗの鍛造方法を説明するための図であって、据え込み加工完了後にリングパンチＡ２を上昇させた状態の鍛造装置Ａ１００を示す構造図である。図１５は、中間体Ｗの鍛造方法を説明するための図であって、後方押し出し加工完了時の鍛造装置Ａ１００を側面から示す構造図である。図１２〜１５を用いて、中間体Ｗを製造するための鍛造装置Ａ１００の動作構成の概略を説明する。
【００５１】
鍛造装置Ａ１００のスライドＡ２０１は上昇及び下降動作可能とされている（図１２→図１３→図１５）。中央パンチＡ１やリングパンチＡ２を備える上型Ａ１０は上型ホルダＡ１１に固定され、上型ホルダＡ１１はスライドＡ２０１に取り付けられているため、これらはスライドＡ２０１と一体的に上昇及び下降動作が可能である（図１２→図１３）。すなわち中央パンチＡ１やリングパンチＡ２はスライドＡ２０１の上下動により上昇及び下降動作し、素材ＡＷを上方から押圧可能である（図１３）。またリングパンチＡ２は油圧シリンダＡ５の油圧制御によって中央パンチＡ１や上型ホルダＡ１１に対して上下に摺動する（図１３→図１４）。この時、中央パンチＡ１の外周部がリングパンチＡ２の内周部に摺接しながら上昇及び下降動作する。したがって中央パンチＡ１は素材ＡＷの上面中央部を押圧可能であり、リングパンチＡ２は素材ＡＷの上面外周部を押圧可能である（図１４→図１５）。このように中央パンチＡ１とリングパンチＡ２は一体的に素材ＡＷを押圧可能であるが（図１２→図１３）、互いに独立して素材ＡＷを押圧することも可能である（図１４→図１５）。ノックアウトＡ４の下方には中間体Ｗを突き上げるためのノックアウトピンＡ２０３が配されており（図１５）、ノックアウトピンＡ２０３を上昇させることによってノックアウトＡ４を上昇させてノックアウトＡ４の上部で中間体Ｗの下部を押圧し、中間体Ｗをノックアウトさせることが可能である（不図示）。したがって鍛造装置Ａ１００の動作中、ダイＡ３とノックアウトＡ４とは不動状態で下型ホルダＡ２０及びボルスタＡ２０２に保持することもできるし（図１２→図１３→図１４→図１５）、ダイＡ３は不動状態のままとしてノックアウトＡ４とノックアウトピンＡ２０３とを一体的に上下動作させることもできる（不図示）。
【００５２】
図１６は、本発明を実施するにあたり必要となる中間体Ｗの鍛造方法と、本発明の鍛造方法とを説明するフローチャート図である。
【００５３】
特願２０１７−１７５７９２に開示された、中間体Ｗを製造するための鍛造方法では、中央パンチＡ１とリングパンチＡ２からなる上型Ａ１０と、ダイＡ３とノックアウトＡ４からなる下型Ａ２０とを備え、中央パンチＡ１はスライドＡ２０１に固定されて動き、リングパンチＡ２は圧力制御する油圧シリンダＡ５を備えた、１０００トン〜１２００トンクラス程度の温間鍛造装置Ａ１００が使用される（図１２）。ダイＡ３とノックアウトＡ４によって形成されたキャビティ内に素材ＡＷを配置した後に（図１６）、中央パンチＡ１の押圧面とリングパンチＡ２の押圧面とを同じ高さ位置にして素材ＡＷを押圧し、コーナー部に欠肉がある状態で据え込み加工を完了させるステップＡと、リングパンチＡ２に作用していた油圧を低下させた後に後方押し出しを開始し、押し出された素材ＡＷの上面とリングパンチＡ２との接触により荷重が急激に上昇する直前で後方押し出し加工を完了するステップＢとにより中間体Ｗを得る（図１６）。そしてノックアウトＡ４でノックアウトすることで中間体Ｗを取り出す（ステップＣ）。
【００５４】
