(57)【要約】【課題】製造する環状部材の歩留まり及び生産性に優れると共に、金型の寿命に優れた鍛造装置及び鍛造方法の提供。【解決手段】内径が一端に向かって拡径した拡径部の外周面に溝が形成された環状部材を成形するための鍛造装置。拡径部を成形するためのテーパ部２１ａが形成された固定パンチ２１と、固定パンチ２１の外周を囲うように配置されたダイス３０と、固定パンチ２１の上方に対向配置された可動パンチ１０と、を備える。ダイス３０は、フローティング支持されると共に、内周面に溝を成形するための突出部３３ａを有しており、可動パンチ１０を降下させ、固定パンチ２１とダイス３０との間にセットされた環状の素形材４０を押圧し、環状部材を成形する際、可動パンチ１０と共にダイス３０を降下させ、拡径部を成形しつつ、当該拡径部の外周面に溝を成形する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径が一端に向かって拡径した拡径部の外周面に溝が形成された環状部材を成形するための鍛造装置であって、
前記拡径部を成形するためのテーパ部が形成された固定パンチと、
前記固定パンチの外周を囲うように配置されたダイスと、
前記固定パンチの上方に対向配置された可動パンチと、を備え、
前記ダイスは、フローティング支持されると共に、内周面に前記溝を成形するための突出部を有しており、
前記可動パンチを降下させ、前記固定パンチと前記ダイスとの間にセットされた環状の素形材を押圧し、前記環状部材を成形する際、前記可動パンチと共に前記ダイスを降下させ、前記拡径部を成形しつつ、当該拡径部の外周面に前記溝を成形する、
鍛造装置。
【請求項２】
前記可動パンチの下面に凹部が設けられており、前記可動パンチを降下させた際、前記凹部に前記固定パンチの先端部が嵌入される、
請求項１に記載の鍛造装置。
【請求項３】
内径が一端に向かって拡径した拡径部の外周面に溝が形成された環状部材を成形するための鍛造方法であって、
前記拡径部を成形するためのテーパ部が形成された固定パンチと、当該固定パンチの外周を囲うように配置されたダイスとの間に、環状の素形材をセットするステップと、
前記固定パンチの上方に対向配置された可動パンチを降下させて前記素形材を押圧し、前記環状部材を成形するステップと、を備え、
前記ダイスは、フローティング支持されると共に、内周面に前記溝を成形するための突出部を有しており、
前記環状部材を成形するステップにおいて、前記可動パンチと共に前記ダイスを降下させ、前記拡径部を成形しつつ、当該拡径部の外周面に前記溝を成形する、
鍛造方法。
【請求項４】
前記可動パンチの下面に凹部が設けられており、前記可動パンチを降下させた際、前記凹部に前記固定パンチの先端部が嵌入される、
請求項３に記載の鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造装置及び鍛造方法に関し、特に内径が一端に向かって拡径した拡径部の外周面に溝が形成された環状部材を成形するための鍛造装置及び鍛造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内径が一端に向かって拡径した拡径部の外周面に歯及び溝が形成されたギヤなどの環状部材が知られている。このような環状部材は、鍛造装置を用いて成形される場合が多い。例えば、特許文献１には、フローティングダイスを用いて拡径部を成形する鍛造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０５７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、内径が一端に向かって拡径した拡径部の外周面に溝が形成された環状部材を成形するための鍛造装置及び鍛造方法に関し、以下の問題点を見出した。
特許文献１に開示された鍛造装置及び鍛造方法では、鍛造加工によって拡径部を成形した後、拡径部の外周面に機械加工によって歯及び溝を形成している。そのため、製造する環状部材の歩留まり及び生産性に劣るという問題があった。
他方、単純に鍛造加工によって拡径部を成形しつつ、拡径部の外周面に歯及び溝を同時に成形しようとした場合、溝を成形するために金型に設けられた突出部の端部に応力が集中して当該端部が摩耗し、金型の寿命が著しく低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、成形する環状部材の歩留まり及び生産性に優れると共に、金型の寿命に優れた鍛造装置及び鍛造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る鍛造装置は、
内径が一端に向かって拡径した拡径部の外周面に溝が形成された環状部材を成形するための鍛造装置であって、
前記拡径部を成形するためのテーパ部が形成された固定パンチと、
前記固定パンチの外周を囲うように配置されたダイスと、
