(57)【要約】【課題】型寿命の向上に好適な軸状部品およびその鍛造成形装置および鍛造成形方法を提供する。【解決手段】粗材本体ＷＪを収容する本体キャビティ２と、前記本体キャビティ２に連ねて配置されて軸部ＷＳを構成する軸部キャビティ４と、軸部キャビティ４の終端に連ねて配置されてノックアウトピン６が摺動自在に嵌合するノックアウトピン６の摺動孔５と、軸部キャビティ４のノックアウトピン６の摺動孔５に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピン６の摺動孔５側で小径となり前記軸部キャビティ４からノックアウトピン摺動孔５側への塑性流動を抑制する軸径変更部９と、を備えたダイス３を用いて、粗材を本体キャビティ２から軸部キャビティ４に押出し加工するようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗材に押出し加工を施すことにより粗材本体に連なる軸部を押出し成形する軸状部品の鍛造成形装置であって、
前記粗材本体を収容する本体キャビティと、前記本体キャビティに連ねて配置されて軸部を構成する軸部キャビティと、軸部キャビティの終端に連ねて配置されてノックアウトピンが摺動自在に嵌合するノックアウトピンの摺動孔と、軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピンの摺動孔側で小径となり前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制する軸径変更部と、を備えたダイスと、
前記ダイスの本体キャビティに嵌合して本体キャビティ内の粗材を押出し加工により軸部キャビティへ塑性流動させるポンチと、
前記ダイスの摺動孔に摺動自在に挿入され、軸部キャビティから前記摺動孔へ流動する粗材を軸端で停止させると共に鍛造後の成形品をダイスのキャビティから押出すノックアウトピンと、を備えることを特徴とする軸状部品の鍛造成形装置。
【請求項２】
前記軸径変更部は、軸部キャビティの内径を終端側に移るに連れて小径とするテーパ部により構成していることを特徴とする請求項１に記載の鍛造成形装置。
【請求項３】
前記テーパ部のテーパ角度は軸部キャビティの軸に直角な面に対して３０度〜６０度の角度範囲に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の鍛造成形装置。
【請求項４】
前記軸径変更部若しくは前記テーパ部は、軸部キャビティ終端の内径を５〜２０％縮小させるものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の鍛造成形装置。
【請求項５】
前記軸径変更部若しくは前記テーパ部の表面は、２〜４［ｍｍ］のつなぎ面取りＲをもって軸部キャビティを構成する内面に連ねられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の鍛造成形装置。
【請求項６】
粗材に押出し成形を施すことにより粗材本体に連なる軸部を押出し形成する軸状部品の鍛造成形方法であって、
前記軸部を構成するようダイスに設けた軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なるキャビティ終端にノックアウトピンの摺動孔側で小径となるテーパ部を設け、
前記ダイスに投入された粗材を押出し加工により軸部キャビティに塑性流動させて軸部キャビティへ流入させ且つ前記テーパ部により前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制するようにしたことを特徴とする軸状部品の鍛造成形方法。
【請求項７】
粗材本体を収容する本体キャビティに連ねて軸部を構成する軸部キャビティを備え、前記軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なる軸部キャビティ終端にノックアウトピンの摺動孔側で小径となり前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制するテーパ部を備えるダイスの本体キャビティに粗材を収容し、