ステップＡからステップＣまでの一連のステップは、一工程中の連続する加工動作であり、１つの金型（ダイセット）を用いて行われる。該鍛造方法では９５０℃以下の温間温度領域に加熱しながら矩形断面の円柱形状素材を一工程で成形加工するものである。別工程でフランジに穴の打ち抜きをするピアス加工工程（図１６の工程２）を含めると、二工程でリング状の中間体Ｗの製造が可能である。そしてピアス加工工程（工程２）の後に、本発明の温間鍛造による最終品成形工程を行う。この鍛造方法により１０００トン〜１２００トンクラス程度の温間鍛造装置のみを使用して出発素材ＡＷから最終加工品までを三工程で終えることができる（図１６）。
【００５５】
なおステップＢでは、リングパンチＡ２に作用していた油圧を逃がしてリングパンチＡ２を上昇させるか、及び／又はリングパンチＡ２に作用していた油圧を作動させない状態でリングパンチＡ２を自由に上昇できる状態にして、リングパンチＡ２に作用していた油圧を低下させた後に後方押し出しを開始することが好ましい（不図示）。またステップＢでは、リングパンチＡ２に作用していた油圧を作動させない状態でリングパンチＡ２を自由に上昇できる状態にして、リングパンチＡ２に作用していた油圧を低下させた後に後方押し出しを開始し、押し出された素材ＡＷの上面とリングパンチＡ２とを接触させたまま後方押し出しを行い、押し出された素材ＡＷの上面からの圧力によりリングパンチＡ２を上昇させ、リングパンチＡ２の上死点において荷重が急激に上昇する直前で後方押し出し加工を完了させることによりカップ状の中間体Ｗを得ることが好ましい（不図示）。
【００５６】
温間鍛造により製造された中間体の温度は維持したまま、温間で連続して本発明の鍛造装置１００の歯形成形用のダイ５内へ前記中間体を挿入して、そのまま温間鍛造によって歯形を成形する。また、温間鍛造により製造されて打ち抜き加工された前記中間体Ｗを７００℃〜９５０℃に再加熱して本発明の鍛造装置１００の歯形成形用のダイ５内へ挿入して、温間鍛造によって歯形を成形してもよい。素材（出発素材）から中間体Ｗまでは特願２０１７−１７５７９２に開示する装置及び方法によって温間鍛造成形し、中間体Ｗから最終加工品を得るまでは本発明に開示する装置及び方法によって温間鍛造成形することで、素材（出発素材）から最終加工品を得るまでの工程数の短縮化、鍛造荷重抑制や設備の小型化、スケール及び脱炭層の解消、素材の歩留まり改善、素材の生産性改善を行うことができ、大形のギアの歯形成形を行うことのできる温間鍛造装置及びその方法を提供することができる。
【００５７】
次に、中間体Ｗから最終加工品を製造するための鍛造装置１００および鍛造方法を説明する。
【００５８】
図３は本実施形態における上リングパンチ３による据え込み加工時の鍛造装置１００を示す構造図である。図４は本実施形態における上リングパンチ３による据え込み加工時の鍛造装置１００の要部拡大図である。図５は本実施形態における上リングパンチ３による据え込み加工時の中間体Ｗのひずみを示す要部拡大図（ａ）及び荷重ストローク曲線（ｂ）である。図６は本実施形態における下リングノックアウト４による押し出し加工時の鍛造装置１００を示す構造図である。図７は本実施形態における下リングノックアウト４による押し出し加工時の鍛造装置１００の要部拡大図である。図８は本実施形態における下リングノックアウト４による押し出し加工時の中間体Ｗのひずみを示す要部拡大図である。
【００５９】
