(57)【要約】　　　（修正有）【課題】硬質厚肉材料である鋼管を用いて割れが生じでることなく塑性成形にて中空段付軸の方法及びその装置を提供する。【解決手段】鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材２０を、これの両端部を下型と上型にて拘束すると共に、中間部を開放した状態でプレス機械にセットし、充填材を上型１６内に設けたインナパンチ１９にて押圧してこれの圧力により開放された中間部を拡径変形し、ついで素材の両端から下型１１と上型１６にて軸方向へ押圧して上記拡径変形部を座屈変形し、この座屈変形部を加熱し、さらに、この座屈変形部を軸方向から下型と上型の対向部に設けたキャビティ１４，１８にて押圧してこのキャビティに沿う形状に成形する。【選択図】　　　　図４
2004082141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材を、これの両端部を下型と上型にて拘束すると共に、中間部を開放した状態でプレス機械にセットし、
充填材を上型内に設けたインナパンチにて押圧してこれの圧力により開放された中間部を拡径変形し、
ついで素材の両端から下型と上型にて軸方向へ押圧して上記拡径変形部を座屈変形し、
この座屈変形部を加熱し、
さらに、この座屈変形部を軸方向から下型と上型の対向部に設けたキャビティにて押圧してこのキャビティに沿う形状に成形するようにしたことを特徴とする中空段付軸の製造方法。
【請求項２】
鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材の軸方向一方部を拘束成形する下型及びノックアウトピンと、素材の軸方向他方部を拘束成形する上型及び鋼管内の充填材を押圧するインナパンチとを有し、下型と上型の対向面のそれそれに段状部を形成するキャビティを設け、離間状態の下型と上型の間に挿入された素材の中間部を加熱する加熱装置を有することを特徴とする中空段付軸の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向中間部にＶプーリの一方の壁や、フランジ等の軸部より大径の段状部を有すると共に、軸心に軸方向の貫通する孔を有する中空段付軸を塑性成形にて製造する中空段付軸の製造方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の中空段付軸の従来の製造方法としては、特開２００１−３３４３１７号公報に示された方法がある。この方法は、内部に低融点の充填材を充填した管体を開放型または密閉型の中で充填材と共に軸方向両側から押圧してこれの中間部を軸心に対して直角方向に拡張変形させて軸方向中間部に拡径部を形成するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の製造方法では、ブロンズ、銅、アルミニウム等加工限界が高い材料には適しているが、鋼管で硬質厚肉での加工には加工限界を超えるため、上記従来の方法では困難であった。
【０００４】
本発明は上記のことに鑑みなされたもので、硬質厚肉材料である鋼管を用いて割れが生じることなく塑性成形できるようにした中空段付軸の製造方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る中空段付軸の製造方法は、鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材を両端部を下型と上型にて拘束すると共に、中間部を開放した状態でプレス機械にセットし、充填材を上型内に設けたインナパンチにて押圧してこれの圧力により開放された中間部を拡径変形し、ついで素材の両端から下型と上型にて軸方向へ押圧して上記拡径変形部を座屈変形し、この座屈変形部を加熱し、さらに、この座屈変形部を軸方向から下型と上型の対向部に設けたキャビティにて押圧してこのキャビティに沿う形状に成形するようにした。
【０００６】
そして上記中空段付軸の製造装置は、鋼管内に低融点で、かつ塑性変形性を有する充填材を充填した素材の軸方向一方部を拘束成形する下型及びノックアウトピンと、素材の軸方向他方部を拘束成形する上型及び鋼管内の充填材を押圧するインナパンチとを有し、下型と上型の対向面のそれそれに段状部を形成するキャビティを設け、離間状態の下型と上型の間に挿入された素材の中間部を加熱する加熱装置を有する構成になっている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図６は、Ｖプーリの一方の溝壁を構成するフランジ部１を有する第１の中空段付軸２と、他方の溝壁を構成するフランジ部３を有して上記第１の中空段付軸２に嵌合する第２の中空段付軸４からなるＶプーリ装置を示すもので、このようなＶプーリ装置では、中空段付軸を用いることにより軽量化を図ることができると共に、両中空段付軸２，４の嵌合位置によりＶプーリを構成する両溝壁１，３の間隔を変えることによりプーリ径を変えることができる。