前記収容した粗材を押出し加工により本体キャビティから軸部キャビティに塑性流動させて軸部キャビティへ流入させて鍛造押出し加工することにより、成形品の前記軸部の軸端にテーパ状部分を形成することを特徴とする軸状部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造金型による押し出し加工等により成形される軸状部品およびその鍛造成形装置並びに鍛造成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鍛造金型による押し出し加工や据込み加工等により軸状部品、例えば、カップ部に連ねて軸部を一体的に備える等速ジョイントを成形する鍛造成形方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、円柱状のビレットに対し鍛造金型による前方押出し加工を施すことにより、円柱状の本体部とその先端側に中間段部を介して直径が異なる軸部とからなる第１次成形品を成形し、続いて、この第１次成形品の本体に対して据込み加工を施すことによりカップ部に形成される円板部および軸部からなる第２次成形品を成形している。さらに、円板部に対して２〜３段階の後方押出し加工を施すことによってカップ状のアウタカップ部と軸部とからなる軸状部品を得るようにしている。
【特許文献１】特開２００５−６６６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のように、第１次成形品および第２次成形品を閉塞鍛造成形する場合、各成形品の軸直径寸法（ダイスに形成する軸部用キャビティの直径）とそのキャビティを下方から閉塞するノックアウトピンの直径寸法とが略等しく設定され、ノックアウトピンに作用する成形荷重が大きくなる構造となっているため、ノックアウトピンおよびノックアウトピンを駆動するノックアウトフィラーの寿命を低下させる不具合があった。
【０００５】
また、ノックアウトピンは閉塞鍛造終了時に成形品をキャビティから排出させるようキャビティ内へ突出す必要があり、ダイスに対して摺動のためのクリアランスを設ける構造としているため、鍛造時に前記クリアランスに粗材が入り込み成形品の軸端にバリが発生したり、発生したバリがダイスに固着して金型が破損するという不具合があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、型寿命の向上に好適な軸状部品およびその鍛造成形装置並びに鍛造成形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】
【０００７】
本発明は、粗材本体を収容する本体キャビティと、前記本体キャビティに連ねて配置されて軸部を構成する軸部キャビティと、軸部キャビティの終端に連ねて配置されてノックアウトピンが摺動自在に嵌合するノックアウトピンの摺動孔と、軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピンの摺動孔側で小径となり前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制する軸径変更部と、を備えたダイスを用いて、粗材を本体キャビティから軸部キャビティに押出し加工するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明では、軸部キャビティのノックアウトピンの摺動孔に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピンの摺動孔側で小径となり前記軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制する軸径変更部を備えたダイスを用いて、粗材を本体キャビティから軸部キャビティに押出し加工するようにしたため、軸部キャビティからノックアウトピン摺動孔側への塑性流動を抑制することができ、ノックアウトピンおよびノックアウトフィラーに加わる成形荷重を低減できてその破損を抑制でき、型寿命を向上させ、型補修コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の鍛造成形装置および鍛造成形方法の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１は本発明を適用する軸状部品、例えば、トリポート型等速ジョイントの成形過程を説明する説明図、図２は軸状部品の一成形工程に用いる成形金型の断面図、図３は図２に示す成形金型の要部拡大断面図、図４は図２に示す成形金型による成形開始状態の断面図、図５は図４に続く成形完了状態の断面図、図６は図５におけるワークの要部の拡大図、図７は図５に続くワーク排出状態の断面図、図８および図９は得られた中間成形品の断面図および要部拡大図である。