本発明の鍛造方法は、中間体Ｗの外周に歯形を成形して最終加工品を製造する鍛造方法であって、対向配置された上中央パンチ１及び下中央パンチ２と、上中央パンチ１の周囲に配された上リングパンチ３と、上リングパンチ２に対向配置されて下中央パンチ２の周囲に配された下リングノックアウト４と、下リングノックアウト４の周囲に配されるとともに歯形成形部５０を有するダイ５と、上中央パンチ１の油圧を制御する上シリンダ６と、下中央パンチ２の油圧を制御する下シリンダ７とを備え（図１，２）、上中央パンチ１の油圧よりも下中央パンチ２の油圧を大きくしてフランジ成形空間Ｓを形成する第１ステップと（図１，２，１６）、据込み加工を開始する第２ステップと（図２，１６）、歯形成形部５０へ中間体Ｗを分流することで中間体Ｗの上部の歯形を成形するとともに、上中央パンチ１及び／又は下中央パンチ２によって形成されたフランジ成形空間Ｓへ中間体Ｗを分流させて中間体Ｗの内径フランジ部Ｗａを成形する第３ステップと（図３，４，５，１６）、上中央パンチ１の油圧よりも下中央パンチ２の油圧を小さくして、下リングノックアウト４によって下方から中間体Ｗの外縁部Ｗｃを押圧することで、ダイ５の歯形成形部５０の下部へ中間体Ｗを流入させて中間体Ｗの下部の歯形を成形する第４ステップにより最終加工品を製造する（図６，７，１６）。
【００６０】
本発明の第１ステップは加工開始前のステップである（図１，２，１６）。第１ステップにおいて、ダイ５はフローディングされており、下リングノックアウト７は固定されている（図１）。第１ステップでは、下リングノックアウト４の上面であって、上中央パンチ１と、下リングノックアウト４とダイ５とにより形成された空間（キャビティ）に中間体Ｗが配置され、スライド２０１を下降させることで上中央パンチ１と、上リングパンチ３を下降させる（図２）。上リングパンチ３よりも上中央パンチ１を先行して下降させ、上中央パンチ１と下中央パンチ２とを接触させる。上中央パンチ１と下中央パンチ２が接触した後の上シリンダ６と下シリンダ７の油圧力は、スライド２０１（上中央パンチ１と上リングパンチ３とダイ５）が下降するときに、上シリンダ６のみがクッションするように調節されており、上シリンダ６は油を排出しながらクッションをする。例えば下シリンダ７の油圧力が上シリンダ６の油圧力の２倍程度に設定されている。上シリンダ６を油圧にてクッションさせながら上中央パンチ１の下面と下中央パンチ２の段差部２ｂとにより中間体Ｗのフランジ成形空間Ｓを形成保持する。
このように、第１ステップでは、下シリンダ７の油圧を上シリンダ６の油圧よりも大きくし、下シリンダ７からの油のリリーフを抑制させながら上シリンダ６内の油をリリーフさせ、上中央パンチ１の圧力を保持しながら上中央パンチ１の高さ位置や、下中央パンチ２の高さ位置を保持し、上中央パンチ１の下面と下中央パンチ２の段差部２ｂにより、中間体Ｗの内径フランジ部Ｗａを成形するためのフランジ成形空間Ｓを形成して維持している。例えば、第１ステップでは、下シリンダ７の油圧を上シリンダ６の油圧の１．５倍〜２．５倍として、油圧回路によって上中央パンチ１と下中央パンチ２は位置決めし、上昇や下降をしない状態とする。図１に示すように上中央パンチ１の上方には上シリンダ６の油圧によって隙間Ｒ１が生じ、下中央パンチ２の下方には下シリンダ７の油圧によって隙間Ｒ２が生じている。以上のようにして、中間体Ｗを押圧して内周方向へ流動させる前に予め上中央パンチ１と下中央パンチ２とは拘束されて、中間体Ｗのフランジ成形空間Ｓが形成されて保持される。
【００６１】
第２ステップでは、図１に示したスライド２０１と上リングパンチ３が一緒に（一体となって）降下することで上リングパンチ３が中間体Ｗに接触する（図２，１６）。すなわち、スライド２０１と上リングパンチ３を一体的に下降させることで上リングパンチ３が中間体Ｗに接触し、上リングパンチ３により中間体Ｗの押圧を開始することによって据込み加工を開始する（図２）。スライド２０１を下降させる際には、油圧回路を制御することで上中央パンチ１や下中央パンチ２の高さ位置は一定とする。このようにして上中央パンチ１と、下中央パンチ２と、下リングノックアウト４と、ダイ５とが不動状態のまま、上リングパンチ３のみが下降することで中間体Ｗの据え込み加工を開始する。