前記固定パンチの上方に対向配置された可動パンチと、を備え、
前記ダイスは、フローティング支持されると共に、内周面に前記溝を成形するための突出部を有しており、
前記可動パンチを降下させ、前記固定パンチと前記ダイスとの間にセットされた環状の素形材を押圧し、前記環状部材を成形する際、前記可動パンチと共に前記ダイスを降下させ、前記拡径部を成形しつつ、当該拡径部の外周面に前記溝を成形するものである。
【０００７】
本発明の一態様に係る鍛造装置では、ダイスが内周面に溝を成形するための突出部を有しており、可動パンチを降下させ、固定パンチとダイスとの間にセットされた環状の素形材を押圧し、環状部材を成形する際、拡径部を成形しつつ、拡径部の外周面に溝を成形する。そのため、成形する環状部材の歩留まり及び生産性に優れている。また、ダイスがフローティング支持されており、可動パンチと共に降下するため、突出部の上端が摩耗し難く、ダイスの寿命が向上する。このように、本発明の一態様に係る鍛造装置は、成形する環状部材の歩留まり及び生産性に優れると共に、金型の寿命に優れている。
【０００８】
前記可動パンチの下面に凹部が設けられており、前記可動パンチを降下させた際、前記凹部に前記固定パンチの先端部を嵌入してもよい。このような構成により、可動パンチと固定パンチとの隙間に素形材が入り込み、バリが発生することを抑制することができる。
【０００９】
本発明の一態様に係る鍛造方法は、
内径が一端に向かって拡径した拡径部の外周面に溝が形成された環状部材を成形するための鍛造方法であって、
前記拡径部を成形するためのテーパ部が形成された固定パンチと、当該固定パンチの外周を囲うように配置されたダイスとの間に、環状の素形材をセットするステップと、
前記固定パンチの上方に対向配置された可動パンチを降下させて前記素形材を押圧し、前記環状部材を成形するステップと、を備え、
前記ダイスは、フローティング支持されると共に、内周面に前記溝を成形するための突出部を有しており、
前記環状部材を成形するステップにおいて、前記可動パンチと共に前記ダイスを降下させ、前記拡径部を成形しつつ、当該拡径部の外周面に前記溝を成形するものである。
【００１０】
本発明の一態様に係る鍛造方法では、ダイスが内周面に溝を成形するための突出部を有しており、可動パンチを降下させ、固定パンチとダイスとの間にセットされた環状の素形材を押圧し、環状部材を成形する際、拡径部を成形しつつ、拡径部の外周面に溝を成形する。そのため、成形する環状部材の歩留まり及び生産性に優れている。また、ダイスがフローティング支持されており、可動パンチと共に降下するため、突出部の上端が摩耗し難く、ダイスの寿命が向上する。このように、本発明の一態様に係る鍛造方法は、成形する環状部材の歩留まり及び生産性に優れると共に、金型の寿命に優れている。
【００１１】
前記可動パンチの下面に凹部が設けられており、前記可動パンチを降下させた際、前記凹部に前記固定パンチの先端部を嵌入してもよい。このような構成により、可動パンチと固定パンチとの隙間に素形材が入り込み、バリが発生することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、成形する環状部材の歩留まり及び生産性に優れると共に、金型の寿命に優れた鍛造装置及び鍛造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る鍛造装置を用いて成形された環状部材の斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る鍛造装置を用いて成形された環状部材の断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る鍛造装置の垂直断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る鍛造装置の垂直断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る鍛造装置を用いてワーク４０を成形した場合の塑性流動を示すＦＥＭ解析結果である。
【図６】第２の実施形態に係る鍛造装置の垂直断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る鍛造装置の垂直断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る鍛造装置を用いてワーク４０を成形した場合の塑性流動を示すＦＥＭ解析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１５】
（第１の実施形態）
＜成形された環状部材の構成＞