【０００８】
本発明の実施の形態の一例として上記第１の中空段付軸２を製造する方法を以下に示す。
【０００９】
図１において、１０はプレス機械のボルスタ上に設置される下型プレート、１１はこの下型プレート１１上に固定される下型で、この下型１１に上記第１の中空段付軸２の軸部を成形するための大径部と小径部を有する第１のキャビティ１３と、フランジ部１の一方の側壁を成形するための第２のキャビティ１４が設けてある。またこの第１のキャビティ１３の下端にはノックアウトピン１５が昇降可能にして臨ませてある。上記第１のキャビティ１３の大径部は後述する素材２０の径と同径になっている。
【００１０】
１６はプレス機械のスライドに固定される上型で、この上型１６に軸部を成形する第１のキャビティ１７と、フランジ１の他方の側壁を成形するための第２のキャビティ１８が設けてある。また、第１のキャビティ１７の軸心部にインナパンチ１９が臨ませてある。このインナパンチ１９はスライド内に設けたインナシリンダにて上型１６に対して上下動可能になっている。上記インナパンチ１９の径は後述する素材２０の内径内に密に嵌合する径になっている。
【００１１】
素材２０は上記第１の中空段付軸２を成形するための素材であり、この素材２０は肉厚の鋼管２０ａと、この鋼管２０ａ内に充填される低融点（例えば２００〜７００℃）でかつ塑性変形状を有する充填材２０ｂとからなっている。この種の充填材２０ｂの一例としては微粒の砂とレジンとの混合材、あるいは、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎを所定の割合で混合した低融点合金等がある。
【００１２】
次に、上記素材２０を用いて図６に示すところの中空段付軸２を塑性成形する方法を各ステップを追って説明する。
【００１３】
〔ステップ１〕
素材２０を下型１１の第１のキャビティ１３の大径部に挿入し、ついで上型１６を下降してこれの第１のキャビティ１８を素材２０の上部に嵌合する（図１の左側）。このとき、上型１６の第１のキャビティ１７の上端が素材２０の鋼管２０ａの上端に当接され、またインナパンチ１９が素材２０の充填材２０ｂの上端に当接される。
【００１４】
〔ステップ２〕
次に、上型１６とインナパンチ１９を一体状にして上型１６の下降途中まで下降する。これにより素材２０は下型１１の第１のキャビティ１３内の小径部まで押し込められ、大径部の先端側に小径部が形成される（図１の右側）。このとき、素材２０の鋼管２０ａは管体ではあるが中空内に充填材２０ｂが充填されていることにより中実体と同等の作用により成形される。また、このとき、下型１１と上型１６とは充分な間隔の隙間がある。またこのとき、素材２０の下端はノックアウトピン１５に当接されている。
【００１５】
〔ステップ３〕
上型１６が停止した状態でインナパンチ１９を下動して素材２０内の充填材２０ｂを押圧する。これにより素材２０の鋼管２０ａは充填材２０ｂにより拡径作用を受け、鋼管２０ａは下型１１と上型１６の間の隙間に対向している部分（非拘束部分）にて拡径変形される（図２）。このとき上型１６にも充填材２０ｂが変形しない程度の圧力をかけておき、上記鋼管２０ａの拡径変形に伴う軸方向の変形に上型１６を追随させる。
【００１６】
〔ステップ４〕
次に、上型１６とインナパンチ１９を一体状にしてスライドを下降して下型１１と上型１６の間の部分を据え込み成形し、このときの座屈作用によりこの部分がフランジ状に拡径変形する（図３）。このときの座屈成形部は加工限界となり、スライドは下死点まで下降されず、下型１１と上型１６との間には所定の間隔の隙間があき、座屈成形部は最終成形には至らない。一方下型１１の第２のキャビティ３内での鋼管２０ａは塑性限界内で、このキャビティ内にて軸部の成形が完了される。
【００１７】
〔ステップ５〕
スライドを上死点まで上昇させて下型１１と上型１６の間を広げ、ノックアウトピン１５を上昇させて素材２０を、これの拡径部が下型１１の上面から離間する位置まで押し下げる（図４）。そしてこの拡径部に高周波加熱装置２１をかぶせてこの部分を部分的に加熱する。このとき、素材２０内の充填材２０ｂは、この加熱部において部分的に溶融するがこれの体積は変化しない。そしてこのとき、溶融した充填材２０ｂが流失しないように、必要に応じてこれを防止する治具等を用いる。
【００１８】
また、この加熱時の鋼管２０ａの内部は充填材２０ｂにより無酸化状態で加熱されるため、これの内面に脱炭現象やスケールが発生することがない。
【００１９】
また、上記素材２０の加熱温度は鋼管２０ａの塑性変形が加工限界を超えて行うことができる温度にする必要があるが、この加熱温度は、鋼管２０ａの表面がこの加熱によって酸化皮膜による肌荒れが発生しない４００℃〜５００℃が適当である。なお、次のステップ６による加工ではこの塑性変形に伴う温度により昇温して約７００℃になる。