【００６２】
第３ステップでは、ダイ５をフローティングさせながら図１に示したスライド２０１の下降により上リングパンチ３をさらに下方へ押し下げる（図３，１６）。図４に示した中間体Ｗの外縁部Ｗｂの上部を押圧する際には、設定された油圧Ｐ１を保ちながら上シリンダ６内の油を逃がして、上シリンダ６をクッションさせながら据え込み加工をすすめる。この時、下シリンダ７内の油力Ｐ２はＰ１≪Ｐ２の状態として、上中央パンチ１の位置を保持している上シリンダ６部分の油をリリーフバルブで逃がしながら圧力を保持しているため上中央パンチ１の下面１ｂと、下中央パンチ２の段差部２ｂで造られているフランジ成形空間Ｓが広がることなく保たれる（図４）。このことにより、中間体Ｗは下方へ押し下げられながら、段差部２ｂによって形成されたフランジ成形空間Ｓへ分流鍛造される（図４）。フランジ成形空間Ｓへ中間体Ｗが流入することで、ボルトで固定するための領域であるヘリカルギヤ内径フランジ部Ｗａが成形される。またこの分流とともに、ダイ５の歯形成形部５０へ中間体Ｗが分流鍛造される。歯形成形部５０へ中間体Ｗが流入することで上部の歯形が中間体Ｗに成形される。
このようにしてダイ５の歯形成形部５０の上部５０１へ中間体Ｗを分流させて中間体の上部の歯形を成形するとともに、上中央パンチ１及び／又は下中央パンチ２によって形成されたフランジ成形空間Ｓへ中間体Ｗを分流させて中間体Ｗの内径フランジ部Ｗａを成形する。なお段差部２ｂの高さ（隙間寸法）は最小荷重で歯形が充満しやすい寸法に調整されている。
以上のように第３ステップでは、スライド２０１を下降させながら上シリンダ６の油を排出していくため、相対的にみて上中央パンチ１の下降幅よりも、上リングパンチ３の下降幅が大きくなる。またダイ５の歯形成形部５０へ中間体が流入することで、形成された歯形が上リングパンチ３とダイ５との間の摩擦力を上昇させるため、上リングパンチ３の下降に引きずられるようにしてダイ５も若干下降する。このようにしてダイ５のフローティング量（高さ位置）が図１と比較して減少する（図３）。下リングノックアウト４は、加工中（ノックアウトさせるまで）は高さ位置が固定されている。
【００６３】
この状態では歯形成形部５０の下部５０２への中間体Ｗの充満が不十分である。そのため、第４ステップは、引き続きダイ５をフローティングさせながら、スライド２０１を更に下降させて下死点数ミリ手前にすると（図４，５の状態）、下シリンダ７の油圧を上シリンダ６の油圧よりも低下させ、上シリンダ６の油圧力と下シリンダ７の油圧力の大きさの関係を逆転させる。例えば第３ステップまで、上中央パンチ１の油圧力の２倍以上であった下中央パンチ２の油圧力を第４ステップでは１／４程度に減少（上中央パンチ１の油圧力に対しては１／２程度に減少）させる。すなわち第４ステップでは、下シリンダ７の油圧を前記上シリンダ６の油圧よりも低くする。例えば下シリンダ７の油圧を上シリンダ６の油圧の０．２５倍〜０．７５倍とする。また上シリンダ６の油圧は０としてもよい。例えば図３に示すように、第１ステップで生じていた隙間Ｒ１は、第１ステップ〜第３ステップの間の上シリンダ６の油の排出にしたがって減少していき、上シリンダ６の油が排出完了すると隙間Ｒ１は無くなる。なお第１ステップ〜第３ステップで生じていた隙間Ｒ２も、第４ステップの開始とともに減少していく。