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る鍛造装置を用いて成形された環状部材について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る鍛造装置を用いて成形された環状部材の斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る鍛造装置を用いて成形された環状部材の断面図である。図１、図２に示すように、環状部材５０は、内径が一端に向かって拡径した拡径部５３と、拡径部５３の外周面に形成された歯５１及び溝５２とを備えた金属製のギヤである。図２には、環状部材５０に加え、成形前のワーク４０すなわち素形材も示されている。環状部材５０は成形後のワーク４０とも言える。
【００１６】
図２に示すように、成形前のワーク４０には、成形後の環状部材５０における拡径部５３や歯５１及び溝５２が形成されていない。すなわち、第１の実施形態に係る鍛造装置を用いて素形材であるワーク４０を鍛造することによって、拡径部５３が成形されると共に、拡径部５３の外周面に歯５１及び溝５２が形成される。
なお、第１の実施形態に係る鍛造装置を用いて成形される環状部材は、ギヤに限定されず、内径が一端に向かって拡径した拡径部と、拡径部の外周面に形成された溝とを備えるものであればよい。
【００１７】
＜鍛造装置の構成＞
次に、図３、図４を参照して、第１の実施形態に係る鍛造装置について説明する。図３、図４は、第１の実施形態に係る鍛造装置の垂直断面図である。
なお、当然のことながら、図３及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。
【００１８】
図３、図４に示すように、第１の実施形態に係る鍛造装置は、可動パンチ（上パンチ）１０、固定パンチ（下パンチ）２１、フローティングダイス３０を備えている。図３は、ワーク４０を鍛造する前であって、可動パンチ１０が上昇した状態を示している。図４は、ワーク４０を鍛造した後であって、可動パンチ１０が降下した状態を示している。すなわち、可動パンチ１０は、上下方向（ｚ軸方向）に上昇、降下することができる。図４に示した成形後のワーク４０は、環状部材５０である。
【００１９】
図３、図４に示すように、可動パンチ１０は、円柱状の内パンチ１１と、内パンチ１１が嵌挿された円筒状の外パンチ１２とから構成されている。可動パンチ１０は、円環状の板部材であるパンチホルダー１５によって、受圧板１４の下面に固定されている。また、図３、図４の例では、受圧板１４と可動パンチ１０との間に円板状のスペーサ１３が設けられている。
【００２０】
より詳細には、受圧板１４の下面中央部に、平面視円形状の凹部が設けられており、当該凹部に可動パンチ１０の根元部が嵌合されている。外パンチ１２の根元部にはフランジが設けられており、当該フランジをパンチホルダー１５が下側から支持している。そして、パンチホルダー１５が受圧板１４にボルト締めされている。
なお、可動パンチ１０が、内パンチ１１と外パンチ１２とに分割されず、一体に構成されていてもよい。
【００２１】
図３、図４に示すように、固定パンチ２１は、可動パンチ１０の内パンチ１１の下側に対向配置された円柱状の金型である。固定パンチ２１の上部側面には、図２に示した成形後の環状部材５０の拡径部５３を成形するためのテーパ部２１ａが形成されている。固定パンチ２１は、受圧板２２ａ上に載置されている。受圧板２２ａ上には、固定パンチ２１が嵌挿された受圧板２２ｂが載置さており、固定パンチ２１が受圧板２２ａに固定されている。さらに、受圧板２２ｂ上には受圧板２２ｃが載置されている。
【００２２】
より詳細には、受圧板２２ａの上面周縁には、切り欠き部が設けられている。また、受圧板２２ｂの下面周縁には、突起が設けられている。受圧板２２ａの切り欠き部と受圧板２２ｂの突起とが嵌合するように、受圧板２２ａ上に受圧板２２ｂが載置されている。同様に、受圧板２２ｂの上面周縁には、切り欠き部が設けられている。また、受圧板２２ｃの下面周縁には、突起が設けられている。受圧板２２ｂの切り欠き部と受圧板２２ｃの突起とが嵌合するように、受圧板２２ｂ上に受圧板２２ｃが載置されている。
【００２３】
図３、図４に示すように、受圧板２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、受圧板ホルダー２３に収容されている。受圧板ホルダー２３は、筒状の胴体部２３ａ、２３ｂ、環状板部材である蓋部２３ｃから構成されている。詳細には、受圧板２２ａ、２２ｂは、筒状の胴体部２３ａに収容されている。受圧板２２ｃは、胴体部２３ａ上に載置された筒状の胴体部２３ｂに収容されている。また、フローティングダイス３０も胴体部２３ｂに収容されている。蓋部２３ｃは、胴体部２３ｂ上に載置され、固定されている。
【００２４】