【００２０】
〔ステップ６〕
加熱後、ノックアウトピン１５を下降して素材２０を下型１１内に再度収め、その後、上型１６とインナパンチ１９の位置関係を保ちながらスライドを下降させ、再度据え込み成形する。これにより、座屈成形による拡径部は、下型１１と上型１６のそれぞれの第２のキャビティにて常温時の加工限界を超えて変形されて据え込み成形され、拡径部は両キャビティに沿う形状、すなわち、Ｖプーリの片方の溝部材が成形される（図５）。このステップ６において、加熱後に潤滑剤等が必要な場合には、これを型及び成形品等に付けてからスライドを下降させる。
【００２１】
上記の各ステップを経て成形された中空段付軸を、２００〜７００℃以上、すなわち、充填材２０ｂが溶融する温度に加熱してこの充填材２０ｂを中空段付軸の中空内から取り出す。
【００２２】
上記のようにして第１の中空段付軸２が成形されるが、第２の中空段付軸４も、下型及び上型の形状に変えることにより上記した各ステップにて成形される。
【００２３】
また、本発明方法によれば、図８（ｂ）に示すような、軸方向中間部にフランジ部２５を有する中空段付軸２６も、図７（ａ）に示される鋼管２７ａ内に充填材２７ｂを充填してなる素材２７から上記した実施の形態と同様の工程により、図７の（ａ）、（ｂ）及び図８（ａ）、（ｂ）に示すように順次成形される。このとき、フランジ部２５の角部ａ、ｂに欠肉が、また周面部Ｃに割れがそれぞれできやすいが、図８の（ａ）と（ｂ）にて示される工程の間に段状部の周囲を加熱する高周波加熱工程を加えると共に、成形型により背圧をかけることにより高精度の成形が行われる。
【００２４】
図９は上記図６に示された第１の中空段付軸２を成形するためのプレス機械の金型装置の一例を示すもので、下型１１は下型プレート１０に固着された下型セット装置３１内に、着脱可能にセットされ、クランプ部材３２にて固定されるようになっている。なお、下型１１はクランプ部材３２を外した状態で、リング部材３３をリフトロッド３４にて上昇することにより下型セット装置３１より取り出されるようになっている。また、ノックアウトピン１５は下型プレート１０を貫通してプレス機械の下端に設けたノックアウトピン昇降装置３５にて昇降されるようになっている。
【００２５】
上型１６内に設けられたインナパンチ１９はスライド３６に設けられたインナパンチ昇降装置３７にて昇降されるようになっている。
【００２６】
上記ノックアウトピン、インナパンチの各昇降装置３５，３７の押圧荷重量と送り速度及びスライドの昇降は数値制御によってコントロールできるようになっている。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、軸方向中間部に軸部より大径にした段状部を有すると共に、軸心に軸方向に貫通する孔を有する段付軸を、硬質厚肉材料である鋼管を用いて割れが生じることなく塑性成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法のステップ１とステップ２を示す断面図である。
【図２】本発明方法のステップ３を示す断面図である。
【図３】本発明方法のステップ４を示す断面図である。
【図４】本発明方法のステップ５を示す断面図である。
【図５】本発明方法のステップ６を示す断面図である。
【図６】本発明方法で製造する中空段付軸の一例を用いたＶプーリ装置を示す断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は他の中空段付軸の製造ステップを示す断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は他の中空段付軸の製造ステップを示す断面図である。
【図９】本発明方法を実施する製造装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，３，２５…フランジ部、２，４，２６…中空段付軸、１０…下型プレート、１１…下型、１３，１４，１７，１８…キャビティ、１５…ノックアウトピン、１６…上型、１９…インナパンチ、２０，２７…素材、２０ａ，２７ａ…鋼管、２０ｂ，２７ｂ…充填材、２１…加熱装置、３１…下型セット装置、３２…クランプ部材、３３…クランプ部材、３３…リング部材、３４…リフトロッド、３５…ノックアウトピン昇降装置、３６…スライド、３７…インナパンチ昇降装置。
【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】
2004082141.tif 000009
【図８】
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【図９】
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