そして上シリンダ６からの油のリリーフを無くし、かつ下シリンダ７からの油をリリーフさせながら、スライド２０１を下降させることで上中央パンチ１と、下中央パンチ２と、上リングパンチ３と、ダイ５とを同時に下降させる（図６，７）。下リングノックアウト４は不動状態で高さ位置を固定した状態であり、上中央パンチ１と、下中央パンチ２と、上リングパンチ３と、ダイ５とを下方へ押し下げることで、内径フランジ部Ｗａを拘束するとともに、下リングノックアウト４によって相対的にみて下方から中間体Ｗの外縁部の下部Ｗｃを押圧する（図７）。このようにして加工中は上下不動状態で固定された下リングノックアウト４によって中間体外縁部の下部Ｗｃの押出し加工を行ない、ダイ５をクッションさせながら歯形成形部５０の下部５０２へ中間体Ｗを流入させて中間体Ｗの下部の歯形を成形することにより最終加工品を製造する（図６，７）。
【００６４】
加工完了後はスライド２０１を上昇させ、スライド２０１と共に、上中央パンチ１と上リングパンチ３が上昇する（不図示）。
【００６５】
その後、ノックアウトピン２０３を上昇させることで下リングノックアウト４を押し上げ、下リングノックアウト４によって最終加工品を押し上げることにより、最終加工品をダイ５の外部へ排出する（図１６）。なおダイ５内周面には上部まで歯形が形成されている。以上のようにして、出発素材又は中間体Ｗから最終加工品に至るまでの工程を温間鍛造により行った、大型のヘリカルギヤの鍛造品を得ることができる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図９は、本実施形態における成形前の鍛造装置１０１の要部拡大図である。図１０は、本実施形態における上リングパンチ３による据え込み加工時の中間体Ｗのひずみを示す要部拡大図（ａ）及び荷重ストローク曲線（ｂ）である。
【００６７】
（鍛造装置１０１の構成）
第２の実施の形態の鍛造装置１０１は、図９に示すように、中間体Ｗの外縁部Ｗｂの厚みが大きい場合に使用することが好ましく、上リングパンチ１の押圧面（中間体Ｗを押圧する面）と、下リングノックアウト４の押圧面が大きい。その他、第２の実施の形態では下シリンダ７は備えていなくともよい。またダイ５をフローティングさせるためのスプリング等のフローティング手段は備えていなくともよい。その他については、図１に示した第１の実施の形態と同様の装置構成であるため説明を省略する。
【００６８】
（本実施の形態の鍛造方法）
本実施の形態の第１ステップでは、第１の実施の形態の第１ステップ中で行ったダイ５のフローティングは省略される。本実施の形態の第２ステップでは、第１の実施の形態の第２ステップと同様に据え込み加工が開始される。本実施の形態の第３ステップは第１の実施の形態と同様に、中間体Ｗがフランジ成形空間Ｓへと分流鍛造されるが、本実施の形態では中間体Ｗの外縁部Ｗｂの厚みが大きいため、フランジ成形空間Ｓへの流動が少ない。本実施の形態では、第１の実施の形態の第４ステップ（下リングノックアウト４による中間体Ｗの押し出し加工）は省略される。その他、本実施形態の鍛造方法の詳細については、第１の実施の形態の鍛造方法と同様であるため説明を省略する。
【００６９】
本実施の形態の鍛造方法では、フローティング手段や下シリンダ４を備える必要がなく、第１の実施の形態で行われた第１ステップ中のフローティングや、第４ステップは省略されるため、鍛造装置１０１及びその方法はよりシンプルなものとなる。したがって装置コストも下がり生産効率も向上する。一方で第４ステップが省略されるため、大形のヘリカルギヤの外縁部Ｗｂの厚みが薄い場合には、歯形成形部５０の下部５０２への中間体Ｗの充満が不十分になりやすく、下部の歯形が成形されにくい。したがって、本実施の形態の鍛造装置１０１及びその方法は、中間体Ｗの外縁部Ｗｂの厚みが大きい場合に使用することが好ましい。また歯形成形部５０の下方５０１へ中間体Ｗが分流しやすいように、フランジ成形空間Ｓの寸法（段差部２ｂの空間高さ）も予め調整しておくことが好ましい。