図３、図４に示すように、ノックアウトリング２４は、固定パンチ２１が嵌挿された円筒状の金型であって、ワーク４０を成形中、受圧板２２ｂ上に載置されている。ノックアウトリング２４は、受圧板２２ａ、２２ｂを貫通するノックアウトピン２５によって、上方（ｚ軸正方向）に押し上げられる。ワーク４０を成形後、ノックアウトリング２４を上方に押し上げることによって、成形後のワーク４０をフローティングダイス３０から取り出すことができる。
【００２５】
図３、図４に示すように、フローティングダイス３０は、環状の金型であって、ケース３１、入れ子型３２、３３から構成されている。フローティングダイス３０は、受圧板２２ａ、２２ｂ、２２ｃを貫通する背圧ピン３４によって、フローティング支持されている。いずれも環状の入れ子型３２、３３は、焼きばめ等によって環状のケース３１に嵌入されている。上側に配置された入れ子型３２と、下側に配置された入れ子型３３とは、互いに当接している。入れ子型３２、３３は、一体に構成されていてもよい。さらに、ケース３１、入れ子型３２、３３が、一体に構成されていてもよい。
【００２６】
ここで、入れ子型３３の内周面には突出部３３ａが形成されている。この突出部３３ａによって、図１に示した環状部材５０の外周面に溝５２を成形することができる。また、ノックアウトリング２４の外周面には、入れ子型３３の突出部３３ａに対応した凹部が設けられており、入れ子型３３にノックアウトリング２４を嵌挿することができる。
【００２７】
＜鍛造装置の動作＞
次に、図３、図４を参照して、第１の実施形態に係る鍛造装置の動作すなわち鍛造方法について説明する。
図３に示すように、可動パンチ１０が上昇した状態で、固定パンチ２１とフローティングダイス３０との間に、環状のワーク４０すなわち素形材がセットされる。
【００２８】
次に、図４に示すように、可動パンチ１０を降下させてワーク４０を押圧し、図１に示した環状部材５０を成形する。この際、内パンチ１１は、環状のワーク４０の貫通孔に挿入される。そのため、内パンチ１１の下部外周面によって、ワーク４０（すなわち環状部材５０）の上部内周面が成形される。他方、外パンチ１２は、ワーク４０の上面を押圧する。そのため、外パンチ１２の下面によって、ワーク４０（すなわち環状部材５０）の上端面が成形される。また、固定パンチ２１の上部外周面によって、ワーク４０（すなわち環状部材５０）の下部内周面が成形される。
【００２９】
ここで、図４に示すように、外パンチ１２の下面周縁には、切り欠き部が設けられている。可動パンチ１０が降下すると、この外パンチ１２の切り欠き部がフローティングダイス３０と嵌合し、フローティングダイス３０が可動パンチ１０と共に降下する。図４には、フローティングダイス３０のストロークＳが示されている。フローティングダイス３０の内周面によって、ワーク４０（すなわち環状部材５０）の外周面が成形される。ここで、上述の通り、フローティングダイス３０の入れ子型３３の内周面に形成された突出部３３ａによって、ワーク４０の外周面に、図１に示した環状部材５０の溝５２が成形される。他方、ノックアウトリング２４の上端面によって、ワーク４０（すなわち環状部材５０）の下端面が成形される。
【００３０】
ここで、第１の実施形態に係る鍛造装置を用いてワーク４０を成形した場合の塑性流動の有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）解析結果について説明する。図５は、第１の実施形態に係る鍛造装置を用いてワーク４０を成形した場合の塑性流動を示すＦＥＭ解析結果である。ここで、図５には、成形開始時、成形中、成形完了時におけるワーク４０の断面形状が示されている。図５に示されたこれら３つの図は、図４において破線枠で囲った領域Ｖの拡大図に対応している。
【００３１】
図５に白抜き矢印で示すように、可動パンチ１０（内パンチ１１及び外パンチ１２）を降下させてワーク４０を押圧すると、固定パンチ２１とフローティングダイス３０の入れ子型３２、３３との間において、ノックアウトリング２４に向かってワーク４０が押し込まれる。その際、固定パンチ２１のテーパ部２１ａによってワーク４０が拡径されるため、黒色矢印で示したように、ワーク４０がｘ軸正方向すなわち入れ子型３３側に塑性流動する。そのため、入れ子型３３の内周面に形成された突出部３３ａによって、ワーク４０の外周面に、図１に示した環状部材５０の溝５２が成形される。なお、溝５２同士の間に歯５１が成形される。
【００３２】
このように、第１の実施形態に係る鍛造装置を用いることによって、図１に示した環状部材５０の拡径部５３（図２参照）を成形しつつ、拡径部５３の外周面に溝５２を成形することができる。そのため、第１の実施形態に係る鍛造装置は、成形する環状部材５０の歩留まり及び生産性に優れている。
【００３３】
また、入れ子型３３は、フローティング支持されており、可動パンチ１０すなわちワーク４０と共に降下する。そのため、入れ子型３３の突出部３３ａの上端が摩耗し難く、入れ子型３３の寿命が向上する。