【００１０】
先ず、図１により、軸状部品としてのトリポート型等速ジョイントの成形過程を説明する。先ず、加熱炉により熱間鍛造若しくは温間鍛造が可能な温度に加熱された棒状粗材Ｗ０（ビレット）が用意され（Ａ）、第１工程において、この棒状粗材Ｗ０に前方押出し成形が施されて軸部ＷＳと継手となる本体部ＷＪを備える成形体Ｗ１が得られる（Ｂ）。次いで、第２工程において、前記成形体Ｗ１に据込み成形が施されることにより、本体部ＷＪが拡径されて据込み部ＷＪ１が成形され（Ｃ）、第３工程において、この据込み部ＷＪ１に後方押出し成形が施されて内周にトラック溝ＷＪ３を備えるカップ部ＷＪ２が粗成形される（Ｄ）。さらに、第４工程において、継続して後方押出し成形を施してカップ部ＷＪ２が仕上げ成形され（Ｅ）、第５工程において、カップ部ＷＪ２内周の拡管成形が施され（Ｆ）、内周面にトラック溝ＷＪ３を有する製品としての軸付き継手部材Ｗ５が得られる。図中のＷ０〜Ｗ５は成形過程における成形体を示す。
【００１１】
前記第２工程の据込み成形（若しくは、第１工程の前方押出し成形）に使用する成形金型１は、図２に示すように、継手となる本体部ＷＪ１を形成する本体キャビティ３および軸部ＷＳを形成する軸部キャビティ４を備えるダイス３と、ダイス３の軸部ＷＳを形成する軸部キャビティ４に連なる摺動孔５にクリアランスを持って嵌合して前記軸部キャビティ４に下方から臨むノックアウトピン６と、前記ノックアウトピン６をキャビティ２、４内へ向けて繰出すノックアウトフィラー７と、が下部ダイホルダ８に固定配置されている。前記下部ダイホルダ８は、前記ダイス３を下方から支持すると共にノックアウトピン６およびノックアウトフィラー７を摺動自在に支持する第２〜４ダイホルダ８Ｂ〜８Ｄと、これらを外周部から位置決め支持する固定ブロック８Ｅと、固定ブロック８Ｅを固定するベースとなる第１ダイホルダ８Ａとから構成している。
【００１２】
また、前記下部ダイホルダ８に臨む上部ダイホルダ１０には、固定ブロック１２により固定して、先端が前記ダイス３の本体キャビティ２に嵌合して継手の本体部ＷＪ１を据込むポンチ１１が配置されている。
【００１３】
前記ダイス３に形成したキャビティ２、４は、継手の本体部ＷＪ１の形状に型彫りされた本体キャビティ２と、本体キャビティ２と連なって継手の軸部ＷＳを形成する軸部キャビティ４とから構成されている。前記軸部キャビティ４は、２個の段付により先端（下端）側に向かって徐々に内径が小さくなるよう形成されている。そして、前記ノックアウトピン６の先端に臨む軸部キャビティ４の先端（下端）において、図３に拡大して示すように、軸先端部直径φＤに対してテーパ部９（軸径変更部）を介在させてその断面積を縮小させた小径部φｄに形成され、この小径部φｄの下側に連ねてノックアウトピン６の摺動孔５が配置されている。前記テーパ部９の角度は、軸部キャビティ４の軸に直角な面に対して、３０°〜６０°に設定され、テーパ部９の幅Ｔｗ（＝（先端部直径φＤ−小径部φｄ）／２）は、先端部直径φＤの５〜２０％に設定している。また、前記先端部直径φＤ部分からテーパ部９への遷移領域にはつなぎの面取りＲが形成され、そのつなぎの面取りＲの半径Ｒは２〜４［ｍｍ］程度としている。前記ノックアウトピン６の外周とその摺動孔５との間には、ノックアウトピン６の軸方向の摺動を許容するためのクリアランスＣ（摺動隙間）が形成されている。
【００１４】
以上の構成の鍛造成形装置による鍛造成形方法について以下に説明する。
【００１５】
図２は、型開きした状態における第２工程の成形金型１を示し、この成形金型１のダイス３のキャビティ２に第１工程で形成された成形体Ｗ１が投入される（図２は、投入途中の状態を示している）。投入された成形体Ｗ１は、その軸部ＷＳをダイス３の軸部用キャビティ４に嵌合させて位置決めされ、その本体部ＷＪは本体キャビティ２の内面に対して隙間を持って配置される（図４の成形体Ｗ１と本体キャビティ２との関係参照）。
【００１６】
この状態から、型閉じすると、図４（図４は、押し潰し開始時の状態）に示すように、先ず、ポンチ１１の先端外周がダイス３のキャビティ２へ嵌合され、次いで、ポンチ１１が成形体Ｗ１の本体部ＷＪを構成する粗材を外周側に拡げつつ押し潰し、本体部ＷＪの粗材の外周面がダイス３のキャビティ２の周面に到達するまで据込まれるよう塑性流動させる。