【００７０】
本発明は、その他の変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲において含まれる。図１１は、本発明の別の実施形態（変形例）における中間体Ｗのひずみを示す要部拡大図である。図１１に示すように本発明は中間体Ｗから歯形を有さない最終加工品を製造する鍛造装置としてもよい。
【００７１】
この場合、鍛造装置および鍛造方法は、ダイ５が歯形成形部５０を有していない構成であり、その他は第１の実施の形態の鍛造装置１００および鍛造方法と同様である（図１１）。最終加工品の外周は円筒の外周と同じく滑らかな曲面であり、最終加工品の内周には中間体内径フランジ部Ｗａが形成される。第１の実施の形態とは異なり、歯形成形部５０を有していないので上リングパンチ３が中間体Ｗを押し下げた際に、歯形成形部５０に流動するといったことが生じず、押し下げられた中間体Ｗは歯形を有さないため中間体Ｗがダイ５を押し下げることもない。また下リングノックアウト４が中間体Ｗの外縁部下部Ｗｃを押圧することで歯形成形部５０の下部に中間体Ｗが流動して歯形の下部が成形されるといったことも生じない。しかし、第１の実施の形態と同様に、上リングパンチ３が中間体Ｗを押し下げた際に、段差部２ｂ（上中央パンチ底面１ｂと段差部２ｂとにより形成されたフランジ成形空間Ｓ）へと中間体Ｗが流動し、中間体内径フランジ部Ｗａが成形され、その後に下リングノックアウト４が中間体Ｗを押し上げることで、中間体Ｗは段差部２ｂへとさらに流動して中間体内径フランジ部Ｗａがさらに成形される。上リングパンチ３によって中間体Ｗが上方から圧力を受けて中間体内径フランジ部Ｗａが中途成形された時点では、上方からの圧力により中間体外縁部上部Ｗｂだけが圧縮されることとなり、中間体内部には上下で比較するとひずみが生じているが、その後、中間体Ｗが下方からも圧力を受けて中間体内径フランジ部Ｗａがさらに成形されて最終加工品となった時点では、下方からの圧力により中間体外縁部下部Ｗｃも圧縮されているため、最終加工品の内部のひずみが軽減されている。以上のように本発明によって最終加工品の内部のひずみを抑えることが可能となる。
【符号の説明】
【００７２】
１００      鍛造装置、
１          上中央パンチ、
１ａ        上中央パンチ外周面、
１ｂ        上中央パンチ底面、
２          下中央パンチ、
２ａ        下中央パンチ外周面、
２ｂ        段差部（上中央パンチ上面）、
３          上リングパンチ、
４          下リングノックアウト、
５          ダイ、
５０        歯形成形部、
５０１      歯形成形部上部、
５０２      歯形成形部下部、
６          上シリンダ、
７          下シリンダ、
８          上型ホルダ、
９          下型ホルダ、
１０        上ベース、
１１        下ダイ、
１２        フローティング手段、
２０１      スライド、
２０２      ボルスタ、
２０３      ノックアウトピン、
Ｗ          中間体、
Ｗａ        中間体内径フランジ部、
Ｗｂ        中間体外縁部（中間体外縁部上部）、
Ｗｃ        中間体外縁部下部、
Ｓ          フランジ成形空間
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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