従って、第１の実施形態に係る鍛造装置は、成形する環状部材の歩留まり及び生産性に優れると共に、金型の寿命に優れている。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、図６、図７を参照して、第２の実施形態に係る鍛造装置の構成及び動作について説明する。図６、図７は、第２の実施形態に係る鍛造装置の垂直断面図である。
図５に示すように、第１の実施形態に係る鍛造装置では、成形完了時に可動パンチ１０の内パンチ１１と固定パンチ２１との隙間にワーク４０が入り込み、バリ４０ａが発生し得る。
【００３５】
これに対し、図６、図７に示すように、第２の実施形態に係る鍛造装置では、可動パンチ１０の内パンチ１１の下面に、固定パンチ２１の先端部が嵌入される平面視円形状の凹部１１ａが設けられている。また、第２の実施形態に係る鍛造装置の固定パンチ２１の先端部の高さが、第１の実施形態に係る鍛造装置の固定パンチ２１の先端部の高さよりも、凹部１１ａの深さ分高くなっている。
図７に示すように、可動パンチ１０を降下させると、内パンチ１１の凹部１１ａに固定パンチ２１の先端部が嵌入される。
【００３６】
ここで、第２の実施形態に係る鍛造装置を用いてワーク４０を成形した場合の塑性流動のＦＥＭ解析結果について説明する。図８は、第２の実施形態に係る鍛造装置を用いてワーク４０を成形した場合の塑性流動を示すＦＥＭ解析結果である。ここで、図８には、成形開始時、成形中、成形完了時におけるワーク４０の断面形状が示されている。図８に示されたこれら３つの図は、図７において破線枠で囲った領域ＶＩＩＩの拡大図に対応している。
【００３７】
図８に白抜き矢印で示すように、可動パンチ１０（内パンチ１１及び外パンチ１２）を降下させてワーク４０を押圧すると、ノックアウトリング２４に向かってワーク４０が押し込まれる。その際、固定パンチ２１のテーパ部２１ａによってワーク４０が拡径されるため、黒色矢印で示したように、ワーク４０がｘ軸正方向すなわち入れ子型３３側に塑性流動する。そのため、入れ子型３３の内周面に形成された突出部３３ａによって、ワーク４０の外周面に、図１に示した環状部材５０の溝５２が成形される。なお、溝５２同士の間に歯５１が成形される。
【００３８】
このように、第２の実施形態に係る鍛造装置を用いることによって、図１に示した環状部材５０の拡径部５３（図２参照）を成形しつつ、拡径部５３の外周面に溝５２を成形することができる。そのため、第２の実施形態に係る鍛造装置は、第１の実施形態に係る鍛造装置と同様に、成形する環状部材５０の歩留まり及び生産性に優れている。
【００３９】
また、入れ子型３３は、フローティング支持されており、可動パンチ１０すなわちワーク４０と共に降下する。そのため、入れ子型３３の突出部３３ａの上端が摩耗し難く、入れ子型３３の寿命が向上する。すなわち、第２の実施形態に係る鍛造装置は、第１の実施形態に係る鍛造装置と同様に、金型の寿命に優れている。
従って、第２の実施形態に係る鍛造装置も、成形する環状部材の歩留まり及び生産性に優れると共に、金型の寿命に優れている。
【００４０】
さらに、第２の実施形態に係る鍛造装置では、可動パンチ１０を降下させると、内パンチ１１の凹部１１ａに固定パンチ２１の先端部が嵌入される。そのため、成形完了時に可動パンチ１０の内パンチ１１と固定パンチ２１との間に隙間が発生しない。従って、内パンチ１１と固定パンチ２１との隙間にワーク４０が入り込み、バリ４０ａ（図５参照）が発生することを抑制することができる。
その他の構成及び動作は、第１の実施形態に係る鍛造装置と同様であるため説明を省略する。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  可動パンチ
１１  内パンチ
１１ａ  凹部
１２  外パンチ
１３  スペーサ
１４  受圧板
１５  パンチホルダー
２１  固定パンチ
２１ａ  テーパ部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  受圧板
２３  受圧板ホルダー
２３ａ、２３ｂ  胴体部
２３ｃ  蓋部
２４  ノックアウトリング
２５  ノックアウトピン
３０  フローティングダイス
３１  ケース
３２、３３  入れ子型
３３ａ  突出部
３４  背圧ピン
４０  ワーク
４０ａ  バリ
５０  環状部材
５１  歯
５２  溝
５３  拡径部
【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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【図７】
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【図８】
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