【００１７】
本体部ＷＪの粗材がダイス３の本体キャビティ２内面に充満されると、引続くポンチ１１の押潰しによりポンチ１１とキャビティ２の周面との間に粗材を充填させつつ粗材を下部の軸部キャビティ４側に押出し流動させる（前方押出し成形）。
【００１８】
そして、前記粗材の下部側（軸部キャビティ４）への押出し流動により、ダイス３の軸部キャビティ４へ押出された粗材の先端がテーパ部９に到達した段階で、軸部ＷＳ先端の粗材はテーパ面９により、半径方向外方から半径方向内方へ押付けられて縮径が開始されと共に、この粗材の縮径に対する反力はテーパ面９に作用してダイス３に受持たされる。結果として、従来はノックアウトピン６およびノックアウトフィラー７が受けていた成形荷重の一部を、ダイス３に負担させることができる。従って、ノックアウトピン６およびノックアウトフィラー７が受ける成形荷重がその分だけ低減できる。
【００１９】
また、軸部ＷＳを構成する粗材の先端直径部φＤからテーパ部９への移行に際して、両者間に面取りＲを形成しているため、テーパ部９に加わる成形荷重が先端直径部φＤとテーパ部９とのつなぎ部分Ｒに応力集中して、ダイス３が先端直径部とテーパ部９とのつなぎ部分から割れることを防止することができる。
【００２０】
また、前記テーパ部９による縮径により、先端側粗材のテーパ部９を通過する際の抵抗（流動抵抗）が上昇され、キャビティ２、４の内圧を上昇させ、先端側粗材のノックアウトピン６側への突出変形が抑制される。この先端側粗材の突出変形の抑制によっても、ノックアウトピン６およびノックアウトフィラー７が受ける成形荷重が減少される。
【００２１】
軸部キャビティ４の先端（下端）側への塑性流動の先端面が小径部φｄに到達した段階で、粗材がポンチ１１と前記本体キャビティ２および軸部キャビティ４とで閉塞した空間に充満されてキャビティ内の内圧が急激に上昇し、図５に示すように、据込み成形（前方押出し成形を含む）が完了する。この状態では、図６に示すように、軸部ＷＳを構成する粗材がテーパ部９を乗越えてその先端部がノックアウトピン６の端面に密に接触された状態となっている。また、テーパ部９により先端の粗材の流動方向が半径方向内方に曲げられた結果として、ノックアウトピン６とダイス３の摺動孔５との間に形成されたクリアランスＣへの粗材の入込みが抑制され、粗材の入込みにより発生するバリの生成が抑制されている。
【００２２】
続いて、上部ダイホルダ１０・ポンチ１１を上昇させて型開きし、ノックアウトピン６を上昇させてキャビティ２内に残っている成形体Ｗ２をダイス３から搬送高さまで上昇させ、図示しない自動搬送装置により、成形体Ｗ２を次工程である第３工程の成形金型に搬送する。
【００２３】
図８は上記成形工程によって得られた本実施形態による成形体Ｗ２（図８（Ａ））と比較のために従来の成形工程によって得られた比較例の成形体Ｗ２Ａ（図８（Ｂ））とを対比して示すものである。前記比較例の成形体Ｗ２Ａにおいては、軸部ＷＳの先端直径部φＤと先端面とが円筒状のエッジを介して繋がっているのに対して、本実施形態による成形体Ｗ２では、軸部ＷＳの先端直径部φＤと先端面とはテーパ状部分９Ａを介在させて繋がっている構成で相違している。図９は比較例と本実施形態の成形体を重ね合せて示すものであり、ハッチングを付した領域部分において、本実施形態の成形体Ｗ２が比較例の成形体Ｗ２Ａより体積が小さく形成される。従って、成形品Ｗ２に転写されたテーパ形状部９Ａを鍛造成形完了状態のまま継手製品として使用するようにすれば、本実施形態における成形体Ｗ２の材料使用量が比較例の成形体Ｗ２Ａの材料使用量に対して、材料投入量を減少させることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態において、対象とする工程として、据込み成形と前方押出し成形を含む第２工程の鍛造成形を対象とする鍛造成形装置について説明したが、図示はしないが、前方押出し成形を備える第１工程の鍛造成形を対象とする鍛造成形装置であってもよく、また、両者を対象とする鍛造成形装置であってもよい。
【００２５】
また、上記実施形態において、対象とする軸状部品として、主に軸付き継手、例えば、等速ジョイントを対象とするものについて説明しているが、軸状部品を鍛造前方押出し成形若しくは鍛造後方押出し成形により形成するものであれば、即ち、軸状部品の軸状部分を粗材の前方押出し成形若しくは後方押出し成形により形成するものに適用することができる。
【００２６】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２７】
（ア）粗材本体ＷＪを収容する本体キャビティ２と、前記本体キャビティ２に連ねて配置されて軸部ＷＳを構成する軸部キャビティ４と、軸部キャビティ４の終端に連ねて配置されてノックアウトピン６が摺動自在に嵌合するノックアウトピン６の摺動孔５と、軸部キャビティ４のノックアウトピン６の摺動孔５に連なるキャビティ終端に設けたノックアウトピン６の摺動孔５側で小径となり前記軸部キャビティ４からノックアウトピン摺動孔５側への塑性流動を抑制する軸径変更部９と、を備えたダイス３を用いて、粗材を本体キャビティ２から軸部キャビティ４に押出し加工するようにした。このため、軸部キャビティ４からノックアウトピン摺動孔５側への塑性流動を抑制することができ、ノックアウトピン６およびノックアウトフィラー７に加わる成形荷重を低減できてその破損を抑制でき、型寿命を向上させ、型補修コストを削減できる。
【００２８】
（イ）軸径変更部として、軸部キャビティ４の内径を終端側に移るに連れて小径とするテーパ部９、例えば、軸部キャビティ終端の内径φＤを５〜２０％縮小させることにより構成することにより、軸部キャビティ４空間をノックアウトピン６の摺動孔５に円滑に接続することができる。
【００２９】
（ウ）テーパ部９のテーパ角を軸部キャビティ４の軸に直角な面に対して３０度〜６０度の角度範囲に形成することにより、軸部キャビティ終端からノックアウトピン摺動孔５側への塑性流動を半径方向内周側に向けることができ、ノックアウトピン６とその摺動孔５とのクリアランスＣへの材料の入込みを抑制でき、バリの発生を削減できる。
【００３０】
（エ）軸径変更部若しくは前記テーパ部９の表面は、２〜４［ｍｍ］のつなぎ面取りＲをもって軸部キャビティ４を構成する内面に連ねることにより、軸径変更部若しくはテーパ部９にかかる成形荷重でダイス３がつなぎ部から割れることを防止することができる。
【００３１】
（オ）粗材本体を収容する本体キャビティ２に連ねて軸部ＷＳを構成する軸部キャビティ４を備え、前記軸部キャビティ４のノックアウトピン６の摺動孔５に連なる軸部キャビティ終端にノックアウトピン６の摺動孔５側で小径となり前記軸部キャビティ４からノックアウトピン摺動孔５側への塑性流動を抑制するテーパ部９を備えるダイス３の本体キャビティ２に粗材を収容し、前記収容した粗材を押出し加工により本体キャビティ２から軸部キャビティ４に塑性流動させて軸部キャビティ４へ流入させて鍛造押出し加工することにより、成形品Ｗ２の前記軸部ＷＳの軸端にテーパ状部分９Ａを形成するため、成形品Ｗ２に転写されたテーパ形状部９Ａにより、その分だけ材料投入量を減少させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の鍛造成形装置および鍛造成形方法は、主に軸付き継手、例えば、等速ジョイントを対象とするものについて説明しているが、軸状部品を鍛造前方押出し成型若しくは鍛造後方押出し成型により形成するものであれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用する軸状部品、例えば、トリポート型等速ジョイントの成形過程を説明する説明図。
【図２】同じく軸状部品の一成形工程に用いる成形金型の断面図。
【図３】図２に示す成形金型の要部拡大断面図。
【図４】図２に示す成形金型による成形開始状態の断面図。
【図５】図４に続く成形完了状態の断面図。
【図６】図５におけるワークの要部の拡大図。
【図７】図５に続くワーク排出状態の断面図。
【図８】得られた本実施形態による中間成形品（Ａ）および比較例の中間成形品（Ｂ）の断面図。
【図９】本実施形態による中間成形品と比較例の中間成形品との要部を比較した説明図。
【符号の説明】
【００３４】
１  成形金型
２  本体キャビティ
３  ダイス
４  軸部キャビティ
５  摺動孔
６  ノックアウトピン
７  ノックアウトフィラー
８  下部ダイホルダ
９  内径変更部としてのテーパ部
１０  上部ダイホルダ
１１  ポンチ
【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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